Поверхность Европы, одной из четырех лун Юпитера, делает грозным противником. Во-первых, он обернут толстым слоем льда, разорванным в большие пропасти мощным гравитационным притяжением Юпитера. Тогда есть чрезвычайно низкая поверхностная сила тяжести и чистые, скользкие ледяные каньоны. Но под всем этим льдом Европа, как полагают, также имеет океан жидкости, который может поддерживать жизнь, что делает ее главной целью для нашего следующего глубокого исследования Солнечной системы.
Связанный контент
- Когда люди начинают колонизировать другие планеты, кто должен отвечать за это?
- Доказательства того, что ледяные гейзеры извергаются на Европе
- Можем ли мы спасти Марс от самих себя?
Так как же НАСА преодолеет этот коварный вызов? Он, конечно, не может послать колесный ровер, такой как Sojourner, который совершил гигантский прыжок для робота, когда впервые прошел Марс в Аре Вальес в 1996 году. Вместо этого НАСА стремится покончить с этими некогда революционными колесами и переосмыслить, как следующее поколение Роботы будут исследовать астероиды и холодные внешние миры Солнечной системы в ближайшие несколько десятилетий.
Введите: LEMUR.
В настоящее время весит около 75 фунтов, этот марсоход следующего поколения является частью размера Любопытства Марса, которое регистрируется почти на тонну. Один только его размер расширяет границы роботизированных способностей - но если он когда-либо будет развернут, ему нужно будет сделать больше, чем это. Роверу размером с пинту придется выдерживать дикие экстремальные температуры и магнитные условия; ориентироваться на любой поверхности; и делайте это достаточно долго, чтобы собрать значимые данные с некоторыми из самых легких, самых умных инструментов космической науки, которые когда-либо создавались.
Это до задачи?
Три поколения марсоходов НАСА с 1997 по 2012 год, сфотографированные на Марсовом дворе в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния: запасные части для Sojourner (спереди), тестовый марсоход Mars Exploration Rover Project (слева) и марсоход Curiosity (справа), (НАСА / JPL-Caltech) Следует признать, что робот LEMUR - аббревиатура от «механического робота-универсала» - не такой милый, как широко раскрытые глаза, пушистый хвост, популяризированный на Мадагаскаре Dreamworks . Скорее, робот получил свое название от амбициозности настоящего млекопитающего. Изначально предполагалось, что это робот-ремонтник для полетов на Луну с пилотируемым спутником. Ровер был переработан для микрогравитационного исследования вертикальных и перевернутых поверхностей каньонов и пещер.
«[Лемуры] используют свои руки и ноги для мобильности и манипуляций», - объясняет Аарон Парнесс, руководитель группы робототехники в экстремальных условиях в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL). «Несмотря на то, что у нашего робота нет четких рук и ног, он похож на обезьяну или лемура в том, что он может использовать свои ноги для более эффективного выполнения задач, чем люди».
Чтобы гарантировать, что робот может передвигаться даже в более странных условиях, чем на Марсе, группа Парнесса создала то, что можно было бы назвать «химероботом»: робот, который использует возможности множества различных наземных животных. Достигнув конечностей и веслообразных ног, LEMUR вызывает паука или морскую звезду, используя свои придатки, чтобы ползти и цепляться за отвесные поверхности.
Четыре конечности робота оснащены сменными круглыми «ножками», которые можно заменять на приспособления с различными функциями, по типу ножа швейцарской армии, чтобы помочь ему перемещаться по различным поверхностям. Скалолазные ножки оснащены серией крошечных, острых как бритва стальных крючков, называемых микрошпинделами, которые крепко держат шероховатую поверхность камней, чтобы одна нога выдержала вес всего робота. Для гладких поверхностей, таких как внешние корпуса космических станций или спутников, LEMUR придерживается гекконоподобных липких ног.
Недавно исследователи взяли одну из «рук» LEMUR в Антарктику, чтобы опробовать новое и потенциально важное приспособление: винтовые сверла для льда. Когда Парнесс и его команда готовы проверить свое оборудование, они «ищут самые сложные места, которые мы можем найти», сказал Парнесс. «Мы должны найти правильный баланс между наличием подходящей среды, но также и тем, что мы не настолько отдалены, чтобы это было невероятно дорого и невозможно собрать команду. Антарктида была на самом краю этого ».
Для этого они призвали Аарона Кертиса, географа, который превратился в вулканолога и робототехника, который провел несколько лет на далеком южном континенте, ползая по ледяным туннелям, образованным горой Эребус, самым южным действующим вулканом Земли. Средние летние температуры опускаются до -22 градусов по Фаренгейту, вулкан, ледяные образования, которые он создает, и его стоящее лавовое озеро представляют собой примерную ситуацию, с которой может столкнуться марсоход на ножках на ледяных лунах, таких как Европа или Энцелад.
В прошлом декабре Аарон Кертис отправился в Антарктиду, где он испытал роботов и инструменты, разработанные для ледяных миров, таких как Европа. (Ниал Петерс) Как научный сотрудник Вулканической обсерватории Маунт Эребус в течение шести из последних семи лет, Кертис составил топографию льда, окружающего вулкан. Его особые интересы были под поверхностью, в пещерах и туннелях, растворенных в льду газами, выходящими из трещин вулкана. Найти места, где туннели, соединенные с внешней стороной, иногда было так же просто, как найти высокую «ледяную трубу», метровые сооружения, образованные в результате утечки газа. В других случаях это означало обнаружение входов в пещеру путем случайного падения снегохода в затененную дыру в земле.
Потратив четыре года на создание одной пещеры в 3D, чтобы наблюдать за ее изменениями, Кертис неоднократно сталкивался с одними и теми же проблемами. Во-первых, его команда не смогла добраться до определенных районов, потому что они были слишком токсичны для исследования человеком. Во-вторых, они боялись, что их человеческое присутствие может непреднамеренно загрязнить редкую окружающую среду интродуцированными микробами. Эти две проблемы привели его к рассмотрению полезности роботов-исследователей.
«Если бы у нас был робот, который мог бы передвигаться по льду, мы могли бы исследовать чувствительные к микробам и заполненные газом пещеры», - говорит Кертис. Его собственная работа с ледяными ботинками оказалась подходящей для работы, уже проводимой в JPL, к которой он присоединился как робототехник в октябре прошлого года.
Оказывается, микроспины, как правило, просто ломают лед, а не захватывают его, поскольку насадка предназначена для того, чтобы прижимать шипы к скале, чтобы получить покупку. Поэтому Кертис разработал насадку, в которой использовались крошечные сверла, чтобы вырыть себе ледяную поверхность.
По словам Кертиса, оригинальный дизайн забился льдом, поэтому он обратился к тому, чему энтузиасты человеческого льда доверяют свою жизнь: готовым ледяным болтам. Они полые, что позволяет льду проходить, а не накапливаться за концом бурения, а также позволяет LEMUR производить и собирать образцы льда, когда он медленно ползет вдоль.
Следующие испытания ледяного мира, скорее всего, пройдут на ледниках на вершине горы Рейнир в Вашингтоне - с полным шасси LEMUR, а не только с бестелесным креплением для ног. Но Парнесс сказал, что способность тестировать возможности выборки также подчеркивает еще одну ключевую цель всего процесса разработки.
«С помощью полевых испытаний мы всегда стремимся достичь двух целей: продемонстрировать технологии для будущего использования, а также провести значимые научные исследования в этом месте», - говорит он. Другими словами, не только тесты LEMUR помогают нам в конечном итоге понять криовулканы на других телах; «Это приносит пользу и нам на Земле», - говорит Парнесс.
LEMUR проходит тренировку в лаборатории Аарона Парнесса в JPL во время недавнего пробного запуска. (НАСА / JPL-Caltech) На протяжении более 35 лет Пенелопа Бостон искала микробную жизнь и ее показатели в экстремальных условиях, таких как пропитанная серной кислотой Cueva de Villa Luz в Табаско, в Мексике. В своей прежней роли директора исследований пещер и карстов в Институте горного дела и технологии Нью-Мексико, где она изучала процессы старения и эрозии подземных пещер и воронок, Бостон направила Парнесса в те места, где его команда и ЛЕМУР могли узнать, что искать, и как это искать.
«Я помог команде Аарона понять, какие тонкие сигналы могут указывать на возможные микробные или минеральные отложения, представляющие интерес для ЛЕМУРа», - сказал Бостон, который сейчас возглавляет Институт астробиологии НАСА, по электронной почте.
Она добавила, что меню возможностей - это паттерны, оставленные в или на скальных образованиях биологическими процессами, такими как текстуры, которые показывают, что микроорганизмы работали над преобразованием коренных или минеральных отложений. На Земле такие доказательства существуют в таких местах, как пещера Лечугилла в Нью-Мексико, где, как считается, бактерии, которые питаются серой, железом и марганцем, сыграли свою роль в формировании пещер и впечатляющих там каменных формаций.
Подсказки, оставленные микробной жизнью, обычно не так очевидны. Но, протестировав множество инструментов на живых и ископаемых останках микробов, роботы, такие как LEMUR, могут пролить больше света на то, как эти микробы жили, формировали окружающую среду и умирали.
Часть проблемы заключается в том, чтобы убедиться, что инструменты достаточно малы, чтобы быть мобильными. Поэтому, в дополнение к тестированию оборудования, Парнесс и его команда работают с университетскими партнерами над разработкой миниатюрных инструментов дистанционного зондирования и анализа. Идея заключается в том, что LEMUR мог носить их на животе или как рюкзак, картируя пещеру или местность в 3D с помощью лидара, газовой хроматографией, поиском органических и богатых углеродом молекул с помощью крошечного инфракрасного спектрометра.
«Группа [Аарона] Парнесс изучает возможности наделения ЛЕМУР распознаванием образов и машинным обучением, чтобы помочь ей увидеть себя человеком», - сказал Бостон. «Палеобиология часто может быть очень мелкой и тонкой, а расширенные визуальные и интерпретационные возможности, которые роботы могут принести к столу, являются потенциально чрезвычайно мощными инструментами, которые помогут нам лучше понять и понять палеобиологию».
Аарон Кертис, доктор наук в JPL, на вершине горы Антарктиды Эреб, самый южный действующий вулкан на земле. (Дилан Тейлор) В соответствии с предлагаемым федеральным бюджетом Белого дома финансирование миссии по перенаправлению астероидов - программы, в которой вероятнее всего будет использоваться LEMUR - будет исключено. Тем не менее, Парнесс и его команда получили указание продолжить работу над LEMUR. В конце 2017 года Парнесс отправится обратно в район Титус-Каньон в Долине Смерти, где он ранее тестировал LEMUR, а летом останавливался у лавовых трубок в Нью-Мексико.
Там, окаменелые водоросли 500-летней давности выступают в качестве аналога потенциальных древних останков в другом месте, но инженеры должны убедиться, что ЛЕМУР их увидит. «Если мы пытаемся искать жизнь на скалистых стенах Марса или других планет, нам следует искать самые старые следы жизни на Земле и испытывать там свои инструменты», - говорит Парнесс. «Если мы не можем обнаружить жизнь на нашей собственной планете, что дает нам уверенность, что мы сможем найти ее в более старой и жесткой выборке?»
