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Apr 04, 2024

Ein neuer Ansatz, um das Risiko eines Solarverlusts zu verringern

Feature vom 20. August 2023 Dieser Artikel wurde gemäß dem Redaktionsprozess und den Richtlinien von Science X überprüft. Die Redakteure haben die folgenden Attribute hervorgehoben und dabei den Inhalt sichergestellt

Feature vom 20. August 2023

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von Ingrid Fadelli, Phys.org

Die NASA und andere Weltraumagenturen weltweit schicken regelmäßig Roboter und automatisierte Fahrzeuge in den Weltraum, um Planeten und andere Himmelsobjekte in unserem Sonnensystem zu erkunden. Diese Missionen können unser Verständnis der Umwelt und Ressourcen in anderen Teilen des Sonnensystems erheblich verbessern.

Forscher des Instituts für Luft- und Raumfahrtstudien der Universität Toronto und des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA führten kürzlich eine Studie durch, in der sie Wiederherstellungsstrategien untersuchten, die die Wirksamkeit und den Erfolg von Monderkundungen mit solarbetriebenen Rovern verbessern könnten. Ihr auf arXiv vorveröffentlichtes Papier stellt einen neuen Ansatz vor, der solarbetriebenen Rovern dabei helfen könnte, dauerhaft beschattete Regionen auf dem Mond sicher zu verlassen.

„In den letzten Jahren haben mehrere Nationen Interesse an der Erforschung des Mondsüdpols bekundet, darunter die Vereinigten Staaten, China, Indien, Russland und andere“, sagte Olivier Lamarre, der Forscher, der die Studie leitete, gegenüber Phys.org.

„Die meisten von ihnen planen, mit solarbetriebenen Rovern Gebiete zu erkunden, die ständig im Schatten liegen (sogenannte permanent beschattete Regionen oder PSRs), von denen wir vermuten, dass sie große Mengen Wassereis enthalten könnten. Wie man sich vorstellen kann, betritt man ein PSR.“ mit einem solarbetriebenen Rover ist ein riskantes Unterfangen! Wenn der Rover durch Störungen verzögert wird, kann es sein, dass er nicht mehr ans Sonnenlicht zurückkehren kann, bevor ihm die Energie ausgeht.“

Solarbetriebene Rover können hinsichtlich der Energieeffizienz zahlreiche Vorteile bieten, sind jedoch durch ihre Abhängigkeit vom Sonnenlicht für ihren Betrieb eingeschränkt. Da einige Regionen auf dem Mond permanent im Schatten liegen, kann die Abhängigkeit der Rover vom Sonnenlicht dazu führen, dass sie diese Gebiete nicht sicher erkunden und dann verlassen können, was dazu führt, dass ihnen während ihrer Mission die Energie ausgeht.

Ein Hauptziel der jüngsten Arbeit von Lamarre und seinen Kollegen bestand darin, die Wahrscheinlichkeit zu quantifizieren, dass solarbetriebene Rover bei der Erkundung dieser schattigen Gebiete auf dem Mond verloren gehen. Darüber hinaus wollte das Team einen Ansatz entwickeln, der dazu beitragen könnte, die Wahrscheinlichkeit zu maximieren, dass die solarbetriebenen Rover ihre Missionen sicher abschließen.

„Zuerst müssen wir definieren, was es für einen solarbetriebenen Rover bedeutet, am Südpol des Mondes ‚sicher‘ zu sein“, erklärte Lamarre. „Dazu achten wir darauf, wo der Rover ein PSR verlässt, zu welcher Zeit und mit wie viel Energie noch in seinen Batterien ist. Dies gibt einen Hinweis darauf, ob der Rover vor der nächsten Etappe seiner Mission an Ort und Stelle überwintern kann ( und somit bis dahin „sicher“ bleiben). Dann berechnen wir eine Online-Traversenplanungsmethode, der der Rover von jedem Startzustand aus (auch innerhalb von PSRs) folgen kann, um seine Überlebenswahrscheinlichkeit zu maximieren.“

Die von Lamarre und seinen Kollegen skizzierte Planungsmethodik wird als Wiederherstellungspolitik bezeichnet, da es sich im Wesentlichen um eine Rückfallstrategie handelt, die es einem Rover ermöglicht, die Chance zu maximieren, „sicher“ zu erreichen (d. h. Regionen, in denen das Sonnenlicht ihn erreicht und seine Energie wieder auflädt). Batterie). In ihrer Arbeit zeigten die Forscher, dass die Berechnung dieser Erholungspolitik in diesem Zusammenhang eine Herausforderung sein kann, da sie mehrere Näherungen erfordert, die, wenn sie sehr falsch sind, die Zuverlässigkeit der Gesamtvorhersagen beeinträchtigen könnten.

„Zum Beispiel ist Zeit eine kontinuierliche Dimension unseres Zustandsraums, die diskretisiert werden muss“, sagte Lamarre.

„Wir müssen sicherstellen, dass diese Näherung/Diskretisierung die Vorhersagen über die Wahrscheinlichkeit eines Scheiterns nicht gefährlich verzerrt. Am Südpol des Mondes ist die Sonneneinstrahlung sehr dynamisch; nahegelegene Berge und Krater können große Schatten auf die Oberfläche werfen. Wenn der Rover Liegt das Unternehmen im Vergleich zu den (ungefähren) Annahmen der Richtlinie etwas hinter dem Zeitplan zurück, kann es sein, dass eine kritische Solarladeperiode verpasst wird. Das Gleiche gilt, wenn es im Vergleich zu den Annahmen der Richtlinie etwas vor dem Zeitplan liegt.“

Da diese Zeitannäherungen einen großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Wiederherstellungsrichtlinien für die solarbetriebenen Rover haben, hielten Lamarre und seine Kollegen sie äußerst konservativ. Dies minimiert letztendlich das Risiko eines Scheiterns und erhöht gleichzeitig die Wahrscheinlichkeit, dass die Richtlinie bei realen Einsätzen sicher bleibt.

„Wir glauben, dass dieser Ansatz in vielerlei Hinsicht nützlich ist“, sagte Lamarre. „Erstens stellt es einen Schritt hin zu weitreichenden autonomen Mobilitätsplanungsalgorithmen dar, die Risiken bei solarbetriebenen Rovern proaktiv berücksichtigen (oder begründen). Darüber hinaus könnte unsere Technik zu einem nützlichen Werkzeug für menschliche Bediener werden, wenn sie neue Formulierungen formulieren.“ Rover-Missionen am Südpol des Mondes (es könnte für die Auswahl des Landeplatzes, die Planung globaler Traversen und Risikovorhersagen usw. verwendet werden) oder sogar eine laufende Mission durch den Ground-in-the-Loop-Betrieb unterstützen.“

In Zukunft könnte die von diesem Forscherteam eingeführte Wiederherstellungspolitik auf reale Erkundungsmissionen auf dem Mond angewendet werden, um das Risiko zu verringern, dass solarbetriebene Rover in schattigen Regionen verloren gehen. Da die aktuelle Studie in Zusammenarbeit mit dem JPL der NASA durchgeführt wurde, könnte der Ansatz bald in verschiedenen realistischen Mondszenarien getestet werden.

„Bisher haben wir unseren Ansatz anhand von Orbitaldaten des Cabeus-Kraters getestet, aber wir hoffen, die benutzerdefinierten Sonnenbeleuchtungskarten der NASA verwenden und unsere Technik in vielen anderen Bereichen am Mondsüdpol anwenden zu können, die eines Tages von Robotern besucht werden.“ oder bemannte Missionen wie Shackleton, Faustini, Nobile, Haworth und Shoemaker Craters“, fügte Lamarre hinzu. „Außerdem arbeiten wir derzeit an einer neuen Generation risikovorhersagender Langstreckennavigationsalgorithmen für die Erkundung des Mondsüdpols mit solarbetriebenen Rovern.“

Mehr Informationen: Olivier Lamarre et al., Wiederherstellungsrichtlinien für die sichere Erkundung dauerhaft beschatteter Mondregionen durch einen solarbetriebenen Rover, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2307.16786

Zeitschrifteninformationen:arXiv

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