Die NASA hat große Pläne für ihr Artemis-Programm: Zum ersten Mal seit 1972 sollen Amerikaner zum Mond zurückkehren und bis zum Ende des Jahrzehnts eine Mondbasis für Menschen errichten.
Ein Team von Ingenieuren der University of Arizona nutzt Roboternetzwerke, um von Termiten inspirierte Strukturen zu schaffen, die Astronauten helfen sollen, in der rauen Umgebung des Mondes zu überleben.
Der außerordentliche Professor Jekan Thanga und seine Studenten in der Abteilung für Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau der Fakultät für Ingenieurwissenschaften haben Prototypen ihrer Mondsandsackstrukturen und das zugrunde liegende Konzept für ein Netzwerk von Robotern entwickelt, die sie bauen können. Die Strukturen enthalten Sensoren, die den Bau unterstützen und Astronauten dann auf Änderungen der Umgebungsbedingungen aufmerksam machen.
Tech Launch Arizona, die Kommerzialisierungsabteilung der Universität, arbeitete mit Thanga zusammen, um Patente für die verteilten Computerverarbeitungsnetzwerke anzumelden, die das Team entwickelt hatte, um diese Strukturen und Roboter miteinander zu verbinden.
Sivaperuman Muniyasamy, ein Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik, und Thanga präsentierten am 1. Februar einen Vortrag über die Technologie Konferenz der American Astronautical Society für Führung, Navigation und Kontrolle.
„Durch die Veröffentlichung des Papiers auf der Konferenz erhalten wir Feedback von anderen Experten, das uns wirklich weiterbringt“, sagte Erstautor Muniyasamy.
Wir schließen uns für Mondlandungen zusammen
Thanga schätzt, dass Astronauten im Rahmen von Artemis im Jahr 2026 oder 2027 erstmals auf dem Mond landen werden. In einem Konsortium namens LUNAR-BRIC arbeitet sein Team mit dem Jet Propulsion Laboratory der NASA am Caltech und MDA, einem Weltraumrobotikunternehmen, zusammen, um Technologien dafür zu entwickeln Artemis Mondlandungen.
„Es ist kein Zufall, dass dieses Team einen akademischen Partner, einen kommerziellen Partner und eine Regierungsbehörde hat“, sagte Thanga. „Angesichts der Herausforderungen besteht ein Teil des Weges darin, dass wir zusammenarbeiten.“
Die Mondstrukturen sind nur ein Anfang für Thangas Universitätsteam und LUNAR-BRIC in ihrem Bestreben, eine Weltraumwirtschaft zu unterstützen. Innerhalb weniger Jahre nach der ersten erfolgreichen Landung, sagte er, werde die NASA versuchen, Einrichtungen für langfristige Besiedlung und Industrie zu bauen, beispielsweise für den umweltfreundlichen Mond- und Asteroidenbergbau.
Mondbewohner werden semipermanente sichere Unterkünfte benötigen, während sie nach optimalen Standorten für die Errichtung dauerhafter Gebäude suchen, sagte Thanga und fügte hinzu, dass er zuversichtlich sei, dass die grundsätzlich einfachen Sandsackstrukturen zum Einsatz kommen würden.
Insekteninspiration
Thanga war zum ersten Mal von einem YouTube-Video fasziniert, das die Arbeit von Nader Khalili zeigte. In den 1980er Jahren stellte der verstorbene Architekt der NASA die Idee von Sandsackstrukturen für die Besiedlung von Mond und Weltraum vor. Dann entwickelte Khalili die SuperAdobe-Sandsackkonstruktion für Häuser auf der ganzen Welt.
Thanga überlagerte Khalilis Ideen mit den Konzepten von Insektenwolkenkratzern. Diese in afrikanischen und australischen Wüsten verbreiteten Dom-Termitenhügel regulieren die unterirdische Nestumgebung.
„Im Fall der Termiten ist es sehr relevant für unsere Herausforderungen außerhalb der Welt. Die extremen Wüstenumgebungen, denen die Termiten ausgesetzt sind, ähneln den Bedingungen auf dem Mond“, sagte Thanga. „Wichtig ist, dass dieser ganze Ansatz nicht auf Wasser angewiesen ist. Der größte Teil des Mondes besteht aus knochentrockener Wüste.“
Thanga ist seit langem daran interessiert, die Architektur sozialer Insektensysteme – wie eine Termitenkolonie, die einen großen, komplizierten Hügel baut und instandhält – auf verteilte Roboternetzwerke anzuwenden, in denen Maschinen ohne menschliches Eingreifen kooperativ zusammenarbeiten.
„Als ich davon erfuhr, fand ich den Weg zu verteilten Systemen für das Baugewerbe“, sagte er.
Thangas Team untersuchte, ob Sandsäcke, gefüllt mit Regolith, Erde und Mineralfragmenten von der Mondoberfläche, herkömmliche Baumaterialien für Mondunterkünfte, Lagerhäuser, Kontrolltürme, Robotergaragen, Landeplätze, Schutzmäntel für Roboter und Sprengwände zum Schutz von Vermögenswerten ersetzen könnten turbulente Starts und Landungen.
Die schnell und einfach von Robotern zusammengebauten Sandsackunterstände reduzieren den Materialtransport zum Mond, sorgen für eine gute Klimatisierung und schützen vor Mondbeben und anderen Gefahren.
Roboter betten Sensoren und Elektronik in die Sandsäcke ein und füllen sie mit Mondregolith, bevor sie die Strukturen an Ort und Stelle zusammenbauen. Einige Sensoren liefern Standortdaten, um den Robotern beim Platzieren der Sandsäcke zu helfen. Andere stellen Umweltinformationen und Kommunikationsfunktionen bereit, um vor Gefahren zu warnen.
Auf dem Mond liegen die Temperaturen zwischen -298° und 224° Fahrenheit; Mikrometeore bombardieren die Oberfläche mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 60.000 Meilen pro Stunde; und Sonnenstrahlung und Mondstaub gefährden die Erforschung.