|
Экстремальные роботы на холодном южном полюсе Луны
|
|
|
|
Сильный холод беспощаден к технике. Жидкости сгущаются до бесполезной слизи. Резиновые уплотнители твердеют и трескаются. Проблемы накапливаются с понижением температуры. Металл становится хрупким, а провода сжимаются. Батареи перестают работать, клей перестает прилипать, а ЖК-экраны чернеют, когда их жидкие кристаллы замерзают. И это только здесь, на Земле. Когда в следующем году новый луноход НАСА приземлится на южном полюсе Луны, он столкнется с совершенно новым видом холода. Температура там колеблется около минус 280 градусов по Фаренгейту (минус 173 градуса по Цельсию). В постоянных тенях полярных кратеров она может опускаться до минус 388 F (минус 233 C). Для сравнения, антарктическая станция Восток является рекордсменом по самой низкой температуре, когда-либо зарегистрированной на этой планете: минус 128,6 F (минус 89,2 C), зарегистрированной 21 июля 1983 года. Типичный день на Луне примерно на 150 градусов холоднее, чем самый холодный день. когда-либо был на Земле.
|
|
|
|
Предыдущие марсоходы для Луны и Марса, где также холодно, в среднем минус 80 F, были оснащены встроенными обогревателями, которые включаются в начале лунного или марсианского дня, и им требуется несколько часов, чтобы нагреться настолько, чтобы машины начали работать. свои повседневные задачи. Это происходит за счет времени и энергии, двух драгоценных товаров в любой космической миссии. Но что, если бы вы могли построить вездеход, которому не требовалось время на прогрев? «Если вы сможете работать больше часов в день, вы сможете получить больше информации», — сказала Лейси Фрадет, инженер проекта Motiv Space Systems в Пасадене, которая работает с Лабораторией реактивного движения НАСА над созданием этого возможный. Если им удастся создать руку, способную работать в экстремально холодных регионах, «мы сможем побывать там, где раньше не были». Первый шаг к этому видению материализуется в чистой комнате Motiv с климат-контролем: гладкая роботизированная рука, чьи углы напоминают углы богомола.
|
|
|
Это Cold Operable Lunar Deployable Arm, роботизированная рука, способная работать на холоде лунных полюсов. Motiv строит его из деталей, поставляемых JPL в Ла-Каньяда-Флинтридж. Если COLDArm пройдет все испытания здесь, на Земле, следующей целью проекта станет получение места в программе NASA Commercial Lunar Payload Services, которая позволяет американским компаниям отправлять технологии на поверхность Луны для испытаний или проведения научных экспериментов. 6,5-футовая (2-метровая) рука — это только одна часть будущего лунохода, но она имеет решающее значение. Рука является основным инструментом для сбора образцов с поверхности Луны. Если он провалится, то провалится и миссия. Motiv ранее построил роботизированную руку на Perseverance, марсоходе, который в настоящее время исследует марсианский кратер Jezero. Рука длиной 7 футов содержит такие важные инструменты, как SHERLOC, который ищет доказательства прошлой микробной жизни, и рентгеновский спектрометр, известный как PIXL.
|
|
|
|
Если COLDArm окажется успешной, это может увеличить количество экспериментов, которые можно проводить в более холодных регионах нашей Солнечной системы. JPL имеет опыт создания машин, которые могут работать при марсианских температурах до минус 202 F (минус 130 по Цельсию), сказал Райан Маккормик, главный исследователь COLDArm. «Но стать еще холоднее, — сказал он, — это большая проблема». Многие смазочные материалы и клеи, используемые на Марсе, разлагаются на холоде лунной ночи. Определенная электроника, которая отлично работала для марсоходов, которые могут использовать тепло, захваченное тонкой марсианской атмосферой, не будет работать и на Луне. COLDArm изготовлен из объемного металлического стекла, класса металлов, расположение атомов которых больше напоминает стекло, что делает их прочнее и долговечнее, чем сталь или керамика.
|
|
|
|
Объемное металлическое стекло не требует влажной смазки на стыках. Это очень важно, потому что влажные смазки замерзают при минус 94 F (минус 70 C) — практически тропическая температура по сравнению с холодом лунных полюсов. Предыдущие руки марсохода должны были быть построены с крошечными нагревателями на каждом шарнире, чтобы поддерживать смазку при податливой температуре. Массовое металлическое стекло делает это ненужным, сказал Фраде. Кроме того, контроллеры двигателей COLDArm были оснащены модернизированным преобразователем напряжения, который может работать в экстремально холодных условиях без дополнительных кабелей или изоляции, сказал Маккормик. В марте команда Motiv разобрала руку и проверила различные ее компоненты в тепловом вакууме при температуре ниже 100 Кельвинов, или примерно минус 175 C. (У экстремального холода есть свои собственные температурные единицы, где ноль Кельвина соответствует точке, при которой молекулы перестают двигаться. )
|
|
|
|
По словам Маккормика, все детали функционировали как при сильном холоде, так и при испытаниях на вибрацию, имитирующих условия запуска. Следующим шагом будет повторная сборка манипулятора и проверка его работоспособности в этих условиях. Сложности добавляет тот факт, что температура на Луне функционирует совершенно иначе, чем на Земле, говорит планетолог из Лаборатории реактивного движения Лаура Кербер. На Луне нет воздуха для перераспределения тепла, поэтому, когда свет падает на поверхность Луны, она становится очень горячей — до 250 F на экваторе. Без этого света очень холодно. Учитывая положение Луны относительно Солнца, внутренности кратеров на ее южном полюсе остаются в постоянной тени. Это делает их такими же холодными и темными, как и все в Солнечной системе. «В этих постоянно затененных регионах все, что они видят, — это холод космоса», — сказал Кербер. «С инженерной точки зрения очень сложно создать что-то, что могло бы выжить внутри этих очень, очень холодных, постоянно затененных кратеров».
|
|
|
|
Это серьезная проблема для марсохода NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, более известного как VIPER, который должен приземлиться на южном полюсе Луны в конце 2024 года для поиска водяного льда. Самые сильные намеки на воду на Луне находятся в самых затененных областях. Эти места слишком холодны для VIPER, но он будет обходить их и собирать образцы из окрестностей, где намеки на воду слабее, но все же значительны. Навигация по экстремальным температурам Луны была сложной задачей с самых первых лунных миссий. Это большая часть причины, по которой Нил Армстронг и Базз Олдрин пролетели 240 000 миль для относительно короткого путешествия вокруг своего космического корабля: на месте посадки Аполлона-11 в Море Спокойствия было просто слишком жарко, чтобы идти дальше. «Мы работали в почти идеальном вакууме при температуре намного выше 200 градусов по Фаренгейту, — сказал Нил Армстронг NPR в 2010 году, мы бы не умерли от гипертермии».
|
|
|
|
Источник
|
