Повърхността на Европа, една от четирите луни на Юпитер, прави страховит враг. Първо, той е увит в гъста кора от лед, разкъсана в големи пропасти от масивното гравитационно дърпане на Юпитер. Тогава има изключително ниска гравитация на повърхността и чисти, хлъзгави ледени каньони. Но под целия този лед се смята също, че Европа има океан с течност, който може да поддържа живота - което го прави основна цел за следващото ни задълбочено проучване на слънчевата система.
Свързано съдържание
- Когато хората започват да колонизират други планети, кой трябва да бъде начело?
- Натрупват се доказателства за ледени гейзери, изригващи в Европа
- Можем ли да спасим Марс от себе си?
И така, как НАСА ще преодолее това коварно предизвикателство? Със сигурност не може да изпрати колесен ровер като Sojourner, който направи един гигантски скок за роботвика, когато за първи път премина през Марс "Арес Валес" през 1996 г. Вместо това НАСА се стреми да премахне тези някога революционни колела и да преразгледа как следващото поколение от роботи ще изследват астероидите и фригидните външни светове на Слънчевата система в следващите няколко десетилетия.
Въведете: LEMUR.
В момента тежи около 75 килограма, този роувър от следващо поколение е част от размера на Марсовото любопитство, който се зарежда с близо един тон. Размерът сам разтяга границите на роботизираната способност - но ако някога се разгърне, ще трябва да направи повече от това. Роверът с размер на пинта ще трябва да издържа на диво екстремни температури и магнитни условия; навигирайте по всякаква повърхност; и го направете достатъчно дълго, за да събирате смислени данни с някои от най-леките и интелигентни космически инструменти, създавани някога.
Това зависи от задачата?
Три поколения марсоходци на НАСА от 1997 до 2012 г., заснети във вътрешността на Марс двора в лабораторията за реактивни двигатели в Пасадена, Калифорния: резервни полети за Sojourner (отпред), тестови роувър Mars Exploration Rover Project (вляво) и тестови роувър Curiosity (вдясно), (НАСА / JPL-Caltech) Наистина, роботизираният LEMUR - съкращение за „крайно-екскурзионен механичен робот“ - не е толкова сладък, колкото широкооките, пухкави опашки видове, популяризирани от Мадагаскар на Dreamworks . По-скоро роботът получава името си от амбициозността на истинския бозайник. Първоначално предназначен за ремонт на робот за командировани лунни мисии, роувърът е преработен за изследване на микрогравитацията на вертикалните и обърнати повърхности на каньони и пещери.
„[Лемурите] използват както ръцете, така и краката си за мобилност и манипулация“, обяснява Аарон Парнес, лидер на групата за екстремна среда по роботика в лабораторията за реактивни двигатели на NASA (JPL). „Въпреки че нашият робот няма ясно изразени ръце и крака, той е подобен на маймуна или лемур по това, че може да използва краката си, за да прави нещата много по-ефективно, отколкото хората могат.“
За да гарантира, че роботът може да се движи в по-странни среди от тези, намиращи се на Марс, групата на Parness е създала онова, което може да се нарече „химеробот“: робот, който използва способностите на много различни сухоземни животни. С достигащите си крайници и приличащи на стъпала крака, LEMUR предизвиква паяк или морска звезда, използвайки своите придатъци, за да пълзи и прилепва към отвесни повърхности.
Четирите крайника на робота са снабдени със сменяеми кръгли „крачета“, които могат да се сменят за приспособления с различни функции, стил нож на Swiss Army, за да му помогнат да премине през различни повърхности. Краката за катерене се отличават с серия от малки, остри като бръснач стоманени куки, известни като микроспира, за да захванат грубите повърхности на скалите достатъчно здраво, за да може един крак да държи тежестта на целия робот. За гладки повърхности, като външните корпуси на космическите станции или спътници, LEMUR се прилепва с лепкави крака, наподобяващи гекони.
Наскоро изследователите взеха една от „ръцете“ на LEMUR в Антарктида, за да изпробват ново и потенциално решаващо закрепване: винтови ледени тренировки. Когато Парнес и неговият екип са готови да тестват своя хардуер, те "търсят най-трудните места, които можем да намерим", каза Парнес. „Трябва да постигнем правилния баланс между подходящата среда, но също така да не сме толкова отдалечени, че е лудо скъпо и невъзможно да се стигне до екипа там. Антарктида беше на самия край на това. "
За целта те призоваха Аарон Къртис, географ-превърнат вулканолог, превърнат-роботизист, който прекара няколко лета на далечния южен континент, пълзейки около ледени тунели, образувани от планината Еребус, най-южният активен вулкан на Земята. Със средните летни температури, спадащи до -22 градуса по Фаренхайт, вулканът, ледените образувания, които създава, и стоящото му езеро от лава представляват сравнителен набор от условия, с които крака мотор може да се срещне на ледени луни като Европа или Енцелад.
Аарон Къртис пътува до Антарктида миналия декември, където тества роботи и инструменти, предназначени за ледени светове като Европа. (Ниал Питърс) Като научен сътрудник с обсерваторията за вулкани на планината Еребус в продължение на шест от последните седем години, Къртис очерта топографията на леда, заобикалящ вулкана. Особените му интереси бяха под повърхността, в пещерите и тунелите, разтопени в леда от газове, избягали от пукнатините на вулкана. Намирането на места, където тунелите, свързани отвън, понякога е толкова просто, колкото намирането на извисяващ се „леден комин“, високи метри, структури, образувани от изтичащ газ. Друг път, което означаваше да се намерят входове на пещери, като случайно хвърли моторна шейна в затъмнена дупка в земята.
След като прекара четири години в картиране на една пещера в 3-D, за да наблюдава промените ѝ във времето, Къртис се озова многократно да се сблъсква с едни и същи предизвикателства. Първо, екипът му не успя да стигне до определени райони, тъй като те бяха твърде токсични за изследване на човека. Второ, те се опасявали, че човешкото им присъствие може да замърси по невнимание редката среда с въведени микроби. Тези две опасения го накараха да разгледа полезността на роботизиращите изследователи.
„Ако имахме робот, който може да обиколи лед, бихме могли да изследваме микробно чувствителни и пълни с газ пещери“, казва Къртис. Собственото му майсторство с леден бот в крайна сметка беше подходящо за работата, която вече се провежда в JPL, към която той се присъедини като роботист миналия октомври.
Оказва се, че микроспинетите са склонни само да раздробяват лед, вместо да ги захващат, тъй като приставката е предназначена да притиска шиповете надолу към скалата, за да спечели. Така Къртис проектира прикачен инвентар, който използва дребни тренировки, за да се изкопае в ледена повърхност.
Оригиналният дизайн се запуши с лед, казва Къртис, така че той се обърна към нещо, което човешките ледени ентусиасти се доверяват на живота си: ледените винтове без рафтове. Те са кухи, позволявайки на леда да премине, вместо да се натрупва зад края на сондажа, и също така ще позволят на LEMUR да произвежда и събира проби от лед, докато бавно пълзи по него.
Следващите световни тестове вероятно ще се проведат на ледниците на връх Рейниер във Вашингтон - с пълното шаси LEMUR, а не само с обезопасено приспособление за крака. Но Парнес каза, че способността да се тестват способностите за вземане на проби също подчертава друга ключова цел на целия процес на разработване.
„С тестови тестове винаги се опитваме да постигнем две цели: да демонстрираме технологии за бъдеща употреба, но и да правим смислена наука на това място“, казва той. С други думи, не само тестовете на LEMUR ни помагат в крайна сметка да разберем криовулканите на други тела; „Това ни е от полза и на Земята“, казва Парнес.
LEMUR получава тренировка в лабораторията на Aaron Parness в JPL по време на скорошно тестване. (НАСА / JPL-Caltech) Повече от 35 години Пенелопе Бостън търси микробиалния живот и неговите индикатори в екстремни среди, като например в Cueva de Villa Luz в Табаско, напоена със сярна киселина в Мексико. В предишната си роля на директор на пещерни и карстови проучвания в Минно-технологичния институт в Ню Мексико, където тя изучава процесите на стареене и ерозия на подземни пещери и сондажи, Бостън насочва Parness към места, където неговият екип и LEMUR могат да научат какво да търсят, и как да го потърсите.
„Помогнах на екипа на Аарон да разбере какви са фините сигнали, които биха могли да показват възможни микробни или минерални находища, които представляват интерес за LEMUR за проверка“, казва Бостън, който сега ръководи Института по астробиология на НАСА по имейл.
Менюто от възможности, добави тя, са модели, оставени в или върху скални образувания от биологични процеси, като например текстури, които показват, че микроорганизмите са били на работа, трансформирайки основи или минерални залежи. На Земята такива доказателства съществуват на места като пещерата Лечугила в Ню Мексико, където се смята, че бактериите, които се хранят със сяра, желязо и манган, са играли роля при оформянето на пещерите и ефектните каменни образувания там.
Указанията, оставени от микробния живот, обикновено не са толкова очевидни. Но чрез тестване на различни инструменти както за живи, така и за вкаменени микробиални останки, роботи като LEMUR могат да хвърлят повече светлина върху това как тези микроби живеят, оформят средата си и умират.
Част от предизвикателството е да се гарантира, че инструментите са достатъчно малки, за да бъдат мобилни. Така в допълнение към тестването на хардуера, Парнес и неговият екип работят с университетски партньори за разработването на миниатюрни инструменти за дистанционно наблюдение и анализ. Идеята е LEMUR да може да ги носи на корема или като раница, картографирайки пещера или терен в 3D с лидар, за газова хроматография, за търсене на органични и богати на въглерод молекули с малък близо инфрачервен спектрометър.
„[Aaron] Parness изследва възможностите за даряване на LEMUR с разпознаване на образи и машинно обучение, за да й помогне да изглежда като човек“, каза Бостън. „Палеобиологията често може да бъде много фина и фина и подобрените зрителни и интерпретационни възможности, които роботите могат да внесат на масата, са потенциално изключително мощни инструменти, които да ни помогнат да видим и разберем по-добре палеобиологията.“
Аарон Къртис, докторантура в JPL, на връх Антарктида. Еребус, най-южният активен вулкан на земята. (Дилън Тейлър) Съгласно предложения федерален бюджет от Белия дом финансирането за мисията за пренасочване на астероиди - програмата, в която LEMUR е най-вероятно да се използва - ще бъде премахнато. Въпреки това, Парнес и неговият екип са насочени да продължат работата си по LEMUR. В края на 2017 г. Парнес ще се насочи обратно към района на каньона Тит в долината на смъртта, където преди това е тествал ЛЕМУР, спирайки се с лава с тръби в Ню Мексико през лятото.
Там изкопаемите водорасли на 500 милиона години стоят като аналог на потенциалните древни останки на друго място - но инженерите трябва да се уверят, че LEMUR може да ги види. „Ако се опитваме да търсим живот на скални стени на Марс или други планети, трябва да търсим най-старите следи от живота на Земята и да тестваме инструментите си там“, казва Парнес. „Ако не можем да открием живота на нашата собствена планета, какво ни дава увереност, че ще можем да го намерим в по-стара, по-сурова проба?“
