Η ζώνη των αστεροειδών είναι γεμάτη ευκαιρίες και άγνωστα, πλούσια σε πόρους και επιστημονικά μυστήρια.
Πώς προσγειώνεστε και μετακινείστε με ασφάλεια σε αυτά τα μικροσκοπικά σώματα; Αυτή είναι μια ερώτηση που έχουν εξετάσει πολλοί μηχανικοί. Όταν τα συμβατικά ρομπότ υλικού προσγειώνονται στην επιφάνεια ενός εύθραυστου αστεροειδούς, υπάρχει μεγάλος κίνδυνος να καταστρέψουν τη δομή της επιφάνειας, καθιστώντας αδύνατη τη λήψη έγκυρων δειγμάτων ή τη διεξαγωγή συνεχούς ανίχνευσης.
Ένας νέος τύπος «μαλακού ρομπότ» θα μπορούσε να προσφέρει μια σημαντική ανακάλυψη για αποστολές αστεροειδών.
01 Εύθραυστος αστεροειδής αντιμετωπίζει πρόβλημα σκληρής προσγείωσης
Η ασφαλής προσγείωση ενός ρομποτικού διαστημικού σκάφους στο φεγγάρι ή στον πλανήτη είναι ήδη πολύ δύσκολη. Η προσγείωση σε έναν αστεροειδή είναι ακόμα πιο δύσκολη.
Σε αντίθεση με τους γιγάντιους πλανήτες. Η επιφανειακή βαρύτητα των αστεροειδών είναι εξαιρετικά ασθενής, ίσως ακόμη και μερικά εκατομμυριοστά αυτής της Γης. Το περιβάλλον μικροβαρύτητας φέρνει μεγάλες προκλήσεις στην προσγείωση και τις δραστηριότητες του διαστημικού σκάφους. Η παραδοσιακή μέθοδος "σκληρής προσγείωσης" που βασίζεται σε προωθητές είναι δύσκολο να επιτευχθεί ακριβής έλεγχος και είναι εύκολο να καταστραφεί η χαλαρή επιφανειακή δομή του αστεροειδούς, κάτι που θα επηρεάσει σοβαρά τη μελέτη της σύνθεσης και του ιστορικού εξέλιξης του αστεροειδούς.
Η αποστολή OSIRIS-REx της NASA ακολούθησε μια πολύ συντηρητική προσέγγιση στον αστεροειδή Bennu. «Δεν θέλαμε να αντιμετωπίσουμε την αβεβαιότητα της πραγματικής επαφής με την επιφάνεια για περισσότερο από όσο χρειάζεται», είπε ο Moreau. Έτσι επινόησαν ένα σχέδιο για να κατασκοπεύσουν τον αστεροειδή σε 16 δευτερόλεπτα με ένα μακρύ βραχίονα δειγματοληψίας.
Με την τρέχουσα τεχνολογία, βρισκόμαστε ακόμη πολύ μακριά από μια πραγματική «προσγείωση» αστεροειδών.
02 Αργή προσγείωση: Το όραμα ενός μαλακού ρομπότ
Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος μικροβαρύτητας, η ομάδα του καθηγητή Jay McMahon στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο πρότεινε μια τολμηρή ιδέα: την ανάπτυξη «μαλακών ρομπότ» - AoES, για την επίτευξη μιας ήπιας προσγείωσης αστεροειδών. Αυτό το ρομπότ χρησιμοποιεί πλήρως τις αδύναμες δυνάμεις όπως η ηλεκτρομαγνητική προσρόφηση και η ηλεκτροστατική πρόσφυση για δραστηριότητες προσγείωσης και επιφανείας, δεν χρειάζεται να βασίζεται σε προωθητικά και μηχανική αγκύρωση και μπορεί να επιτύχει μια καταπραϋντική προσγείωση "μηδενικής σύγκρουσης".
Το μαλακό ρομπότ έχει σχεδιαστεί σε σχήμα πολλαπλών πετάλων, παρόμοια με τα νούφαρα. Τα πέταλα είναι κατασκευασμένα από ελαστικό υλικό που μπορεί να καλύψει μεγάλες περιοχές της επιφάνειας του αστεροειδούς χωρίς να καταστρέψει την τοπογραφία της επιφάνειας και μπορούν επίσης να περιστρέφονται και να τεντώνονται, χρησιμοποιώντας τροχιακή ταχύτητα και πίεση ηλιακής ακτινοβολίας για να προσαρμόσουν την τροχιά τους και να επιβραδύνουν.
Τα μαλακά ρομπότ μπορούν να χρησιμοποιήσουν την κατανομή επιφανειακού φορτίου των αστεροειδών για ηλεκτρομαγνητική προσρόφηση. Η επιφάνεια του αστεροειδούς είναι γεμάτη με διάφορα σωματίδια σκόνης, τα οποία δημιουργούν πολύπλοκες κατανομές φορτίου και ηλεκτρικά πεδία, όπως τα γκέκο χρησιμοποιούν μοριακές αλληλεπιδράσεις για να προσκολληθούν στον τοίχο, τα μαλακά ρομπότ μπορούν επίσης να προσκολληθούν στην επιφάνεια του αστεροειδούς ελέγχοντας το νέφος φορτίου του μερικά πέταλα.
Ένας άλλος τρόπος προσάρτησης είναι η χρήση ηλεκτροστατικής δύναμης. Αν και η ηλεκτροστατική δύναμη στην επιφάνεια του αστεροειδούς είναι ασθενής, το μαλακό ρομπότ μπορεί να συσσωρεύσει αρκετή ηλεκτροστατική πρόσφυση μέσω της τεράστιας επιφάνειας. Η ρύθμιση της φόρτισης ορισμένων πετάλων επιτρέπει στο μαλακό ρομπότ να κινηθεί. Αυτός ο τρόπος κίνησης δεν απαιτεί πρόωση καυσίμου και δεν προκαλεί δευτερογενή μόλυνση του αστεροειδούς.
03 Μακροπρόθεσμη παρακολούθηση και αξιοποίηση πόρων
Εάν η ομαλή προσγείωση είναι επιτυχής, τα μαλακά ρομπότ θα μπορούν να λειτουργούν στην επιφάνεια του αστεροειδούς για μεγάλο χρονικό διάστημα για να πραγματοποιήσουν μια ποικιλία επιστημονικών εξερευνήσεων. Μπορεί να είναι διάστικτη με αισθητήρες στην επιφάνεια για την παρακολούθηση των μαγνητικών πεδίων, της ροής θερμότητας, της κατανομής φορτίου και άλλες πληροφορίες για την αποκάλυψη του μηχανισμού σχηματισμού και της ιστορίας της εξέλιξης του αστεροειδούς. Μακροπρόθεσμα, αυτό έχει μεγάλη σημασία για την ανάπτυξη και τη χρήση πόρων αστεροειδών
04 Τεχνικές δυσκολίες: πλοήγηση, ισχύς και έλεγχος
Η ιδέα της χρήσης μαλακών ρομπότ για προσγείωση σε αστεροειδείς είναι πολύ ελκυστική, αλλά αντιμετωπίζει επίσης πολλές τεχνικές προκλήσεις, τα πιο κρίσιμα ζητήματα είναι η πλοήγηση και ο έλεγχος.
Για να επιτευχθεί ακριβής προσγείωση και πλοήγηση στην επιφάνεια στο περίπλοκο και άγνωστο περιβάλλον αστεροειδών, τα μαλακά ρομπότ πρέπει να έχουν δυνατότητες αποφυγής εμποδίων και αυτόνομου σχεδιασμού. Σε σύγκριση με το άκαμπτο σώμα, η δυναμική και το σύστημα ελέγχου του μαλακού ρομπότ είναι πιο περίπλοκο. Κάθε παραμόρφωση του βραχίονα πετάλου θα αλλάξει τη συνολική κατανομή μάζας και τις δυναμικές παραμέτρους. Ο αλγόριθμος ελέγχου πρέπει να είναι αποτελεσματικός και ακριβής και να έχει επαρκή προσαρμοστικότητα σε άγνωστο περιβάλλον.
Οι διαστημικές πτήσεις μεγάλης διάρκειας θέτει επίσης σοβαρές προκλήσεις για τα υλικά και τις δομές των μαλακών ρομπότ. Πρέπει να είναι σε θέση να αντέχει σε υψηλή ακτινοβολία και ακραίες διαφορές θερμοκρασίας και να έχει τη δυνατότητα αυτοεπισκευής σε περίπτωση βλάβης.
Η μείωση της μάζας και η βελτίωση της δομικής αντοχής είναι μια άλλη πρόκληση που πρέπει να αντιμετωπιστεί σε αυτόν τον τομέα. Για να λειτουργήσουν σε περιβάλλοντα ακραίας μικροβαρύτητας, τα μαλακά ρομπότ πρέπει να είναι λεπτά και ελαφριά, αλλά μια πολύ αδύναμη δομή είναι δύσκολο να τροφοδοτήσει τις εργασίες κίνησης και δειγματοληψίας, επομένως πρέπει να διασφαλίζει τη δύναμη και την ακαμψία που απαιτούνται για την εκτέλεση της εργασίας χωρίς να προσθέτει υπερβολική μάζα.
05 Το μέλλον μπορεί να αναμένεται
Παρά τις προκλήσεις, το όνειρο μιας ομαλής προσγείωσης συνεχίζει να οδηγεί την πρόοδο και την καινοτομία σε αυτόν τον τομέα. Η ομάδα του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, η οποία έχει λάβει επιχορήγηση έρευνας της NASA από το 2017, διερευνά επί του παρόντος εάν κάποια από την τεχνολογία μαλακής ρομποτικής της θα μπορούσε να εξυπηρετήσει τη συντήρηση των δορυφόρων σε τροχιά και τον καθαρισμό των σκουπιδιών του διαστήματος.
Μένει να δούμε αν τα μαλακά ρομπότ θα είναι σε θέση να πρωτοστατήσουν στην εξερεύνηση αστεροειδών για τον άνθρωπο.