Asteroidy mają wiele kształtów i rozmiarów. Większość z nich ma kształt kulisty, chociaż wiele z nich ma cechę, która może utrudniać lądowanie – są to po prostu grupy skał luźno związane grawitacyjnie. W terminologii eksploracji kosmosu są one znane jako „stosy gruzu”. Wiele asteroid odwiedzonych przez ludzkość uważa się za gruzy, w tym Itokawa i Dimorphos, miejsca docelowe odpowiednio Hayabusa i Dart. Ale, jak pokazały eksperymenty sondy Philae podczas próby spotkania się z kometą 67P/Churyumov-Gerasimenko, lądowanie na tych obiektach o bardzo niskiej grawitacji powierzchniowej może być trudne. Wprowadź nową koncepcję naukowców z University of Colorado, Boulder. Ich pomysł, znany jako Softboty obszarowe (AoES), może pomóc przyszłym odkrywcom asteroid, a nawet górnikom, przezwyciężyć niektóre wyzwania, jakie napotykają z tymi małymi obiektami.
PI Jay McMahon i jego zespół przeprowadzili prace, które początkowo były wspierane przez Instytut Zaawansowanych Koncepcji NASA (NIAC) w fazie 1 w 2017 r. Ich pomysł był prosty — zaprojektować robota, który mógłby przyczepić się do obiektu przy niskiej grawitacji, jednocześnie wprowadzając maszynę, która mogłaby wiercić w asteroidzie w poszukiwaniu cennych materiałów, czy to lodu wodnego, czy metali szlachetnych.
Brzmi to jednak o wiele łatwiej niż jest. Asteroidy mają znacznie niższą grawitację, więc statki kosmiczne musiały uciekać się do systemów stabilizacji, które działają tylko sporadycznie (ponownie, patrz lot wsteczny Philae). Co ważniejsze, gdy statek kosmiczny zostanie zakotwiczony w danym miejscu, nie jest łatwo wystrzelić go ponownie lub skierować do innej części tej samej asteroidy.
I tu pojawia się idea miękkich robotów. Na Ziemi opracowywanych jest wiele prototypów robotów z deformującymi ciałami. Zwykle są przydatne w poszukiwaniach i ratownictwie lub w niebezpiecznych środowiskach, takich jak reaktory jądrowe. Ale użycie ich w kosmosie, zwłaszcza podczas interakcji z asteroidami, to nowy pomysł.
Softboty mają cztery główne zalety w porównaniu z innymi typami statków kosmicznych podczas interakcji z asteroidą. Mogą trzymać się powierzchni lepiej niż większość. Gdy znajdą się na powierzchni, mogą się po niej czołgać. Mogą również wystrzelić się z powierzchni, „skacząc”. Wreszcie mogli zmienić orientację w inne miejsce na asteroidzie za pomocą prostego żagla słonecznego.
Najpierw zajmijmy się przyczepnością – miękkie roboty mogą mieć dużą powierzchnię, a ta powierzchnia może być wykonana z niemal każdego elastycznego materiału. Sposób, w jaki ten materiał przykleja się do powierzchni asteroidy, jest ważnym czynnikiem dla AoES. Asteroida ma zwykle na tyle małą grawitację powierzchniową, że druga siła jest główną siłą utrzymującą stos gruzu razem. Znana jako siła van der Waalsa, wywiera siłę w każdym punkcie kontaktu między skałami. Sticking wykorzystuje podobną metodę, pozwalając „miękkiej” części robota przykleić się do powierzchni asteroidy.
Chociaż AoES może wykorzystać swoją siłę van der Waalsa, aby przykleić się do asteroidy, zastosuje również siłę znaną jako „elektrolepkość”, która wykorzystuje elektrody w elastycznej części robota do indukowania w nim ładunku, który z kolei indukuje również przeciwny ładunek na powierzchni. Pozwala to ramieniu robota „przykleić się” do powierzchni za pomocą siły wiązania przeciwnych ładunków elektrycznych, mocując w ten sposób robota mocniej do powierzchni asteroidy.
Ale co, jeśli nie chciał utknąć na powierzchni asteroidy? Jedną z opcji jest czołganie się po tej powierzchni, a AoES może to zrobić. Projekt omówiony w raporcie końcowym dr McMahona dla NIAC wykorzystuje typ siłownika znany jako siłownik HASEL. Pozwala to robotowi przykleić jedną część jego mocowania (taką jak końcówka) do asteroidy, jednocześnie kurcząc inną część (powiedzmy środek), skutecznie umożliwiając mu czołganie się po powierzchni asteroidy, utrzymując stały kontakt z powierzchnią.
Jeśli ten środek transportu nie wystarczy, AoES może dosłownie przeskoczyć do następnej lokalizacji. W sposób podobny do „czołgania się”, selektywnie kontrolując, która część końcówki powoduje wymuszenie spójności elektrycznej, podczas gdy inna część się kurczy, ale w tym przypadku skurcz jest szybko zwalniany w tym samym czasie, gdy spójność elektryczna jest wyłączana, skutecznie pozwalając AoES napędzać asteroidę z powrotem w otaczającą przestrzeń. Jeśli zostanie to zrobione poprawnie, może nawet umożliwić AoES manewrowanie do następnego celu na asteroidzie, używając tylko sił, które włożysz w jego własny skok.
Ale jeśli to nie zadziała, AoES ma jeszcze jedną cechę – może zamienić się w żagiel słoneczny. Robot AoES może skutecznie wykorzystywać światło do poruszania się w określonym kierunku, całkowicie rozkładając swoje wyrostki. Więc jeśli operator (lub sztuczna inteligencja robota) chciał manewrować w inne miejsce dalej niż skok, który mógłby wykonać, po prostu manewrował się, wykorzystując światło słoneczne, aby się tam dostać. Techniki te stanowią radykalne odejście od obecnych metod lądowania małych ciał, oznaczając krok naprzód w operacjach na asteroidach.
Co więc zrobi AoES, kiedy tam dotrzesz? W koncepcji omówionej w artykule NIAC, jego głównym celem jest podawanie materiału do centralnego systemu zbierania, gdzie jest on mielony lub odparowywany, a następnie może być transportowany z powrotem do większego naczynia przetwarzającego na orbicie wokół asteroidy. W rzeczywistości kilka AoES może być aktywnych na asteroidzie w dowolnym momencie i wszystkie mogą zwracać materiał na swój statek macierzysty.
Te możliwości i elastyczność posiadania więcej niż jednego systemu na danej asteroidzie jednocześnie sprawiają, że AoES jest szczególnie atrakcyjny jako rozwiązanie do wydobywania asteroid morenowych. Jednak nie wydaje się, aby AoES został wybrany do drugiej rundy finansowania NIAC w 2018 r., chociaż badania prowadzone przez dr McMahona i jego zespół są od tego czasu spójne, w tym artykuły na temat używania AoES na niskiej orbicie okołoziemskiej lub odbijania potencjalnie niebezpiecznej asteroidy. Być może pomysł był trochę za wcześnie na swoje czasy i być może zobaczymy dziesiątki lub setki robotów o miękkich ciałach wędrujących nad potencjalnie dochodową asteroidą w niezbyt odległej przyszłości.
Ucz się więcej:
Jay McMahon- Rozbijanie sterty asteroid za pomocą AoES (Area of Impact Soft Robotics)
McMahon i in. – Zrobotyzowane i bezpaliwowe serwery programowe dla statków kosmicznych LEO
Utah – Nie zawracaj sobie głowy próbami zniszczenia sterty gruzu asteroid
UT – Asteroidy z gruzem mogą być najlepszymi miejscami do budowy kosmicznych siedlisk
główny obraz:
Model możliwej konfiguracji statku kosmicznego AoES.
Kredyt — Jay McMahon
„Zła entuzjasta podróży. Irytująco skromny ćpun internetu. Nieprzepraszający alkoholiczek”.
