Pomysł na sondę
Następny marsjański łazik, który ma zostać wystrzelony w kosmos latem 2020 r., będzie miał niewielkiego towarzysza – zapowiedziała niedawno NASA. Na Czerwoną Planetę oprócz jeżdżącego trzymetrowego robota poleci ważący zaledwie 1,8 kg helikopter. Do jego sześciennego kadłuba przymocowane będą dwa śmigła obracające się w przeciwnych kierunkach z prędkością 3 tys. obrotów na minutę. Pozwoli to małemu, zasilanemu słonecznie robotowi latać w marsjańskiej atmosferze, która jest ponad 100 razy rzadsza od ziemskiej. Operatorzy misji będą dzięki niemu mogli z lotu ptaka obserwować powierzchnię planety w otoczeniu łazika. Śmigłowiec ma bowiem wyruszać na trwające do 90 s eskapady na odległość kilkuset metrów. – Możliwość zobaczenia, co kryje się za wzgórzem, jest kluczowa dla przyszłych badaczy. Mamy już doskonałe zdjęcia Marsa z powierzchni oraz z orbity. Po dodaniu spojrzenia z lotu ptaka, dzięki marskopterowi, możemy tylko sobie wyobrażać, jakie informacje mogą przynieść kolejne misje – mówi prof. Thomas Zurbuchen, szef NASA Science Mission Directorate. Śmiałych pomysłów na sposoby badania odległych planet i innych ciał jest więcej – wiele z nich to na razie tylko koncepcje, ale pokazują, jak w niedalekiej i trochę dalszej przyszłości może wyglądać eksploracja kosmosu.
Piekielna technologia
Na przykład zespół z Jet Propulsion Laboratory (JPL) proponuje wysłanie wyjątkowego łazika na siostrzaną planetę Ziemi – Wenus. Wyzwanie jest niemałe, bo temperatura na jej powierzchni sięga 500°C, a ciśnienie 90 barów zgniotłoby nawet nowoczesny okręt podwodny. Jednym z elementów najbardziej podatnych na uszkodzenie przez wysoką temperaturę są układy elektroniczne. Dlatego twórcy robota nazwanego Automaton Rover for Extreme Environments (AREE) chcą ograniczyć wykorzystanie elektroniki do minimum. Specjalistów z JPL zainspirowały mechaniczne komputery, takie jak XIX-wieczna maszyna różnicowa Charlesa Babbage’a, w których zamiast procesorów działają przekładnie, dźwignie i sprężyny. Systemy tego typu miałyby przejąć znaczną część funkcji niezbędnych do działania robota, a energii dostarczałaby umieszczona na jego szczycie turbina wiatrowa. Nawet komunikacja odbywałaby się mechanicznie. Umieszczony na orbicie satelita wysyłałby radarowy sygnał w kierunku łazika. Na pokładzie robota ma natomiast znajdować się element odbijający fale radaru, ale ukryty pod przesłoną, która poprzez otwieranie i zamykanie kodowałaby informacje w odbijanym do orbitera sygnale. Sposób ten przypominałby więc stosowaną na morzu komunikację za pomocą lamp i alfabetu Morse’a. Układ jezdny wzorowany jest natomiast na przypominających pająki, poruszanych wiatrem kroczących konstrukcjach holenderskiego artysty Theo Jansena oraz na rozwiązaniach stosowanych w czołgach z I wojny światowej. W efekcie powstał pomysł systemu odnóży, który pozwoli łazikowi chodzić po nieprzyjaznej powierzchni Wenus.
Na Jowisza
Zupełnie inne wymagania stawiają gazowe olbrzymy takie jak Jowisz. Mając to na uwadze, inny zespół z JPL proponuje wypuszczenie w atmosferę największej planety Układu Słonecznego latających próbników nazwanych windbots. Badacze sugerują dwa rozwiązania – szybowce lub mierzące co najmniej 70 m sondy lżejsze od atmosfery, np. wypełnione wodorem. W tym drugim przypadku możliwa byłaby manipulacja ustawieniem różnych części powierzchni przypominających wielościenne balony próbników. Pozwalałoby to na sterowanie sondami w poziomych i pionowych prądach. W celu pozyskiwania energii badacze rozważają możliwość pobierania obecnego w atmosferze Jowisza wodoru i użycie go w ogniwach paliwowych, ale pracują też nad wykorzystaniem wiatru i wywołanych ruchami atmosfery wibracji. Z tego powodu najlepsze miejsce do umieszczenia tego typu sond to zdaniem autorów pomysłu słynna Wielka Czerwona Plama, gdzie panuje duża zmienność wiatrów.
Innego podejścia wymaga np. Pluton. Grawitacja tej planety karłowatej wynosi zaledwie 0,06 wartości ziemskiego przyciągania. Atmosfera jest natomiast aż 100 tys. razy rzadsza od ziemskiej, jednak rozciąga się na wysokość co najmniej 1600 km. Firma Global Aerospace Corporation chce wykorzystać te warunki w swoim pomyśle „Pluto Hop, Ski and Jump”. Tym sposobem już samo lądowanie sondy ma być nietypowe. Rzadka, ale bardzo obszerna atmosfera zostałaby wykorzystana do wyhamowania 80-metrowego balonu z prędkości 50 tys. km/h do takiej, która pozwala na bezpieczne lądowanie z niewielką asystą silników. W tym momencie od balonu odłączałby się lądownik. Naturalnie jego praca również byłaby dostosowana do szczególnych warunków panujących na Plutonie. W tym przypadku rzadka atmosfera i znikoma grawitacja umożliwiałyby przystosowanemu do tego lądownikowi długie, liczące nawet setki kilometrów „przeskoki” w różne miejsca planety przy użyciu tylko znikomych ilości paliwa.
Metanowe chmury
Równie ciekawe jak planety bywają księżyce. Dlatego np. naukowcy z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory proponują wysłanie niedużego autonomicznego śmigłowca Dragonfly, który przez dwa lata badałby największy księżyc Saturna – Tytana. Tytan jest większy od Merkurego i jako jedyny księżyc w Układzie Słonecznym ma gęstą atmosferę. Jest ona przy tym prawie 1,5 raza gęstsza od ziemskiej, a grawitacja tego globu wynosi zaledwie 0,14 G. To więc znakomite warunki dla urządzeń latających, choć konieczne będzie m.in. ogrzewanie śmigłowca za pomocą zasilającego go generatora radioizotopowego. Temperatura atmosfery Tytana osiąga bowiem –180°C. Różni się ona od ziemskiej także na inne sposoby. Otóż w ponad 98% składa się z azotu, a pozostałą część stanowi głównie metan. Jednak m.in. ze względu na atmosferę ten daleki glob tak bardzo interesuje naukowców. Bogata jest ona bowiem w zjawiska pogodowe, ale z chmur zamiast wody pada w czasie deszczu ciekły metan. Natomiast na powierzchni ciekłe węglowodory tworzą strumienie, jeziora i rzeki. Pod działaniem promieni słonecznych azot i metan tworzą przy tym różnorodne złożone molekuły organiczne, ważne dla rozwoju życia. – To rodzaj eksperymentu, którego nie możemy przeprowadzić w laboratorium ze względu na skalę czasową – mówi kierująca projektem dr Elizabeth Turtle.
W głębiny
Niektóre księżyce umożliwiają także przeciwny kierunek eksploracji, czyli w dół. Naukowcy z NASA Glenn Research Center (GRC) rozwinęli np. pomysł łodzi podwodnej, choć może należałoby powiedzieć: podmetanowej, która miałaby być wysłana na największe jezioro Tytana – Kraken Mare. Głębokość tego przypominającego rozmiarami Wielkie Jeziora zbiornika odkrytego w 2007 r. przez sondę Cassini planetolodzy szacują nawet na 300 m. W skali Tytana zbiornik można więc traktować jako morze. W czasie 90-dniowej misji umieszczona w morzu łódź miałaby przemierzyć dystans 2 tys. km i przebadać w tym czasie skład chemiczny cieczy w zbiorniku, działające w nim prądy, wiatry na powierzchni i struktury na dnie, a także falowanie czy tworzące się w cieczy warstwy. – Pojazd byłby wypełniony instrumentami naukowymi, które prowadziłyby złożone badania pod powierzchnią, dostarczając bezprecedensowej wiedzy na temat pozaziemskiego morza – mówi Steve Oleson z GRC. Energię dla pokładowych instrumentów i elektrycznego napędu dostarczałby radiotermiczny generator, a potężna antena przesyłałaby zebrane informacje bezpośrednio na Ziemię. Na powierzchnię księżyca, ze względu na swój kształt, łódź zostałaby dostarczona z orbity na pokładzie pojazdu podobnego do amerykańskiego bezzałogowego wahadłowca X-37.
Być może jeszcze ambitniejszą koncepcję opracowali naukowcy z Cornell University, którzy proponują zbudowanie miękkiego robota w kształcie kałamarnicy. Miałby on eksplorować ocean, który najprawdopodobniej kryje się pod lodową pokrywą na księżycu Jowisza – Europie. W tym przypadku, pomijając trudności związane z budową samego robota, potrzebne będzie rozwiązanie innego problemu – pokonanie grubej, wielokilometrowej warstwy lodu na powierzchni jowiszowego księżyca. Jeśli już jednak udałoby się przetransportować miękkiego robota do wodnego zbiornika, miałby on czerpać energię ze zmieniającego się pola magnetycznego za pomocą przypominających czułki wyrostków, które odpowiadałyby też za napęd nietypowej łodzi.
Skaczący jeż
Rosnącą uwagę naukowców, a także biznesmenów wzbudzają tymczasem asteroidy. A to dlatego, że nie tylko niosą one informacje o początkach Układu Słonecznego, ale często zawierają cenne rzadkie pierwiastki. Stwarzają jednak własne wyzwania dla inżynierów. Znikoma grawitacja sprawia, że koła łazika zwyczajnie by się ślizgały, a robot, przy braku zauważalnego przyciągania, z dużym prawdopodobieństwem mógłby z nich odlecieć. Silniki działające na zasadzie odrzutu wzbudzałyby natomiast niebezpieczną chmurę odłamków i pyłu. Zespół z Jet Propulsion Laboratory opracował więc koncepcję niewielkiego łazika nazwanego jeżem i przeznaczonego do eksploracji asteroid i komet. Ma on kształt sześcianu z elementami przypominającymi kolce, umieszczonymi w każdym z rogów. Ich główne zadanie to kotwiczenie robota na powierzchni asteroidy czy komety.
Nietypowych rozwiązań jest więcej. Łazik porusza się za pomocą umieszczonych w jego wnętrzu kół zamachowych. Dzięki kolcom może przeskakiwać większe odległości, toczyć się z dużą precyzją, a nawet wykonywać bardziej złożone manewry, takie jak tornado – specjalny podskok z obrotem przeznaczony np. do uwolnienia się z piasku czy szczeliny. – Jeż to robot innego typu, który będzie podskakiwał i toczył się, zamiast poruszać się na kołach. Ma kształt sześcianu i może działać niezależnie od tego, jaką stroną wyląduje. Kolce mogą zawierać różnorodne instrumenty, takie jak czujniki mierzące temperaturę powierzchni, na której robot się toczy – wyjaśnia kierujący zespołem konstruktorów dr Issa Nesnas. Przyrządy badawcze czy kamery mogą znajdować się naturalnie także w innych miejscach konstrukcji. Po wylądowaniu jeż miałby wykonać zdjęcia otoczenia i za pośrednictwem statku macierzystego przesłać je na Ziemię naukowcom, którzy w ten sposób mogliby wybrać najlepsze miejsce do zbadania. Robot większymi skokami dotarłby w pobliże punktu docelowego, a następnie, tocząc się, dokładnie ustawiłby się w wyznaczonej lokalizacji. Działanie jeża przypomina trochę pracę naukowców, którzy za pomocą zadziwiających skoków koncepcyjnych starają się poznawać odległe światy.
Marek Matacz
niezależny dziennikarz popularnonaukowy, z wykształcenia biotechnolog