Ein neues Computermodell ahmt Mondstaub so gut nach, dass es zu reibungsloseren und sichereren Teleoperationen von Mondrobotern führen könnte. Das von Forschern der Universität Bristol entwickelte und am Bristol Robotics Laboratory stationierte Tool könnte zur Schulung von Astronauten vor Mondmissionen eingesetzt werden.
Ihre Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Grenzen der Weltraumtechnologien.
In Zusammenarbeit mit ihrem Industriepartner Thales Alenia Space im Vereinigten Königreich, der ein besonderes Interesse an der Entwicklung funktionierender Robotersysteme für Weltraumanwendungen hat, untersuchte das Team eine virtuelle Version von Regolith, einem anderen Namen für Mondstaub.
Mondregolith ist von besonderem Interesse für die kommenden Monderkundungsmissionen, die im nächsten Jahrzehnt geplant sind. Daraus können Wissenschaftler möglicherweise wertvolle Ressourcen wie Sauerstoff, Raketentreibstoff oder Baumaterialien gewinnen, um eine langfristige Präsenz auf dem Mond zu unterstützen.
Zum Sammeln von Regolith erweisen sich ferngesteuerte Roboter aufgrund ihrer geringeren Risiken und Kosten im Vergleich zur bemannten Raumfahrt als praktische Wahl. Der Betrieb von Robotern über diese großen Entfernungen führt jedoch zu großen Verzögerungen im System, die ihre Steuerung erschweren.
Da das Team nun weiß, dass sich diese Simulation ähnlich wie die Realität verhält, kann es damit die Bedienung eines Roboters auf dem Mond nachahmen. Dieser Ansatz ermöglicht es dem Bediener, den Roboter ohne Verzögerungen zu steuern, was zu einem reibungsloseren und effizienteren Erlebnis führt.
Regolith-Sim-Demovideo – Das Modell kann so angepasst werden, dass es verschiedene Materialien darstellt: Kugellager, trockener Sand und kohäsives Regolith-Simulat, unter der Schwerkraft der Erde oder des Mondes. Der klebrige virtuelle Regolith sorgt dafür, dass er langsamer durch die Trichter fließt. Bildnachweis: Joe Louca
Der Hauptautor Joe Louca von der School of Engineering Mathematics and Technology in Bristol erklärte: „Stellen Sie es sich wie ein realistisches Videospiel vor, das auf dem Mond spielt – wir wollen sicherstellen, dass sich die virtuelle Version des Mondstaubs genauso verhält wie das tatsächliche Ding Wenn wir damit einen Roboter auf dem Mond steuern, verhält er sich wie erwartet. Dieses Modell ist genau, skalierbar und leicht und kann daher zur Unterstützung bevorstehender Monderkundungsmissionen verwendet werden.“
Diese Studie folgte aus vorherige Arbeit des Teams, das herausfand, dass erfahrene Roboterbediener mit zunehmendem Risiko und zunehmendem Realismus an ihren Systemen trainieren möchten. Das bedeutet, dass man mit einer Simulation beginnt und sich auf die Verwendung physischer Modelle aufbaut, bevor man mit der Verwendung des tatsächlichen Systems fortfährt. Ein genaues Simulationsmodell ist entscheidend für die Schulung und den Aufbau des Vertrauens des Bedieners in das System.
Obwohl bereits zuvor einige besonders genaue Modelle des Mondstaubs entwickelt wurden, sind diese so detailliert, dass sie viel Rechenzeit benötigen und daher zu langsam sind, um einen Roboter reibungslos zu steuern. Forscher des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) stellten sich dieser Herausforderung, indem sie ein virtuelles Modell des Regoliths entwickelten, das dessen Dichte, Klebrigkeit und Reibung sowie die reduzierte Schwerkraft des Mondes berücksichtigt. Ihr Modell ist für die Raumfahrtindustrie von Interesse, da es wenig Rechenressourcen benötigt und daher in Echtzeit ausgeführt werden kann. Allerdings funktioniert es am besten mit kleinen Mengen Mondstaub.
Das Ziel des Bristol-Teams bestand darin, das Modell zunächst so zu erweitern, dass es mehr Regolith verarbeiten kann, dabei aber leicht genug bleibt, um in Echtzeit ausgeführt zu werden, und es dann experimentell zu verifizieren.
Louca fügte hinzu: „Unser Hauptaugenmerk während dieses Projekts lag auf der Verbesserung der Benutzererfahrung für Betreiber dieser Systeme – wie können wir ihnen die Arbeit erleichtern? Wir begannen mit dem ursprünglichen virtuellen Regolith-Modell, das vom DLR entwickelt wurde, und modifizierten es, um es skalierbarer zu machen.“ . Dann führten wir eine Reihe von Experimenten durch – halb in einer simulierten Umgebung, halb in der realen Welt – um zu messen, ob sich der virtuelle Mondstaub genauso verhielt wie sein Gegenstück in der realen Welt.“
Da dieses Regolithmodell vielversprechend ist, da es genau, skalierbar und leicht genug ist, um in Echtzeit verwendet zu werden, wird das Team als Nächstes untersuchen, ob es beim Bedienen von Robotern zum Sammeln von Regolith verwendet werden kann.
Sie planen auch zu untersuchen, ob ein ähnliches System entwickelt werden könnte, um Marsboden zu simulieren, was für zukünftige Erkundungsmissionen von Nutzen sein könnte, oder um Wissenschaftler für den Umgang mit Material aus der mit Spannung erwarteten Mars Sample Return-Mission zu schulen.
Mehr Informationen:
Verifizierung eines virtuellen Mondregolith-Simulanten, Grenzen der Weltraumtechnologien (2024).