Робособаки, «попрыгун» и субмарина в космосе: что придумали ученые для исследования планет
Содержание:
Шесть необычных проектов по исследованию планет Солнечной системы
Ученые активно пытаются разнообразить аппараты для исследования планет Солнечной системы. Инженеры уже придумали робота-лемура, способного подниматься по отвесным поверхностям, и перезаправляемого «попрыгуна», а еще объединили в одном устройстве дирижабль и самолет. Самые необычные космические аппараты – в материале «Газеты.Ru».
Робособаки и лемур
Все современные марсоходы собраны на базе колесного шасси и по манере перемещения напоминают автомобиль-вездеход. Они хорошо подходят для исследования равнин, но скальные массивы и тем более пещеры для них недоступны, — хотя именно там скрыта наиболее интересная информация о геологической истории планеты. В связи с этим в NASA разрабатывают для исследования зооподобных роботов.
NeBula-SPOT основан на собакоподобном роботе SPOT компании Boston Dynamics. Он предназначен для исследования скал с пологим склоном и пещер, в особенности длинных лавовых трубок. Похожему на домашнего питомца механизму несложно ходить по валунам и неровным поверхностям.
Нескольких таких роботов решили объединить в стаю. Если один SPOT ляжет на грунт, то другой, привязанный к нему тросом, сможет спуститься с обрыва. Источником питания станет радиоизотопный термоэлектрогенератор на одном из роботов, так что «собаки» смогут работать в пещере без солнечного света. Пока NeBula-SPOT проходят испытания в земных пещерах: они создают трехмерные карты и отмечают наиболее интересные места для изучения.
Но робособаки не смогут взобраться по отвесной скале. Для этой задачи инженеры разрабатывают робота LEMUR. На его четырех лапах закреплены подушечки со множеством маленьких крючков. По команде компьютера подушечки симметрично сжимаются к центру, цепляясь за малейшие неровности камня.
Таким образом LEMUR может подниматься по скале вертикально вверх, исследуя ее состав и строение закрепленными на «животе» приборами.
В ходе испытаний на Земле ученым удалось с его помощью обнаружить стоматолиты — ископаемые остатки древних цианобактерий. Пока неясно, как робот-лемур будет добираться до скал после посадки и откуда будет получать энергию. Вероятно, его можно использовать вместе с обычным колесным марсоходом, способным «высадить» скалолаза в интересном месте.
Авианосец и субмарина
Спутник Сатурна Титан, как и Земля, покрыт многочисленными морями. Поскольку температура у его поверхности равна примерно -180°C, то состоят моря не из воды, а из жидкого метана и других углеводородов. Считается, что гидрологический цикл Титана аналогичен земному, — то есть метан испаряется из морей, формирует облака, выпадает дождем и стекает обратно в море реками.
Для исследования этой гидросистемы ученые предложили отправить на спутник автономный плавающий дрон. Аппарат TiME (Titan Mare Explorer — исследователь моря Титана) внешне напоминал перевернутый плавающий таз с торчащими из него мачтами и антеннами и был обречен вечно дрейфовать под действием местных ветров (на Титане атмосферное давление выше земного).
NASA отвергло концепцию TiME в пользу аппарата для исследования недр Марса InSight, но сама идея получила продолжение. Например, поверхностный аппарат можно заменить на мини-субмарину, чтобы исследовать морское дно. Такой зонд мог бы периодически погружаться, изучать химический состав жидкости, поверхностные и подповерхностные течения, также рельеф и состав дна. Концепция альтернативной биохимии с заменой воды в организме на жидкий метан пока остается абстрактной гипотезой, но если на Титане есть такие живые существа, их следы разумно искать на дне.
С другой стороны, вместо субмарины можно использовать автономный «авианосец» для летающих дронов. Эту идею Европейскому космическому агентству предложили ученые Парижского университета. По их задумке, небольшие мультикоптеры будут с воздуха исследовать большую площадь суши и забирать образцы. Основной спускаемый надводный аппарат будет служить им станцией зарядки, подогрева и лабораторией для анализа приносимых образцов.
И тот, и другой варианты пока находятся на стадии разработки концепции.
Попрыгун
Тритон — это крупный спутник Нептуна, диаметром чуть меньше Луны и со вдвое более слабой гравитацией. Пролетая мимо него в 1989 году, аппарат «Вояджер-2» обнаружил следы тектоники плит и вулканическую активность, из-за которых образовался сложный рельеф. Извергается из вулканов Тритона не силикатная магма, а азот и вода с большим содержанием аммиака в качестве антифриза. Из водно-аммиачной смеси, судя по всему, образуются «лавовые» озера. Поверхность спутника лишь на 40°C теплее абсолютного нуля и покрыта замороженным азотом.
Согласно разрабатываемому проекту NASA Triton Hopper, зонд после посадки начнет собирать азотный лед. После этого его разогреют с помощью радиоизотопного источника тепла, и он превратится в газ под давлением.
Сжатый газ направят в сопло двигателя для создания тяги, что позволит совершать прыжки высотой до километра и длиной до пяти километров. После этого цикл начнется сначала, пока не иссякнет источник энергии или система не сломается от нагрузок.
Triton Hopper будет обладать беспрецедентной для зонда мобильностью. Перемещаясь по разным широтам, аппарат позволит построить подробную картину физических процессов на Тритоне и опробует необычный способ передвижения. Сейчас проект находится на стадии «созревания технологий», которые сделают его возможным.
Самолет-дирижабль
Венера отличается чрезвычайно плотной атмосферой и высокими температурами на поверхности. Из-за давления и температуры зонды не могут долго работать на ее поверхности, тем более сложно будет создать устойчивый к 450-градусной жаре колесный венероход. Зато, если отлететь от поверхности планеты на десятки километров, то станет холодно, что благоприятствует работе летающего зонда. Для этого годятся как самолеты, так и дирижабли, и у каждого из этих вариантов есть свои преимущества.
Аппарат VAMP — это детище американских частных компаний Northrop Grumman и LGarde. Он совмещает черты самолета и аэростата. Проще всего его описать как «стройный» водородный дирижабль в форме летающего крыла шириной, в надутом виде, до 50 метров. Из-за огромного давления на Венере аэростату не нужен большой объем, чтобы поддерживать нейтральную плавучесть. Планируется, что в пассивном состоянии VAMP мог бы зависнуть на высоте 55 километров.
При включении пропеллеров аппарат может разогнаться до 100 км/ч, что создаст подъемную силу и переведет его в самолетный режим. В таких условиях зонд мог бы летать на расстоянии 50-65 километров над поверхностью Венеры, исследуя любую желаемую широту и долготу с возможностью подныривать под облака. VAMP снабжен набором спектрометров и метеостанцией, необходимыми для изучения необычной атмосферы и облаков, в которых гипотетически могут жить микроскопические организмы. Энергию аппарат умеет получать от солнечных батарей, а ночью переходит в пассивный режим и дрейфует подобно воздушному шару.
Изначально считалось, что VAMP может стать частью российской миссии «Венера-Д», намеченной на 2030-е годы. Однако после ухудшения российско-американских отношений вероятность такого партнерства сошла на нет. В теории США могли бы организовать такую миссию самостоятельно, но исследование Венеры для NASA имеет более низкий приоритет по сравнению с изучением Марса и внешних планет Солнечной системы.