Мяч, змея и свора робопсов: почему для покорения других планет нужны роверы новых конструкций

Сегодня мы наблюдаем явное возрождение интереса к космосу, особенно к Луне и Марсу, куда человечество хочет наконец долететь в течение ближайшего десятилетия. Большое внимание при этом уделяется роботизированным миссиям, предполагающим не статичное изучение поверхности, а перемещение по планете. Это важно не только для сбора информации, но и для отработки механики будущих пилотируемых полетов. За последние несколько лет количество таких проектов кратно возросло, а до 2030-го планируется не менее шести новых миссий. Какие ездящие, прыгающие, летающие и плавающие роверы дополнят концепцию классических луноходов, разбирался «Профиль».

Спутник Земли – цель самая близкая и понятная. Лететь до него всего ничего: несколько дней по прямой (сегодня для экономии топлива выбирают более сложную траекторию, и тогда полет длится недели и даже месяцы). С удешевлением космических запусков и появлением новых научно-инженерных решений такая доступность развязывает руки: можно ставить больше экспериментов, постепенно их усложняя.

[embed]https://profile.ru/scitech/stupeni-v-nebo-kak-rossijskaya-ko...[/embed]

Эти факторы, в частности, позволили Китаю приступить к активному исследованию Луны. В 2010-х в рамках миссий «Чанъэ» страна успешно отправила туда два планетохода «Юйту» («Нефритовый заяц»), причем второй – на обратную сторону, что стало громким и заслуженным успехом. По формату роверы во многом напоминают традиционные луноходы, но построены на более продвинутых технологиях, нежели предыдущие поколения. Их оснастили инновационным научным оборудованием, сделав при этом заметно компактнее.

Те же факторы – доступность технологий и сравнительная дешевизна запусков – позволили «прикоснуться к Луне» небольшим университетским командам и стартапам. Показательна история Iris – проекта Университета Карнеги – Меллона (США). 300 студентов сконструировали и в 2024 году с помощью фирм-партнеров отправили на Луну собственный аппарат. По сути, это был демонстратор: разработчики хотели показать возможность удаленного управления небольшим планетоходом, созданным больше на энтузиазме, нежели из практических научных соображений.

Увы, до реализации задачи дело не дошло: сбой в посадочном модуле Peregrine (сделанном частной компанией Astrobotic Technology) прилунить аппарат. Тем не менее студенты успели наладить с ним связь до того, как вся конструкция по возвращении сгорела в атмосфере Земли. Инженерам удалось запустить камеру, приводы колес, получить данные с датчиков – в этом смысле миссию можно назвать успешной.

В целом небольшие лунные роверы – сложившаяся тенденция. Например, одна из лабораторий NASA, Jet Propulsion Laboratory (JPL), заканчивает разработку проекта CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration – «Совместная автономная распределенная роботизированная разведка»). Его суть – отправка сразу трех колесных мини-роботов, которые будут работать в связке и таким образом собирать уникальные данные о лунном ландшафте, в том числе в опасных для человека зонах. Запуск миссии несколько раз переносили, сейчас агентство планирует ее на 2026-й.

Впрочем, эксперименты с традиционными колесными планетоходами – далеко не самое интересное. Японские инженеры активно тестируют принципиально новый вид – шароподобные роверы.

В 2024 году в составе миссии SLIM (Smart Lander for Investigating Moon – «Умный посадочный модуль для исследования Луны»), которая должна была отработать систему высокоточной посадки, японское космическое агентство JAXA отправило LEV-1 и LEV-2 – два миниатюрных сферических аппарата массой около 2,1 кг и 240 г соответственно. Посадочный модуль сбросил их вбок прямо перед прилунением (с учетом небольшого веса, крепкого корпуса и отсутствия чувствительной аппаратуры мягкое касание было не нужно). Так заодно подтвердилась гипотеза: можно сделать много небольших «шариков» и закидывать их хоть в кратеры, хоть куда.

[embed]https://profile.ru/scitech/nebesnaya-istoriya-kakie-tajny-hr...[/embed]

Задачей было протестировать новые способы передвижения роверов (на двух колесах, являющихся частью корпуса, и прыжками благодаря специальному механизму LEV-1), их прямую связь между собой на Луне, а также коммуникацию LEV-1 с Землей, минуя спутники-ретрансляторы. Все тесты оказались успешными. Более того, уникальный снимок посадочного модуля (он хоть и смог сесть в обозначенную точку, но, увы, вверх ногами, из-за чего миссия была прекращена досрочно).

Схожее устройство разработала частная японская компания Dymon. Планетоход Yaoki представляет собой небольшой цилиндр размером 15 х 15 х 10 см и весом 0,5 кг. В отличие от LEV (которым нужно было «раскрыться», чтобы передвигаться), ровер не трансформируется: по бокам – постоянные колеса для перемещения. Yaoki летал на Луну в марте 2025-го и тоже опрокидывания своего посадочного модуля (удивительное невезение для японских инженеров). В этот раз фотография была получена прямо с борта – выпустить ровер на поверхность оказалось невозможным.

Иной путь выбрала британская Spacebit. Компания занимается разработкой Asagumo – шагающего робота, похожего на паука. В отличие от колесных устройств, такой ровер, по мнению ученых, будет стабильнее перемещаться по сложному лунному ландшафту, включая пыль и камни, и даже сможет вернуться в правильное положение после опрокидывания. Тренд на миниатюризацию сохраняется и здесь: заявленные габариты – всего 10 куб. см, а вес – 1,5 кг. Точный статус разработки пока непонятен, но компания рассчитывает запустить аппарат на Луну в течение ближайших лет.

Не будем забывать, что в нынешнем десятилетии NASA по-прежнему надеется вернуть человека на Луну. В прошлый раз, в рамках 15–17-й миссий «Аполлон», для астронавтов были подготовлены лунные автомобили. Они позволили быстрее передвигаться на значительно большие расстояния по сравнению с пешим ходом (по сути, прыжками в тяжелом скафандре), а также экономить воздух и силы. Актуальная программа «Артемида» идет по стопам предшественницы.

[embed]https://profile.ru/scitech/chem-zarabatyvaet-i-kak-budet-raz...[/embed]

В апреле прошлого года NASA по итогам конкурса три компании – разработчика лунных машин нового поколения. Если быть точными, агентство планирует закупить услугу по перевозке астронавтов, оборудования и образцов на поверхности Луны на сумму до $4,6 млрд. До конца 2025-го Intuitive Machines, Venturi Astrolab и Lunar Outpost должны продемонстрировать прототипы своих решений, после чего будет определен основной подрядчик. Запуск первого автомобиля запланирован в рамках пятой миссии «Артемида» (март 2030-го или позднее).

Собственно, прототипы уже показаны. Выглядят машины по-разному, но все представляют собой четырехколесные устройства, предназначенные для двух астронавтов в скафандрах, с двумя джойстиками-рулями (по одному на каждого) и «багажником» согласно требованиям NASA. Moon Racer от Intuitive Machines еще планируется комплектовать дополнительным прицепом, способным перевозить до 800 кг груза (напомним, на Луне сила тяжести в шесть раз меньше).

[caption id="attachment_1767906" align="aligncenter" width="1200"] Прототип лунного автомобиля Moon Racer[/caption]

Для транспортных средств заявляется возможность самостоятельного передвижения в зависимости от задачи. Например, Eagle от Lunar Outpost сможет ехать из точки А в точку Б полностью автономно, попутно объезжая опасные и подозрительные места. Инженеры даже генеративный ИИ подключили: скажешь «езжай на десять метров вперед и семь метров влево», и он переведет это в конкретную команду, после чего выполнит ее. Такой способ управления компания уже успела продемонстрировать на практике.

Astrolab (чьи инженеры, в частности, работали над марсоходами Spirit, Opportunity, Curiosity) хочет реализовать функцию автономного перемещения ровера Flex от одной миссии к другой, то есть на многие километры в полностью беспилотном режиме. Этому механизму компания уделила особое внимание. Ее машина сможет ездить боком или крутиться на месте благодаря независимому приводу каждого колеса. Также инженеры сделали изменяемую подвеску – она поднимает всю конструкцию высоко над шасси и, соответственно, лунной поверхностью.

Проектируются и другие инновационные решения. В частности, Lunar Outpost разработала специальную систему, которая за счет электростатики прибивает лунную пыль к поверхности, предотвращая ее попадание на астронавтов (что было отдельной проблемой в рамках «Аполлонов»).

Марс по сравнению с Луной, конечно, куда менее доступен. Во-первых, он на несколько порядков дальше: оптимальный срок полета до соседней планеты составляет полгода, но может быть уменьшен за счет более скоростных кораблей. Во-вторых, сближаются Земля и Марс всего раз в два года, что сужает пусковые окна. Наконец, запуски на Красную планету куда дороже, поскольку требуют мощных летательных аппаратов (нужно нести больше топлива для разгона и торможения).

[embed]https://profile.ru/scitech/bystree-vyshe-dalshe-tri-napravle...[/embed]

В отличие от лунных проектов, марсианские становятся все более сложными и масштабными: редкие и дорогие миссии заставляют инженеров комплексно подходить к изучению планеты. Если первый марсоход NASA Pathfinder (1997 год) имел габариты 65 х 48 х 30 см, то действующий с 2021-го Perseverance по размерам уже как автомобиль: 3 х 2,7 х 2,2 м. Количество научных приборов на борту выросло с одного в 1997-м до десяти у Opportunity (2004-й) и семи у Perseverance.

Чуть меньшие габариты и шесть научных приборов имеет китайский ровер Zhurong (первая миссия КНР на Красной планете), работавший в 2021–2022 годах. Нет принципиальных отличий и у Rosalind Franklin («Розалинд Франклин») – марсохода Европейского космического агентства (ESA), который должны были запустить совместно с Роскосмосом в начале 2020-х. Сейчас старт миссии запланирован на 2028 год с прилетом в 2030-м – за это время Airbus берется создать посадочную платформу взамен российской разработки.

На сегодняшний день Китай и США прорабатывают программы по доставке образцов марсианского грунта на Землю. Поднебесная при этом не планирует использовать марсоходы и ограничится статичной посадочно-взлетной платформой, которая и осуществит бурение на одном месте.

Штаты возлагают надежды на Perseverance и будущие миссии. В своем путешествии ровер берет пробы марсианского грунта и запечатывает в титановые колбы, часть из которых везет дальше, а часть оставляет. Это должно обеспечить гибкость в дальнейших экспедициях NASA по доставке образцов на Землю (Mars Sample Return, MSR): сможет марсоход доставить их к нужной точке – замечательно, не сможет – придется как-то иначе забирать с поверхности. Архитектура этой сложнейшей операции не первый год является предметом жарких дискуссий и детальных проработок, окончательного проекта пока так и нет.

Среди задач Perseverance был и первый в истории запуск беспилотного летательного средства на другом небесном теле. На Луне это невозможно, поскольку там вообще нет атмосферы, в отличие от Марса, где она, хоть и разреженная (примерно в сто раз менее плотная, чем на Земле), все же присутствует.

Миссия Ingenuity («Индженьюити») – крошечного вертолета, который работал в паре с марсоходом, – завершилась без преувеличения триумфом. Вместо запланированных пяти полетов в течение одного месяца он совершил 72 за три года. При этом постоянно взаимодействовал с ровером, обмениваясь данными: показывал особенности рельефа и возможные маршруты. Марсоход же находил подходящие (читай: безопасные) площадки для посадки и обеспечивал связь с Землей.

[caption id="attachment_1767907" align="aligncenter" width="1200"] Вертолет Ingenuity[/caption]

Неудивительно, что успех Ingenuity повлек за собой проработку новых аппаратов. Основных вариантов два. Первый – построенный по тому же принципу роботизированный вертолет Chopper, только большего размера. Его рассматривали как инструмент для забора образцов, которые Perseverance оставляет на своем пути в рамках проекта MSR. Впрочем, есть вероятность, что NASA отказалось от этой идеи.

Второй вариант, и он точно находится на предпроектной стадии, – гексакоптер Mars Science Helicopter (в недавних пресс-релизах также как Chopper). Концепт предполагает шестивинтовую конструкцию с платформой, где будет располагаться от 2 до 5 кг полезной нагрузки: камеры, датчики, научное оборудование. Такой дрон-вертолет должен летать дальше Ingenuity и исследовать локации, недоступные для марсоходов.

Европа помимо давно готового марсохода Rosalind Franklin экспериментирует с шагающими роботами, которые в перспективе тоже могут пригодиться на Марсе. В январе прошлого года, например, ESA с механической собакой Bert: устройством, находящимся на Земле, управляли астронавты с МКС, что позволило проверить работу с задержкой сигнала (хоть и намного меньшей, чем между нами и ближайшей планетой).

[caption id="attachment_1767909" align="aligncenter" width="1200"] Механическая «собака» Bert[/caption]

Параллельно ведутся разработка и испытания Olympus – аппарата на четырех сочлененных ногах, тоже напоминающего собаку. В августе ESA показало прототип в симуляции сниженной гравитации: робот прыгал от стены к стене, переворачиваясь в процессе. Как и в случае с лунным «пауком», предполагается, что такие робопсы будут лучше справляться с особенностями местного ландшафта.

Кроме ездящих, шагающих и тому подобных планетоходов исследовательские команды институтов и лабораторий продумывают принципиально иные форматы механизмов для более далеких и агрессивных миров.

В августе 2025-го команда Техасского университета представила концепт «Робомяча» (RoboBall). Это гигантский шар с мягкими стенками, внутри которого – в отличие от японских «шариков» LEV и Yaoki – закрепляют большое количество научного оборудования. Потенциально перемещаться такой механизм сможет как по Луне с Марсом, так и по небесным телам с жидкой средой.

[caption id="attachment_1767905" align="aligncenter" width="1200"] Концепт "Робомяч" Техасского университета[/caption]

Для планет с атмосферой проектировались разнообразные летательные варианты. Наибольший интерес в этом плане представляет второй сосед Земли (а значит, еще одна сравнительно близкая планета) – Венера. В середине 1980-х СССР запустил туда два аэростата «Вега». Они несколько десятков часов парили на высоте 50–60 км, собрав бесценную научную информацию и доказав принципиальную возможность изучения планеты таким способом. Условия на расстоянии были заметно мягче, чем у поверхности: ниже температура и давление, не такое сильное химическое воздействие.

Аналогичные исследования в мире не прекращались и в последующие десятилетия. Сейчас на разных стадиях проработки находятся следующие проекты: летательный аппарат со спускаемой сферой DaVinci (NASA, запланирован на 2029 год); аэростат переменной высоты (JPL, в 2022-м проходил испытания, дальнейшая судьба неизвестна); атмосферный зонд Venus Life Finder (частный проект Rocket Lab и MIT, может быть запущен уже в 2026-м).

[embed]https://profile.ru/scitech/katapulta-k-zvezdam-kakie-iz-novy...[/embed]

Дальше от Земли – смелее эксперименты. JPL, в частности, змееподобного робота EELS (Exobiology Extant Life Surveyor) для Энцелада – это один из спутников Сатурна. Длиной 4,4 м и массой почти 100 кг, он, по замыслу, должен уметь с помощью лидара (лазерного сканера), датчиков и в буквальном смысле змеиной гибкости проникать в ледовые трещины и расщелины небесного тела.

Поскольку почти доказанной считается гипотеза о наличии на Энцеладе, Титане (еще один спутник Сатурна) и Европе (этот находится на орбите Юпитера) жидких океанов, ученые всерьез рассматривают концепции субмарин для их изучения. Для метановых водоемов Титана, например, JPL в середине 2010-х продумывал идею подводного аппарата. Сейчас проект SWIM (Sensing with Independent Micro-swimmers) – рой «микропловцов», которые должны, работая в связке, замерять параметры жидкости, в первую очередь воды, и искать возможные биосигнатуры.

Надо понимать, что ожидать революционных открытий на других планетах преждевременно. Потенциал подобных разработок вряд ли раскроется раньше середины нынешнего века, а скорее, второй его половины. Некоторым концептам не суждено состояться, другие трансформируются до неузнаваемости. Но одно очевидно: пока человечество не перейдет к регулярным (и недорогим) космическим полетам, нас ждут единичные, хотя и весьма нестандартные эксперименты с иноземным транспортом.