„Clockwork Rover“ pro průzkum Venuše

Inženýři přišli s inovativním konceptem „hodinového strojku“, který má přežít nepřátelské prostředí Venuše.

Umělecké pojetí „hodinového strojku“ objevujícího Venuši.
NASA-JPL / Caltech

Příznivci steampunk, radujte se: mechanický rover by jednoho dne mohl prozkoumat povrch planety Venuše.

Nedávný návrh programu Automaton Rover pro extrémní prostředí (AREE) pochází z programu NASA Inovativní pokročilé koncepty (NIAC) a v současné době je hodnocen v Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně v Kalifornii.

Zdroj energie roveru pracuje na staromódním, ale inovativním konceptu: Větrná turbína zachytí povrchové větry Venuše a navine vnitřní pružinu, která by zase přenesla energii pomocí hřídelí a spojek.

Custom Rover pro pekelný svět

Přestože je Venuše často nabízena jako sesterský svět zhruba ve velikosti Země, končí tam jakákoli podobnost. Denní povrchové teploty dosáhnou 864 ° F, dost horké na to, aby roztavily olovo, a povrchový tlak je 90krát vyšší než zemská atmosféra na hladině moře, což je dost, aby rozdrtilo většinu roverů jako plechovka. Jemná elektronika nemůže v takových podmínkách dlouho přežít. Brzy sovětská kosmická loď Venera a Vega fungovala na povrchu nanejvýš několik hodin, než podlehla extrémnímu prostředí.

Umělecké pojetí AREE Venus rover zblízka.
NASA / JPL

Drsná realita Venuše je jedním z hlavních důvodů, proč se NASA místo toho zaměřila na průzkum Marsu. Rusové přistáli na Venuši během sovětské éry 10 misí, ale NASA nikdy neposlala na Venuši oddaného přistávajícího, i když atmosférické sondy vysílané z Pioneer Venus 2 krátce vysílaly z povrchu.

Pohled na povrch Venuše z Venera 13 1. března 1982.
Historická kancelář NASA / Roscosmos

Tradiční koncepty Venus rover předpokládají exotickou technologii využívající buď drahé chladicí mechanismy nebo elektroniku zatěžovanou proti životnímu prostředí. Sluneční energie není vyloučena, protože přímé sluneční světlo nemůže proniknout na povrch, ačkoli mise Venera našly více slunečního světla filtrovaného skrz věčnou oblačnost, než se očekávalo.

Aby se tyto potíže obešli, přišel v roce 2015 inženýr mechatroniky JPL Jonathan Sauder s myšlenkou strojku s hodinami. Inspirovali se jej rané mechanické počítače, které předcházejí elektronické éře. Pokud stále používáte náramkové hodinky, již jste obeznámeni s myšlenkou mechanických počítačů, které používají výpočty s ozubenými koly a převody, které jsou poháněny uvolněním napětí z navinuté pružiny.

Řecké zařízení Antikythera použilo k výpočtu zatmění řadu ozubených kol. Švýcarský hodinář Pierre Jaquet-Droz vytvořil automat známý jako „The Writer“, který dokázal produkovat kombinace písmen pomocí hrubého programování. Charles Babbage si také představil „diferenční motor“, který používá kolečka a číselníky pro řešení algebraických rovnic. Babbageův diferenciální motor č. 2 byl nakonec postaven Britským vědeckým muzeem v roce 1991.

Více nedávno, umělec Theo Jansen vytvořil kinetické sochy známé jako Strandbeests. Tyto větrem poháněné, vřeteno-nohou mechanické bytosti inspirovaly původní design pro AREE. Pozdnější, spindly nohy byly považovány za příliš nestabilní a byly nahrazeny běhouny připomínajícími tanky první světové války

Tento neortodoxní rover by přesto čelil výzvám přežívajícím na Venuši. Jednak větry na povrchu Venuše jsou lehké a foukají rychlostí 0, 3 až 1, 3 metru za sekundu (0, 7 až 3 mph), ale jsou silnější, než bychom si mysleli na základě zkušeností na Zemi. „I když je to docela pomalé, “ říká Jonathan Sauder (NASA-JPL), „atmosféra je asi desetkrát hustší než atmosféra Země, takže to opravdu pomáhá.“

Inženýři budou také muset postavit rover z materiálů schopných fungovat pod vysokým teplem a úžasným tlakem na povrch Venuše. K tomu existuje určitý precedens, protože sovětští inženýři navrhli ranní Venera landers, aby zohlednili tepelnou roztažnost pro optimální výkon.

Komunikace bez tradiční elektroniky bude vyžadovat určitou kreativitu. Inženýři AREE vyšetřují staromódní řešení: Morseův kód. Pokud orbiter doprovází rover k Venuši, může pravidelně pingovat rover pomocí radaru. Rotující uzávěr před radarovým terčem roveru by pak mohl být otevřen a zavřen, aby se mohl poslat signál Morseova kódu zpět na orbiter. Samozřejmě by to byla pomalá jednosměrná konverzace, od roveru k reléovému orbiteru a na Zemi - bez možnosti mluvit zpět a říct roveru, co má dělat. Jednou na Venuši by musel být rover sám.

Věda by také měla omezení. Potenciální sada nástrojů roveru může zahrnovat hybridní mechanický / elektrický systém, omezený na vrtání, analýzu vzorků půdy a monitorování počasí, bez zobrazovacích schopností (omezená elektronika znamená žádné kamery).

„Mechanické nástroje by byly celkem hrubé, “ říká Saunder. "V současné době se toho hodně děje v oblasti vysokoteplotních elektronických nástrojů. To nás posunulo do hybridního roveru, kde jsou mobilní a výkonové systémy prováděny mechanicky a poté jsou nástroje provozovány elektricky."

Schéma roveru AREE, ukazující radarový cílový otvor nahoře. Astronaut je součástí měřítka.
JPL / Caltech

Pro všechna jeho omezení je možné, že by mechanický rover Venuše nebo jeho část mohla vytvořit budoucí seznam přání Planetary Decadal Survey. Projekt AREE je nyní ve druhé fázi vývoje NIAC, přičemž tým JPL se snaží vybrat části návrhu AREE pro zdokonalení a prototypování. „Právě jsme dostali finanční prostředky na další dva roky práce, “ říká Sauder. "Plánujeme postavit prototyp v malém měřítku s omezenou funkčností."

Éra robotických průzkumníků s steampunkem se může ještě stát.