Прототип робота, предназначенного для исследования подземных океанов ледяных лун, отражается в поверхности воды во время испытаний в бассейне Калифорнийского технологического института в сентябре. Испытания, проведенные Лабораторией реактивного движения НАСА, показали осуществимость концепции миссии с участием группы мини-плавающих роботов. Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Когда НАСА Europa Clipper достигнет пункта назначения в 2030 году, космический корабль будет готовиться направить множество мощных научных инструментов на спутник Юпитера Европу в ходе 49 пролетов в поисках признаков того, что океан под ледяной корой Луны может поддерживать жизнь.
В то время как космический корабль, запущенный 14 октября, оснащен самым передовым научным оборудованием, которое НАСА когда-либо отправляло во внешнюю Солнечную систему, команды уже разрабатывают следующее поколение концепций роботов, которые потенциально могут погружаться в водные глубины Европы и других океанских миров. , продвигая науку еще дальше.
Именно здесь на помощь приходит концепция миссии по исследованию океана под названием SWIM. Сокращенно от Sensing With Independent Micro-wimmers, проект предполагает создание группы из десятков самоходных плавательных роботов размером с мобильный телефон, которые когда-то были доставлены в подземный океан с помощью криобот, плавящий лед, — отдалялся от него в поисках химических и температурных сигналов, которые могли бы указывать на жизнь.
«Люди могут спросить, почему НАСА разрабатывает подводного робота для исследования космоса? Это потому, что в Солнечной системе есть места, куда мы хотим отправиться в поисках жизни, и мы думаем, что для жизни нужна вода. Поэтому нам нужны роботы, которые могут исследовать эту среду. — автономно, в сотнях миллионов миль от дома», — сказал Итан Шалер, главный исследователь SWIM в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Серия прототипов концепции SWIM, разрабатываемая в Лаборатории реактивного движения, недавно прошла испытания в водах 25-метрового (23-метрового) бассейна для соревнований в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Результаты были обнадеживающими.
Практика плавания
Последняя итерация команды SWIM — это пластиковый прототип, напечатанный на 3D-принтере, в основе которого лежат недорогие коммерческие двигатели и электроника. Прототип, толкаемый двумя гребными винтами и четырьмя закрылками для рулевого управления, продемонстрировал управляемое маневрирование, способность оставаться на месте и корректировать свой курс, а также двигаться вперед-назад по схеме «газонокосилки». Всем этим он управлял автономно, без прямого вмешательства команды. Робот даже написал «JPL».
На случай, если робота понадобится спасти, его прикрепили к леске, а во время каждого испытания вдоль бассейна бегал инженер с удочкой. Рядом коллега просматривал действия робота и данные датчиков на ноутбуке. Команда выполнила более 20 раундов испытаний различных прототипов в бассейне и паре танков в Лаборатории реактивного движения.
«Это здорово — создать робота с нуля и увидеть, как он успешно работает в соответствующей среде», — сказал Шалер. «Подводные роботы в целом очень сложны, и это лишь первый из серии проектов, над которыми нам придется работать, чтобы подготовиться к путешествию в океанский мир. Но это доказательство того, что мы можем построить этих роботов с необходимыми возможностями. и начать понимать, с какими проблемами они столкнутся во время подземной миссии».
Модель финального робота SWIM (справа) находится рядом с капсулой с датчиком состава океана. Датчик был испытан на леднике Аляски в июле 2023 года в рамках проекта под руководством Лаборатории реактивного движения под названием ORCAA (Разведка океанских миров и характеристика астробиологических аналогов). Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте обновления о прорывах, инновациях и важных исследованиях — ежедневно или еженедельно.
Роевая наука
Прототип клиновидной формы, использованный в большинстве испытаний в бассейне, имел длину около 16,5 дюймов (42 сантиметра) и вес 5 фунтов (2,3 килограмма). По задумке космических полетов, роботы будут иметь размеры примерно в три раза меньшие — крошечные по сравнению с существующими дистанционно управляемыми и автономными подводными научными аппаратами. Пловцы размером с ладонь будут иметь миниатюрные, специально изготовленные детали и использовать новую беспроводную систему подводной акустической связи для передачи данных и триангуляции своего положения.
Цифровые версии этих маленьких роботов прошли собственные испытания, но не в бассейне, а в компьютерном моделировании. В среде с таким же давлением и гравитацией, с которой они, вероятно, столкнулись бы на Европе, виртуальный рой роботов длиной 5 дюймов (12 см) неоднократно отправлялся на поиски потенциальных признаков жизни. Компьютерное моделирование помогло определить пределы возможностей роботов по сбору научных данных в неизвестной среде и привело к разработке алгоритмов, которые позволили бы рою исследовать более эффективно.
Моделирование также помогло команде лучше понять, как максимизировать отдачу от науки, принимая во внимание компромисс между временем автономной работы (до двух часов), объемом воды, который пловцы могут исследовать (около 3 миллионов кубических футов, или 86 000 кубических метров), и объемом воды. количество роботов в одном рое (дюжина, отправленных четырьмя-пятью волнами).
Кроме того, группа сотрудников Технологического института Джорджии в Атланте изготовила и протестировала датчик состава океана, который позволит каждому роботу одновременно измерять температуру, давление, кислотность или щелочность, проводимость и химический состав. Чип площадью всего несколько квадратных миллиметров впервые объединил все эти датчики в одном крошечном корпусе.
Конечно, такая продвинутая концепция потребует еще нескольких лет работы, среди прочего, чтобы быть готовым к возможному будущему полету на ледяную луну. Тем временем Шалер предполагает, что роботы SWIM потенциально будут доработаны для выполнения научной работы прямо у себя дома: поддержки океанографических исследований или проведения важных измерений подо полярными льдами.
