תכנון מערכות משלוח אוטונומיות עבור בסיסים של הירח והממאדים

מערכות משלוח אוטונומיות עבור בסיסים של הירח והמאדים

הקמת מאחזים אנושיים קבועים על הירח ועל מאדים תדרוש תשתית לוגיסטית חזקה ועצמאית, שלא כמו כדור הארץ, שבו המטען עובר דרך רשת קיימות של כבישים, נמלים, מחסנים, בסיסים מחוץ לכדור הארץ חייבים לבנות שרשרת אספקה משלהם מאפס - ולעשות זאת ללא פיקוח אנושי קבוע. מערכות משלוח אוטונומיות הן המנוף של חזון זה, המסוגל להוביל ציוד, חד-משמעי, ולבנות חומרים בלתי צפויים, על פני השטח, על פני השטח, ופעולות אחרות, ללא ספק, כדי להפעיל את הקרקע, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ופעולות בלתי צפויות, על פני השטח, ופעולות אחרות, ופעולות בלתי צפויות, על פני השטח, על פני השטח, ופעולות אחרות, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, ופעולות עצמאיות, ללא מגבלות, ופעולות בלתי צפויות, על פני השטח, על פני השטח, ופעולות אלה, על פני השטח, על פני השטח, על פני השטח, מערכות אספקה, מערכות אספקה, מערכות אספקה, ללא מגבלות, הן ללא מגבלות, ללא מגבלות, מערכות אספקה, מערכות אספקה, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, הן ללא מגבלות, הן ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, הן ללא מגבלות בלתי צפויות, מערכות אספקה,

המעבר מ-in-the-loop לפעילות אוטונומית מלאה אינו רק נוחות הנדסית – הוא צורך בהתרגשות תקשורת בין כדור הארץ למאדים בטווח שבין 4 ל- 24 דקות, מה שהופך את שיתוף הפעולה בזמן אמת לא מעשי.על הירח, עיכובים עגולים תלת-צדדיים מאפשרים שליטה מרחוק, אך הגמישות עדיין מעכבת אוטונומיה אמיתית, המופעלת על ידי בינה מלאכותית ונתיבים קיימא, רק מעבר למטענים מרחבי כדור הארץ, היא רק מעבר לטקטיקה יציבה.

אתגרים סביבתיים ייחודיים

תכנון אישורי מטען, אדמה, ו cranes עבור הירח ומאדים פירושו להתעמת עם שילוב של קיצוניות לעתים רחוקות לראות יחד על כדור הארץ. טמפרטורות נדנדה בטווח הירח מ -173 ° C בלילה עד127 מעלות צלזיוס במהלך היום. על מאדים, הטמפרטורה הממוצעת מרחף סביב - 60 מעלות צלזיוס, עם אזורים מטבוליים עד -125 מעלות צלזיוס ומדי פעם גבוה ליד 20 מעלות צלזיוס, סוללות תרמילאים, סוללות אלה, סוללות חלשות, יש לשרוד מחזורים ללא מחזורים.

הכבידה היא גורם קריטי נוסף: הכבידה הירחית היא אחת הששית של כדור הארץ, ומשמרת היא בערך שליש. כוח הכבידה נמוך מקטין את התניעה ומגביר את הסיכון של נפיחות אבק.זה גם אומר כי המוני מטען ורגעים של אינרציה מתנהגים אחרת, המשפיעים על מרחקים מתפתלים, טיפים, ורשתות נשק רובוטיות עבור כדור הארץ לא ניתן פשוט להשתלת; הם חייבים להיות מושתים מחדש לסביבה המקומית.

אבק מהווה איום חמור במיוחד.הירוקרטית היא חדה, אלקטרוסטטית, והוא טעון מאוד.אבק מאדים, בעוד פחות ממוחות, מכיל perchlorates שיכולה לסווג ציוד רגיש.שני הסוגים לדבוק משטחים, אוהדי צנזורה, לחסום לוחות סולאריים, ו dephsive כלי רכב מטען אוטונומיים חייב לכלול אסטרטגיות של אבק כגון אלקטרוסטטי, מברשות מנועים, מברשות מנועים.

לבסוף, קרינה סולארית וקרני קוסמים מדגימים רכיבים אלקטרוניים לאורך זמן.בעוד שגידול הבסיס עשוי לספק הגנה, כלי רכב נעים מעבר פני השטח ייחשפו.זה דורש מעבדים מורעבים, זיכרון תיקון שגיאות ומערכות מחוסמות שיכול לפעול למרות הטרדות חד-משמעיות.

יתרונות מרכזיים של מערכת אוטונומית

ניווט, הערצה ו Perception

רכב מטען אוטונומי חייב לבנות מפה מדויקת של הסביבה שלה ולתכנן נתיבים בטוחים בזמן אמת. על הירח ועל מאדים, השטח הוא לעתים קרובות סלע - אזורים חולפים, שדות סלעים, מדרונות, ו regolith רופפת. GPS מסורתי אינו זמין; במקום זאת, כלי רכב להסתמך על שילוב של מצלמות סטריאו, LiDAR, יחידות מדידה לא רצויות (IMU), וכוכב אחר מיפוי חשמליות) וגרסאות אוטומטיות של מצלמות אוטומטיות ומצלמות אוטומטיות (סימולציות) בעת מיפוי קבועות) וגרסאות אוטומטיות ועדכונים על ידי אלגוריתמיות וגרסאות אוטומטיות וגרסאות אוטומטיות וגרסאות אוטומטיות של מצלמות אוטומטיות וגרסאות אוטומטיות וגרסאות אוטומטיות של מצלמות אוטומטיות של מצלמות אוטומטיות של אלגוריתמיות (סימולציות).

(FLT:0) ניתוח טיררנלין (Terrainmia AnalysisFLT:1) חשוב במיוחד.מערכות חייבות לסווג משטחים כמו סלע מוצק, חול רופף, או מדרונות מכוסים הריסות, ולאחר מכן להתאים אסטרטגיות נהיגה בהתאם.מודלים של למידת מכונות מאומן על דימויים מקיפים וסימולציה של שטח יכול לחזות יחסים ושקעים לפני שהרובו מתחייב לנתיב.

הימנעות מסוכנת אינה רק על מכשולים.רכבים חייבים לזהות ולהימנע מנקודות טיפה תלולות, מכתשים לא יציבים, ואזורים עם צפיפות סלע גבוהה. על מאדים, שינויים עונתיים כגון רצועות כפור או אבק יכול לשנות את המראה של הקרקע, הדורש אלגוריתמים חזקים לסחף חזותי.מערכות ניווט אוטונומיות חייבות גם לטפל במדינות מוגדרות או מרודות - למשל, כאשר אבקות להפחית את החשיפה לתרחישים כגון, למנוע עזרה מרחוק, או למנוע טיפול מרחוק, אם מערכת ניווט, או למנוע טיפול מיידי, או למנוע את האפשרות למנוע טיפול מיידי, או למנוע טיפול מיידי, או למנוע את האפשרות למנוע טיפול.

כוח אספקה וניהול

כוח אמין הוא חיוני עבור תפעול אוטונומי.פאנלים סולאריים הם המקור הנפוץ ביותר על הירח, מתן אנרגיה בשפע במהלך יום הירח 14 יום 14 יום, אבל הם חסרי תועלת במהלך הלילה הירחי הארוך באותה מידה, אלא אם כן הם משלימים על ידי סוללות או תאים דלק. עבור בסיסים מוקדמים, סוללות בגודל כדי לשרוד את הלילה יכול להיות לטעון מחדש במהלך היום.

על מאדים, כוח השמש הוא בר קיימא אבל משתנה עם תנוחה אבק.ההזדמנות שרדה באופן מפורסם שנים של סופות אבק על ידי ניקוי מעת לעת לוחות שלה עם גלי רוח. עיצובים חדשים משלבים מגן אבק אלקטרודינמי אשר דוח באופן פעיל חלקיקים.עבור כלי רכב מטען כי חייב לפעול לאורך כל השנה, מערכת השמש היברידית-אטארי עם RTG הוא לעתים קרובות הפתרון החזק ביותר של טסלה, בסגנון גדול, עם סוללות תרמילאו, עם מחסנים, עם סערות חום, עם מחסנים, עם סערות חום, עם סערות חום מספיק לילה, יכול להשתלב מספיק.

(FLT:0) ניהול רב-ממדי (thermal ManagementFLT:1) הוא משותף בחוזקה לכוח.אלקטרוניקה, מנועים וסוללות לייצר חום כי יש לדחות כדי להימנע מהתחממות יתר במהלך היום, בעוד תנורים חייבים למנוע הקפאת חומרים של לילה.שלב, צינורות חום, ורדיוורים בתדרים משתנים הם פתרונות משותפים.

צ'אסזה, Locomotion, ו-Suspension

העיצוב המכאני של הרכב חייב להתמודד עם תנאים נמוכים, משטחים לא אחידים, ואת הצורך יחסי מטען גבוה אל-מס. roved הם הבסיס; הם פשוטים, אמינים, ויעילים באנרגיה.עם זאת, משטח הירח ומאדים דורשים גיאומטריה מיוחדת כדי למנוע כיור ולספק תנופה נאותה.

עבור מטען כבד מאוד - למשל, מודולי בית גידול, מיכלי דלק או ציוד כרייה - תצורה גלגל או כלי רכב מעקב עשויים להיות נחוצים. A שישה גלגלים, כל-גלגל להשעיה עם articulation עצמאי (כמו גם מערכת הסלעים של מאדים מדע מעבדה) מאפשר לרכב לטפס על מכשולים עד פי שניים של גלגל שלו.

עיצוב מבטיח נוסף הוא המטען האוטונומי שזחל, מכולה שנסחף על ידי טרקטור קטן יותר.גישה מודולרית זו מאפשרת טרקטור אחד לשרת משימות מרובות, החלפת מיכלי מטען במידת הצורך.הזחל עצמו יכול להיות פסיבי, צמצום העלות והמורכבות.על הירח, שבו הכבידה נמוכה, הקרונות כאלה יכולים לשאת עומס גדול מאוד ביחס למשקל הטרקטור.

טייסים רובוטיים וקרגו Handling

מערכות מטען אוטונומיות חייבות לא רק להעביר סחורות, אלא גם לטעון אותן עם דיוק.נשק רובוטי עם שבעה מעלות של חופש (כמו קנדהrm2 על ISS) יכול להתמודד עם מגוון רחב של מטענים.עבור פעולות פני השטח, הזרועות צריכות להיות קומפקטיות, יעילות כוח, ומסוגלות לפעול באותה טמפרטורות קיצוניות כמו ה-Assassis.הם גם צריכים להיות ספוגים עצמיים ומקועים ממטענים, קומפקטיים, לממשקים, לממשקים, לממשקים עדינים, כדי למנוע מגע סטנדרטיים, כדי למתחילים.

סטנדרטיזציה של ממשקי מטען היא קריטית.בדיוק כמו מיכלי המשלוח מהפכה לוגיסטיקה ארצית, בסיסים ירחיים ומאדים ייהנו מנקודת החזקה אוניברסלית - מחבר מכני וחשמל משותף המספק קידוד מבני, העברת נתונים ואספקת חשמל.הממשק צריך להיות תואם גם את אישורי המטען האוטונומיים וגם את הקרקעות, ומאפשר זרימת סחורות קבועה של ההגעה לאחסון עד פריסה סופית.

מעבר לפשוט איסוף ומיקום, ממניפולטורים עתידיים יכולים לבצע משימות תחזוקה כגון החלפת סוללות, מנגנונים תקועים, או מחלחלים מבנים גדולים יותר ממרכיבים מודולריים.זה ידרוש הכרה אובייקטיבית מונחת ראייה, כוח-טורק חישה, ותכנית אחיזה מתאימה ל- NASA.סוכנות החלל האירופית (ESA) כבר מפתחת את המושג "Lunar Logistics Lander" עם רעיון רובוטי אוטונומי למטענים, תוך כדי עומסי בנייה רובוטית של נאס" וקרנות בנייה רובוטיות, בעוד שבסיסים של נאס"מדגם "בסיסים" של נאס" של נאס"מטען אוויר" של נאס"מטען אווירי, בעוד שבסיסים של נאס" של נאס" של נאס"א"א"מטען אווירי בנייה רובוטיים, בעוד שבתוך חברת פיתוח "בסיסים של נאס"מדגם "בסיסים של נאס" של נאס"א" (RIA) לחדשנות אחוריים, בעוד שבסיסים, תוך כדי "בסיסים של נאס"ב"ב"מספקית" של נאס" של נאס"מטען אווירו של נאס"ב" של נאס"ב"א" של נאס" (ESA) הוא כבר מפתחת כבר מפתחת את "בסיסי"ב"

דרישות עבור Long-Term

מתינות ושמירה

כלי רכב אוטונומיים המיועדים למשימות מרובות שנים יש לתכנן לתיקון ולשדרוג.על פני כדור הארץ, חיישן שבור משוחזר על ידי טכנאי.על הירח או מאדים, כי טכנאי הוא כנראה רובוט אחר - או כלי המטען עצמו, באמצעות הזרוע שלו.מערכת משנה כמו גלגלים, מנועים, סוללות, ומודולי תקשורת צריך להיות בעל יכולת שטח עם כלים משותפים.

שמירה על מערכות תוכנה. אוטונומיות ידרוש עדכונים כמו הבסיס מתרחב, וכמפעילים לקבל יותר ידע על שטח מקומי.תוכנת קבלת ההחלטות של הרכב צריכה להיות מיועדת לשדרוגים מרוחקים באמצעות קישורים תקשורת חזקים, נבחנים שגיאות. פרקטיקות כמו מיקרו-שירותי מכולה או מודולים תוכנה חם-swap יכול להפחית את הסיכון של עדכון כושל של מערכת.

קרינה: קרינת הרדינג והרעב

סביבת הקרינה הקוסמית הגלקטית על הירח וממאדים היא קשה יותר מאשר מסלול כדור הארץ נמוך, שבו ISS מוגן חלקית על ידי השדה המגנטי של כדור הארץ, כלי רכב מטען אוטונומיים יצטברו מנה במשך שנים של ניתוח פני השטח.כל האלקטרוניקה הקריטית - מעבדים, זיכרון, ניהול חשמל - חייב להיות קרינה-רדרדת או מתוכנן עם משולשת אדונדמנט (TMR) כי כדי לתקן הטרדות חד-פעמיות, אפילו נגד מצבי בטיחות, והימנעות מתוכנות בטוחות יותר.

Redundancy חייבת גם להרחיב את הדחף וההיגוי.כישלון הגלגל על פרק שישה גלגלים משאיר אותו עם חמישה גלגלים - עדיין פונקציונלי, אם כי עם יכולת תמרון מופחתת.אבל כשל מנוע ההיגוי לא צריך לסכן את הרכב; מערכות ניווט-על-ידי-ידי-חוט עם הפעלת גיבוי מומלץ.

אבק מיגנציה וניקוי

אבק הירח, או regolith, הוא טבילה עצום.It abrades משטחים, infiltrates חותמות, ויכול לגרום להתחממות יתר על ידי רדיורים ציפוי. כדי להתמודד עם זה, כלי רכב מטען צריך להשתמש במכלים בלחץ חיובי כדי למנוע אבק מחוץ לתאים קריטיים. Seals חייב להיות רב-שלבי-שלבי ולבצע חומרים ששופכים אבק, כגון PT (Tlon) או אחרים עם משטחים אלקטרוליטיים, עם קירות מגנטיים.

על מאדים, אבק נוטה להיות פחות חד אך יותר מתפשט טכנולוגיות ניקוי פאנלים סולאריים - כגון וילונות אלקטרוסטטיים או לוחות רוטטים מכניים - יהיה צורך לשמור על תפוקת חשמל במהלך משימות ארוכות.

תקשורת ואדריכלות בקרה

מערכות מטען אוטונומיות אינן פועלות בבידוד.הם חייבים לתקשר עם בית הגידול בבסיס, להעביר מסרים, ובקרת המשימה של כדור הארץ.בגלל רוחב פס גבוה ומוגבל של קישורים מרחביים עמוקים, הרכב אינו יכול להסתמך על פקודות אנושיות לפעילות שגרתית.במקום, הוא משתמש במערכת בקרה היררכית: מטרות ברמה גבוהה (למשל, "למסור את המכולה ל- B") נשלחות מכדור הארץ או מבסיס, בעוד תוכניות AI ומבצעות על פרטי AI.

עיכובים בתקשורת דורשים (FLT:0) רשת סובלנית (DTNigFLT) 1:1, פרוטוקול כי buffers נתונים ו-Retransmits עד שהחיבור יוחזר.לדוגמה, כאשר רכב מטען חוזר לתחנת הטעינה שלו, הוא עשוי להעלות מפה ברזולוציה גבוהה ו יומני אבחון שהוא מאוחסן במהלך סערות אבק או הפרעות קו הראייה, כלי רכב יכול לפעול ללא מגע אוטונומי.

תקשורת מקומית בין כלי רכב לבסיס משתמשת בתדרי רדיו (UHF או S-band) או קישורים אופטיים מרחביים חופשיים.עבור כלי רכב מרובים הפועלים יחד - למשל, שיירה של אישורים או חתך של מטענים קטנים - רשת מרש"מ לשעבר-הוק מאפשרת תיאום ללא מרכז מרכזי.זה חיוני עבור ריצוף המשימה; אם רכב אחד מאבד את הקישור שלו, השכנים יכולים להעביר נתונים.

חידושים עתידיים ודרכים מחקר

(השדה מתקדם במהירות.התוכנית של נאס"א:0) Artemissroviss התוכנית 1 (FLT:1) מתכננת לספק את המודולים הראשונים של ה-Rover והלוגיסטיקה עד תחילת 2030, כל הנתמכות על ידי כורים אוטונומיים ומטענים שפותחו תחת ה-FLT:2Lunar Surface ServicesFLT 3:Xs: 5) כדי להעביר את המטענים האוטונומיים לכדי מדרגה אחת של מאדים ולעבור את ה- 100 טון של מערכות של מאדים, אך ורק כדי להשיג את ה- 100 טון, כדי להשיג את ה- 100 טון של מערכות מבוזרות, כדי להשיג את ה- 100 טון, כדי ל- 100 טון של מאדים, כדי להגדיל את ה- 100 טון, כדי להגדיל את ה- 100 טון של מערכות מבוזרות של מאדים, כדי להשיג את ה- 10.

כיוון מבטיח נוסף הוא (FLT:0) ניצול משאבים של החלפת משאבים (ISRU)FLT:1 עבור כלי רכב מטען.מים מופקים מקוטבים ירחיים ניתן לחלק מימן וחמצן לתאי דלק או דחף. פחמן דו חמצני מאדים ניתן לעבד לתוך מתאן וחמצן לדלק טילים.משמר מטען עתידי יכול לתדלק עצמו במפעל ISRU, המאפשר עגול ללא אספקה של כדור הארץ יכול לייצר תמיכה מלאה של מים.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונה ימשיכו לדחוף קדימה את האוטונומיה.למידה של חיזוק עמוק יכול להכשיר כלי רכב לניווט סביבות מורכבות ודינמיות עם נתונים מינימליים לפני כן, אלגוריתמים עיצוב יצרניים יכולים לייעל מבנים עבור כוח הכבידה נמוך ועומס גבוה.

אנו אפילו רואים מושגים מוקדמים עבור blimps או מל"טים ראשוניים על מאדים, שבו האווירה הדקה אך העשירה פחמן-חמצני מאפשרת טיסה קלה יותר מאשר אווירת אוויר מלא של אוויר מלא הליום יכול לשאת מטענים רב-טון על פני אלפי קילומטרים, על ידי עקיפה שטח לחלוטין.

מסקנה

מערכות משלוח אוטונומיות אינן מותרות עתידנית – הן תנאי הכרחי לכל בסיס קבוע על הירח או מאדים. האתגרים של טמפרטורה קיצונית, כוח הכבידה נמוך, אבק חודרני, ועיכובים בתקשורת דורשים פתרונות הנדסיים חזקים, אינטליגנטיים, וקיים. על ידי שילוב ניווט מתקדם, אפים מודולריים, אלקטרוניקה מעודפתקת קרינה, ואדריכלות תקשורת חלקה, מערכות אלה יעצבו את אחורי שרשרת אספקה חיצונית.

העשור הבא יראה את אב הטיפוס המבצעי הראשון שנבחן על פני הירח, ואחריו פריסות בקנה מידה גדול יותר על הירח ועל מאדים.כפי שאנו מחדדים את הטכנולוגיות האלה, אנו נעים קרוב יותר לעתיד שבו מאחזים אנושיים מעבר לכדור הארץ אינם רק בר-קיימא אלא תומכים עצמית.הרובים של מחר יבצעו את אבני הבניין של הציוויליזציה לכוכבים – טיול אוטונומי בזמן.