В течение десятилетий при подготовке космических миссий инженеры моделировали условия Луны и Марса, уменьшая вес марсохода до одной шестой от его реального значения, чтобы имитировать более слабую гравитацию. Эти модели затем запускали по песчаным площадкам, чтобы оценить проходимость и устойчивость. Однако такой подход упускает из виду важнейшее: гравитация влияет не только на марсоход, но и на поведение грунта.
Исследователи под руководством профессора Дэна Негрута использовали передовое компьютерное моделирование, чтобы выявить фундаментальный недостаток этих испытаний. Оказалось, что более сильная земная гравитация сжимает песок, делая его более плотным и устойчивым. В таких условиях колеса марсохода получают хорошее сцепление, и машина легко преодолевает пересечённую местность. Но на Луне или Марсе, где гравитация значительно слабее, грунт остаётся рыхлым и неустойчивым — он легко смещается под колёсами, увеличивая риск провала и застревания.
Именно это и произошло с марсоходом «Спирит» в 2009 году. После нескольких лет успешной миссии он увяз в мягком грунте, и все попытки НАСА освободить его оказались тщетными. С тех пор инженеры ищут способы улучшить моделирование поведения марсоходов в экстремальных условиях.
«Мы поняли, что недостаточно просто уменьшить вес марсохода, — говорит Негрут. — Нужно также смоделировать, как гравитация влияет на саму почву. Только тогда можно получить реалистичное представление о том, как аппарат будет вести себя на Луне или Марсе».
Открытие стало возможным благодаря Project Chrono — мощному движку физического моделирования с открытым исходным кодом, разработанному в Университете Висконсин-Мэдисон в сотрудничестве с учёными из Италии. Команда использовала Chrono для моделирования поведения лунного марсохода VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), предназначенного для исследования полярных регионов Луны в поиске водяного льда.
В ходе симуляций исследователи обнаружили значительные расхождения между результатами наземных испытаний и поведением марсохода в условиях лунной гравитации. Именно это и привело к пересмотру традиционных методов тестирования. Chrono позволил точно смоделировать взаимодействие колёс с зернистым грунтом, учитывая как динамику самого аппарата, так и физику смещения частиц песка под разной гравитацией.
«Это не просто теоретическое улучшение, — подчёркивает Негрут. — Наши результаты показывают, что прежние тесты систематически переоценивали проходимость марсоходов. Это означает, что будущие миссии могут быть спроектированы более надёжно, с учётом реальных условий внеземных поверхностей».
Работа была опубликована в Journal of Field Robotics и уже привлекает внимание НАСА. Более того, Chrono находит применение далеко за пределами космонавтики. Программное обеспечение используется сотнями организаций по всему миру — от разработчиков точных механизмов до военных инженеров, моделирующих поведение гусеничной и колёсной техники в сложных условиях бездорожья.
«Для университетской лаборатории очень сложно создать программный продукт, который будет использоваться НАСА и крупными промышленными компаниями, — говорит Негрут. — Но нам это удалось. И мы гордимся, что наше исследование помогает решать реальные инженерные задачи».
Chrono доступен бесплатно и открыт для всех. Однако команда UW–Madison продолжает активно развивать и поддерживать его, чтобы оставаться впереди коммерческих аналогов. «Мы публикуем все свои разработки, — поясняет Негрут. — Это значит, что конкуренты могут быстро их использовать. Поэтому мы должны постоянно двигаться вперёд».
Финансовую поддержку проекту оказывают Национальный научный фонд, Исследовательское управление армии США и само НАСА. Это позволяет команде развивать программное обеспечение без необходимости монетизации, делая его доступным для научного и инженерного сообщества по всему миру.
Открытие не только объясняет, почему марсоходы застревают, но и открывает путь к более точному проектированию внеземных транспортных средств. В будущем такие моделирования могут стать стандартом при подготовке любой миссии на Луну, Марс или другие планеты — и спасти миллионы долларов, а возможно, и саму миссию.
Источник: https://scitechdaily.com/nasas-rovers-keep-getting-stuck-and-we-just-found-out-why/
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
