Вчені з'ясували, чому ровери NASA постійно застрягають на інших планетах

Американські інженери з Вісконсінського університету у Мадісоні виявили недолік у методі випробування марсоходів NASA на Землі.

Протягом десятиліть розробники коректували вагу марсоходів, імітуючи умови низької гравітації на Місяці або Марсі, однак не брали до уваги, як земна гравітація впливає на сам грунт. Насправді місячний грунт набагато рихліший і менш пружний за земний. Це призведе до того, що ровери застрягатимуть у ньому. 

Коли космічний апарат вартістю у мільйони доларів застрягає у м’якому іншопланетному грунті, як це сталось з марсоходом NASA Spirit в 2009 році, витягати його доводиться інженерам на Землі. Вони діють як дистанційна буксирувальна команда, надсилаючи роверу ретельно сплановані накази щодо переміщення коліс або зміни траєкторії руху. Це повільний і дуже делікатний процес. 

Зокрема, інженерам у 2009 році так і не вдалось визволити Spirit, однак можливо у подальшому роверам вдасться уникати такої участі. Інженери-механіки з Вісконсінського університету за результатами моделювання виявили недолік сучасних методів наземних випробувань іншопланетних всюдиходів.

Недолік, як зазначають дослідники, часто призводить до надто оптимістичних прогнозів відносно поведінки роверів у реальних умовах на Місяці або Марсі. Ключовим для планування місії є розуміння того, як марсохід рухатиметься по позаземних поверхнях, в умовах низької гравітації, та буде уникати перешкод, включно із м’яким грунтом та кам’янистими територіями.

Місячна гравітація складає лише одну шосту частину від земної. Інженери протягом десятиліть враховували це, створюючи тестові моделі із вагою, у 6 разів меншою за вагу реального марсоходу. Потім ці апарати випробовували у пісках пустель на Землі. Однак при цьому не враховувалось, як земна гравітація впливає на пісок.

Із використанням передових методів моделювання професор Ден Негрут та його колеги з’ясували, що земна гравітація сильніше стискає пісок порівняно із слабшою місячною або марсіанською гравітацією. Це робить земний пісок або грунт твердішим і стійкішим, зменшуючи ймовірність його зміщення під колесами марсоходу. Однак на Місяці грунт більш рихлий і схильний до зміщення, що означає, що у марсоходів менше зчеплення з поверхнею і вище ризик застрягання.

Результати дослідження науковців з Вісконсінського університету є частиною роботи над фінансованим NASA проєктом з моделювання марсоходу VIPER для місії на Місяці. Науковці використали Project Chrono — відкритий програмний двигун для фізичного моделювання, розроблений дослідниками з Вісконсінського університету спільно з колегами з Італії. Це програмне забезпечення дозволяє дослідникам швидко і точно моделювати складні механічні системи, наприклад, повнорозмірні марсоходи, що працюють на м’яких піщаних або грунтових поверхнях.

Підчас моделювання роботи VIPER дослідники помітили розходження між результатами наземних випробувань і результатами моделювання мобільності ровера на Місяці. Більш детальне вивчення моделювання за допомогою Chrono допомогло виявити недолік. Chrono використовується сотнями організацій на Землі для кращого розуміння роботи складних механічних систем — від точних механічних годинників до вантажівок та танків армії США, що працюють в умовах бездоріжжя.

Chrono безкоштовний і у вільному доступі для використання по всьому світу. Команда UW-Madison постійно докладає значних зусиль для розробки та підтримки програмного забезпечення та надання підтримки користувачам.

Результати дослідження опубліковані у журналі Journal of Field Robotics

Джерело: ScitechDaily