En tilgang til bevægelsesplanlægning på asteroideoverflader med uregelmæssige tyngdefelter

Asteroider er små, klippelegemer, der kredser om solen, der er for små til at blive kaldt planeter. Der er millioner af asteroider i solsystemet, varierende i størrelse, form og sammensætning. Udforskningen af ​​asteroider kan hjælpe med at afdække fascinerende information om solsystemets oprindelse, af planeten Jorden, og selve livet.

Asteroider kunne også tjene som strategiske steder for planetarisk videnskab, ressourceudvinding, kommunikationsrelæer eller planetarisk forsvar. Indtil nu, imidlertid, at udforske overfladerne på asteroider har vist sig at være meget udfordrende på grund af deres lave og meget ikke-lineære tyngdefelt.

Seneste asteroide missioner, såsom Hayabusa II og OSIRIS-Rex var blot fly-by eller touch-and-go operationer. Forskere har således forsøgt at udvikle teknologi, der ville muliggøre udforskning af asteroideoverflader, for eksempel, ved hjælp af in situ-instrumenter til at analysere deres sammensætning og materiale under overfladen.

Hopperobotter kunne være særligt nyttige til udforskning af sådanne overflader, da mobilitet gennem ballistisk hop har flere fordele ved tilstedeværelsen af ​​uregelmæssige tyngdekraftsfelter. Disse typer robotter kan krydse store afstande over ujævnt terræn, med begrænset energiforbrug. Et team af forskere ved University of Arizona har for nylig udviklet ballistisk hoppedynamik og en ny tilgang til bevægelsesplanlægning på asteroideoverflader.

"I modsætning til Jorden, asteroidens tyngdekraft er lav, som sådanne hopperovere er mere velegnede, da de kan tilbagelægge store afstande over vilkårligt ujævnt terræn med forbrug af lidt energi, " Himangshu Kalita, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte TechXplore. "Imidlertid, deres uregelmæssige form resulterer i et meget uregelmæssigt tyngdefelt, hvilket gør hop meget usikker. Dermed, Der kræves en sekventiel arkitektur til hopping rover autonomi, der kan planlægge forud, før ethvert hop udføres og samtidig lokalisere sig selv."

Fremgangsmåden udtænkt af Kalita og hans kollega Jekan Thanga beregner den hastighed, der kræves for at opsnappe et mål og lokaliserer derefter den hoppende robot. For at lokalisere robotten, forskerne brugte positur-estimeringsmetoder baseret på successiv scanningsmatchning ved hjælp af en 3-D laserscanner.

Den indsamlede information bruges efterfølgende til at planlægge hopperobottens bevægelse på målasteroidens overflade. Robotten skal udføre flere hop for at nå et ønsket sted på asteroiden, samtidig med at du undgår forhindringer.

"Den bevægelsesplanlægningsarkitektur, der er diskuteret i papiret, kan finde næsten optimale baner for en hoppende rover for at nå en målplacering fra dens oprindelige placering på overfladen af ​​en asteroide med uregelmæssige tyngdefelter, " Kalita forklarede. "Vores tilgang bruger en high-fidelity dynamikmodel til at udføre trial and error-evaluering i simulering af kandidatmanøvrer for at bestemme deres egnethed. Prøve- og fejlevalueringen tager højde for risiko, belønninger og lokale usikkerheder."

Mange asteroider er rige på ressourcer såsom vand, kulstofforbindelser, jern- og platingruppemetaller. Nogle asteroider indeholder også rester af eksisterende planeter og kan således tjene som 'tidskapsler', giver uberørte optegnelser over den tidlige geologi og geo-historie af sådanne planeter. Udforskning af disse asteroider kan give værdifuld indsigt i solsystemets oprindelse og planeter indeholdt med det. I fremtiden, tilgangen udtænkt af Thanga og Kalita kunne bane vejen for udforskningen af ​​asteroideoverflader, fører til interessante observationer og opdagelser.

"Flyvej og langdistanceobservation af asteroider er utilstrækkelig til at bestemme, hvad der er under det øverste lag af asteroider, " sagde Thanga. "Vores tilgang, som indebærer at udføre ballistisk hop til overfladeudforskning af asteroider, kan besvare disse spørgsmål. I øvrigt, rovere udsat på asteroide overflader til dato er afhængige af et moderskib til lokalisering, men deres møde sjældent. Vores simuleringer viser, at ved at bruge en 3-D kortlægningssensor ombord, roverne kan udføre moderskibsuafhængig selvlokalisering, hvilket er en forløber for roverautonomi."

Fremgangsmåden udviklet af Thanga og Kalita er designet til effektivt at planlægge bevægelsen af ​​en hoppende robot over lange afstande, på asteroideoverflader med uregelmæssige tyngdefelter. Den samme tilgang kunne anvendes på flere koordinerede robotter, der samtidigt udforsker en given asteroides overflade. Forskerne har også udvidet deres metode til at beregne flere optimale baner, hvilket ville gøre det muligt for en robot at nå et ønsket mål, mens han besøger flere waypoints.

"Vi er nu i gang med at udvikle prototyper til miniaturiseret hopping rover, der vil bruge sublimatbaserede drivmidler til hop, " sagde Kalita. "Med simulerede uregelmæssige tyngdekraftsfelter, vi vil være i stand til at teste vores tilgang til at finde hoppebaner."

© 2019 Science X Network