НАСА тестирует небольших подводных роботов для будущих миссий

После запуска миссии Europa Clipper НАСА тестирует следующее поколение роботов, которые потенциально могут погрузиться в водные глубины спутника Юпитера Европы и океаны других планет.

Концепция миссии по исследованию океана под названием SWIM предусматривает создание группы из десятков самоходных плавательных роботов размером с мобильный телефон. Они будут доставляться в подземный океан криоботом, плавящим лёд, а затем будут распределяться в водной толще для поиска химических веществ, измерения температуры и сбора других показателей. Роботы смогут использовать новую беспроводную систему подводной акустической связи для передачи данных и триангуляции своего положения.

«Люди могут спросить, почему НАСА разрабатывает подводного робота для исследования космоса? Это потому, что в Солнечной системе есть места, где потенциально может быть жизнь, и мы думаем, что для жизни нужна вода. Поэтому нам нужны роботы, которые смогут исследовать эту среду — автономно, за сотни миллионов миль от дома», — рассказал главный исследователь SWIM Итан Шалер.

Серия прототипов SWIM недавно прошла испытания в водах 23-метрового бассейна для соревнований в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Результаты были обнадёживающими.

Последняя итерация SWIM — это пластиковый прототип, напечатанный на 3D-принтере, с недорогими коммерческими движками и электроникой. Он имел длину около 42 см и весил 2,3 кг. Движимый двумя гребными винтами с четырьмя закрылками для рулевого управления, он продемонстрировал управляемое маневрирование, способность оставаться на месте и корректировать свой курс, а также двигаться вперёд-назад по схеме «газонокосилки». Всем этим робот управлялся автономно, без прямого вмешательства команды. Он даже смог написать в воде «J-P-L».

На случай, если робота понадобится спасти, его прикрепили к леске, а во время каждого испытания у бассейна находился инженер с удочкой. 

Команда выполнила более 20 раундов испытаний различных прототипов.

«Подводные роботы в целом очень сложны, и это только первая из серии, над которыми нам придётся работать, чтобы подготовиться к путешествию в мир океанов. Но это доказательство того, что мы можем создать роботов с необходимыми возможностями и начать понимать, с какими проблемами они столкнутся во время подземной миссии», — отмечает Шалер. 

Цифровые версии мини-роботов тоже прошли испытания в смоделированной среде. В условиях такого же давления и гравитации, с которой они, вероятно, столкнулись бы на Европе, роботы длиной 12 см неоднократно отправлялись на поиски потенциальных признаков жизни. Компьютерное моделирование помогло определить пределы их возможностей по сбору научных данных в неизвестной среде и привело к разработке алгоритмов, которые позволили бы рою роботов работать более эффективно. Моделирование также помогло команде лучше понять, как максимизировать научную отдачу, принимая во внимание компромисс между временем автономной работы (до двух часов), объёмом воды, который пловцы могут исследовать (около 86 тыс. куб. метров) и количеством роботов в одном рое (дюжина, отправляемая четырьмя-пятью волнами).

Кроме того, группа сотрудников Технологического института Джорджии в Атланте изготовила и протестировала датчик состава океана, который позволит каждому роботу одновременно измерять его температуру, давление, кислотность или щелочность, проводимость и химический состав. Чип площадью всего несколько квадратных миллиметров впервые объединил все эти датчики в одном крошечном корпусе.

Шалер полагает, что роботов SWIM потенциально можно доработать для использования на Земле при поддержке океанографических исследований или проведении критических измерений под полярными льдами.

НАСА запустило автоматическую межпланетную станцию Europa Clipper к спутнику Юпитера Европе в октябре. При помощи Europa Clipper астробиологи надеются узнать больше о подповерхностном океане Европы и толщине ледяного покрова над ним. Станция совершит облёт Марса в феврале 2025 года и Земли в декабре 2026 года, чтобы набрать достаточную скорость и достичь орбиты Юпитера в апреле 2030 года. Начиная с мая 2031 года Europa Clipper направит свою сенсорную решётку на обращённую от Юпитера сторону Европы, пролетая на высоте всего 25 км над её поверхностью. Вторая научная миссия начнётся в мае 2033 года, в рамках неё аппарат изучит обращённую к планете сторону спутника.