Jak podbić Księżyc? Pomogą ekstrawaganckie wynalazki!

Ludzkość wraca na Srebrny Glob. Potężniejsze niż kiedykolwiek rakiety, nowoczesne lądowniki i łaziki dla astronautów to filary tego powrotu. W eksplorowaniu Księżyca niebagatelną rolę mogą odegrać jednak wynalazki, które zaskakują odwagą i pomysłowością. Będą potrzebne, bo Księżyc stwarza wyjątkowe wyzwania. Jakie?

Grawitacja jest na nim sześciokrotnie niższa niż na Ziemi, a powierzchnia pokryta jest drobinami przylegającego do wszystkiego pyłu. Wokół panuje próżnia, a ludzie i sprzęt są poddawani działaniu promieniowania kosmicznego i ekstremalnym temperaturom. Na eksplorację i wykorzystanie czekają tymczasem równiny, kratery, nawet jaskinie. Takie wyzwania to eldorado dla naukowców. To również pole, na którym wykazać się mogą mniejsze zespoły inżynierów czy co bardziej pomysłowe firmy.

Mały skoczek na trudny teren

Niedawno międzynarodowy zespół zaprezentował opracowanego dla European Space Agency (ESA) skaczącego robota. Urządzenie ma analizować budowę trudno dostępnych księżycowych formacji. Dziesięciokilogramowy LunarLeaper przypomina pająka. Tułów w postaci trójkątnego graniastosłupa utrzymywany jest przez trzy zwinne odnóża.

Naukowcy chcą wysłać LunarLeapera do struktury uważanej za zapadniętą części tunelu lawowego w rejonie Marius Hills. Robot porusza się, skacząc i w ten sposób ma przemierzać okolicę rozległego otworu prowadzącego do tunelu. Dzięki takiej metodzie poruszania się ma szansę na sprawniejsze pokonywanie licznych przeszkód, z którymi mogłyby nie poradzić sobie roboty na kołach.

Z pomocą radaru ma sprawdzać, co znajduje się pod powierzchnią. Dzięki niemu udałoby się po raz pierwszy poznać wnętrze lawowego tunelu na Księżycu i wulkaniczną historię Srebrnego Globu. W przyszłości miejsce tego typu mogłoby nawet posłużyć do budowy księżycowej bazy.

Polski robot jak konik polny

Na zlecenie ESA zaawansowane prace nad budową skaczącego księżycowego robota prowadzi także polska firma – Astronika. „Nasze rozwiązanie wykorzystuje koncepcję odpychania się od powierzchni za pomocą lekkich nóg, tak jak robi to konik polny. Raz zaprojektowany do grawitacji księżycowej, jest łatwo skalowalny także do mniejszych grawitacji. Nasza konstrukcja bazuje na prostocie i wytrzymałości, przy bardzo małym poborze mocy” – w komunikacie prasowym firmy wyjaśnia Łukasz Wiśniewski, kierownik projektu.

Niedawno inżynierowie Astroniki zaprezentowali ukończony mechanizm nóg robota. Jak podkreślają jego konstruktorzy, lekki robot ma być na Księżycu zdolny nawet do ponad trzymetrowych skoków. Urządzenie ma wykonywać różnorodne zadania. Może m.in. badać morfologię i własności mechaniczne księżycowego regolitu, analizować nośność miejscowej powierzchni czy fotografować z różnych ujęć lądownik, na którym dotrze na Księżyc. Tego typu dane, jak wyjaśnia firma, pomogą w planowaniu przyszłych misji. Mogą podnieść jej bezpieczeństwo oraz zredukować koszty.

„Dotychczas większość misji eksploracyjnych planowana było bardzo zachowawczo. Łaziki i lądowniki wysyłano tylko na stosunkowo płaski, bezpieczny teren, który niestety daje informację naukową tylko na temat najświeższej historii ciała niebieskiego. A i tak często maszyny te lądowały w nieprzewidzianie trudnych warunkach, albo przewracały się i stawały się powoli bezużyteczne” – mówi inż. Wisniewski.

„Dużo ciekawsze jest dostarczenie instrumentów naukowych w tereny trudno dostępne, np. klify, skały i kaniony, w których widać przekrój historii ciała niebieskiego. Nikt jednak nie odważy się wysłać łazika wartego kilkaset milionów euro w potencjalnie samobójczą misję. Mały robot skaczący jest stosunkowo niedrogi dla misji i łatwo go zabrać na pokład” – wyjaśnia inż. Wiśniewski.

„Jest niczym sprytny i pomocny skaut, który może wykonać zwiad w ryzykownym terenie, zanim wjedzie tam łazik. Nie tylko zwiększa bezpieczeństwo całej misji, ale też maksymalizuje jej zwrot naukowy. Dodatkowo dostarcza cennej informacji nt. właściwości mechanicznych powierzchni, co pozwala zwiększać dokładność planowania ruchu. Jeżeli Skoczek gdzieś ugrzęźnie, to nie szkodzi! Takie właśnie jest jego zadanie, aby dotrzeć tam, gdzie jeszcze nikt nie próbował i wykonać pionierskie pomiary. Jednocześnie misja nie utraci zdolności wykonania swoich głównych celów poprzez lądownik-matkę czy łazik-matkę” – dodaje.

Egzoszkielet dla astronautów

Na pewno każdy z nas widział, jak na filmach z misji Apollo astronauci potykają się, tracą równowagę i przewracają. Zespół z MIT pracuje nad zrobotyzowanym szkieletem zakładanym na skafander, który ma być pomocny w takich sytuacjach.

„Astronauci są bardzo sprawni fizycznie, ale na Księżycu mogą mieć kłopoty. Grawitacja tam jest sześciokrotnie mniejsza od ziemskiej, ale inercja pozostaje taka sama. Co więcej, noszenie ograniczającego ruchy skafandra oznacza duże utrudnienie” – zwraca uwagę twórca wynalazku, prof. Harry Asada. Głównym zadaniem wynalazku ma być pomoc astronautom w czasie wstawania z pozycji siedzącej czy leżącej – np. właśnie po upadku.

„Chcemy zapewnić im bezpieczną możliwość powracania do pozycji stojącej, po tym, jak upadną” – dodaje prof. Asada. Urządzenie, które ma wspierać księżycowe spacery nosi nazwę Supernumerary Robotic Limbs (dodatkowe, zrobotyzowane kończyny). Ma być dołączane do plecaka z systemem podtrzymywania życia, który ma być dodatkowo wyposażony w układy zasilające szkielet.

„Podczas ery Apollo, gdy astronauci upadali, w 80% przypadków miało to miejsce podczas prac wykopaliskowych lub używania jakiegoś narzędzia” mówi jeden z twórców szkieletu, Erik Ballesteros. „Misje Artemis będą się koncentrowały na budownictwie i wykopaliskach, więc ryzyko upadków będzie znacznie większe. Uważamy, że SuperLimbs mogą pomóc astronautom się podnosić, co zwiększy ich produktywność i wydłuży czas ich pobytu poza bazą” – mówi specjalista.

Elektromagnetyczna tarcza

Jednym z największych wyzwań, z jakimi muszą radzić sobie projektanci księżycowych misji jest wszechobecny pył. Ze względu na elektrostatyczne właściwości osiada on na wszystkich przedmiotach, a do tego jest szczególnie niebezpieczny. Ponieważ na Księżycu nie ma atmosfery powodującej erozję, cząstki pyłu są ostre niczym mikroskopijne fragmenty szkła. Mogą zaszkodzić sprzętowi i ludziom. NASA ma jednak pomysł, jak sobie z nimi radzić.

Pomóc ma elektromagnetyczna tarcza. System o nazwie Electrodynamic Dust Shield (EDS) składa się z zestawu przezroczystych elektrod współpracujących w taki sposób, że generowane przez nie pole elektryczne porusza się w postaci fali. W ten sposób wokół cząstek pyłu powstaje nierówna siła elektromagnetyczna, która usuwa cząstki pyłu. Tarczę można umieścić na różnego rodzaju powierzchniach – na słonecznych panelach, radiatorach, skafandrach czy szybach hełmów.

Po testach w komorach próżniowych EDS NASA przetestowała już na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. System został też dołączony do kamer pracujących na małym urządzeniu typu CubeSat. Towarzyszy on wysłanemu niedawno prywatnemu lądownikowi Odysseus, jednak ze względu na problemy techniczne nie został uaktywniony.

Drogi wypalone słońcem

W początkowych etapach kolonizacja Księżyca będzie raczej polegała na krótkich wycieczkach po okolicy lądowania. Z czasem potrzebne będą dalsze podróże, np. między bazami. Przydadzą się wtedy… drogi. Niestety, na Księżycu ciężko o asfalt czy inne materiały. Potrzebne są inne materiały i proste w zastosowaniu metody.

Europejska Agencja Kosmiczna bada roztapianie księżycowego regolitu z pomocą mocnych laserów lub promieni słonecznych skoncentrowanych za pomocą kilkumetrowych soczewek Fresnela. Agencja prowadzi już wstępne eksperymenty, w których promienie słoneczne zastąpione zostały silnym 12 kW laserem. Przy udziale mierzącego 4,5 cm średnicy promienia udało się wytwarzać z materiału symulującego księżycowy regolit różne, mierzące ok. 20 cm, utwardzone kształty o grubości do 2 cm. Można je potem łączyć z sobą, podobnie jak kostki brukowe i tworzyć drogi czy powierzchnie lądowisk

W podobny sposób, zdaniem badaczy mogłyby kiedyś być budowane inne elementy księżycowej infrastruktury, jak np. zewnętrzne, ochronne warstwy dla habitatów czy magazynów. Bo te niemal na pewno powstaną – pierwsze prawdopodobnie już całkiem niedługo. A potem, jak to było w przypadku każdego nowego lądu, powstaną kolejne bazy, osiedla, miasta. I będą potrzebne kolejne wynalazki…

Czytaj też: Roboty, ale niepodobne do człowieka. Jak działają roboto-owady?

Czytaj też: Robot i człowiek – ścisła współpraca. Będą dobrymi kolegami?

Źródło zdjęcia: Mike Petrucci?Unsplash