Ayın soğuk güney kutbunda esneyebilen bir robot kolu nasıl yapılır?

Aşırı soğuk makinelerde acımasızdır. Sıvılar kalınlaşarak işe yaramaz yapışkan hale gelir. Kauçuk contalar sertleşir ve çatlar.

Sıcaklık düştükçe sorunlar artar. Metal kırılgan hale gelir ve teller büzülür. Piller çalışmayı durdurur, yapışkanlar yapışmayı durdurur ve sıvı kristalleri katı halde donarken LCD ekranlar kararır.

Ve bu sadece burada, Dünya’da.

NASA’nın yeni ay gezgini gelecek yıl ayın güney kutbuna indiğinde, yepyeni bir soğukla ​​karşılaşacak.

Buradaki sıcaklıklar eksi 280 derece Fahrenheit (eksi 173 santigrat derece) civarında seyrediyor. Kutup kraterlerinin kalıcı gölgelerinde eksi 388 F’ye (eksi 233 C) düşebilir.

Bağlam açısından Antarktika’nın Vostok İstasyonu, bu gezegende kaydedilen en düşük sıcaklık rekorunu elinde tutuyor: eksi 128,6 F (eksi 89,2 C), 21 Temmuz 1983’te kaydedildi. Ay’da tipik bir gün, sahip olduğu en soğuk günden yaklaşık 150 derece daha soğuktur. hiç Dünya’da bulundum.

Aynı zamanda ortalama eksi 80 F olan ay ve Mars için önceki geziciler, ay veya Mars gününün başlangıcında açılan ve makinelerin başlaması için yeterince ısınması birkaç saat süren yerleşik ısıtıcılarla donatıldı. günlük görevleri.

Bu, herhangi bir uzay görevinde iki değerli mal olan zaman ve enerjiye mal olur. Peki ya ısınma süresi gerektirmeyen bir gezici yapabilseydiniz?

“Bir günde daha uzun saatler çalışabilirseniz, daha fazla bilgi edinebilirsiniz” dedi. Lacie FradetBunu mümkün kılmak için NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı ile birlikte çalışan Pasadena’daki Motiv Uzay Sistemlerinde bir proje mühendisi olan . Aşırı soğuk bölgelerde çalışabilen bir kol yapmayı başarırlarsa, “daha ​​önce gitmediğimiz yerlere gidebileceğiz.”

Bu vizyona yönelik ilk adım, Motiv’in iklim kontrollü temiz odasında hayata geçiyor: açıları peygamberdevesine benzeyen şık bir robotik kol.

Bu Soğuk Çalıştırılabilir Ay Açılır Kolu, ay kutuplarının soğuğunda çalışabilen robotik bir kol. Motiv, La Cañada Flintridge’de JPL tarafından sağlanan parçaları kullanarak inşa ediyor. COLDArm, Dünya’daki tüm testleri geçerse, projenin bir sonraki hedefi, ABD şirketlerinin test etmek veya bilimsel deneyler yapmak için ay yüzeyine teknoloji göndermesine izin veren bir program olan NASA’nın Ticari Ay Yükü Hizmetlerinde bir yer elde etmektir.

6,5 fitlik (2 metrelik) kol, gelecekteki bir ay gezgininin yalnızca bir parçası, ancak çok önemli. Kol, ayın yüzeyinden numune almak için birincil araçtır. Başarısız olursa, görev de başarısız olur.

Motiv daha önce robotik kolu şu anda Mars’ın Jezero kraterini araştıran gezici Perseverance’ta inşa etmişti. 2 metrelik kol, geçmiş mikrobiyal yaşamın kanıtlarını arayan SHERLOC ve PIXL olarak bilinen X-ışını spektrometresi gibi çok önemli araçları tutar.

COLDArm başarılı olursa, güneş sistemimizin daha soğuk bölgelerinde yapılabilecek deney miktarını artırabilir.

COLDArm’ın baş araştırmacısı Ryan McCormick, JPL’nin eksi 202 F (eksi 130 Santigrat) kadar soğuk olan Mars sıcaklıklarında çalışabilen makineler yapma konusunda deneyimli olduğunu söyledi.

“Ama daha da soğumak,” dedi, “büyük bir meydan okuma.”

Mars’ta işlev gören birçok yağlayıcı ve yapıştırıcı, bir ay gecesinin soğuğunda bozulacaktır. İnce Mars atmosferi tarafından tutulan ısıdan yararlanabilen Mars gezicileri için iyi çalışan bazı elektronikler, ayda da çalışmaz.

COLDArm, atomik düzenlemeleri camınkine daha çok benzeyen, çelik veya seramikten daha güçlü ve dayanıklı olmasını sağlayan bir metal sınıfı olan dökme metalik camdan yapılmıştır.

Dökme metalik cam, bağlantı noktalarında ıslak yağlayıcı gerektirmez. Bu çok önemlidir, çünkü ıslak yağlayıcılar eksi 94 F’de (eksi 70 C) donar – bu, ay kutuplarının soğuğuyla karşılaştırıldığında neredeyse tropik bir sıcaklıktır. Önceki gezici kollar, yağlayıcıyı esnek bir sıcaklıkta tutmak için her bağlantıda küçük ısıtıcılar ile inşa edilmek zorundaydı. Fradet, dökme metalik camın bunu gereksiz kıldığını söyledi.

Ek olarak, COLDArm’ın motor kontrolörlerine, aşırı derecede soğuk ortamlarda ek kablo veya yalıtım yığını olmadan çalışabilen güncellenmiş bir voltaj dönüştürücü takıldı, dedi McCormick.

Mart ayında Motiv ekibi kolu demonte etti ve çeşitli bileşenlerini 100 Kelvin veya kabaca eksi 175 C’nin altına ayarlanmış bir termal vakumda test etti. (Aşırı soğuğun kendi sıcaklık birimleri vardır ve sıfır Kelvin moleküllerin hareket etmeyi bıraktığı noktayı temsil eder. )

McCormick, tüm parçaların hem aşırı soğukta hem de fırlatma koşullarını simüle etmek için tasarlanmış titreşim testinde çalıştığını söyledi. Bir sonraki adım, kolu tekrar monte etmek ve bu koşullarda bir bütün olarak çalışmasını sağlamaktır.

JPL gezegen bilimcisi Laura Kerber, karmaşıklığa ek olarak, sıcaklığın Ay’da Dünya’dakinden tamamen farklı bir şekilde işlev görmesi gerçeğidir. Ay’ın ısıyı yeniden dağıtacak havası yoktur, bu nedenle ışık ayın yüzeyine çarptığında, ekvatorda 250 F’ye kadar aşırı ısınır. O ışık olmadan hava çok soğuk.

Ayın güneşe göre konumu göz önüne alındığında, güney kutbundaki kraterlerin iç kısımları sürekli gölgede kalır. Bu onları güneş sistemindeki herhangi bir şey kadar soğuk ve karanlık yapar.

Kerber, “Kalıcı olarak gölgeli bölgelerde gördükleri tek şey uzayın soğuğu,” dedi. “Mühendislik açısından, gerçekten çok soğuk, sürekli gölgeli kraterlerin içinde hayatta kalabilecek bir şey yapmak çok zor.”

Bu, NASA’nın daha çok VIPER olarak bilinen ve su buzu aramak için 2024’ün sonlarında ayın güney kutbuna inmesi planlanan Polar Exploration Rover’ı İnceleyen Uçucular için önemli bir sorun.

Ay’daki en güçlü su ipuçları, en derin gölgeli alanlardadır. Bu yerler VIPER için çok soğuk, ancak çevrelerinden dolanacak ve su önerilerinin daha zayıf ama yine de önemli olduğu çevredeki alandan örnekler toplayacak.

Ayın aşırı sıcaklıklarında gezinmek, ilk ay görevlerinden bu yana zorlu bir işti. Neil Armstrong ve Buzz Aldrin’in uzay gemilerinin etrafında nispeten kısa bir gezinti için 240.000 mil uçmalarının büyük bir nedeni budur: Apollo 11’in Sükunet Denizi’ndeki iniş sahasında hava daha uzağa gitmek için çok sıcaktı.

Neil Armstrong 2010’da NPR’ye “Sıcaklığın 200 Fahrenheit derecenin çok üzerinde olduğu, mükemmele yakın bir vakumda çalışıyorduk” dedi. hiperterminin sona ermesi.”