Skaczące roboty pomogą zbadać asteroidy
Naukowcy z NASA stworzyli małe skaczące roboty, które pozwolą lepiej zbadać mniejsze ciała niebieskie w Układzie Słonecznym, a zwłaszcza grawitację asteroid.
Misje skupiające się na mniejszych obiektach w Układzie Słonecznym organizowane są coraz częściej. OSIRIS-Rex, Psyche i Rosetta to przykłady projektów, które były związane z małymi ciałami w Układzie Słonecznym. Jednym z największych wyzwań jest zrozumienie grawitacji tych obiektów – co było szczególnie widoczne, gdy Philae, lądownik Rosetty, miał trudności z utrzymaniem się na powierzchni asteroidy. Nowy pomysł naukowców z University of Colorado Boulder i Jet Propulsion Laboratory NASA może pomóc rozwiązać ten problem – małe skaczące roboty.
Koncepcja, zwana Gravity Poppers, powstała w wyniku grantu NIAC w 2020 roku. Pomysł badaczy polego na wypuszczeniu kilku sond na powierzchnię małego ciała niebieskiego i zaprogramować je by odbijały się od niego. Jeśli astronomowie poznają siłę, z jaką sondy będą się odbijać i wracać na powierzchnię, będą mogli oszacować grawitację obszaru, nad którym roboty będą się unosić, dokładniej niż w przypadku alternatywnych technik.
Naukowcy używają trzech głównych alternatywnych technik do obliczania grawitacji małych ciał – tomografii radarowej, obrazowania sejsmicznego i grawimetrii. Każda z nich ma wady, które Gravity Poppers może przezwyciężyć.
Tomografia radarowa wykorzystuje odbicia sygnałów radiowych do oszacowania, jaka jest grawitacja w danym obszarze. Trudno jest jednak spenetrować głębsze sekcje małego ciała. Niektóre materiały w ogóle nie odbijają fal elektromagnetycznych, co uniemożliwia scharakteryzowanie obszarów z takimi materiałami.
Obrazowanie sejsmiczne jest powszechnie stosowane na Ziemi. Śledząc ruch fal sejsmicznych po powierzchni ciała, naukowcy mogą oszacować grawitację otaczających je regionów. Jednak niektóre małe ciała, zwłaszcza asteroidy, są po prostu stertami gruzu bez wewnętrznej spójnej struktury. Fale sejsmiczne nie radzą sobie zbyt dobrze w takich środowiskach. Ryugu, asteroida, którą odwiedziła sonda Hayabusa-2, pochłonęła energię sejsmiczną uderzenia w taki sposób, że statek kosmiczny nie mógł nawet dostrzec żadnych zmian w cechach jej powierzchni.
Grawimetria jest najprostszą z trzech technik i wymaga najmniejszej ilości sprzętu na pokładzie statku kosmicznego. W jaki sposób małe ciało przyciąga orbitujący wokół niego statek kosmiczny? Czy grawitacja wzrasta lub maleje, gdy przechodzi przez różne regiony? Jednak pomiar grawitacji z dużej odległości nie jest łatwy, ponieważ orbity są zwykle stosunkowo odległe. Tak więc dokładność tej techniki jest niska.
Orbiter mógłby przenieść małe skaczące roboty by zbadać ciało niebieskie. Gdy wylądują na powierzchni asteroidy, komety lub małego księżyca, od czasu do czasu mogą użyć siły wewnętrznej, aby zeskoczyć z powierzchni, ale nie na tyle, aby przełamać siłę grawitacji. W zależności od badanego obszaru, mogłyby to robić pod kątem lub prosto w górę.
W momencie ich skoku na powierzchni, orbitujący statek-matka śledziłby je i obliczał ich trajektorię, która może być następnie wykorzystana do obliczenia grawitacji regionu, nad którym przelatują. Następnie lądują, resetują się jaka została użyta, a orbiter je śledzi. Zespół badał dwa rodzaje struktur dla popperów – sferyczne i sześcienne. Zdecydował się na sześcian, który miał również wbudowane diody LED tworzące źródło światła, które orbiter mógł śledzić.
Nie jest to jednak tak proste, jak śledzenie źródła światła – w obliczaniu kąta trajektorii, siły, z jaką wyskakuje popper i miejsca lądowania bierze udział wiele elementów dynamiki systemu. Niestety, oznacza to, że nie ma jeszcze prototypów w tym zakresie. Projekt nie otrzymał również finansowania w ramach fazy II NIAC. Pomysł jest jednak na tyle unikalny i prosty, że przy odrobinie wysiłku inżynierowie mogą być w stanie opanować ten nowatorski sposób poszukiwania niektórych z najbardziej interesujących ekonomicznie i naukowo światów w naszym Układzie Słonecznym.
Emil Gołoś
