Lunární regolit je nepříjemný protivník. Jeho zrníčka jsou jemná jako prach, ale pozor, zdání klame! Jejich hrany jsou ostré jako skleněné střepy. Třeba během výpravy Apollo 17 si astronauti stěžovali, jak tento velejemný prášek pronikl prakticky všude. Pokryl jejich skafandry, kterým zablokoval ramenní klouby, dostal se do obytné části a způsobil i symptomy dočasné regolitové senné rýmy, kterou si prožil astronaut Harrison Schmitt. Tyto příznaky naštěstí rychle odezněly, ale problém, který lunární regolit představuje pro budoucí mise tu zůstává.
Zdroj: https://www.nasa.gov
Nové americké lunární vozítko VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) nyní prochází zkouškami jednotlivých dílů sytému kol, aby bylo zajištěno, že odolávají lunárnímu regolitu. Čas totiž nezadržitelně utíká a VIPER má k Měsíci vyrazit už v roce 2023. Úkolem tohoto roveru bude pátrání po zdrojích vody v oblasti jižního pólu. Vozítko má vytvořit historicky první mapu zdrojů, které budou určeny pro pilotovanou výpravu – konkrétně jde o program Artemis, který sem má astronauty dostat v roce 2024. Ale je tu ten regolit …
Jemná zrníčka regolitu vznikla před miliony let, když opakované nárazy meteoritů drtily a tavily lunární horniny. Vznikly tak vlastně droboulinké skleněné střepy a úlomky hornin. Jelikož měsíc nemá atmosféru, není tu žádný vítr či počasí, které by přinesly erozi. Zrníčka tak nikdy nepřijdou o své ostré hrany. Když se lunární regolit dostane do pohyblivých částí – třeba jako je tomu v případě kol na roveru, je tak abrazivní, že dokáže poškodit celý mechanismus. A čím více pohyblivých částí systém má, tím více je míst, kam se může tento prach dostat. A jelikož je od roveru VIPER vyžadován poměrně svižný pohyb, bude mít i hodně pohyblivých dílů.
Problém je i v tom, že nikdo přesně neví, co může čekat od regolitu v polárních oblastech. Bude podloží kompaktní, nebo načechrané jako jemný popílek? S touto nejistotou musí inženýři pracovat. Každé z jeho čtyř modulů kol byl navržen jak pro aktivní tlumení, tak i nezávislé zatáčení. To znamená, že VIPER bude moci jet nejen dopředu a dozadu, ale i do strany, diagonálně, nebo se otočit na místě. Vozítko se bude moci přesouvat z místa na místo a přitom bude „hledět“ stále stejným směrem. Tím budou zajištěny optimální podmínky nejen pro vědecké přístroje, ale i pro fotovoltaické články. A pokud se rover setká s opravdu hodně měkkým regolitem, bude schopen se vyhrabat ven, jako to dělají želvy na pláži.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
Aby bylo zajištěno, že regolit při takových manévrech nepronikne do systémů, vyzkoušel tým specialistů kolem mise VIPER metodu, kterou chce na Měsíci používat. Využili k tomu prachovou komoru v Johnsonově středisku v Houstonu. Tato komora má odkrytý strop, její rozměry jsou 50 × 50 × 86 centimetrů a stěny tvoří průhledné plexisklo. Uvnitř se nachází simulovaný lunární regolit a na zdi je připojený robot. Jeho úkolem je pohybovat s modulem kola VIPERu včetně jízdy, zatáčení i zkoušek tlumičů. Zkouška projde celé spektrum pohybů. Celá jednotka kola je zakryta ohebnou ochrannou vrstvou, která jednak izoluje systém od lunárního chladu a také se stará o utěsnění od regolitu. Z této „ponožky“ ční ven pouze hřídel, na kterou se připojí samotné kolo.
Během zkoušky ještě dva větráky vířily prach, aby v komoře vytvořily opravdu hodně prašné prostředí. Po hodině byly vždy větráky přemístěny, aby bylo jisté, že kola budou prachu vystavena ze všech úhlů. Tato metoda umožnila týmu provést zkoušku v opravdu složitých podmínkách, které byly náročnější, než co rover ve skutečnosti čeká. Když test skončil a prach se usadil, ukázalo se, že všechna zrníčka zůstala mimo ochrannou ponožku. Potvrdilo se, že její spoje a také místa, kde se ponožka napojuje na hardware kola, těsní tak, jak mají.
Zdroj: https://www.nasa.gov/
A tohle je navíc jen první linie obrany před regolitem. Vědci z Kennedyho střediska na Floridě také testují různé druhy těsnění pro elektromotory, které budou pohánět kola roveru VIPER. Každý motor bude chráněn hned třemi typy těsnění – těsněním labyrintového vinutí, pružným plstěným těsněním a pružinovým teflonovým těsněním. Rover také dostane ohřívače, které jej ochrání před okolními mrazivými podmínkami. Teplota systému neklesne pod -80 °C i když okolo budou teploty nižší. Testy na Kennedyho středisku prověří fungování těsnění po dosažení nejnižší teploty a následném ohřátí do provozní teploty kolem zhruba -40 °C. Během zkoušky bude prototyp motoru kola roveru VIPER umístěn v jiné testovací komoře. V ní se budou simulovat různé podmínky, které vozítko zažije na Měsíci – od kosmického vakua přes extrémní teploty až po regolit.
Projekt VIPER se snaží využít spolupráce mezi jednotlivými středisky NASA i partnery mimo agenturu. Ames Research Center v Silicon Valley manažersky vede tento projekt, jeho vědeckou část, inženýrskou stránku, letový software i činnost vozítka v reálném čase. O návrh a výrobu hardwaru roveru se stará Johnsonovo středisko v Houstonu, přičemž přístroje do něj dodá Ames Research Center, Kennedyho středisko a komerční partner – Honeybee Robotics z Kalifornie. Samotný lander i nosná raketa, která dostane misi k Měsíci, budou poskytnuty v rámci iniciativy Commercial Lunar Payload Services, v rámci které mají být na Měsíc doručovány vědecké a technologické náklady.
Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/
Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/03_viper_hi_res_explore.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/viper_rover_mgru_in_rockyard1.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/jsc2020e004309_alt.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/ksc-20200317-ph-csh01_0003.jpg
Je to otázka času, a nebude to za rok, a možná ani za deset let. Ale techniku, která má skutečně něco vydržet, a projít nejtěžším terénem, čeká návrat k přírodě. Nebude mít kola, ale nohy. Bez točivých částí je zatěsnění vždy snazší.
Jinak ale, pokud padnou hmotnostní limity – tj. bude-li Starship dopravovat na Měsíc 100 tun naráz – pak to vidím na období těžké pásové techniky. Prostě se vezme nějaký mnoha lety osvědčený pásový podvozek z nějakého buldozeru, a bude hotovo. Než se ošoupe centimetr oceli, tak to i regolitu dá chvilku zabrat.
Potíže budou na Měsíci spíš s tím, co bych nazval termoregulací. Jsou to vražedné podmínky a inspirace pozemskou živou přírodou asi nepomůže. Výhodu ale budou mít větší stroje proti malým.
Nejenom točivá zařízení mají ve vakuu problém. Je nutné věnovat pozornost všemu, co se hýbe a je v kontaktu. Díky vakuu hrozí „zapečení“ takovýchto dílů. Proto určitě ne osvědčený buldozerový podvozek, nevydržel by bez výrazných úprav ani cestu na Měsíc.
SpaceX podalo do CLPS vizualizaci Starship s roverem bez pásů:
V romanu Mesicni prach od A.C.Clarka pouzivali lodni sroub 🙂
Zajímavý článek, ale určitě velmi zajímavá práce vývojářů. Co všechno musí zvážit, aby to vyšlo.
V článku se píše, že tam používají simulováný regolit. Nevíte někdo, kde něco podobného sehnat? Zkouším dělat model Měsíce pro testování vozítek.
Na stránce https://simulantdb.com/ najdete databázi používaných simulantů, je třeba se tím proklikat a u těch dosud dostupných jsou i odkazy na firmy, které je poskytují.
Levnější varianta, alespoň pokud jde o přilnavost a abrazivní účinky, může být hodně jemný (a čerstvý – dosud nezerodovaný) sopečný prach.
Moc díky!
Otázka je, jak moc se ten regolit bude okolo roveru vířit ? Je problém s přitahování prachu statickým nábojem na povrchu roveru? Sám lítat asi moc nebude, pokud rover nebude nějak uhánět. A samozřejmě problém je, pokud do něj rover zapadne a to co bude odpadávat z kol dolů na nápravu.
Ano, statika je problém. Vzniká tam elektrostatické pole už jenom dopadem nabitých částic a v některých lokalitách se může prach i vnnášet. Zaprášení je fatální problém nejen na funkčních plochách, ale v zásadě kdekoli na povrchu techniky, protože povrchy mají vůli termoregulaci nízkou nebo napopak vysokou absorpci světla a teplenou emisivitu. Ty protiklady si neprotiřečí – mohou to být ovládané žaluzie apod. Ve dne potřebuje rover na osvětlené straně bílý nebo kovově lesklý povrch, na zastíněné straně pak emisní chladič. A když se to zapráší, je to v háji. Prostě se upeče. Utírat to nepůjde kvůli abrazivitě, tak snad nějak oklepávat vibracemi pokud se tedy podaří nejdřív odstranit elektrický náboj.
Před měsícem odkázal uživatel kostotom na extrémně zajímavé Twitter vlákno na téma měsíční regolit a jaké nástrahy pro rovery představuje: https://twitter.com/DrPhiltill/status/1216949706154221569?s=19
Největším problémem je podhrabnuti kol nebo pásů – regolit „se načechrá“ a rover zapadne.
Pod vláknem také odpovídá na dotaz ohledně elektrostatického ulpívání prachu. To už mají v NASA údajně vyřešené.