На дворе 2038 год. После 18 месяцев жизни и работы на поверхности Марса команда из шести исследователей садится на транспортную ракету дальнего космоса и отправляется на Землю. Ни один человек не останется позади, но работа продолжается без них: автономные роботы будут продолжать работать на заводе по добыче и химическому синтезу, который они запустили за годы до того, как эта первая миссия с экипажем когда-либо ступила на планету. Завод производит воду, кислород и ракетное топливо, используя местные ресурсы, и будет методично накапливать все необходимые запасы для следующей миссии на Марс, которая должна прибыть через два года.
Эта фабрика роботов — не научная фантастика: она разрабатывается совместно несколькими командами НАСА. Одна из них — это Swamp Works Lab в Космическом центре НАСА имени Джона Ф. Кеннеди во Флориде, где я возглавляю группу. Официально она известна как система утилизации ресурсов на месте (ISRU ), но нам нравится называть ее фабрикой пыли в тягу, потому что она превращает простую пыль в ракетное топливо. Эта технология однажды позволит людям жить и работать на Марсе — и вернуться на Землю, чтобы рассказать историю.
Но зачем синтезировать материал на Марсе, а не просто отправлять его туда с Земли? НАСА обращается к «проблеме передаточного числа». По некоторым оценкам, чтобы доставить один килограмм топлива с Земли на Марс, сегодняшним ракетам необходимо сжечь 225 килограммов топлива в пути — при запуске на низкую околоземную орбиту, полет к Марсу, замедление для выхода на орбиту Марса и, наконец, замедление. к безопасной посадке на поверхность Марса. Мы начнем с 226 кг и закончим с 1 кг, что составляет передаточное число 226: 1. И соотношение остается неизменным независимо от того, что мы отправляем. Нам потребуется 225 тонн топлива, чтобы отправить тонну воды, тонну кислорода или тонну оборудования. Единственный способ обойти эту жесткую арифметику — это приготовить воду, кислород и топливо на месте.
Разные исследовательские и инженерные группы НАСА работали над разными частями этой проблемы. Совсем недавно наша команда Swamp Works начала интегрировать множество отдельных рабочих модулей, чтобы продемонстрировать всю замкнутую систему. Это пока всего лишь прототип, но он показывает все элементы, необходимые для того, чтобы наша фабрика по производству пыли и тяги стала реальностью. И хотя долгосрочный план направлен на Марс, в качестве промежуточного шага НАСА сосредотачивает свое внимание на Луне. Большая часть оборудования будет сначала опробована и настроена на поверхности Луны, что поможет снизить риск отправки всего оборудования прямо на Марс.
Грязь или пыль на любом небесном теле обычно называют реголитом . Чаще всего это просто вулканическая порода, которая со временем раздробилась или превратилась в мелкий порошок. На Марсе под слоем ржавых железных минералов, придающих планете знаменитый красноватый оттенок, лежит более толстый слой силикатов с такими названиями, как полевой шпат, пироксен и оливин, которые состоят из кремниевых и кислородных структур, связанных с металлами, такими как железо. алюминий и магний.
Добывать этот материал сложно, потому что его плотность и плотность варьируются от места к месту на Марсе. Но что еще больше усложняет задачу, так это низкая гравитация планеты, из-за которой трудно вдавить лопату в землю, не используя свой вес для противодействия этой силе. На Земле, когда мы копаем землю, мы часто используем большие транспортные средства, потому что их тяжелые тела соответствующим образом реагируют на силы гораздо меньшего ковша. Но помните о проблеме передаточного числа: каждая унция, которую мы отправляем на Марс, драгоценна и очень дорога. Поэтому нам пришлось найти способ копать на поверхности Марса, используя очень легкое оборудование.
Введите RASSOR или реголит Advanced Surface Systems Operations Robot, автономная добыча транспортное средство , предназначенное для одной конкретной цели: Для того, чтобы выкопать или выкопать реголит в условиях низкой гравитации. При разработке RASSOR — произносится как «бритва» — инженеры НАСА особое внимание уделили системе его срабатывания. Приводы роботов состоят из двигателей, редукторов и других механизмов, которые в конечном итоге составляют большой процент от конечной массы системы. В нашей конструкции мы использовали безрамные двигатели, электромагнитные тормоза и титановые корпуса, напечатанные на 3D-принтере, среди прочего, чтобы минимизировать вес и объем. Эти усилия окупились: наша конструкция составляет примерно половину массы существующих актуаторов с аналогичными характеристиками.