НОВЫЙ РОБОТ С УМНЫМ ПОДХОДОМ К ЛУННОМУ ДОМЕДЕНИЮ
Научные исследования продолжаются, и инженеры разрабатывают роботов, которые помогут первым человеческим исследователям Луны за более чем полвека. Одним из ключевых аспектов предстоящей миссии станет использование ресурсов, доступных на поверхности Луны, что известно как использование ресурсов на месте (in-situ resource utilization, ISRU). Это позволит исследователям получать такие материалы, как вода, строительные металлы и топливо, но только в том случае, если удастся извлечь их из породы и реголита, которые составляют поверхность Луны. Новая работа исследователей Технологического университета Тохоку описывает проектирование и тестирование робота-эксковатора, который может помочь луным исследователям освободить потенциал этой загадочной планеты.
Проблемы традиционного оборудования на Луне
Одной из основных проблем использования традиционного горного оборудования на Луне является низкая гравитация. Оборудование, такое как бульдозеры и экскаваторы, использует свой вес для того, чтобы прикладывать силу к материалу, который они эксервируют, позволяя перемещать большие куски за один раз. Однако такой подход не работает на Луне, где низкая гравитация приводит к тому, что даже «тяжелое» горное оборудование просто сдвигается по поверхности, не извлекая ресурсов.
Инженеры Тохоку и NASA сосредоточились на разработке дизайна «ведерного экскаватора». В данном контексте конструкция с ведерным барабаном имеет два основных преимущества по сравнению с традиционным горным оборудованием на Луне. Во-первых, она может извлекать только небольшое количество материала за один проход, что требует гораздо меньшей силы, чем один большой ковш или ведро. Однако такие проходы могут происходить быстро и непрерывно, что позволяет эффективно эксевировать значительное количество материала за относительно короткий срок. Во-вторых, она может выполнять три ключевых процесса манипуляции с материалом – экскавацию, загрузку и транспортировку – без необходимости в конвейерной ленте, которая подвержена сбоям в абразивной среде лунного пыли.
Лидерство NASA и программы JAXA
Робот, разработанный в рамках программы NASA, известный как RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot), в настоящее время является золотым стандартом для этих типов экскаваторов и прошел несколько раундов тестирования. Однако Японское космическое агентство (JAXA) поддерживает разработку своей программы «Moonshot», цель которой – создать роботов, не требующих постоянного контроля с Земли для поддержки луных исследователей к 2050 году. В недавней статье определяется одно из дополнений к программе Moonbot, модульной платформе, первоначально разработанной в университете.
Инженеры разработали тип «спирального ведра», который решает одну из основных проблем традиционных ведерных барабанов – выпадение материала во время вращения барабана. Это улучшение гарантирует, что вход ведра всегда вовлечен в контакт с почвой, в то время как выход всегда находится чуть выше уровня собранного материала, предотвращая его разлив.
Проверка эффективности нового экскаватора
Чтобы доказать свою эффективность, авторы создали прототип системы и провели с ним тесты как с прикрепленным к шасси Moonbot, так и без него. Два барабана по обе стороны от robotic arm (роботизированной руки), предоставляющей интерфейс для платформы Moonbot, в значительной степени выполнены из 3D-печатаемого PLA (полимер, используемый в аддитивных технологиях), с некоторыми углеродными волокнами в нескольких зубьях. Само дополнение весит всего 4,8 кг и может вмещать около 21 литра материала при полной загрузке.
Результаты тестов для автономной руки оказались впечатляющими. Самостоятельно она могла эксервировать около 777 кг/ч, потребляя всего 0,022 Вт·ч/кг, что является удивительно низким энергопотреблением для объемов эксервирования. Даже когда она была прикреплена к прогулочному «Дракону» (то есть шасси Moonbot, настроенному для передвижения), скорость эксервирования возросла до 839 кг/ч.
Однако чтобы смоделировать реальный сценарий миссии, команда внедрила протокол,
