Исследование Марса продолжается: многие страны отправляют роботизированные миссии для поиска доказательств прошлой жизни и изучения эволюции геологии и климата планеты. На момент написания статьи существует десять миссий по исследованию Красной планеты, состоящих из орбитальных аппаратов, посадочных модулей, марсоходов и одного вертолета (Ingenuity). Заглядывая в будущее, НАСА и другие космические агентства рассматривают концепции, которые позволят им исследовать Красную планету дальше, включая ранее недоступные места. В частности, существует значительный интерес к исследованию стабильных лавовых трубок, проходящих под поверхностью Марса.
Эти трубки могут быть сокровищницей научных открытий, содержащей водяной лед, органические молекулы и, возможно, даже жизнь! Даже в предложениях по полетам с экипажем рекомендуется создавать в этих трубах среду обитания, где астронавты будут защищены от радиации, пыльных бурь и экстремальных условий на поверхности. В недавнем исследовании Политехнического университета Бухареста (UPB) группа инженеров описала, как автономный марсианский инспекционный дрон (MID), созданный по образцу вертолета Inginuity, может обнаруживать, проникать и детально изучать эти лавовые трубы.
Исследование провели Даниэль Бетко и Сабина Чудин, два аэрокосмических инженера из Политехнического университета Бухареста, при поддержке Петришора Валентина Парву, доцента кафедры аэрокосмических наук UPB. Статья, подробно описывающая их концепцию «Автономная навигация для марсианского инспекционного дрона», недавно появилась в журнале. Акта Астронавтика. В нем они описывают, как можно разработать операции наведения, навигации и управления для их концепции MID, которая будет опираться на сверточную нейронную сеть (CNN) для обеспечения автономности.
Марсианские лавовые трубы впервые были замечены Викинг орбитальные аппараты, изучавшие Марс в период с 1976 по 1980 год. Изображения, полученные этими миссиями, выявили множество особенностей, показывающих, что Марс когда-то был совсем другим местом. К ним относятся каналы, бассейны и аллювиальные отложения, которые указывают на то, что на поверхности Марса когда-то была проточная вода. Присутствие этих лавовых трубок было подтверждено последующими орбитальными аппаратами, такими как Mars Odyssey, Mars Global Surveyor (MGS), Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), что указывало на то, что в прошлом он также был геологически активным.
Как Бетко и его коллеги рассказали Universe Today по электронной почте, есть много вещей, которые делают марсианские лавовые трубы привлекательными для ученых. Подобно лавовым трубам на Луне, которые достаточно велики, чтобы вместить целые планетарные базы (или даже целые города), это включает в себя естественную радиационную защиту и защиту от стихий:
«В некоторых случаях прогнозируемые значения поверхности уменьшаются на целых 98%. Эти лавовые трубы представляют особый интерес для астробиологии, поскольку они могут сохранить свидетельства жизни на Марсе, обеспечивая защиту от ультрафиолетового излучения. Кроме того, пещеры могут послужить убежищем для будущих миссий человека по исследованию Марса. Более глубокие места внутри пещер можно было бы использовать в качестве щита от микрометеороидов или в качестве теплоизолятора».
Есть также обширные исследования, которые предполагают, что лавовые трубы могут содержать водяной лед и даже быть убежищем для марсианской жизни (скорее всего, в форме выносливых бактерий). Это делает лавовые трубы подходящим местом для проживания астронавтов, астробиологических исследований и, возможно, постоянных поселений. Для исследования этих лавовых труб было предложено множество концепций миссий, включая сетевые марсоходы и роботов-змей. Однако Изобретательность вертолет – демонстратор технологий, сопровождавший Упорство марсоход на Марс – эффективно продемонстрировал, что летательные аппараты могут быть лучшим вариантом для исследования Марса.
Как указали Бетко и его коллеги, сюда входят лавовые трубы, проходящие под его поверхностью, по которым марсоходам будет сложно ориентироваться. «Воздушные транспортные средства хорошо подходят для исследования лавовых пещер, поскольку они могут двигаться в любом направлении в трехмерном пространстве, что позволяет им войти в лавовую трубу для осмотра», — сказали они. «Для сравнения, марсоход ограничен двумя измерениями и потребует очень сложной конфигурации для входа и навигации внутри лавовой трубы».
Используя Изобретательность В качестве пробного камня команда разработала дизайн своего марсианского инспекционного дрона (MID). Но в то время как Ingenuity использует два соосных несущих винта, их машина имеет конфигурацию октокоптера с восемью. Транспортное средство также будет оснащено набором современных научных инструментов для исследования внутренней части пещер и лавовых труб. Он будет весить максимум 15 кг (33 фунта), что делает его значительно тяжелее, чем Изобретательность – который весит всего 1,8 кг (4 фунта). По их описанию, MID также будет полагаться на автономную навигационную систему и искусственный интеллект, чтобы гарантировать возможность принятия решений без участия человека-контролера:
«Предлагается складной механизм, который будет занимать меньший объем при запуске. Его автономная навигация основана на получении данных от датчиков, таких как акселерометры, гироскопы, высотомеры и камеры, и их обработке для определения положения и ориентации дрона во время полета. Другой уровень автономии реализуется благодаря способности MID принимать решения относительно следующих шагов на основе обученной модели сверточной нейронной сети (CNN). Эта модель дает возможность обнаруживать и проверять входы в лавовые трубы (ямы)».
Заглядывая в будущее, становится ясно, что летательные аппараты будут играть значительную роль в исследовании внеземной среды. Сюда входят НАСА Стрекоза миссия — квадрокоптер с ядерным двигателем, который исследует самый большой спутник Сатурна, Титан (начиная с 2034 года). Другие концепции, такие как самолеты на солнечных батареях и воздушные шары, рассматриваются как возможные средства исследования верхних слоев облаков Венеры и развертывания дронов для возврата проб на поверхность. По словам Бетко и его коллег, автономный вертолет может значительно расширить будущие исследования Марса:
«Потенциальные последствия нашей работы заключаются в эффективном исследовании марсианской планеты, поскольку дрон дает возможность исследовать интересующие области, не требуя постоянного вмешательства человека. Развитие MID способствует интеграции искусственного интеллекта в марсианские миссии. Несмотря на то, что технологии не совсем готовы к этому, извлеченные уроки и технологии, разработанные сейчас, принесут огромную пользу будущим исследованиям Красной планеты».
В настоящее время команда работает над реализацией новых возможностей, которые позволят их концепции исследовать внутренности лавовых труб с использованием методов одновременной локализации и картирования (SLAM). Если подобные концепции будут реализованы, их можно будет использовать для исследования лавовых трубок и углублений на Луне, Меркурии и в любом другом месте Солнечной системы, где они находятся.
Дальнейшее чтение: Акта Астронавтика
