Марс известен своими уникальными геологическими особенностями. Olympus Mons — это огромный щитовой вулкан, в 2,5 раза выше Эвереста. Hellas Planitia — крупнейший видимый ударный кратер в Солнечной системе. Однако самая поразительная особенность Марса — это Долина Маринера, крупнейший каньон в Солнечной системе.
Эта интересная геологическая особенность требует изучения, и группа немецких исследователей считает, что лучше всего для этой задачи подойдет рой роботов.
Долина Маринера (VM) названа в честь космического корабля NASA Mariner 9, который обнаружил этот огромный каньон в 1971 году. Его длина составляет около 4000 км, глубина в самой глубокой точке — 8 км, а ширина в некоторых местах — 600 км. По сравнению с этими размерами Гранд-Каньон в США кажется карликом.
Издалека VM выглядит как короста на поверхности Марса. Это взаимосвязанная сеть пропастей, разломов, долин и, возможно, пещер. В отличие от Большого каньона, VM не был вырыт текущей рекой. Вместо этого ученые считают, что он, скорее всего, был образован рифтовыми разломами, областями на поверхности, где плиты отступали друг от друга.
Немецкие ученые разрабатывают способ исследования этого уникального региона. Он называется Valles Marineris Explorer (VaMEx), и идея возникла несколько лет назад. VaMEx — это инициатива Немецкого аэрокосмического центра (DLR), и она добивается значительных успехов.
Марсоходы NASA достигли большого прогресса в понимании Марса и его потенциально обитаемого прошлого. Это невероятные машины, которые демонстрируют изобретательность человечества. Но они плохо подходят для пересеченной местности, усеянной препятствиями, такой как Valles Mariners. Вместо того, чтобы построить один роботизированный автомобиль, VaMEx построит несколько типов автомобилей и стационарных единиц, которые будут работать вместе, чтобы исследовать VM и его пропасти, стены долин и пещеры.
VaMEx будет роем взаимосвязанных транспортных средств, которые летают, перемещаются по земле и посещают пещеры в VM. Они будут связаны с наземной станцией, которая будет выполнять функции командного центра, а спутник будет обеспечивать связь с Землей. Транспортные средства будут собирать изображения и данные и отправлять их в командный центр и на орбитальный аппарат или спутник, а затем на Землю.
VaMEx особенно нацелен на пещеры, которые, по мнению ученых, вероятно, в изобилии присутствуют в ВМ. Пещеры защищены от радиации, и если на Марсе в прошлом существовала простая жизнь, то ее следы могут быть глубоко в этих пещерах. VaMEx также включает наземные ретрансляционные станции, которые позволят роботам, исследующим пещеры, обмениваться данными и изображениями в режиме реального времени.
Все это потребует тонко настроенных коммуникаций.
«Мы дали нашему подпроекту название „VaMEx3-MarsSymphony“, поскольку его цель — заставить отдельные элементы роя роботов играть вместе гармонично, как оркестр», — сказал руководитель проекта профессор Хакан Каял. Каял — профессор астронавтики в Центре управления полетами спутников в Университете Вюрцбурга.
Частью роя также являются так называемые тела авторотации. Термин «авторотация» происходит от термина «полет вертолета». Он описывает ситуацию, когда теряется мощность роторов, и когда вертолет падает на Землю, воздух заставляет роторы вращаться, обеспечивая достаточно энергии для контролируемого снижения. Тела авторотации VaMEx — это не вертолеты. Они похожи на семена клена, которые плавно падают на землю, вращаясь при спуске. Как только они достигают поверхности, они остаются неподвижными.
VaMEx также использует необычный подход к камерам. Стационарная наземная станция будет оснащена камерой, которая следит за марсианским небом. «Все предыдущие миссии на Марс были сосредоточены на поверхности планеты, но мы хотим впервые посмотреть вверх», — говорит Хакан Каял. Камера может следить за образованием облаков и пылью в атмосфере. Она также будет фиксировать любые кратковременные явления, такие как необычное освещение облаков или молнии.
Марсоходы NASA время от времени фотографировали марсианское небо. Ниже представлен gif-файл с марсохода Perseverance, который использовал одну из своих навигационных камер для съемки изображений. Специально разработанная камера для наблюдения за небом будет фотографировать марсианское небо так, как никогда раньше.
через GIPHY
Он также увидит приближающиеся метеоры, и данные показывают, что один метеор размером с баскетбольный мяч врезается в Марс каждый день. «Мы могли бы дополнительно подтвердить это данными, если бы мы сняли вхождение метеоритов нашей камерой UAP и сопоставили эти события с сейсмическими сигналами», — говорит Хакан Каял.
VaMEx сталкивается со множеством технических проблем, которые еще предстоит преодолеть. Мобильным роботам понадобится мощный ИИ для поиска маршрута, чтобы маневрировать по сложной местности, особенно в пещерах. Сигналу требуется около 40 минут, чтобы пройти с Марса и обратно, что делает невозможным удаленное управление в реальном времени.
Также существуют проблемы со связью. Ключевая проблема — заставить наземные сегменты VaMEx связаться со спутником. Одна компания работает над специальными трансиверами, которые работают в Ka-диапазоне для обработки всех научных данных. Ka-диапазон используется в спутниках, поскольку он обеспечивает более высокую пропускную способность связи, но в настоящее время посадочные модули используют S- или X-диапазоны. Проблема в том, что Ka-диапазон обычно требует большего количества и более громоздкого оборудования, включая большие антенны, что может быть непрактично для наземного робота.
В августе ученые протестировали некоторые аспекты VaMEx на площадке DLR в Оберпфаффенхофене. Они протестировали датчики LIDAR (обнаружение и определение дальности с помощью света), IMU (инерциальный измерительный блок) и GNSS (глобальная навигационная спутниковая система) для проверки истинности наземных данных. Это сравнило информацию датчиков с известными данными. Они также успешно протестировали системы связи типа Wi-Fi и радиолокацию.
«Одним из самых ярких моментов наших полевых испытаний стал живой тест многороботового SLAM (одновременная локализация и картирование)», — говорится на сайте VaMEx. «В сценарии с двумя роботами мы протестировали возможности наших алгоритмов SLAM в реальном времени». Они говорят, что результаты были многообещающими и иллюстрируют путь вперед для сотрудничества отдельных роботов.
Однако не все в испытаниях прошло хорошо. Robot Operating System 2 (ROS2) столкнулась с некоторыми проблемами, когда так много единиц пытались общаться друг с другом. Пропускная способность и синхронизация были проблемными.
Эти результаты помогают команде VaMEx подготовиться к предстоящим аналоговым испытаниям в 2025 году. Они пройдут в карьере в Германии, где будет испытан рой роботов после улучшений, полученных в ходе августовских испытаний. Вюрцбургская UAP (Unidentified Aerial Phenomena) Skycam будет частью этих испытаний, а ее ресурсоемкие видеоданные будут добавлены к тестированию общей надежности системы.
Если все пойдет хорошо, следующим шагом будет укрепление оборудования VaMEx. На Марсе гораздо более суровые условия, с гораздо более низкими температурами, тонкой атмосферой и глобальными пылевыми бурями, которые могут помешать исследованию.
«В возможном последующем проекте оборудование придется адаптировать для использования на Марсе», — объясняет Хакан Каял.
