สำรวจดาวอังคาร

"ท่อลาวาและถ้ำจะสร้างที่อยู่อาศัยที่สมบูรณ์แบบสำหรับนักบินอวกาศ เพราะคุณไม่จำเป็นต้องสร้างโครงสร้าง คุณได้รับการปกป้องจากรังสีคอสมิกที่เป็นอันตราย ดังนั้นสิ่งที่คุณต้องทำคือทำให้มันสวยงามและอบอุ่น" Wolfgang Fink ผู้ร่วมงานกล่าว ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ UArizona Fink เป็นหัวหน้าผู้เขียนบทความใหม่ในAdvances in Space Researchซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับเครือข่ายการสื่อสารที่จะเชื่อมโยงยานโรเวอร์ ยานลงจอดในทะเลสาบ และแม้แต่ยานใต้น้ำผ่านเครือข่ายโทโพโลยีแบบตาข่าย ซึ่งช่วยให้เครื่องจักรทำงานร่วมกันเป็นทีม เป็นอิสระจาก การป้อนข้อมูลของมนุษย์ ตามที่ Fink และผู้เขียนร่วมของเขา แนวทางนี้สามารถช่วยจัดการกับหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ของเทคโนโลยีอวกาศของ NASA โดยช่วยเอาชนะความสามารถที่จำกัดของเทคโนโลยีปัจจุบันในการสำรวจสภาพแวดล้อมบนดาวหาง ดาวเคราะห์น้อย ดวงจันทร์ และดาวเคราะห์ต่างๆ ได้อย่างปลอดภัย ในเทพนิยายเรื่อง "Hansel and Gretel" นักวิจัยตั้งชื่อแนวคิดที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตรว่า "กระบวนทัศน์ Breadcrumb-Style Dynamically Deployed Communication Network" หรือ DDCN เทพนิยายสร้างแรงบันดาลใจในอนาคต "ถ้าคุณจำหนังสือเล่มนี้ได้ คุณจะรู้ว่าฮันเซลกับเกรเทลทิ้งเกล็ดขนมปังอย่างไรเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะหาทางกลับมาได้" ฟิงค์ ผู้ก่อตั้งและผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการวิจัยระบบสำรวจด้วยภาพและอิสระของคาลเทคและยูแอริโซนากล่าว "ในสถานการณ์ของเรา 'เบรดครัมบ์' เป็นเซ็นเซอร์ขนาดเล็กที่ขี่อยู่บนรถโรเวอร์ ซึ่งติดตั้งเซ็นเซอร์ขณะที่พวกมันสำรวจถ้ำหรือสภาพแวดล้อมใต้พื้นผิวอื่นๆ" ตรวจสอบสภาพแวดล้อมอย่างต่อเนื่องและรักษาการรับรู้ว่าพวกเขาอยู่ที่ไหนในอวกาศ รถโรเวอร์ดำเนินการด้วยตนเอง เชื่อมต่อซึ่งกันและกันผ่านการเชื่อมต่อข้อมูลไร้สาย ปรับใช้โหนดการสื่อสารไปพร้อมกัน เมื่อรถแลนด์โรเวอร์สัมผัสได้ว่าสัญญาณกำลังจางลงแต่ยังอยู่ในช่วงสัญญาณ มันจะทิ้งโหนดการสื่อสาร โดยไม่คำนึงว่าระยะทางได้ผ่านไปเท่าใดจริง ๆ นับตั้งแต่วางโหนดสุดท้าย "หนึ่งในแง่มุมใหม่คือสิ่งที่เราเรียกว่าการปรับใช้ตามโอกาส ซึ่งเป็นแนวคิดที่คุณปรับใช้ 'breadcrumbs' เมื่อจำเป็นและไม่เป็นไปตามกำหนดการที่วางแผนไว้ก่อนหน้านี้" Fink กล่าว ในขณะเดียวกันก็ไม่จำเป็นต้องป้อนข้อมูลจากรถแลนด์โรเวอร์ตัวแม่ ผู้ใต้บังคับบัญชาแต่ละคนจะทำการตัดสินใจด้วยตัวเอง Fink กล่าวเสริม ระบบสามารถทำงานได้สองวิธี Fink อธิบาย ประการแรก รถแลนด์โรเวอร์แม่ทำหน้าที่เป็นผู้รับเฉยๆ รวบรวมข้อมูลที่ส่งโดยยานโรเวอร์ที่ทำการสำรวจ ในอีกทางหนึ่ง รถแลนด์โรเวอร์ตัวแม่จะทำหน้าที่เป็นผู้ควบคุมวง ควบคุมการเคลื่อนไหวของโรเวอร์เหมือนกับหุ่นเชิด เครื่องจักรเข้าควบคุม แนวคิดใหม่นี้สอดประสานกับกระบวนทัศน์การลาดตระเวนที่ปรับขนาดได้หลายระดับ ซึ่งคิดค้นโดย Fink และเพื่อนร่วมงานในช่วงต้นทศวรรษ 2000 แนวคิดนี้จินตนาการถึงทีมหุ่นยนต์ที่ปฏิบัติการในระดับคำสั่งต่างๆ เช่น ยานโคจรที่ควบคุมเรือเหาะ ซึ่งจะควบคุมยานลงจอดหรือโรเวอร์บนพื้น ภารกิจอวกาศได้นำแนวคิดนี้ไปใช้แล้ว โดยหลายภารกิจมีส่วนร่วมโดยนักวิจัยของ UArizona ตัวอย่างเช่น บนดาวอังคาร รถสำรวจ Perseverance กำลังสั่งการ Ingenuity ซึ่งเป็นเฮลิคอปเตอร์หุ่นยนต์ แนวคิดสำหรับภารกิจอื่น ซึ่งสุดท้ายแล้วไม่ได้รับเลือกให้สนับสนุนเงินทุน เสนอให้ส่งยานโคจรที่บรรทุกบอลลูนและยานลงจอดในทะเลสาบเพื่อศึกษาหนึ่งในทะเลไฮโดรคาร์บอนบนดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ วิธีเบรดครัมบ์นำแนวคิดนี้ไปอีกขั้นด้วยการจัดหาแพลตฟอร์มที่แข็งแกร่งซึ่งช่วยให้นักสำรวจหุ่นยนต์สามารถปฏิบัติการใต้ดินหรือแม้แต่ใต้น้ำในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว Fink กล่าวว่า สำรวจดาวอังคาร ฝูงหุ่นยนต์อิสระแต่ละตัวสามารถช่วยในการค้นหาและกู้ภัยหลังจากเกิดภัยพิบัติทางธรรมชาติบนโลก Fink กล่าวว่าความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุด นอกเหนือจากการนำยานสำรวจเข้าไปในสภาพแวดล้อมใต้ผิวดินตั้งแต่แรกแล้ว คือการดึงข้อมูลที่พวกเขาบันทึกไว้ใต้ดินและนำมันกลับสู่พื้นผิว แนวคิด DDCN ช่วยให้ทีมยานสำรวจสามารถนำทางได้แม้ในสภาพแวดล้อมใต้ดินที่ซับซ้อน โดยไม่ขาดการติดต่อกับ "ยานแม่" บนพื้นผิว ติดตั้งระบบตรวจจับและตรวจจับแสงหรือลิดาร์ พวกมันสามารถทำแผนที่ทางเดินในถ้ำในสามมิติได้ทั้งหมด ไม่ต่างจากโดรนที่เห็นการสำรวจยานอวกาศของมนุษย์ต่างดาวในภาพยนตร์เรื่อง "Prometheus" "เมื่อปรับใช้แล้ว เซ็นเซอร์ของเราจะสร้างเครือข่ายเมชแบบไม่มีทิศทางโดยอัตโนมัติ ซึ่งหมายความว่าแต่ละโหนดจะอัปเดตตัวเองเกี่ยวกับแต่ละโหนดที่อยู่รอบๆ" Fink ผู้ให้รายละเอียดแนวคิด DDCN เป็นครั้งแรกในข้อเสนอต่อ NASA ในปี 2019 กล่าว "พวกเขาสามารถสลับระหว่างกันและชดเชยจุดตายและสัญญาณดับ" มาร์ค ทาร์เบล ผู้ร่วมเขียนบทความและนักวิทยาศาสตร์วิจัยอาวุโสในห้องปฏิบัติการของ Fink กล่าว "หากบางตัวตาย ยังคงมีการเชื่อมต่อผ่านโหนดที่เหลือ ดังนั้นยานแม่จะไม่ขาดการเชื่อมต่อกับโหนดที่ไกลที่สุดในเครือข่าย" ภารกิจที่ไม่มีวันหวนกลับ เครือข่ายโหนดการสื่อสารที่แข็งแกร่งทำให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลทั้งหมดที่รวบรวมโดยหุ่นยนต์สำรวจจะถูกส่งกลับไปที่ยานสำรวจแม่บนพื้นผิว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องนำหุ่นยนต์กลับคืนเมื่อทำงานเสร็จ Fink ผู้เผยแพร่แนวคิดการใช้กลุ่มโพรบพื้นผิวหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบใช้แล้วทิ้งในช่วงต้นปี 2014 กล่าว "พวกเขาได้รับการออกแบบมาให้ใช้จ่าย" เขากล่าว “แทนที่จะสิ้นเปลืองทรัพยากรเพื่อพาพวกมันเข้าไปในถ้ำและกลับออกมา มันสมเหตุสมผลกว่าที่จะให้พวกมันไปให้ไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้ และทิ้งพวกมันไว้เบื้องหลังเมื่อพวกเขาทำภารกิจสำเร็จ หมดพลัง หรือยอมจำนนต่อสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร” " เดิร์ก ชูลเซ-มาคุช ประธานสมาคมโหราศาสตร์แห่งเยอรมันและผู้เขียนสิ่งพิมพ์มากมายเกี่ยวกับชีวิตนอกโลกกล่าวว่า "แนวทางเครือข่ายการสื่อสารที่แนะนำในเอกสารฉบับใหม่นี้มีศักยภาพในการประกาศยุคใหม่ของการค้นพบดาวเคราะห์และโหราศาสตร์ "ในที่สุดมันก็ช่วยให้เราสำรวจถ้ำท่อลาวาบนดาวอังคารและมหาสมุทรใต้พื้นผิวของดวงจันทร์น้ำแข็ง - สถานที่ที่อาจมีสิ่งมีชีวิตนอกโลกอยู่" แนวคิดที่นำเสนอนี้ "มีมนต์ขลัง" ตามคำกล่าวของ Victor Baker ศาสตราจารย์ด้านอุทกวิทยาและวิทยาศาสตร์บรรยากาศ ธรณีศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของ UArizona "การค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งที่สุดเกิดขึ้นเมื่อความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้ทั้งสองสามารถเข้าถึงสิ่งใดสิ่งหนึ่งได้เป็นครั้งแรก หรือสถานที่และวิธีการสื่อสารสิ่งที่ค้นพบกับนักสร้างสรรค์ที่ต้องการความเข้าใจ" เบเกอร์กล่าว สำรวจโลกมหาสมุทรที่ซ่อนอยู่ ในสถานที่ที่ต้องใช้หุ่นยนต์ใต้น้ำ ระบบอาจประกอบด้วยยานลงจอด — ไม่ว่าจะลอยอยู่ในทะเลสาบ ในกรณีของไททัน หรือนั่งบนน้ำแข็งบนยอดมหาสมุทรใต้ผิวดิน เช่น บนยูโรปา — ที่เชื่อมต่อกับยาน เรือดำน้ำ เช่น ผ่านสายเคเบิลยาว ที่นี่โหนดการสื่อสารจะทำหน้าที่เป็นตัวทำซ้ำ เพิ่มสัญญาณในช่วงเวลาปกติเพื่อป้องกันไม่ให้ลดคุณภาพลง ที่สำคัญ Fink ชี้ให้เห็นว่าโหนดมีความสามารถในการรวบรวมข้อมูลด้วยตนเอง เช่น การวัดความดัน ความเค็ม อุณหภูมิ และพารามิเตอร์ทางเคมีและกายภาพอื่นๆ และเพื่อนำข้อมูลเข้าสู่สายเคเบิลที่เชื่อมต่อกลับไปที่ยานลงจอด "ลองนึกภาพว่าคุณไปถึงยูโรปา คุณละลายทางผ่านน้ำแข็งยาวหลายไมล์ ไหลลงไปยังมหาสมุทรใต้ผิวดิน ที่ซึ่งคุณพบว่าตัวเองถูกล้อมรอบด้วยสิ่งมีชีวิตต่างดาว แต่คุณไม่มีทางเอาข้อมูลกลับมาที่พื้นผิวได้" " เขาพูดว่า. "นั่นคือสถานการณ์ที่เราต้องหลีกเลี่ยง" หลังจากพัฒนาโรเวอร์และเทคโนโลยีการสื่อสารแล้ว กลุ่มของ Fink กำลังทำงานเกี่ยวกับการสร้างกลไกที่แท้จริงซึ่งโรเวอร์จะใช้โหนดการสื่อสาร "โดยพื้นฐานแล้ว เราจะสอน 'ฮันเซล' และ 'เกรเทล' ของเราถึงวิธีทิ้งเกล็ดขนมปัง เพื่อให้พวกมันรวมกันเป็นเครือข่ายการสื่อสารแบบเมชที่ใช้งานได้" ฟิงค์กล่าว