НАСА испытало прототип для поиска жизни в океане Европы
Когда в 2030 году космический аппарат NASA Europa Clipper достигнет пункта назначения, он будет готов направить множество мощных научных приборов на спутник Юпитера Европу в течение 49 полетов в поисках признаков того, что океан под ледяной корой Луны может поддерживать жизнь. В то время как космический аппарат, запущенный 14 октября, оснащен самым передовым научным оборудованием, которое НАСА когда-либо отправляло за пределы Солнечной системы, команды уже разрабатывают следующее поколение роботизированных концепций, которые потенциально могут погрузиться в водные глубины Европы и других океанических миров, продвигая науку еще дальше.
Вот тут-то и появляется концепция миссии по исследованию океана под названием SWIM. Проект, сокращенный от Sensing With Independent Micro-swimmers, предусматривает создание множества самоходных роботов-плавцов размером с мобильный телефон, которые, будучи доставлены в подземные воды океана криоботом для таяния льда, будут перемещаться в поисках химических и температурных сигналов, которые могут 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 считаем, что для жизни нужна вода. Поэтому нам нужны роботы, способные исследовать эти среды автономно, за сотни миллионов миль от дома”, — сказал Итан Шалер, главный исследователь SWIM в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии.
Разрабатываемая в JPL серия прототипов SWIM concept недавно прошла испытания в 25-ярдовом (23-метровом) бассейне для соревнований в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Результаты были обнадеживающими.
Последняя разработка команды SWIM team - это пластиковый прототип, напечатанный на 3D-принтере, в основе которого лежат недорогие серийные двигатели и электроника. Приводимый в движение двумя воздушными винтами, с четырьмя закрылками для управления, прототип продемонстрировал управляемое маневрирование, способность оставаться на месте и корректировать курс, а также маневрирование взад-вперед “газонокосилкой”. Он управлял всем этим автономно, без прямого вмешательства команды. Робот даже произнес по буквам “Джей-Пи-Л”.
На всякий случай, если робота нужно было спасать, он был привязан к леске, и инженер с удочкой в руках ходил вдоль бассейна во время каждого испытания. Рядом коллега просматривал действия робота и данные датчиков на ноутбуке. Команда завершила более 20 раундов тестирования различных прототипов в бассейне и в паре резервуаров в Лаборатории реактивного движения (JPL).
“Это потрясающе - создать робота с нуля и увидеть, как он успешно работает в соответствующей среде”, - сказал Шалер. “Подводные роботы в целом очень сложны, и это только первый из серии проектов, которые нам предстоит разработать, чтобы подготовиться к путешествию в океанский мир. Но это доказательство того, что мы можем создать таких роботов с необходимыми возможностями и начинаем понимать, с какими трудностями они столкнутся при выполнении миссии под землей”.
Клиновидный прототип, использовавшийся в большинстве испытаний в бассейне, имел длину около 16,5 дюймов (42 сантиметра) и весил 5 фунтов (2,3 килограмма). Согласно замыслу, роботы, предназначенные для космических полетов, должны были иметь размеры примерно в три раза меньше — крошечные по сравнению с существующими дистанционно управляемыми и автономными подводными научными аппаратами. Пловцы размером с ладонь будут оснащены миниатюрными, специально изготовленными деталями и будут использовать новую беспроводную систему подводной акустической связи для передачи данных и триангуляции их местоположения.
Цифровые версии этих маленьких роботов прошли собственное тестирование, но не в бассейне, а в компьютерном симуляторе. В среде с таким же давлением и гравитацией, с какими они, вероятно, столкнулись бы на Европе, виртуальный рой роботов длиной 5 дюймов (12 сантиметров) 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 проводить исследования более эффективно.
Моделирование также помогло команде лучше понять, как максимизировать научную отдачу при учете компромиссов между временем автономной работы (до двух часов), объемом воды, который могут исследовать пловцы (около 3 миллионов кубических футов, или 86 000 кубических метров), и количеством роботов в одном рое (дюжина, посылаемый четырьмя-пятью волнами).
Кроме того, команда сотрудников Технологического института Джорджии в Атланте изготовила и протестировала датчик состава океана, который позволил бы каждому роботу одновременно измерять температуру, давление, кислотность или щелочность, электропроводность и химический состав. Этот чип площадью всего в несколько квадратных миллиметров является первым, который объединил все эти датчики в одном крошечном корпусе.
Конечно, такая продвинутая концепция потребовала бы еще нескольких лет работы, среди прочего, чтобы быть готовой к возможному будущему полету на ледяную Луну. В то же время, по мнению Шалера, роботы-плавунцы могут получить дальнейшее развитие, чтобы выполнять научную работу прямо у себя дома: поддерживать океанографические исследования или проводить важные измерения под полярными льдами.
Калифорнийский технологический институт управляет Лабораторией лабораторных исследований (JPL) для НАСА. Проект JPL SWIM был поддержан в рамках первого и второго этапов финансирования по программе НАСА "Инновационные передовые концепции" (NIAC) в рамках Управления космических технологий агентства. Программа поддерживает дальновидные идеи в области освоения космоса и аэрокосмической промышленности, финансируя исследования на ранних стадиях для оценки технологий, которые могут преобразовать будущие миссии НАСА. Исследователи из правительства США, промышленности и научных кругов могут направлять свои предложения.
