Smástirnabeltið er fullt af tækifærum og óþekktum, ríkt af auðlindum og vísindalegum leyndardómum.
Hvernig lendir þú og ferð örugglega um á þessum litlu líkömum? Þetta er spurning sem margir verkfræðingar hafa velt fyrir sér. Þegar hefðbundin vélbúnaðarvélmenni lenda á yfirborði viðkvæms smástirni er mikil hætta á að þau eyðileggi uppbyggingu yfirborðsins, sem gerir það ómögulegt að fá gild sýni eða framkvæma viðvarandi uppgötvun.
Ný tegund af „mjúkum vélmenni“ gæti veitt bylting fyrir smástirnaleiðangra.
01 Brothætt smástirni stendur frammi fyrir erfiðri lendingarvanda
Það er nú þegar mjög erfitt að lenda vélmenni geimfari á öruggan hátt á tunglinu eða plánetunni. Það er enn erfiðara að lenda á smástirni.
Ólíkt risastórum plánetum. Yfirborðsþyngdarafl smástirna er afar veikt, jafnvel nokkrir milljónustu af þyngdarafl jarðar. Umhverfi örþyngdarafls veldur miklum áskorunum við lendingu og athafnir geimfara. Hin hefðbundna „harða lending“ aðferð sem byggir á þrýstibúnaði er erfitt að ná nákvæmri stjórn og auðvelt er að eyðileggja lausa yfirborðsbyggingu smástirnsins, sem mun hafa alvarleg áhrif á rannsókn á samsetningu og þróunarsögu smástirnsins.
OSIRIS-REx leiðangur NASA tók mjög íhaldssöm nálgun á smástirni Bennu. „Við vildum ekki takast á við óvissuna um raunverulega snertingu við yfirborðið lengur en nauðsynlegt er,“ sagði Moreau. Þannig að þeir fundu upp áætlun til að njósna um smástirnið á 16 sekúndum með löngum sýnatökuarm.
Með núverandi tækni erum við enn langt frá því að raunveruleg smástirni lendi.
02 Hæg lending: Sýn um mjúkan vélmenni
Með hliðsjón af einkennum örþyngdarumhverfisins hefur teymi prófessors Jay McMahon við háskólann í Colorado sett fram djörf hugmynd: þróun "mjúkra vélmenna" - AoES, til að ná mjúkri lendingu smástirna. Þetta vélmenni nýtir til fulls veika krafta eins og rafsegulsog og rafstöðueiginleika við lendingu og yfirborðsvirkni, þarf ekki að treysta á drifefni og vélrænni festingu og getur náð „núllárekstra“ róandi lendingu.
Mjúka vélmennið er hannað í lögun margra krónublaða, svipað og vatnaliljur. Krónublöðin eru gerð úr teygjanlegu efni sem getur þekja stór svæði af yfirborði smástirnsins án þess að skemma yfirborð yfirborðsins og þau geta einnig snúist og teygt með því að nota hringhraða og sólargeislunarþrýsting til að stilla braut sína og hægja á sér.
Mjúk vélmenni geta notað yfirborðshleðsludreifingu smástirna til rafsegulsogs. Yfirborð smástirnsins er fyllt af ýmsum rykögnum, sem skapa flókna hleðsludreifingu og rafsvið, rétt eins og gekkós nota sameindavíxlverkanir til að festast við vegginn, mjúk vélmenni geta einnig fest sig við yfirborð smástirnsins með því að stjórna hleðsluskýinu af nokkur krónublöð.
Önnur leið til að festa er að nota rafstöðueiginleika. Þrátt fyrir að rafstöðueiginleikar á yfirborði smástirnisins séu veikir, getur mjúka vélmennið safnað nægri rafstöðuviðloðun í gegnum hið risastóra yfirborð. Með því að stilla hleðslu sumra petals gerir mjúka vélmennið kleift að hreyfa sig. Þessi hreyfimáti krefst ekki eldsneytisdrifs og veldur ekki aukamengun smástirnsins.
03 Langtímavöktun og auðlindanýting
Ef mjúk lendingin tekst, munu mjúk vélmenni geta starfað á yfirborði smástirnsins í langan tíma til að framkvæma margvíslegar vísindarannsóknir. Það er hægt að punkta með skynjara á yfirborðinu til að fylgjast með segulsviðum, hitaflæði, hleðsludreifingu og öðrum upplýsingum til að sýna fram á myndunarkerfi og þróunarsögu smástirnsins. Til lengri tíma litið hefur þetta mikla þýðingu fyrir þróun og nýtingu smástirnaauðlinda
04 Tæknilegir erfiðleikar: siglingar, kraftur og stjórn
Hugmyndin um að nota mjúk vélmenni til að lenda á smástirni er mjög aðlaðandi, en hún stendur líka frammi fyrir mörgum tæknilegum áskorunum, mikilvægustu vandamálin eru siglingar og stjórn.
Til að ná nákvæmri lendingu og yfirborðsleiðsögn í hinu flókna og óþekkta smástirnaumhverfi þurfa mjúk vélmenni að vera með hindrunarforða og sjálfstæða skipulagsgetu. Í samanburði við stífan líkama er gangverki og stjórnkerfi mjúkra vélmenna flóknara. Sérhver aflögun á blaðarminum mun breyta heildarmassadreifingu og kraftmiklum breytum. Stýringaralgrímið verður að vera skilvirkt og nákvæmt og hafa nægilega aðlögunarhæfni að óþekktu umhverfi.
Langvarandi geimflug hefur einnig í för með sér alvarlegar áskoranir fyrir efni og mannvirki mjúkra vélmenna. Það verður að þola mikla geislun og mikinn hitamun og geta gert við sjálft ef bilun verður.
Að draga úr massa og bæta styrkleika burðarvirkisins er önnur áskorun sem þarf að brjótast í gegn á þessu sviði. Til að starfa í mikilli örþyngdarumhverfi verða mjúk vélmenni að vera þunn og létt, en of veik uppbygging er erfitt að knýja hreyfingar og sýnatökuverkefni, svo það verður að tryggja styrk og stífleika sem þarf til að framkvæma verkefnið án þess að bæta við of miklum massa.
05 Það má búast við framtíðinni
Þrátt fyrir áskoranir heldur draumurinn um mjúka lendingu áfram að knýja áfram framfarir og nýsköpun á þessu sviði. Teymi háskólans í Colorado, sem hefur hlotið rannsóknarstyrk frá NASA síðan 2017, er nú að kanna hvort eitthvað af mjúkri vélfæratækni sinni gæti þjónað gervihnattaviðhaldi og hreinsun á geimrusli.
Það á eftir að koma í ljós hvort mjúk vélmenni geti verið brautryðjandi í smástirnaleit fyrir menn.