Марсианский «оркестр» VaMEx: новая миссия по исследованию Красной планеты

Поиск жизни на Марсе с помощью VaMEx предполагает использование роботизированного роя для обнаружения следов воды и органических соединений

Немецкое космическое агентство (DLR) инициировало проект VaMEx (Valles Marineris Explorer), направленный на исследование крупнейшего известного каньона в солнечной системе — Долины Маринер на Марсе (Valles Marineris). Этот проект включает в себя разработку технологий для роботизированного исследования сложной местности в каньоне. Основная цель VaMEx Valles Marineris — первое исследование ущелий и пещер каньона, а также поиск следов жидкой воды и признаков жизни.

Для достижения этой цели DLR планирует отправить на Марс рой автономных роботов, которые будут работать на поверхности планеты, в её атмосфере и в пещерах, собирая изображения и другие данные. В состав роя входят мобильные роботы, стационарный шлюз на земле, который служит командным центром для связи, а также спутник для обмена данными с Землёй.

Группа профессоров Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге участвует в разработке концепции связи для роя роботов под названием VaMEx3-MarsSymphony. Целью этого подпроекта является создание связи между отдельными элементами роя роботов. Руководитель проекта профессор Хакан Каял отметил, что концепция связи включает в себя ретрансляционные станции, которые передают изображения и данные по цепочке от робота в пещере к шлюзу на поверхности планеты.

Рой также включает в себя так называемые авторотационные тела, которые сбрасываются с воздуха и собирают данные, плавно планируя к поверхности. Последнее достигается благодаря их особой конструкции: удлинённые корпуса, сконструированные наподобие семян клёна. Они имеют крыло и вращаются вокруг собственной оси, что позволяет плавно опускаться вниз. Их траекторию полёта можно контролировать, так что их можно распределить по большей площади, а затем использовать в качестве сенсорных, ретрансляторных и навигационных сетей.

Помимо кафедры аэрокосмических информационных технологий в Университете Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге, в настоящее время в исследовании долины Маринера участвует также группа профессоров JMU по космическим технологиям. Её задача — разработать концепцию связи для роя роботов.

Руководитель проекта MarsSymphony Клеменс Риглер особенно доволен использованием тел авторотации: он помогал разрабатывать подобные роботы, будучи студентом — с 2016 года в программе Rexus-Bexus космического агентства DLR и в университетской группе WüSpace eV Вюрцбурга, которая позволяет студентам работать над аэрокосмическими проектами. Риглер продолжает разрабатывать систему посадки в своей кандидатской диссертации.

У роботизированного марсианского «оркестра» есть ещё одна особенность: стационарный шлюз будет оснащён камерой, которая будет следить за марсианским небом. «Все предыдущие миссии на Марс были сосредоточены на поверхности планеты, но мы хотим впервые посмотреть вверх», — говорит Каяль. И там будет много чего наблюдать: образование облаков, попадание в атмосферу метеоров или молний и другие кратковременные явления.

Метеориты размером с баскетбольный мяч, похоже, падают на Марс почти каждый день: к такому выводу пришли исследователи на основе сейсмических данных в июне 2024 года. «Мы могли бы дополнительно подтвердить это данными, если бы засняли падение метеоритов с помощью нашей камеры UAP и сопоставили эти события с сейсмическими событиями», — говорит Каяль.

Аббревиатура UAP означает Unidentified Anomalous Phenomena (неопознанные аномальные явления). Название камеры происходит от её способности использовать искусственный интеллект для обнаружения неизвестных небесных явлений.

Связь между описанными элементами и космическим сегментом является ключевой задачей в передаче полученных научных данных. Сложности в реализации в основном из-за ограниченности ресурсов, в частности, связи между шлюзом на поверхности Марса и ретрансляционными спутниками на орбите.

Текущие посадочные модули в настоящее время используют S- или X-диапазон. Однако переключение с X-диапазона на Ka-диапазон является решающим шагом на пути к увеличению скорости передачи данных канала передачи. Поэтому берлинский партнёр проекта IQ Technologies for Earth and Space GmbH разработает приёмопередатчик с поддержкой Ka-диапазона для использования на посадочных модулях и малых межпланетных спутниках на основе своей проверенной в работе системы XLink.

Помимо приёмопередающего оборудования, в рамках проекта также будут разработаны индивидуальные и гибкие протоколы передачи.

Работает ли рой роботов так, как запланировано, будет проверено во время аналоговой миссии в 2025 году: участники будут моделировать миссию на Марс на Земле, вероятно, в карьере в Германии. Камера Würzburg UAP также будет играть важную роль в этой симуляции: её видеозаписи с неба предоставят достаточно большие объёмы данных для проверки устойчивости системы связи.

Если аналоговая миссия пройдёт успешно, то в последующем проекте оборудование должно быть адаптировано для использования на Марсе. Условия на этой планете суровые: атмосфера тонкая, средняя температура -63°C, а также регулярные крупные пылевые бури.