人類は星々を旅することを夢見てきましたが、残念ながら、宇宙は人間の生活に敵対しています。宇宙飛行士がエイリアンの惑星に足を踏み入れる前に、ロボットが最初に仕事をするために派遣されます。 2020 年の時点で、火星は完全にロボットが住んでいる唯一の惑星です。おそらくいつかもっと多くなるでしょう。宇宙が投げかけるあらゆるものに耐えることができる惑星探査機を構築するには何が必要ですか?
惑星探査車は何をしますか?
ローバーを設計するとき、エンジニアはまず、作成したものにどのようなタスクを実行させたいかを検討する必要があります。科学者は、探査中にさまざまな種類の岩石や土壌のサンプルを採取する必要がありますか?ローバーはさまざまな種類の地形を横断する必要がありますか?地球と常に連絡を取り合っているのか、それとも定期的に情報のパケットを送り返しているのか?
設計者が、ローバーがエイリアンの惑星で実行するタスクの種類を把握すると、最終的な設計を作成するのが簡単になります.デバイスが長い旅を終えて作業を開始できるようになった後、デバイスが直面することをよりよく理解できるようになります。
基本事項の分析
惑星探査車が目的地に到着したら何をするかに関係なく、エンジニアが設計に含める必要のある基本的な機器がいくつかあります。これには、次のようなさまざまなアイテムが含まれますが、これらに限定されません:
- ボディ ローバーのすべての機器とその運用に必要なすべてを収容します。
- 脳 ローバーを直接制御し、本拠地と通信して、地球上のオペレーターから新しい命令を得ることができます。
- ローバーがエイリアンの惑星と相互作用するために使用できるアーム。これらには、端にツールやセンサーが付いている場合や、サンプルを拾うための握り手が付いている場合があります。
- 頭と首 ローバーの周囲を直接監視するためのカメラやその他のセンサーが含まれています。このコンポーネントの正確な設計は、どこに行くのか、そしてそこに到達したときに何をするようにプログラムされているのかによって異なります.
- 脚、車輪、その他の道具 風景を横断する。設計は、ローバーが目的地に到着したときに直面するものによって異なります。火星探査機は車輪とトレッドの両方を使用して、さまざまな程度の成功を収めてきました。将来のモデルは足を使うかもしれませんし、火星蜂の場合は翼さえも使うかもしれません
- 動力源 すべてを実行し続けるために。これまでのローバーは、火星の表面を走り続けるために、原子力、太陽光、バッテリーの電力を組み合わせて使用していました。しかし、探査が太陽から遠ざかるにつれて、太陽光発電は惑星探査車にエネルギーを供給するのにそれほど実行可能ではなくなります。
これらの 6 つのことは、ローバーを構築するために必要なすべてです。かなり単純に聞こえますが、ここからさらに複雑になります。結局のところ、ロケット科学と呼ばれるのには理由があります。
地球上でプロトタイプを構築
科学者やエンジニアがローバーをロケットの貨物コンテナに積み込む前に、ここ地球上で実物大のプロトタイプを作成する必要があります。ローバーがエイリアンの惑星の表面に触れるとすぐに故障して機能を停止する場合、ローバーに何百万ドルも費やしても意味がありません.それは多くのお金を無駄にし、太陽系のほとんどの惑星に到達するのにどれだけの時間がかかるかを考えると、あまりにも多くの時間を無駄にします.
ローバーは、打ち上げの準備が整う前に、さまざまなプロトタイプ段階を通過する必要があります。エンジニアは、機械が意図したとおりに動作するという確信が持てるまで、設計を磨き、微調整します。目標は、リリース前にできるだけ多くのバグを解決し、できるだけ多くの問題を解決することです。目的地にいるよりも、地球にいる間に問題を解決する方がはるかに簡単です。
惑星探査機はどのようにして宇宙で生き残るのか ?
ローバーを構築する際に準備が難しいことが 1 つあります。それは、宇宙空間の厳しさです。ローバーは極端な暑さと寒さ、衝撃、重力と過度の速度、そして放射線の影響を受けます。火星または別のエイリアンの惑星に着陸すると、考慮すべきさまざまな変数があります。
たとえば、砂嵐は火星では大きな脅威です。実際、大規模な砂嵐が惑星の表面の半分以上を覆った後、NASA はオポチュニティ ローバーとの通信を失いました。
ローバーは、宇宙空間の過酷な条件に耐えることができる合金やその他の材料で設計されています。ケブラーとアルミニウムが一般的な選択肢であり、さまざまな強化炭素複合材や、宇宙の寒冷な暗闇の中で生き残り、機能できる他の同様の素材もあります.
エイリアンの世界を探検
2020 年の時点で、人類が火星に送ったのはローバーのみであり、残りの星間探査はプローブとオービターに限定されています。科学者は最終的に、はるかかなたの世界を探索できるローバーを作成する必要があります。エンジニアは、Curiosity や Opportunity のように水面を転がることのない水上ローバーである BRUIE にすでに取り組んでいます。代わりに、BRUIE はエウロパやエンケラドスのような凍った月の氷の下に潜ります。彼らは現在、この潜水ローバーを南極のような凍った気候の氷の下に送ることでテストしています。
巨大ガス惑星は、これらの巨大な惑星が生み出す熱と圧力に耐えられる何かを必要とするでしょう。おそらく、科学者たちは、大気圏に出入りしてサンプルを採取し、厚い雲の層を探索できるバードローバーを作成するでしょう。これらのローバーは、金星のような惑星も探索できるかもしれません。ローマの愛の女神にちなんで名付けられた惑星は、その厚い大気のために、太陽系で最も高い温度のいくつかを見ています.
現時点でエンジニアとデザイナーを制限しているのは、資金と想像力だけです。新しいローバーの作成を開始する前に、目的地を念頭に置く必要があります。いつの日か、万能のローバーを作成して、銀河のどこにでも送ることができるかもしれません。現時点では、それぞれの冒険ロボットはカスタム作成されており、故郷と呼ばれる惑星専用に設計されています。
本拠地と連絡を取り合う
ローバーを作成する際に考慮すべき最も重要なことの 1 つは、地球上のミッション コントロールと通信する方法です。 NASA のエンジニアはローバーを限られた自律性でプログラムできますが、通信して、エイリアンの惑星を探索する際にデバイスが記録するデータを収集する方法も必要です。現在のローバーのほとんどは、超高周波 (UHF) 電波を使用して情報を送信し、命令を受けています。現在、無線信号が送信者から受信者に到達するまでに 5 ～ 20 分かかります。また、同じ時間で返送されます。
人間の探査が地球から遠ざかるほど、情報の送受信に時間がかかります。ローバーは、特に緊急時に安全に稼働できるようにするためだけに、一部のセクターで自律性を高める必要があります。たとえば、パーカー ソーラー プローブは現在、太陽を周回しています。距離があるため、データの送受信に約 8 分かかります。一歩間違えば、探査機は 1 秒もかからずに破壊される可能性があります。そのため、NASA が新しい命令で応答するのを待つ余裕がないため、独自にいくつかの決定を下すことができなければなりません。
Planetary Rovers の足跡をたどる
最終的に、ローバーの目的は情報収集だけではありません。これらの小さなロボットは、宇宙飛行士が火星やさらに遠くへの最初の一歩を踏み出すための道を急速に開いています。結局のところ、探索する宇宙全体があります。惑星探査車は、宇宙の暗闇の中で人間にとって安全であることを確認する小さな機械的探査機です。
おそらくいつの日か、人間の宇宙飛行士が別の惑星で文字通り足跡をたどることができるでしょう。ローバーと科学の進歩のおかげで、何でも可能です。
主な画像の出典:NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems / グレーディング、歪み補正、部分的な微調整、トリミング、tiff ファイルからのレンダリングを含む派生作品:Julian Herzog、パブリック ドメイン、ウィキメディア コモンズ経由
