Эти студенческие проекты Калифорнийского технологического института могут помочь построить лунную базу

Для тех, кто мечтает построить базу на Луне, серьезной инженерной задачей является выяснить, как перемещать марсоходы, лед и другие грузы через опасную местность и из крутых, зубчатых лунных кратеров.

«Большинство сценариев создания лунных баз, которые рассматривает НАСА, включают попытки либо жить в кратере, либо доставлять предметы в кратеры и из них», — говорит студент третьего курса Калифорнийского технологического института Лукас Пабарциус, который в настоящее время возглавляет отдел лунной архитектуры для обхода деревьев. команды Cable Exploration (LATTICE). «И это экстремальная задача для передвижения, потому что стены кратеров имеют длину в несколько километров и наклоны от 30 до 40 градусов».

Команда LATTICE в настоящее время разрабатывает саморазвертывающуюся модульную роботизированную систему для транспортировки льда и других объектов в кратеры и из них. Система, которая будет работать как трос на Луне, вбивает столбы в землю, прикрепляет к столбам тросы и транспортирует груз по кабелям в роботизированных шаттлах. LATTICE вошла в число семи финалистов конкурса идей НАСА «Прорыв, инновации и изменения игры» (BIG) 2022 года, а ее команда из 60 человек была единственной, полностью состоящей из студентов.

По словам Пабарциуса, наиболее сложной частью LATTICE являются шаттлы, которые передвигаются на тросах. Они способны нести значительно большую полезную нагрузку по сравнению с их массой и на более высоких скоростях, чем аналогичные луноходы, преодолевая при этом вверх и вниз по крутым склонам. Шаттлы также создают напряжение, необходимое для отрыва от земли и поддержания тяги во время движения, с помощью компактных приводов, которые могут развивать такой же крутящий момент, как гоночные автомобили Формулы 1. Механизм управления шаттлом был разработан командой с нуля и находится в стадии патентования.

LATTICE следует за проектом финалиста BIG Idea 2021 года Калифорнийского технологического института — Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), в котором основное внимание уделяется проблеме лунной пыли. «Лунная пыль невероятно абразивна», — говорит руководитель группы HOMES Малкольм Тисдейл, который также учится на третьем курсе Калифорнийского технологического института. «Его свойства делают его серьезной проблемой для любой инженерной системы на Луне».

В HOMES используются модульные квадратные плитки, которые могут соединяться вместе, образуя электродинамический пылезащитный экран. Провода внутри плитки генерируют электрическое поле, которое распространяется по поверхности плитки и отталкивает частицы пыли. Изменяя или изменяя силу тока в проводах или изменяя ориентацию плитки, HOMES может контролировать удаление пыли. «Это похоже на волшебство», — говорит Тисдейл. «Пыль просто летит в сторону».

В ноябре прошлого года команда LATTICE протестировала небольшой прототип своей системы в пустыне в долине Люцерн в Калифорнии. Особый интерес у команды вызвала работоспособность системы забивания кольев в землю. Колья служат точками крепления тросов, по которым движутся грузовые шаттлы.

«LATTICE справилась лучше, чем мы ожидали», — говорит Пабарциус. «Нам нужно было разработать систему, которая была бы легкой и которая могла бы вбивать эти стержни в землю при малой мощности, поэтому на самом деле из-за этого она работала довольно медленно. Примечательно то, что кажется, что ничего не происходит, но потом ты уходишь и возвращаешься через 15-20 минут, а кол уже в земле. Это круто."

Тисдейл и Пабарсиус похвалили своих наставников в Калифорнийском технологическом институте и Лаборатории реактивного движения, которые, по их словам, всегда готовы решать проблемы студентов и предоставлять технические консультации. Одним из этих наставников был Сун-Джо Чунг, профессор кафедры управления и динамических систем Калифорнийского технологического института и старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения.

«Было очень приятно работать с нашими студентами», — говорит Чанг. «Студенты Калифорнийского технологического института очень заняты на курсах, и они не получают дополнительных баллов за участие в этих проектах. Они требуют много времени, поэтому ученики должны быть очень преданы делу».

Собственная лаборатория Чанга также нацелена на Луну. Его команда разрабатывает «многоагентный алгоритм координации», который позволит нескольким марсоходам и дронам на Луне или Марсе синхронизировать свои движения и обмениваться сенсорными данными. «Это действительно роевая технология», — говорит Чанг. «Наша цель — использовать эти новые алгоритмы автономности для исследования Луны».