science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Een uurwerkrover voor Venus

AREE is een uurwerkrover geïnspireerd op mechanische computers. Een JPL-team bestudeert hoe dit soort rover extreme omgevingen kan verkennen, zoals het oppervlak van Venus. Krediet:NASA/JPL-Caltech

Een goed horloge kan tegen een stootje en blijft tikken. Met de juiste onderdelen kan een rover hetzelfde doen op een planeet als Venus?

Een concept geïnspireerd op uurwerkcomputers en tanks uit de Eerste Wereldoorlog zou ons op een dag kunnen helpen erachter te komen. Het ontwerp wordt onderzocht in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië.

De Automaton Rover for Extreme Environments (AREE) wordt gefinancierd voor studie door het NASA Innovative Advanced Concepts-programma. Het programma biedt kleine subsidies om technologie in een vroeg stadium te ontwikkelen, ingenieurs hun ideeën laten uitwerken.

AREE werd voor het eerst voorgesteld in 2015 door Jonathan Sauder, een mechatronica-ingenieur bij JPL. Hij werd geïnspireerd door mechanische computers, die hendels en tandwielen gebruiken om berekeningen te maken in plaats van elektronica.

Door elektronica te vermijden, een rover kan Venus misschien beter verkennen. De helse atmosfeer van de planeet creëert een druk die de meeste onderzeeërs zou verpletteren. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur is 864 graden Fahrenheit (462 graden Celsius), hoog genoeg om lood te smelten.

Steampunk computergebruik

Mechanische computers zijn door de geschiedenis heen gebruikt, meestal als wiskundige hulpmiddelen zoals rekenmachines. De meest bekende is misschien wel Charles Babbage's Difference Engine, een 19e-eeuwse uitvinding voor het berekenen van algebraïsche vergelijkingen. Het oudst bekende is het Antikythera-mechanisme, een apparaat dat door de oude Grieken werd gebruikt om astronomische verschijnselen zoals verduisteringen te voorspellen.

Mechanische computers werden ook ontwikkeld als kunstwerken. Voor honderden jaren, uurwerkmechanismen werden gebruikt om automaten te maken voor rijke klanten. In de jaren 1770, een Zwitserse horlogemaker genaamd Pierre Jaquet-Droz creëerde "The Writer, " een automaat die kan worden geprogrammeerd om elke combinatie van letters te schrijven.

Sauder zei dat deze analoge technologieën kunnen helpen waar elektronica doorgaans faalt. In extreme omgevingen zoals het oppervlak van Venus, de meeste elektronica smelt bij hoge temperaturen of wordt gecorrodeerd door zwavelzuur in de atmosfeer.

"Venus is te onherbergzaam voor het soort complexe besturingssystemen dat je op een Marsrover hebt, "Zei Sauder. "Maar met een volledig mechanische rover, je zou misschien wel een jaar kunnen overleven."

Windturbines in het midden van de rover zouden deze computers aandrijven, waardoor het ondersteboven kan draaien en blijven rennen. Maar de omgeving van de planeet zou genoeg uitdagingen bieden.

De extreme planeet

Geen enkel ruimtevaartuig heeft het Venusiaanse oppervlak langer dan een paar uur overleefd.

De laatste bezoekers van Venus waren de Sovjet Venera- en Vega-landers. In de jaren '70 en '80, ze stuurden een handvol afbeeldingen terug die een steile, gasverstikte wereld.

"Als je denkt aan zoiets extreems als Venus, je wilt echt buiten denken, " zei Evan Hilgemann, een JPL-ingenieur die werkt aan ontwerpen voor hoge temperaturen voor AREE. "Het is een omgeving waar we niet veel over weten, behalve wat we hebben gezien in afbeeldingen uit het Sovjettijdperk."

Sauder en Hilgemann bereiden zich voor om mechanische prototypes te bakken, waardoor ze konden bestuderen hoe thermische uitzetting hun bewegende delen zou kunnen beïnvloeden. Sommige onderdelen van de Sovjet-landers waren eigenlijk ontworpen met deze warmte-uitbreiding in gedachten:hun onderdelen zouden niet goed werken totdat ze werden verwarmd tot Venusiaanse temperaturen.

Tanktreden voor Venus

AREE omvat een aantal andere innovatieve ontwerpkeuzes.

Mobiliteit is een uitdaging, aangezien er zoveel onbekenden zijn over het oppervlak van Venus. Het oorspronkelijke idee van Sauder is geïnspireerd op de "Strandbeests" van de Nederlandse kunstenaar Theo Jansen. Deze spinachtige structuren hebben spichtige poten die hun massa over stranden kunnen dragen, uitsluitend door wind aangedreven.

uiteindelijk, ze leken te onstabiel voor rotsachtig terrein. Sauder begon te kijken naar tankprofielen uit de Eerste Wereldoorlog als alternatief. Deze werden gebouwd om over loopgraven en kraters te rollen.

Een ander probleem is de communicatie. Zonder elektronica, hoe zou je wetenschappelijke gegevens doorgeven? De huidige plannen zijn geïnspireerd op een andere eeuwenoude technologie:morsecode.

Een ruimtevaartuig in een baan om de aarde zou de rover kunnen pingen met behulp van radar. De rover zou een radardoel hebben, die, indien correct gevormd, zou werken als "stealth-technologie in omgekeerde richting, "Zei Sauder. Stealth-vliegtuigen hebben speciale vormen die radarsignalen verspreiden; Sauder onderzoekt hoe deze doelen kunnen worden gevormd om signalen helder te reflecteren. Door een roterende sluiter voor het radardoel toe te voegen, kan de rover de heldere, gereflecteerde plek aan en uit, communiceren net als signaallampen op marineschepen.

Nu in de tweede fase van NIAC-ontwikkeling, het JPL-team selecteert delen van het AREE-concept om te verfijnen en te prototypen. Teamleden hopen een rover-concept uit te werken dat uiteindelijk in staat zal zijn om de geologie van Venus te bestuderen en misschien een paar monsters te boren.