Надувной шар RoboBall от Texas A&M покатится в лунные кратеры за образцами

Представьте себе надувной шар размером с человека, который самостоятельно катится по каменистой поверхности, спускается в глубокий кратер и запускает оттуда мини-ракету с образцами лунного грунта. Звучит как сюжет фантастического фильма, но именно такой аппарат уже несколько лет разрабатывают инженеры из Техасского университета A&M в Колледж-Стейшене. Проект получил название RoboBall, и его главная цель — добраться до тех мест на Луне, куда никогда не ступала нога ни человека, ни обычного колёсного ровера.

Вдохновителем идеи стал Роберт Эмброуз, бывший инженер по робототехнике NASA, который задумался о такой конструкции ещё в 2003 году. Он рассуждал просто: у колёсных роботов на лунной поверхности, особенно в условиях низкой гравитации, есть одна неприятная проблема — они могут опрокинуться. А надувной шар опрокинуться не может в принципе. К тому же сферическая оболочка отлично защищает внутреннюю электронику от острых камней, пыли и чудовищных перепадов температур: на освещённых участках Луны воздух раскаляется выше 90 градусов тепла, а в тени кратеров опускается до минус 240. Логика подсказывала: что может быть лучше для спуска с крутого склона, чем шар?

Сейчас команда под руководством Роберта Эмброуза и при участии аспиранта Риши Джангале довела проект до полноценного прототипа. Первый вариант RoboBall II был всего полметра в ширину, а на создание полноразмерного RoboBall III ушло около одиннадцати месяцев. Аппарат весит 150 килограммов при диаметре 1,8 метра. Изначально инженеры столкнулись с проблемами: программные ошибки и слишком слабый привод не позволяли шару преодолевать даже мягкие неровности. После первых испытаний в карьере в центральном Техасе команда за семь месяцев спроектировала и собрала улучшенную версию с крутящим моментом в 2,5 раза больше — теперь шар способен перескакивать небольшие препятствия и взбираться на склоны до 20 градусов.

Принцип движения необычайно прост и изящен. Внутри оболочки находится маятник, который смещает центр масс всего аппарата. Если маятник отклоняется вперёд, шар катится вперёд, стремясь компенсировать смещение. Наклонили маятник влево — шар поворачивает налево. Как формулирует сам Джангале, робот едет туда, куда вы укажете маятником. На крутых спусках этот же механизм позволяет контролировать скорость, просто отклоняя маятник в сторону подъёма. Вся прелесть конструкции, по мнению сторонних экспертов, именно в простоте: у RoboBall всего два привода, и оба спрятаны внутри оболочки, надёжно укрытые от пыли и прочих внешних угроз. Аэрокосмический инженер Хиро Оно, тринадцать лет проработавший в Лаборатории реактивного движения NASA, называет такую компоновку уникальной.

Зачем всё это нужно? Дело в том, что лунный кратер Шеклтон на южном полюсе Луны достигает 21 километра в ширину и 4 километров в глубину, и внутри него есть множество более мелких и глубоких воронок. Некоторые участки этого кратера никогда не видят солнечного света. Именно в этих вечно тёмных и ледяных карманах, как полагают планетологи, скрываются слои древней лунной геологии и запасы замёрзшей воды, которые в перспективе могли бы обеспечить будущую лунную базу. Как отмечает космический минералог Сара Рассел из Лондонского музея естественной истории, Луна — это своего рода архив того, что происходило с Землёй, и роботизированный сбор образцов работает блестяще. При этом NASA, по словам Джангале, никогда не отправит астронавтов вплотную к таким кратерам: если человек туда упадёт, вытащить его будет невозможно.

Именно поэтому и появилась концепция тандема: колёсный ровер доставляет RoboBall к кромке кратера, шар скатывается вниз, собирает образцы и запускает их обратно наверх с помощью небольших ракет, встроенных в центр сферы. В отличие от привязанного робота на тросе, у шара нет ограничений по дальности, а значит, и охват исследований куда шире. В недавней статье, опубликованной в журнале IEEE Transactions on Field Robotics, команда описала конструкцию аппарата, гипотетическую лунную миссию и результаты первых испытаний в техасском карьере. Во время тестов дистанционно управляемый RoboBall III спускался по склонам, преодолевал мягкий грунт и запускал учебные полезные нагрузки малыми ракетами. В реальной миссии шар будет надуваться уже на месте, заряжаться от ровера у края воронки и отправляться в автономное путешествие на большой батарее.

Инженеры честно признают ограничения: слегка неуклюжий характер шара делает его не лучшим выбором, если нужно взять образец конкретного камня в конкретной точке. Зато для масштабного изучения труднодоступных районов он подходит идеально. Сейчас команда надеется наладить сотрудничество с учёными, разрабатывающими лунные научные приборы, чтобы те физически помещались во внутренний отсек RoboBall размером с ручную кладь и при этом соответствовали логике работы аппарата. Как подчёркивает Джангале, сам робот — это не миссия, робот — это способ выполнить миссию. И, судя по всему, у этого надувного путешественника есть все шансы однажды отправиться туда, где ещё не бывал никто.