Роботы плывут на Юпитер через Мексику и Полюс

Прежде, чем робот сможет опуститься на поверхность Европы, спутника Юпитера, и, проникнув под лёд, приступить к исследованию местного океана, такой автономной машине следует изрядно потренироваться "на кошках". В качестве таковых выступят самые необычные земные озёра. И произойдёт это очень скоро.

Нужно ли пояснять, что при том расстоянии, что разделяет систему Юпитера и Землю, да просто – при погружении машины глубоко под лёд – исследователю ледяной луны надо будет полагаться только на собственные силы? И в составлении карты нового мира, и в пространственной ориентации, и в выборе стратегии исследований, и в анализе проб на предмет признаков жизни.

 

 

Все эти задачи в той или иной степени решены создателями современных подводных роботов, однако усовершенствования, отладки и испытания займут ещё не один год. Собственно такие испытания сами по себе могут стать интереснейшими научными проектами.

Роботы, подобные DEPTHX, смогут в будущем обследовать не только глубины земных водоёмов, но и водоёмы на других планетах (фото David Wettergreen/Robotics Institute at Carnegie Mellon University).

На днях NASA одобрило концепцию нового глубоководного автономного робота ENDURANCE. Оно также уведомило профессора Питера Дорана (Peter Doran) из университета Иллинойса в Чикаго (University of Illinois at Chicago — UIC), что намерено профинансировать трёхлетний (всего он продлится с 2007 по 2010 годы) проект по изучению при помощи этой машины подлёдного озера Бонни (West Lake Bonney), расположенного в долине Макмёрдо (McMurdo) в Антарктике.

Тут нужно пояснить – профессор Доран будет отвечать за научные аспекты миссии. А вот разработка и постройка уникального робота, как и организация экспедиции, ляжет на плечи американской компании Stone Aerospace. Вся эта затея обойдётся космическому агентству США в $2,3 миллиона.

	Озеро Бонни и впадающий в него ледник Тейлора. Озеро насчитывает 4 километра в длинну и 1,6 километра в ширину. Глубина его составляет 40 метров. Бонни постоянно покрыто льдом, толщиной 3,5-4,5 метра (фото с сайта spacedaily.com).

Stone Aerospace постоянным читателям "Мембраны" уже знакома. Именно она построила робота DEPTHX. Тот самый, что сейчас готовится к погружению в самый глубокий (и до сих пор не изученный) естественный колодец (в англоязычной литературе sinkhole, они же — cenote) в мире — Закатон (El Zacaton), что находится в центральной Мексике.

Об этом роботе и его миссии мы довольно подробно рассказывали. Добавим только, что глубина Закатона составляет, как минимум, 300 метров, а, возможно, и километр. Это, кстати, соответствует рабочей глубине погружения робота.

Его главная изюминка, однако, заключается не в прочном корпусе, не в камерах или манипуляторах, а в "мозгах", позволяющих машине действовать полностью самостоятельно при изучении подводного мира, в том числе – заполненных водой пещер.

Экспедиция на Закатон пройдёт с 15 по 24 мая нынешнего года. В её работе примут участие специалисты NASA, заинтересованные в DEPTHX, как в прообразе будущих планетарных роботов с искусственным интеллектом, также как учёные из университетов, принимавших участие в этом проекте, ну и, конечно, инженеры Stone Aerospace.

Кстати, буквально на днях они вернулись вместе со своей удивительной машиной с другого естественного колодца – Пилита (La Pilita), также находящегося в Мексике. Там команда Stone Aerospace проверила плавающего робота в боевых условиях, удостоверившись в правильной работе и всего "железа" и "софта".

Базовая стратегия съёмки данных роботом ENDURANCE. Параметры "решётки" могут настраиваться. Для миссии на озере Бонни шаг по горизонтали составит 10 метров, по вертикали — 1 метр (иллюстрация Stone Aerospace).

Менеджер проекта Билл Стоун (Bill Stone) отметил: "DEPTHX продолжает поражать своей поведенческой надёжностью, так же, как тем – что мы встроили все эти способности в это животное". И коль скоро "животное" показывает себя смышлёным, его скоро ждёт самое захватывающее приключение, которое только может выпасть на долю автономного глубоководного робота – опуститься туда, где ещё не были ни человек, ни машина.

Тем временем, специалисты Stone Aerospace уже вовсю работают над наследником DEPTHX — ENDURANCE, с чего мы, собственно и начали наш рассказ.

Представим этого робота подробнее. ENDURANCE, это вовсе не "выносливость", или не просто "выносливость", а ещё и аббревиатура: "Environmentally Non-Disturbing Under-ice Robotic ANtarctiC Explorer", то есть — "Не тревожащий экологию, автоматизированный антарктический подлёдный исследователь".

Аппарат, внешне похожий на множество дистанционно-управляемых подводных машин, имеет длину 1,42 метра, ширину 1,07 метра и высоту 0,78 метра, весит же всего 80 килограммов. Эти параметры заметно меньше, чем у DEPTHX.

	ENDURANCE сможет определять своё положение как при содействии сигналов передатчика, опущенного в прорубь, так и без оных, полагаясь лишь на обширный набор сонаров, глубиномер и другие датчики (иллюстрация Stone Aerospace).

Машина, обладающая нейтральной плавучестью и несколькими винтами для перемещений в воде, также как и робот-предшественник, способна на автономную работу под водой и более того – подо льдом.

Там машина может самостоятельно определять свои координаты, используя в качестве точки отсчёта специальный передатчик, который учёные опустят на тросе в прорубь. Эта система (на роботе также будет установлен соответствующий приёмо-передатчик) способна передавать цифровые данные в две стороны – от робота и к нему. Также сигналы передатчика в проруби должны поспособствовать лёгкому возвращению машины к месту её погружения.

Однако, электроника ENDURANCE позволит ему вернуться к проруби даже при выходе из строя опорного передатчика (его вообще-то рассматривают лишь как страховку). Для чего подводная машина оснащена целым набором камер, оптических датчиков и допплеровских сонаров (направленных вверх, вниз и в стороны), гироскопов и "мозгами", позволяющими вычислять собственное движение и координаты относительно лунки, в которую погрузили робота.

Инженеры оценивают, что эта машина сможет определять своё положение с точностью 5 метров по горизонтали и 0,5 метра по вертикали на расстоянии до километра от отверстия во льду, не используя никаких внешних сигналов. Так что, по идее, потерять своего робота в подлёдном полумраке исследователи не должны. К тому же, здесь авторы предусмотрели и ещё один запасной вариант действий робота.

Если он решит, что окончательно потерялся, то поднимется к самому льду и включит передатчик, генерирующий мощное переменное магнитное поле, способное проникать через лёд и скалу толщиной до 1,2 километра (запас явно в расчёте на будущие миссии машины). Этот сигнал можно детектировать и пеленговать снаружи, с помощью переносной магнитной антенны, причём точность определения положения робота подо льдом озера составит плюс-минус 0,5 метра.

Схема ENDURANCE: 1 — система обеспечения плавучести, 2 — винты для вертикального и бокового перемещения, 3 — антенна магнитно-индуктивного аварийного передатчика, 4 — базовый передатчик, 5 — литий-ионные аккумуляторы, 6 — набор сонаров, 7 — сенсоры для сбора научных данных и их управляющая электроника, 8 — винты для перемещения вперёд и назад, а также — управления по курсу, 9 — корпус, 10 — цифровая камера и прожектор, 11 — навигационная электроника и электроника, управляющая миссией, 12 — электроника магнитно-индукционного передатчика (иллюстрация Stone Aerospace).

Любопытно, что учёные предусмотрели даже такую вещь, как компенсация работы глубиномера, зависящая от солёности воды. В таком озере, как Бонни, солёность воды может многократно отличаться в зависимости от глубины, а солёность влияет на плотность. А значит, на кривую зависимости гидростатического давления от глубины погружения аппарата. Эту ошибку робот скомпенсирует, учитывая показания собственного датчика содержания хлоридов и уровня проводимости воды.

Перед тем, как аппарат опустят в прорубь, он пройдёт обеззараживание и стерилизацию. Оказавшись в воде, ENDURANCE начнёт очень медленно опускаться вниз, чтобы исключить смешивание разных слоёв воды в озере. Также робот будет выпускать из брюха собственный кабель с набором датчиков, чтобы аккуратно брать пробы с большой глубины, не тревожа воду винтами.

И всё это робот будет выполнять без привязи, руководствуясь встроенной программой и неким пилотажным "искусственным интеллектом". 24 же эхолокатора машины помогут ей обходить подводные препятствия.

Научные приборы ENDURANCE включат флуоресцентный спектрометр; раман-спектрометры; датчики растворённого кислорода, температуры и окружающего освещения; химический анализатор, датчик оптических изображений, датчики для обнаружения органических молекул и другие.

Аварийный передатчик ENDURANCE создаёт сильное магнитное поле, меняющееся с частотой 3,5 килогерца (иллюстрация Stone Aerospace).

ENDURANCE должен составить трёхмерную карту геохимии и биологии Бонни, также как и выполнить видеосъёмку подлёдного мира. Его батареи рассчитаны на 8 часов работы. При этом робот может выполнять по одному погружению в день.

Первая экспедиция на Бонни, в рамках этого проекта, намечена на 2008 год, вторая, на 2009-й.

Более миниатюрную версию ENDURANCE, в случае успеха миссии на озере Бонни, возможно, отправят под лёд знаменитого антарктического озера Восток. Напомним, его отделяет от атмосферы многокилометровая толща льда и гипотетическая жизнь в его водах может послужить хорошей моделью жизни подо льдами лун газовых гигантов.

До сих пор Восток не вскрывали, но, даже не доходя с пробуренной скважиной до нижнего конца ледового панциря, учёные уже нашли следы бактерий.

Дальнейшее развитие этой линейки роботов, по идее, должно привести к появлению той самой машины, которую США (или, как вариант, США совместно с Европой) отправит на Европу-спутник, которую недавно картографировали и на которой, потенциально, возможна жизнь. А когда-нибудь, вероятно, аналогичная техника может совершить посадку и на Энцеладе.

Первый же выход ENDURANCE в свет намечен на февраль следующего года – робота проверят на одном из покрытых льдом озёр в Висконсине, прежде чем отправят машину в Антарктиду, в ноябре того же 2008-го.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru