Лаборатория прикладной физики университета Джона Хопкинса разрабатывает октокоптеры Dragonfly для полётов в атмосфере Титана. Этот проект освоения спутника Сатурна стал финалистом конкурса NASA по созданию роботизированных АМС с искусственным интеллектом. Начало соответствующих беспилотных миссий запланировано на середину 2020-х годов.
Низкая гравитация (в семь раз ниже земной) и высокая плотность атмосферы Титана (в четыре раза превышающая земную) создают благоприятные факторы для полёта исследовательских аппаратов. Теоретически летающие роботы-разведчики смогут за короткое время выполнить фотосъёмку гораздо большей площади, чем одноразовый атмосферный зонд до разрушения или медленно катающийся по поверхности ровер. Однако и новых технических проблем здесь хватает.
До сих пор все автоматические межпланетные станции действовали по заранее составленной программе или управлялись дистанционно. Если для орбитальных зондов жёсткий алгоритм не помеха, то спускаемым аппаратам требуется способность реагировать на меняющиеся условия.
Например, марсоход Curiosity принимает команды от операторов из Центра управления полётами. Они передвигают его буквально по сантиметру в час из-за огромной задержки сигнала – в среднем порядка 13 минут в одну сторону.
Среднее расстояние между Землёй и Титаном в 5,67 раза больше, соответственно ждать исполнения команд дроном пришлось бы больше часа (и ещё столько же ожидать подтверждения). Это, мягко говоря, неудобно. Вы когда-нибудь играли в лётный симулятор с лагом в 2,5 часа? Оператором пришлось бы “играть” даже с большими задержками и без права на ошибку.
Выход здесь только один – научить дронов самостоятельно принимать решения по ситуации, используя гибкость ИИ. Существующие нейросетевые алгоритмы мало подходят для этих целей. Все они разрабатывались для выполнения эффектных трюков в условиях Земли, а главным приоритетом октокоптеров на Титане станет инстинкт самосохранения.
Большинство данных об этом спутнике Сатурна мы получили в 2005 году, когда на него отправился зонд Гюйгенс. Именно с его помощью были измерены параметры атмосферы Титана, открыт второй слой ионосферы и штилевая зона. Однако до неё дронам не долететь – слишком высоко (около 80 км). Им предстоит взлетать с поверхности Титана и работать в нижних слоях, где бывают сильные порывы ветра и осадки.
Давление атмосферы на Титане примерно в полтора раза выше, чем у земной. К тому же, она более агрессивная за счёт высоких концентраций аммиака, дициана и бензола. Более того, на Титане бывают плотные метановые облака и даже аммиачно-метановые дожди. Разработчикам придётся использовать золотые токопроводящие дорожки вместо медных, или герметизировать каждый электронный компонент полимерными материалами для предотвращения коррозии.
Возможно, второй вариант окажется более предпочтительным, так как проблема охлаждения чипов на Титане отсутствует. Её заменяет обратная задача – обогрева и питания электроники. Средняя температура поверхности Титана составляет -179°C, а в разных слоях атмосферы она непредсказуемо меняется, временами опускаясь до -202°С.
Ранее созданные АМС решали проблему обогрева с помощью солнечных батарей, однако для миссии Dragonfly этот вариант не подходит. Солнечного света на Титане слишком мало – сказываются большое расстояние и плотная атмосфера.
Вместо фотоэлектрических панелей на дроны установят РИТЭГ – радиоизотопные термоэлектрические генераторы с плутонием-238. Из-за ядерных источников энергии масса дронов увеличится до 300 кг. Поднять такой беспилотник в воздух непросто, поэтому у них будет восемь винтов (четыре сдвоенных). Полезная нагрузка будет включать спектрометры (масс-, гамма- и нейтронный), набор метеорологических датчиков, микрофоны и видеокамеры.
По расчётам крейсерская скорость дрона составит 10 м/с. Это на порядки больше, чем у любого наземного ровера. Октокоптер сможет пролететь на одной зарядке до 60 километров, непрерывно находясь в воздухе до двух часов. После этого он будет вынужден совершить посадку и долго заряжать батареи от РИТЭГ. Пока он будет перезаряжаться, его сменит следующий дрон.
Изначально предполагалось, что работу дронов будет координировать модуль связи на орбите Титана. Он также собрал бы всю накопленную дронами информацию и передал её на Землю. Однако затем планы изменились, и от проверенного орбитального ретранслятора отказались в пользу установки сегментной антенны на поверхности Титана. Это спорное решение вызвано экономией средств и может сорвать всю миссию.
При оптимистичном сценарии дроны продержатся в атмосфере Титана до полной выработки энергии, ежедневно совершая десятки вылетов (дни на Титане в восемь раз длиннее земных) и собирая уйму научных данных. При пессимистичном – октокоптеры отчасти повторят судьбу спускаемого зонда Гюйгенс и прочих электронных камикадзе. На данный момент специалисты NASA считают, что будет большой удачей, если дроны продержатся в управляемом горизонтальном полёте пару часов и смогут передать собранные данные.
Источник: http://dragonfly.jhuapl.edu/
Автор: Андрей Васильков
Изображения взяты с: dragonfly.jhuapl.edu.
Привет, это редакция канала the Robot. Если тебе понравилась эта статья – нажми лайк и подпишись, чтобы не пропустить новые материалы. Новости о роботах и ИИ можно читать там, где тебе удобно, присоединяйся!
Наш telegram канал : https://t.me/robotics_channel
Наш сайт: https://the-robot.ru/
E-mail расслыка лучших статей раз в неделю
