Inženýři MIT připravují vyslání tří nákladů na Měsíc

Tři náklady z MIT brzy zamíří na Měsíc jako krok k založení trvalé základny na lunárním povrchu.

V nadcházejících dnech, pokud to počasí dovolí, inženýři a vědci z MIT odešlou do vesmíru tři náklady směřující do oblasti jižního lunárního pólu. Vědci se domnívají, že tato oblast, s jejími trvale zastíněnými regiony, by mohla hostit skryté zásoby zmrzlé vody, které by mohly sloužit k udržení budoucích lunárních osad a k pohonu misí za Měsícem.

NASA plánuje vyslat astronauty na jižní pól Měsíce v roce 2027 v rámci mise Artemis III, což bude poprvé, co se lidé dotknou lunárního povrchu od éry Apollo a poprvé, co se člověk dostane na jeho polární oblast. Před touto cestou poskytnou náklady MIT data o této oblasti, která pomohou připravit astronauty Artemis na navigaci zmrzlým terénem.

Náklady zahrnují dvě nové technologie – malou hloubkovou mapovací kameru a mini-rover velikosti palce – spolu s tenkou „deskou“ s vyrytými hlasy lidí z celého světa, mluvícími v jejich rodných jazycích. Všechny tři náklady ponesou větší, kufříkovým roverem postaveným kosmickou firmou Lunar Outpost.

Jak hlavní rover bude jezdit po povrchu Měsíce a prozkoumávat polární terén, kamera MIT, namontovaná na přední straně roveru, pořídí vůbec první 3D snímky lunární krajiny pořízené z povrchu Měsíce pomocí technologie měření času letu. Tyto snímky se budou přenášet zpět na Zemi, kde je lze použít k výcviku astronautů Artemis ve vizuálních simulacích polárního terénu a k integraci do pokročilých skafandrů s helmami se syntetickým viděním.

Mezitím se mini-rover, přezdívaný „AstroAnt“, bude pohybovat po střeše hlavního roveru a provádět měření teploty pro monitorování provozu většího vozidla. Pokud bude úspěšný, mohl by AstroAnt pracovat jako součást týmu miniaturních pomocných robotů, provádějících nezbytné úkoly v budoucích misích, jako je odstraňování prachu ze solárních panelů a kontrola trhlin v lunárních habitatech a infrastruktuře.

Všechny tři náklady MIT, spolu s roverem Lunar Outpost, budou vypuštěny na Měsíc na palubě rakety SpaceX Falcon 9 a přistanou v oblasti jižního lunárního pólu v přistávacím modulu vyrobeném kosmickou společností Intuitive Machines. Celá mise, která kromě nákladů MIT zahrnuje i řadu dalších, se nazývá IM-2, což je druhá cesta Intuitive Machines na Měsíc. IM-2 si klade za cíl identifikovat přítomnost a množství vodního ledu na jižním pólu Měsíce pomocí kombinace přístrojů, včetně vrtačky na led namontované na přistávacím modulu, a robotického „skákacího“ zařízení, které bude po povrchu odrážet a hledat vodu v těžko přístupných oblastech.

Přistání na Měsíci, které inženýři očekávají kolem poledne 6. března, bude znamenat první případ, kdy MIT umístilo aktivní technologii na povrch Měsíce od éry Apollo, kdy Instrumentální laboratoř MIT, nyní nezávislá laboratoř Draper, poskytla přelomový počítač Apollo Guidance Computer, který navigoval astronauty na Měsíc a zpět.

Inženýři MIT vnímají svou účast na nové misi, kterou pojmenovali „To the Moon to Stay“, jako první z mnoha na cestě k vybudování trvalé přítomnosti na lunárním povrchu.

„Naším cílem není jen navštívit Měsíc, ale vybudovat prosperující ekosystém, který podpoří expanzi lidstva do vesmíru,“ říká Dava Newman, profesorka astronautiky na MIT, ředitelka MIT Media Lab a bývalá zástupkyně administrátora NASA.

Kořeny institutu

Účast MIT na lunární misi vede Space Exploration Initiative (SEI), výzkumná spolupráce v rámci Media Lab, která si klade za cíl umožnit „sci-fi budoucnost“ kosmického průzkumu. SEI, kterou v roce 2016 založila absolventka médií, umění a vědy Ariel Ekblaw SM '17, PhD '20, vyvíjí, testuje a nasazuje futuristické kosmické technologie, které mají lidem pomoci vybudovat udržitelné osady ve vesmíru.

Na jaře roku 2021 SEI a katedra letectví a kosmonautiky MIT (AeroAstro) uspořádaly kurz MAS.839/16.893 (Provoz v lunárním prostředí), který pověřil týmy studentů navrhnout náklady, které splní určité cíle týkající se misí NASA Artemis na Měsíc. Kurz vedli Ekblaw a Jeffrey Hoffman z AeroAstro, profesor MIT a bývalý astronaut NASA, který studentům pomáhal testovat návrhy jejich nákladů v terénu, mimo jiné ve vzdálených oblastech Norska, které připomínají holou krajinu Měsíce, a v parabolických letech, které napodobují slabou gravitaci Měsíce.

Ekblaw a Hoffman se rozhodli dále rozvíjet dva návrhy nákladů: laserový 3D kamerový systém a AstroAnt – malý autonomní inspekční robot. Oba návrhy vzešly z předchozí práce. AstroAnt byl původně vedlejším projektem v rámci doktorátu Ekblaw, založeným na práci původně vyvinuté Artem Dementyevem ve skupině Responsive Environments Media Lab, zatímco 3D kamera byla doktorandským zaměřením absolventky AeroAstro Cody Paige '23, která pomohla vyvinout a testovat návrh kamery a implementovat technologii VR/XR s Newmanem ve spolupráci s NASA Ames Research Center.

Jakmile byly oba návrhy doladěny, Ekblaw získala finanční prostředky a uzavřela smlouvu s Lunar Outpost (spoluzaloženou absolventem AeroAstro MIT Forrestem Meyenem SM '13, PhD '17), aby spárovala náklady s roverem společnosti, který míří na Měsíc. Integrátor misí SEI Sean Auffinger dohlížel na integraci a testovací úsilí společně s Lunar Outpost, aby podpořil tyto náklady pro provoz v novém, extrémním prostředí.

„Tato mise má hluboké kořeny v MIT,“ říká Ekblaw, která je hlavní výzkumnou pracovnicí pro pobočku MIT mise IM-2 a hostující vědkyní v Media Lab. „Bude to historické, protože jsme nikdy nepřistáli s technologií nebo roverem v této oblasti jižního pólu Měsíce. Je to opravdu těžké místo k přistání – jsou tam velké balvany a hluboký prach. Je to tedy odvážný pokus.“

Systémy v provozu

Místo přistání IM-2 je Mons Mouton Plateau – plochá hora na jižním pólu Měsíce, která leží těsně severně od kráteru Shackleton, což je potenciální místo přistání pro astronauty NASA Artemis. Poté, co přistávací modul Intuitive Machines přistane, efektivně otevře garážová vrata a nechá rover Lunar Outpost jet ven a prozkoumat polární krajinu. Jakmile se rover aklimatizuje na své okolí, začne aktivovat své přístroje, včetně 3D kamery MIT.

„Bude to poprvé, co používáme tuto specifickou zobrazovací technologii na lunárním povrchu,“ poznamenává Paige, která je současnou ředitelkou SEI.

Kamera, která bude namontovaná na přední straně hlavního roveru, je navržena tak, aby svítila laserovým světlem na povrch a měřila čas, který světlo potřebuje k odrazu zpět do kamery. Tento „čas letu“ je měřením vzdálenosti, které lze také přeložit do povrchové topografie, jako je hloubka jednotlivých kráterů a puklin.

„Protože používáme laserové světlo, můžeme se dívat bez použití slunečního světla,“ vysvětluje Paige. „A přesně nevíme, co najdeme. Mezi věcmi, které hledáme, jsou centimetrové díry v oblastech, které jsou trvale zastíněné nebo zmrzlé, které by mohly obsahovat vodní led. To jsou druhy krajin, které se opravdu těšíme vidět.“

Paige očekává, že kamera bude odesílat snímky na Zemi v datových paketech následující den, které vědecký tým MIT zpracuje a analyzuje, jak rover prochází terénem.

Jak kamera mapuje povrch Měsíce, AstroAnt – který je menší a lehčí než pouzdro na AirPods – se nasadí z malé garáže na střeše hlavního roveru. AstroAnt se bude pohybovat na magnetických kolech, která mu umožní přilnout k povrchu roveru, aniž by spadl. Na spodní stranu AstroAntu Ekblaw a její tým, vedený absolventem Media Lab Fangzheng Liu, připevnili termočlánek – malý senzor, který měří teplotu hlavního roveru, který lze použít k monitorování tepelného výkonu vozidla.

„Pokud můžeme otestovat tento jeden AstroAnt na Měsíci, pak si představujeme, že budeme mít tyto opravdu schopné, potulné roje, které mohou astronautům pomoci s autonomní opravou, kontrolou, diagnostikou a servisem,“ říká Ekblaw. „V budoucnu bychom na ně mohli umístit malé stěrače, které by pomáhaly odstraňovat prach ze solárních panelů, nebo na ně dát bouchací tyč, abychom vyvolali drobné vibrace a detekovali vady v habitatu. Jakmile dosáhneme úrovně roje, je tu velký potenciál.“

Pohled na Měsíc

Třetí náklad MIT, který bude připevněn k hlavnímu roveru, se nazývá Humanity United with MIT Art and Nanotechnology in Space, nebo projekt HUMANS. Projekt HUMANS, vedený absolventkou AeroAstro MIT Mayou Nasr '18, SM '21, PhD '23, je 2palcový disk vyrobený z křemíkové destičky s nanometrově velkými rytími pomocí technologie poskytnuté MIT.nano. Rytiny jsou inspirovány Zlatou deskou, gramofonovou deskou, která byla odeslána do vesmíru s sondami Voyager NASA v roce 1977. Deska HUMANS je vyryta s nahrávkami lidí z celého světa, kteří v jejich rodných jazycích mluví o tom, co pro ně znamená kosmický průzkum a lidstvo.

„Neseme naděje, sny a příběhy lidí ze všech prostředí,“ říká Nasr. „(Je to) silná připomínka, že vesmír není výsadou několika málo, ale sdíleným dědictvím všech.“

MIT Media Lab plánuje promítat přistání 6. března na obrazovce v atriu budovy, aby si ho veřejnost mohla v reálném čase prohlédnout. Výzkumníci z katedry architektury MIT, vedeni docentkou Skylar Tibbits, také postavili řídicí místnost lunární mise – kruhový architektonický prostor, kde inženýři budou sledovat a kontrolovat náklady mise. Pokud vše půjde dobře, tým MIT vidí misi jako první krok k tomu, aby se na povrchu Měsíce, a dokonce i dál, usadily trvalé lidské posádky.

„Náš návrat na Měsíc není jen o rozvoji technologie – je to o inspirování další generace badatelů, kteří žijí dnes a budou cestovat na Měsíc ve svém životě,“ říká Ekblaw. „Tato historická mise pro MIT spojuje studenty, zaměstnance a fakultu z celého institutu na základní misi, která podpoří budoucí udržitelné lunární osídlení.“