Asteroidivyöhyke on täynnä mahdollisuuksia ja tuntemattomia, runsaasti resursseja ja tieteellisiä mysteereitä.
Kuinka laskeudut ja liikut turvallisesti näillä pienillä ruumiilla? Tämä on kysymys, jota monet insinöörit ovat pohtineet. Kun tavanomaiset laitteistorobotit laskeutuvat herkän asteroidin pinnalle, on suuri riski, että ne tuhoavat pinnan rakenteen, mikä tekee mahdottomaksi saada kelvollisia näytteitä tai suorittaa jatkuvaa havaitsemista.
Uuden tyyppinen "pehmeä robotti" voisi tarjota läpimurron asteroidilentoihin.
01 Hauras asteroidi kohtaa kovan laskun ongelman
Robottiavaruusaluksen laskeutuminen turvallisesti kuuhun tai planeetalle on jo erittäin vaikeaa. Asteroidille laskeutuminen on vielä vaikeampaa.
Toisin kuin jättimäiset planeetat. Asteroidien pintapainovoima on erittäin heikko, ehkä jopa muutama miljoonasosa Maan painovoimasta. Mikrogravitaatioympäristö tuo suuria haasteita avaruusalusten laskeutumiseen ja toimintaan. Perinteisellä "kovan laskun" menetelmällä, joka perustuu potkuriin, on vaikea saavuttaa tarkkaa ohjausta, ja on helppo tuhota asteroidin löysä pintarakenne, mikä vaikuttaa vakavasti asteroidin koostumuksen ja evoluutiohistorian tutkimukseen.
NASAn OSIRIS-REx-tehtävä otti erittäin konservatiivisen lähestymistavan asteroidiin Bennuun. "Emme halunneet käsitellä todellisen kosketuksen epävarmuutta pinnan kanssa pidempään kuin on tarpeen", Moreau sanoi. Joten he kehittivät suunnitelman vakoilla asteroidia 16 sekunnissa pitkällä näytteenottovarrella.
Nykytekniikalla olemme vielä kaukana todellisesta asteroidin "laskeutumisesta".
02 Slow Landing: Visio pehmeästä robotista
Mikrogravitaatioympäristön ominaisuudet huomioon ottaen professori Jay McMahonin työryhmä Coloradon yliopistosta on esittänyt rohkean idean: "pehmeiden robottien" - AoES:n - kehittämisen asteroidien pehmeän laskun saavuttamiseksi. Tämä robotti hyödyntää täysin heikkoja voimia, kuten sähkömagneettista adsorptiota ja sähköstaattista adheesiota laskeutumiseen ja pintatoimintoihin, sen ei tarvitse luottaa ponneaineisiin ja mekaaniseen ankkurointiin, ja se voi saavuttaa rauhoittavan "nollatörmäyksen" laskeutumisen.
Pehmeä robotti on suunniteltu useiden terälehtien muotoon, kuten lumpeet. Terälehdet on valmistettu elastisesta materiaalista, joka voi peittää suuria alueita asteroidin pinta-alasta vahingoittamatta pinnan topografiaa, ja ne voivat myös pyöriä ja venyä käyttämällä kiertoradan nopeutta ja auringon säteilyn painetta kiertoradansa säätämiseen ja hidastamiseen.
Pehmeät robotit voivat käyttää asteroidien pintavarauksen jakautumista sähkömagneettiseen adsorptioon. Asteroidin pinta on täynnä erilaisia pölyhiukkasia, jotka luovat monimutkaisia varausjakaumia ja sähkökenttiä, aivan kuten gekot käyttävät molekyylien vuorovaikutusta kiinnittyessään seinään, myös pehmeät robotit voivat kiinnittyä asteroidin pintaan ohjaamalla varauspilveä. joitain terälehtiä.
Toinen tapa kiinnittää on käyttää sähköstaattista voimaa. Vaikka asteroidin pinnalla oleva sähköstaattinen voima on heikko, pehmeä robotti voi kerätä riittävästi sähköstaattista adheesiota valtavan pinta-alan läpi. Joidenkin terälehtien latauksen säätäminen mahdollistaa pehmeän robotin liikkumisen. Tämä liiketapa ei vaadi polttoaineen käyttövoimaa eikä aiheuta asteroidin toissijaista kontaminaatiota.
03 Pitkäaikainen seuranta ja resurssien käyttö
Jos pehmeä lasku onnistuu, pehmeät robotit voivat toimia asteroidin pinnalla pitkään suorittaakseen erilaisia tieteellisiä tutkimuksia. Sen pinnalle voidaan täpliä antureita, jotka tarkkailevat magneettikenttiä, lämmön virtausta, varauksen jakautumista ja muuta tietoa asteroidin muodostumismekanismin ja evoluutiohistorian paljastamiseksi. Pitkällä aikavälillä tällä on suuri merkitys asteroidiresurssien kehitykselle ja hyödyntämiselle
04 Tekniset ongelmat: navigointi, teho ja ohjaus
Ajatus pehmeiden robottien käyttämisestä laskeutumiseen asteroideille on erittäin houkutteleva, mutta se kohtaa myös monia teknisiä haasteita, kriittisimmät ongelmat ovat navigointi ja ohjaus.
Tarkan laskeutumisen ja pintanavigoinnin saavuttamiseksi monimutkaisessa ja tuntemattomassa asteroidiympäristössä pehmeillä roboteilla on oltava esteiden välttäminen ja autonomiset suunnitteluominaisuudet. Verrattuna jäykkään runkoon, pehmeän robotin dynamiikka ja ohjausjärjestelmä on monimutkaisempi. Jokainen terälehtivarren muodonmuutos muuttaa kokonaismassan jakautumista ja dynaamisia parametreja. Ohjausalgoritmin tulee olla tehokas ja tarkka sekä riittävän mukautuva tuntemattomaan ympäristöön.
Pitkäkestoiset avaruuslennot asettavat vakavia haasteita myös pehmeiden robottien materiaaleille ja rakenteille. Sen on kestettävä suurta säteilyä ja äärimmäisiä lämpötilaeroja, ja sen on kyettävä korjaamaan itsensä vian sattuessa.
Massan vähentäminen ja rakenteellisen lujuuden parantaminen on toinen haaste, joka on ylitettävä tällä alalla. Voidakseen toimia äärimmäisissä mikrogravitaatioympäristöissä, pehmeiden robottien on oltava ohuita ja kevyitä, mutta liian heikko rakenne on vaikeasti ohjattava liike- ja näytteenottotehtäviin, joten sen on varmistettava tehtävän suorittamiseen vaadittava lujuus ja jäykkyys lisäämättä liikaa massaa.
05 Tulevaisuutta voidaan odottaa
Haasteista huolimatta unelma pehmeästä laskusta jatkaa edistymistä ja innovaatioita tällä alalla. Coloradon yliopiston tiimi, joka on saanut NASAn tutkimusapurahaa vuodesta 2017, tutkii parhaillaan, voisiko osa sen pehmeästä robotiikasta palvella satelliittien ylläpitoa kiertoradalla ja avaruusromun siivoamista.
Nähtäväksi jää, pystyvätkö pehmeät robotit olemaan edelläkävijöitä asteroidien etsinnässä ihmisille.