Marsjańskie jaskinie mogą skrywać lód, skały i ślady dawnego środowiska. Do ich badania mają posłużyć drony inspirowane naturą, bo inne sobie po prostu nie poradzą.
Marsjańskie tunele lawowe mogą być jednymi z najciekawszych miejsc na całej Czerwonej Planecie, ale dla klasycznych łazików są niemal pułapką. Są ciemne, strome, nierówne i pełne przeszkód, a sygnał z powierzchni może tam znikać bardzo szybko. Właśnie dlatego badacze proponują nietypowe rozwiązanie: robotyczną kulę, która zrzuci do środka tysiące lekkich mikrodronów inspirowanych nasionami dmuchawca.
Pod powierzchnią Marsa mogą kryć się gigantyczne tunele
Mars jest dziś suchą, zimną planetą z bardzo słabą atmosferą, ale jego przeszłość była znacznie bardziej gwałtowna. Czerwona Planeta ma ogromne ślady dawnej aktywności wulkanicznej, w tym największe wulkany w Układzie Słonecznym. Tam, gdzie przez długi czas płynęła lawa, mogły powstawać tunele lawowe.
Taki tunel tworzy się wtedy, gdy zewnętrzna część strumienia lawy stygnie i zastyga, a gorąca lawa przez cały czas płynie pod spodem. Gdy dopływ się kończy, wewnątrz zostaje pusta przestrzeń przypominająca naturalny podziemny korytarz. Na Ziemi takie formacje znamy m.in. z obszarów wulkanicznych. Na Marsie, przy słabszej grawitacji i innej skali dawnych erupcji, mogą być znacznie większe.
Tunele lawowe mogłyby chronić przed promieniowaniem kosmicznym, mikrometeorytami, dużymi wahaniami temperatury i pyłem. Dla przyszłych astronautów byłyby potencjalnym schronieniem. Dla naukowców mogłyby być czymś jeszcze cenniejszym: miejscem, w którym zachowały się skały, lód albo ślady dawnych warunków środowiskowych, mniej zniszczone niż materia na powierzchni.
Żeby dowiedzieć się, co naprawdę znajduje się w środku, trzeba tam wejść. Obecne marsjańskie łaziki nie są jednak stworzone do zjazdu przez zapadlisko, toczenia się po gruzie i jazdy kilometrami w całkowitej ciemności. Koncepcję rozwija zespół z New Mexico Institute of Mining and Technology pod kierunkiem Mostafy Hassanaliana, profesora inżynierii mechanicznej specjalizującego się w biomimetyce i mikrodronach.
Łazik jest świetny na równinie, ale jaskinia to inny świat
Curiosity i Perseverance zmieniły sposób, w jaki rozumiemy Marsa. To mobilne laboratoria, które potrafią analizować skały, wykonywać zdjęcia, badać skład chemiczny i wybierać kolejne cele naukowe. Ich sukces nie oznacza jednak, iż są uniwersalne.
Łazik potrzebuje względnie bezpiecznej trasy, kontaktu z orbiterami, zasilania i terenu, po którym da się przejechać. Tunel lawowy stawia zupełnie inne warunki. Wejście może mieć formę pionowego lub stromego otworu powstałego po zapadnięciu się sklepienia. Dno może być zasypane blokami skalnymi. W środku nie ma światła słonecznego, a ściany i zakręty mogą utrudniać komunikację.
Do tego dochodzi również sama skala. Marsjańskie struktury tego typu mogą mieć dziesiątki kilometrów długości, a niektóre obserwowane formacje na stokach wielkich wulkanów osiągają rozmiary, które trudno porównać z ziemskimi jaskiniami. Wysłanie jednego ciężkiego robota do takiego miejsca byłoby ryzykowne: jeżeli utknie na początku trasy, cała misja może zakończyć się bardzo szybko.
Stąd właśnie pomysł, aby nie próbować wprowadzać do środka jednego dużego pojazdu. Zamiast tego można wysłać wiele bardzo prostych, lekkich sensorów, które rozproszą się po tunelu i zbiorą dane tam, gdzie koła łazika nie mają żadnych szans.
Rozwiązanie podpowiedziała sama natura
Koncepcja mikrodronów dmuchawcowych opiera się na biomimikrze. To podejście polegające na przenoszeniu rozwiązań znanych z natury do inżynierii. Nie chodzi o kopiowanie wyglądu dla efektu, ale o wykorzystanie mechanizmów, które ewolucja testowała przez miliony lat.
Nasiona dmuchawca są tu dobrym przykładem. Są lekkie, mają charakterystyczną strukturę i potrafią długo unosić się w powietrzu, wykorzystując choćby słaby ruch powietrza. Nie mają silników, nie potrzebują baterii i nie lecą tam, dokąd chcą. Ich przewagą jest prostota, masa i zdolność do rozproszenia się na dużym obszarze.
Badacze chcą wykorzystać podobną zasadę na Marsie. Zamiast klasycznych dronów z wirnikami, które potrzebują dużo energii i muszą aktywnie walczyć z atmosferą, mikrosensory miałyby korzystać z przepływu powietrza. Byłyby małe, lekkie i przenoszone przez wiatr niczym nasiona. W locie mogłyby mierzyć temperaturę, wilgotność, ciśnienie, skład atmosfery albo inne parametry ważne dla naukowców.
Rój dronów miałby zrzucać robot w kształcie kuli
Koncepcja zakłada, iż mikrodrony nie byłyby transportowane na Marsa samodzielnie, ale przy użyciu większego nośnika. Badacze opisują robota inspirowanego zdolnością stonogi kulanki do zwijania się w sferyczną formę obronną. Taka konstrukcja mogłaby przetrwać trudne lądowanie lub stoczenie się przez otwór w sklepieniu tunelu lawowego przed uwolnieniem mikrodronów.
Po dotarciu do wnętrza jaskini robot uwalniałby tysiące rozproszonych mikrosensorów. Pojedynczy czujnik charakteryzuje się ograniczoną funkcjonalnością pomiarową, jednak architektura roju zapewnia możliwość prowadzenia badań choćby przy utracie, uszkodzeniu lub braku transmisji danych z części jednostek, pozostałe są w stanie wspólnie zrekonstruować przestrzenny obraz badanego środowiska.
Mikrodrony miałyby przesyłać dane radiowo, stopniowo budując mapę tunelu i pokazując, jak zmieniają się warunki wewnątrz. Naukowcy dostaliby nie tylko pojedyncze pomiary, ale wstępny plan podziemnego systemu: gdzie są boczne odnogi, jak daleko sięgają korytarze, gdzie może gromadzić się pył, lód albo zimniejsze powietrze.
Należy podkreślić, iż jest to wciąż faza koncepcyjna, a nie planowana misja. Do rozwiązania pozostają jeszcze różne kwestie, takie jak łączność podpowierzchniowa, nawigacja w przestrzeni zamkniętej, autonomiczne zasilanie, trwałość czujników w środowisku pyłowym, strategia ich rozproszenia oraz algorytmy agregacji użytecznych danych z chaotycznego zbioru pomiarów. Niemniej kierunek badań jest obiecujący, ponieważ odwraca tradycyjny paradygmat eksploracji – zamiast pojedynczej, kosztownej platformy proponuje architekturę roju tanich, rozproszonych elementów o rozłożonej funkcjonalności.
*Źródło grafiki wprowadzającej: AI; Canva Pro
