Длина каньона Долины Маринера на Марсе составляет 3000 километров. Кредит: NASA / JPL-Caltech
Огромный каньон тянется через Марс: Долина Маринера имеет длину 3000 километров, ширину 600 километров и среднюю глубину 8 километров. Ее латинское название восходит к марсианскому орбитальному аппарату Mariner, который обнаружил долину в начале 1970-х годов.
С 2012 года этот крупнейший известный каньон в солнечной системе стал объектом особого внимания Немецкого космического агентства в Немецком аэрокосмическом центре (DLR). Инициатива VaMEx направлена на разработку ключевых технологий для роботизированного исследования этой сложной местности в рое: VaMEx—Valles Marineris Explorer состоит из движущихся, шагающих и летающих дронов, которые образуют сложную общую систему.
Инициатива космического агентства VaMEx направлена на первое исследование ущелий и пещер каньона. Она также будет искать следы жидкой воды и, следовательно, возможно, жизни, которая могла бы существовать там в защищенных нишах.
С этой целью DLR хочет отправить на Марс рой автономных, взаимосвязанных роботов: они будут работать на земле, в воздухе и в пещерах, где будут собирать изображения и другие данные.
Пещеры как особенно интересные целевые локации
В этой пересеченной долине, вероятно, есть несколько пещер. Даже в, казалось бы, однообразном ландшафте Луны исследователи из Италии и США недавно обнаружили вход в большую пещеру.
Пещеры интересны не только как места для лунных или марсианских баз. Они обеспечивают защиту от космической радиации, более умеренные температуры и, следовательно, хорошую среду для сохранения жизни, которая могла возникнуть миллиарды лет назад, когда условия на Марсе были гораздо более благоприятными.
Помимо кафедры аэрокосмических информационных технологий в Университете Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге, в настоящее время в исследовании долины Маринера участвует также группа профессоров JMU по космическим технологиям. Ее задача — разработать концепцию связи для роя роботов.
Как устроен рой роботов
«Мы дали нашему подпроекту название VaMEx3-MarsSymphony, поскольку его цель — заставить отдельные элементы роя роботов играть вместе гармонично, как оркестр,» говорит руководитель проекта профессор Хакан Каял.
На текущем этапе разработки рой включает в себя мобильных роботов в воздухе и на земле, стационарный шлюз на земле, который служит командным центром для связи, а также спутниковый имитатор для обмена данными с Землей.
Когда роботы на земле входят в пещеры, они экранированы от поверхности Марса и не могут напрямую общаться с шлюзом. Поэтому концепция также включает в себя ретрансляционные станции, которые передают записанные изображения и данные по транспортной цепочке — от робота в пещере к шлюзу на поверхности планеты.
Технологии из Вюрцбурга: тела авторотации
В рой также входят так называемые авторотационные тела: они сбрасываются с воздуха и собирают данные, плавно планируя к земле. Последнее достигается благодаря их особой конструкции: удлиненные тела построены как семена клена. Они имеют крыло и вращаются вокруг собственной оси, что позволяет им плавно вращаться вниз. Их траекторию полета можно контролировать, так что их можно распределить по большей площади, а затем использовать в качестве сенсорных, ретрансляторных и навигационных сетей.
Руководитель проекта MarsSymphony Клеменс Риглер особенно доволен использованием тел авторотации: он помогал разрабатывать падающие тела, будучи студентом — с 2016 года в программе Rexus-Bexus космического агентства DLR и в университетской группе WüSpace eV Вюрцбурга, которая позволяет студентам работать над аэрокосмическими проектами.
Риглер продолжает развивать систему посадки в своей докторской диссертации: «Приятно видеть, что DLR признает эту работу и что теперь она стала частью проекта по исследованию Марса.»
В шлюз встроена небесная камера.
У роботизированного марсианского оркестра есть еще одна уникальная особенность: стационарный шлюз будет оснащен камерой, которая будет следить за марсианским небом. «Все предыдущие миссии на Марс были сосредоточены на поверхности планеты, но мы хотим впервые взглянуть вверх,» говорит Каяль. И там должно быть много чего наблюдать: образование облаков, попадание метеоров или молний и другие кратковременные световые явления.
Метеориты размером с баскетбольный мяч, похоже, падают на Марс почти каждый день: к такому выводу пришли исследователи на основе сейсмических данных в июне 2024 года. «Мы могли бы дополнительно подтвердить это данными, если бы засняли падение метеоритов с помощью нашей камеры UAP и сопоставили эти события с сейсмическими сигналами.» говорит Каяль.
Аббревиатура UAP означает Unidentified Anomalous Phenomena (неопознанные аномальные явления). Название камеры происходит от ее способности использовать искусственный интеллект для специфического обнаружения неизвестных небесных явлений, таких как наблюдаемые на Земле.
Интеграция системы камер для наблюдения за небом на борту Gateway представляет собой значительный шаг вперед на пути к созданию системы обнаружения кратковременных явлений в атмосфере Марса и исследования беспилотных космических аппаратов.
С MarsSymphony исследования UAP впервые субсидируются федеральными фондами. Новый тип камеры наблюдения за небом также может обнаружить UAP на Марсе в будущем.
Связь между шлюзом и ретрансляционным спутником представляет собой проблему
Связь между описанными элементами и космическим сегментом является ключевой проблемой в передаче полученных научных данных. Из-за ограниченности ресурсов это касается, в частности, связи между шлюзом на поверхности Марса и ретрансляционными спутниками на орбите.
Текущие посадочные модули в настоящее время используют S- или X-диапазон. Однако переключение с X-диапазона на Ka-диапазон является решающим шагом на пути к увеличению скорости передачи данных канала передачи. Поэтому берлинский партнер проекта IQ Technologies for Earth and Space GmbH разработает приемопередатчик с поддержкой Ka-диапазона для использования на посадочных модулях и малых межпланетных спутниках на основе своей проверенной в полете системы XLink.
Помимо приемопередающего оборудования для межпланетных систем, в рамках проекта также будут разработаны индивидуальные и гибкие протоколы передачи.
Системные испытания 2025 с аналоговой миссией на Земле
Работает ли рой роботов так, как запланировано, будет проверено во время аналоговой миссии в 2025 году: участники будут моделировать миссию на Марс на Земле, вероятно, в карьере в Германии. Камера Würzburg UAP также будет играть важную роль в этой симуляции: ее видеозаписи с неба предоставят достаточно большие объемы данных для проверки устойчивости системы связи.
Если аналоговая миссия пройдет успешно, каким будет следующий шаг? «В возможном последующем проекте оборудование должно быть адаптировано для использования на Марсе.» объясняет Каяль. Потому что условия там суровые: атмосфера тонкая, средняя температура -63°C, а по красной планете регулярно проносятся крупные пылевые бури.
Информация от: Университетом Юлиуса-Максимилиана Вюрцбурга.
