Questi progetti studenteschi del Caltech potrebbero aiutare a costruire una base lunare

Per coloro che sognano di costruire una base sulla Luna, una grande sfida ingegneristica è capire come spostare rover, ghiaccio e altri carichi attraverso terreni insidiosi e fuori dai crateri lunari ripidi e frastagliati.

"La maggior parte degli scenari di basi lunari che la NASA sta prendendo in considerazione implicano il tentativo di vivere in un cratere o di far entrare e uscire oggetti dai crateri", afferma Lucas Pabarcius, studente del terzo anno del Caltech, che guida il Lunar Architecture for Tree Traversal in-service- del team Cable Exploration (LATTICE). "E questa è una sfida di locomozione estrema perché queste pareti del cratere sono lunghe chilometri e hanno pendenze da 30 a 40 gradi."

Il team LATTICE sta ora progettando un sistema robotico modulare auto-dispiegabile per trasportare ghiaccio e altre risorse dentro e fuori quei crateri. Il sistema, che funzionerebbe come una teleferica sulla Luna, pianta i pali nel terreno, collega i cavi ai pali e trasporta il carico attraverso i cavi in ​​navette robotiche. LATTICE è stato tra i sette finalisti della Breakthrough, Innovative, and Game-changing (BIG) Idea Challenge 2022 della NASA e il suo team di 60 membri era l'unico composto interamente da studenti universitari.

La parte più ingegnerizzata di LATTICE sono le navette che viaggiano sui cavi, ha spiegato Pabarcius. Sono in grado di trasportare carichi utili significativamente più grandi rispetto alla loro massa e a velocità più elevate di quelle che possono essere raggiunte da rover lunari comparabili, il tutto mentre attraversano su e giù per pendii ripidi. Le navette producono anche la tensione necessaria per sollevarsi da terra e mantenere la trazione durante il viaggio utilizzando attuatori compatti in grado di erogare la stessa coppia delle auto da corsa di Formula 1. Il meccanismo di funzionamento della navetta è stato sviluppato da zero dal team ed è in fase di brevetto.

LATTICE segue il progetto finalista di BIG Idea 2021 di Caltech, Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), incentrato sul problema della polvere lunare. "La polvere lunare è incredibilmente abrasiva", afferma il leader del team HOMES Malcolm Tisdale, che è anche uno studente universitario del terzo anno del Caltech. “Le sue proprietà lo rendono un grosso problema per qualsiasi tipo di sistema ingegnerizzato sulla Luna”.

HOMES utilizza piastrelle quadrate modulari che possono agganciarsi insieme per formare uno schermo antipolvere elettrodinamico. I fili all'interno delle piastrelle generano un campo elettrico che si estende attraverso le superfici delle piastrelle e respinge le particelle di polvere. Variando o alternando la corrente nei fili, o cambiando l'orientamento delle piastrelle, HOMES può controllare la rimozione della polvere. "Sembra una magia", dice Tisdale. "La polvere levita semplicemente da un lato."

Lo scorso novembre, il team LATTICE ha testato un prototipo su piccola scala del suo sistema in un deserto nella Lucerne Valley, in California. Il team era particolarmente interessato alle prestazioni del sistema per piantare i paletti nel terreno. I picchetti funzionano come punti di ancoraggio per i cavi su cui viaggiano le navette che trasportano le merci.

“LATTICE ha funzionato meglio di quanto ci aspettassimo”, afferma Pabarcius. “Abbiamo dovuto progettare un sistema che fosse leggero e che potesse anche piantare queste aste nel terreno a bassa potenza, quindi in realtà è piuttosto lento per questo motivo. La cosa straordinaria è che sembra che non succeda nulla, ma poi te ne vai e torni 15, 20 minuti dopo, e il paletto è nel terreno. È davvero bello.

Tisdale e Pabarcius hanno elogiato i loro mentori al Caltech e al JPL, che secondo loro sono sempre disposti ad affrontare i problemi con gli studenti e a fornire consulenza tecnica. Uno di questi mentori era Soon-Jo Chung, professore Bren di sistemi di controllo e dinamica al Caltech e ricercatore senior del JPL.

"È stata una vera gioia lavorare con i nostri studenti universitari", afferma Chung. “Gli studenti del Caltech sono molto impegnati a seguire i corsi e non ricevono crediti aggiuntivi per la partecipazione a questi progetti. Richiedono molto tempo, quindi gli studenti devono essere davvero dedicati.

Anche il laboratorio di Chung ha gli occhi puntati sulla Luna. Il suo team sta sviluppando un “algoritmo di coordinazione multi-agente” che potrebbe consentire a più rover e droni sulla Luna o su Marte di sincronizzare i propri movimenti e condividere dati sensoriali. "È davvero una tecnologia a sciame", afferma Chung. “Il nostro obiettivo è utilizzare questi nuovi algoritmi di autonomia per l’esplorazione lunare”.