Перспективная разработка: микроробот для инспекции МКС
Работа над проектом ведётся совместно с кафедрой 307 «Цифровые технологии и информационные системы» МАИ и Институтом проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН.
«Предполагается, что с внешней стороны МКС робот будет осматривать как поверхность самой станции, так и солнечные батареи, которые подвергаются ударам микрометеоритов, – рассказывает заведующий кафедрой "Технологии производства приборов и информационных систем управления летательных аппаратов", профессор Андрей Александрович Жуков. – Робот призван находить повреждённые места, идентифицировать их и отправлять информацию на борт МКС. Управление им будут осуществлять сами космонавты».
Помимо создания робота, проект включает в себя масштабную образовательную часть. В образовательных программах по космической микроробототехнике планируется задействовать, по меньшей мере, три высших учебных заведения: Московский авиационный институт, Московский физико-технический институт и Московский энергетический институт. Все эти вузы будут включены в проект в соответствии со спецификой направлений обучения в них.
«В МАИ предполагается запустить целый ряд обучающих курсов и привлечь студентов и аспирантов к выполнению научно-исследовательских работ по таким темам, как компоновка служебных и функциональных систем роботов, экспериментальные исследования нагрузочной способности роботов, адгезионные схваты роботов в условиях микрогравитации», – поясняет профессор.
Результаты целевой работы могут быть включены в учебные программы по следующим дисциплинам: «Лазерные приборы и цифровые технологии в приборостроении», «Технология приборостроения», «Основы конструирования микросистемной техники», «Нано- и микросистемная техника и технология в производстве приборов и измерительных систем летательных аппаратов», «Контроль и диагностика систем космических ЛА», «Спецтехнология», «Испытания измерительно-управляющих комплексов и их элементов». Так как в основе микроробототехники находится микросистемная техника, работа является перспективной и для других направлений, например энергетики или информационных технологий.
Авторы отмечают, что микророботы смогут не только существенно облегчить работу космонавтов на МКС, но и «взять на себя» внекорабельную деятельность при осуществлении миссий к другим планетам. Ожидается, что отправить микророботов в космос удастся уже в 2023 году.
В конце 2020 года разработка профессора МАИ и специалистов Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН – шагающий инсектоморфный мобильный микроробот – удостоилась премии мэра Москвы по итогам конкурса «Новатор Москвы». Робот был разработан для оценки состояния труднодоступных участков трубопроводов, подземных коммуникаций, а также определения характера их повреждения в результате техногенных аварий и чрезвычайных ситуаций.
Milrem Robotics поможет сделать роверы более автономными и менее зависимыми от человека за счет новейших военных технологий
Может показаться, что между роботами, предназначенными для поля битвы, и роботами, предназначенными для исследования космоса, не так много общего. Однако их объединяет то, что по мере роста возможностей оба требуют все большей способности действовать без вмешательства человека. Это означает, что они не только должны уметь ориентироваться на местности и выполнять другие задачи для достижения своих целей, им также нужна способность изменять оценку задач в зависимости от меняющихся условий и заново планировать свою миссию.
Являясь частью Глобальной дорожной карты ЕКА, Milrem поможет разработать автоматическую систему планирования для длительных полетов на Луну. Эта система сможет использовать данные дистанционного наблюдения, локальные изображения и данные датчиков, а также ресурсы ровера для оценки точек интереса на основе приоритетов миссии. Проведя анализ информации, она также сможет добавлять или удалять эти точки при необходимости. По мере развития системы ее также можно будет использовать для полетов к Марсу и околоземным астероидам в течение следующих двух десятилетий.
Одним из будущих примеров этого является Европейский большой логистический спускаемый аппарат (EL3), который включает в себя марсоход, чья цель — сбор образцов для последующего возвращения их на Землю. Как только эта задача будет завершена, марсоход начнет проводить исследования поверхности под наблюдением ученых Земли, благодаря своей способности преодолевать расстояния до 300 км.
Ученые предлагают разные способы добычи воды из отложений льда в темных лунных кратерах, но один из самых экстремальных — буквально «подрывать» породу направленными импульсами тепла
Из-за ошеломляющих затрат на доставку грузов с Земли программа НАСА Artemis по обеспечению постоянного присутствия человека на Луне сосредоточена на разработке новых технологий, которые позволят будущим астронавтам существовать в основном за счет местных ресурсов. Особое значение имеет вода, которую используют не только для стирки носков, но и для жизнеобеспечения, производства топлива, выращивания пищи и многих других целей.
Считается, что в затененных областях южного полюса Луны есть большие залежи льда в виде вечной мерзлоты на дне темных кратеров. Сложнее всего найти экономичный способ добыть этот лед в практических количествах, а затем очистить его для транспортировки и обработки.
Задача Break the Ice требует, чтобы участники спроектировали марсоход, который можно было бы установить в бассейне Эйткен возле южного полюса. По оценкам ученых, он вмещает порядка 70 миллионов кг льда, при этом аппарату предстоит извлечь до 10 000 кг воды и осуществить ее транспортировку на базу НАСА.
Работая с Honeybee Robotics и Lunar Outpost, Masten Space Systems спроектировала Rocket M, который весит 1118 кг и доставляется на поверхность Луны посадочным модулем, который также действует как вспомогательная станция.
После развертывания корабль на солнечной энергии может двигаться со скоростью до 3,45 км / ч и преодолевать рельеф под уклоном до 20 градусов. Аппарат будет двигаться по сетке заранее выбранных участков добычи и устанавливать в ключевых точках металлический купол, герметизирующий реголит. Ракетный двигатель, способный создавать тягу в 100 фунтов, испускает импульсы раз в полсекунды, подвергая реголит прямому конвективному нагреву, который разрушает поверхность на глубину до двух метров.
После измельчения ледяная руда засасывается марсоходом, и зерна проходят через магнитный сепаратор, а затем попадают в камеру пневматического циклона, в которой более тяжелые частицы начинают вращаться. Оставшееся зерно проходит через электростатический сортировщик, вторую циклонную камеру, затем через холодные пластины для улавливания воды, которая в процессе всех этих манипуляций превратилась в пар. Очищенный лед хранится внутри марсохода и пригоден для транспортировки, при этом весь процесс занимает от 5 до 10 минут.
Инженеры Masten считают, что система, которая уже была протестирована на vjltkb лунном реголите, может осуществлять добычу в 12 кратерах в день. При наличии 100 кг льда на кратер получается 426 тонн воды, извлекаемой за год. Ракетная система работает на кислороде и водороде, выделенном из воды с помощью электролиза, так что в итоге аппарат эффективно добывает не только воду для людей, но и собственное топливо.
Благодаря легкому весу и мобильности Rocket M масштабируется и может преодолевать валуны, трещины, базальтовые отложения и другие препятствия. Помимо добычи льда, система также может использоваться для добычи сухого реголита для строительных материалов.
Если раньше главной угрозой озоновому слою нашей планеты была тяжелая химическая промышленность, то сегодня источник проблемы весьма необычный. По словам экспертов, все дело в ухудшении качества алюминия в самых обычных спутниках, таких как сеть Starlink компании SpaceX
Спутник — это искусственный объект, выведенный на низкую околоземную орбиту на запланированный срок службы. На страницах Scientific Reports исследователи из Университета Британской Колумбии сообщили о том, что в настоящее время в этой области находится около 5000 активных и неработающих спутников, и в ближайшем будущем их число будет стремительно возрастать. Напомним, что компания Илона Маска планирует запустить более 40 000 спутников Starlink, но не стоит забывать о множестве самых разных спутниковых проектах национальных космических агентств и частных компаний по всему миру.
Ученые десятилетиями сравнивали спутниковый «мусор», кружащий в атмосфере, с метеоритами разного размера. И хотя общий объем метеоритного мусора был намного выше спутникового, космические камни почти не причиняли вреда планете. Так почему же озоновый слой активно разрушают спутники, созданные человеком?
Оказывается, все дело в качестве, а не в количестве.
«Ежедневно в атмосфере Земли оказывается до 60 тонн метеороидов», — рассказал в интервью порталу Space.com ведущий автор исследования Аарон Боули. «С первым поколением Starlink мы можем ожидать, что около 2 тонн "мертвых" спутников будут кружить в атмосфере нашей планеты ежедневно. Но метеороиды (то есть космические тела размеров от пылинки до астероида) в основном состоят из горных пород, в свою очередь состоящих из кислорода, магния и кремния. Однако спутники в основном состоят из алюминия, который в метеороидах содержится в очень небольшом количестве, около 1%».
Алюминий — ключ ко всему, что поставлено на карту. Во-первых, он сгорает до безводного оксида алюминия (иначе «глинозема»), что может превратиться в невольный геоинженерный эксперимент, способный изменить климат Земли. Во-вторых, оксид алюминия может повредить озоновый слой и даже прорвать его.
Оксид алюминия рассеивает больше света, чем стекло, с показателем преломления около 1,76 по сравнению с 1,52 для стекла и около 1,37 для простого алюминия. Геоинженеры уже давно высказывают предположение, что запуск огромных сетей спутников и, соответственно, увеличение количества глинозема на планете по мере их выхода из строя, приведет к изменению способности Земли отражать и рассеивать свет Солнца. Как это повиляет на экологию и климат планеты, остается только гадать.
Но что же с озоновым слоем? И снова оксид алюминия выходит на первый план. Во время горения алюминий вступает в реакцию с озоном в воздухе, тем самым истощая естественные запасы чрезвычайно важного газа. Чем больше спутников сгорает в атмосфере, тем тоньше озоновый слой. Сейчас последствия для атмосферы планеты не так существенны, но когда речь зайдет о десятках тысяч спутников – настанет время бить тревогу.
Стоит помнить, что спутники не являются единственной причиной истончения озоновой пелены над планетой. Каждый запуск ракеты, выводящей спутники на орбиту, также угрожает защитному слою. «Ракеты угрожают озоновому слою, осаждая радикалы прямо в стратосфере, при этом твердотопливные ракеты наносят наибольший ущерб из-за содержащихся в них хлористого водорода и глинозема», — пишут исследователи.
Авторы статьи признаются, что на пути к решению этих проблем стоит в первую очередь бюрократия и «неадекватная» политика, регулирующая правила окончания срока службы спутников. Более того, технологии предотвращения столкновений спутников друг с другом и с другими «мусорными» элементами на низкой орбите существенно увеличивают их стоимость, а потому являются лишь рекомендательной мерой – международный комитет не может обязать всех производителей спутников ставить «сигналки» на свои устройства.
В завершение ученые настаивают на том, что орбита Земли – это не только важный, но и попросту конечный ресурс человечества. Световое загрязнение от спутников уже мешает многим астрономам делать свою работу, но вывод на орбиту тысяч и тысяч новых аппаратов может возыметь весьма неприятные последствия для всего человечества.
Помимо стандартных рационов питания у экипажа МКС есть возможность получить и продукты по личному заказу. Что же едят на орбите?
На Международной космической станции (МКС) с 17 апреля 2021 года длится 65-я долговременная экспедиция, в состав которой входят два российских космонавта — Олег Новицкий и Пётр Дубров. На 30 июня запланирован пуск ракеты-носителя «Союз-2.1а» с космодрома Байконур, которая должна доставить на МКС грузовой корабль «Прогресс МС-17» с запасом еды для космонавтов. Что же они едят на орбите?
«В наборе свежих продуктов — горчица зернистая, хрен столовый, яблоки, грейпфруты, апельсины и томаты. В дополнительном наборе для Новицкого — приправа фруктовая, яблочно-клюквенная, закуска "Аппетитная", икра баклажанная, кабачковая, кофе натуральный с молоком, какао с молоком, сок яблочно-абрикосовый, миндаль сладкий, солёный, лосось атлантический, форель радужная, цельное сгущенное молоко с сахаром, курага, палочки фруктовые из айвы, персиков, слив и вишен, яблоки с орехами, чай с ароматом лимона без сахара, с сахаром, зелёный чай с сахаром, кисель клюквенный, яблочно-брусничный, печенье "Русское", "Восток", с курагой, напитки.
Для Дуброва на МКС будут доставлены приправа фруктовая, яблочно-клюквенная, куриное мясо с яйцом, телятина с овощами, закуска «Аппетитная», баклажанная и кабачковая икра, дробленная брусника, пюре из кураги, омлет с куриной печенью и куриным мясом, мясо цыплят в белом соусе, десерт из персиков, натуральный кофе, какао с молоком, курага, фруктовые палочки из айвы, яблок, абрикосов, орехов и чернослива, печенье «Русское», «Имбирное», с курагой, орехи фундук, клюквенный и яблочно-брусничный кисель, напитки, персиковый и черносмородиновый сок, чай и джем», — пояснил заведующий отделом питания Института медико-биологических проблем РАН Александр Агуреев.
Как подчеркнул специалист, стандартные рационы питания рассчитаны на то, чтобы блюда у космонавтов повторялись раз в две недели, что позволяет формировать меню, которое не надоедает
ß
Дело не только в том, что путешествие на Марс займет большое количество времени. Не в том, что на Марсе нечем дышать, нечего есть, а люди в замкнутом пространстве скорее всего рано или поздно начнут конфликтовать друг с другом, и тогда космическая экспедиция потенциально может превратиться в фильм ужасов. Все это большие проблемы, которые будет необходимо решить.
Но в первую очередь ученым надо как-то обезопасить будущих марсианских исследователей от солнечных частиц. Атмосфера Марса от них не защитит, а сейчас предупреждение об их приближении можно выслать только за 20 минут. Так что если астронавт в это время находится далеко от базы в наземном транспорте, то вероятность того, что он не проживет долго, очень велика. Об этих и других изменениях, которые Марс может оказать на наше тело, расскажет следующий ролик, созданный студией Alpha Centauri.