Ces projets étudiants de Caltech pourraient aider à construire une base lunaire

Pour ceux qui rêvent de construire une base sur la Lune, un défi technique majeur consiste à trouver comment déplacer les rovers, la glace et autres marchandises sur des terrains dangereux et hors des cratères lunaires escarpés et déchiquetés.

"La plupart des scénarios de base lunaire envisagés par la NASA impliquent d'essayer soit de vivre dans un cratère, soit de faire entrer et sortir des objets des cratères", explique Lucas Pabarcius, étudiant en troisième année à Caltech, qui dirige l'architecture lunaire pour la traversée des arbres en service. de l'équipe d'exploration du câble (LATTICE). "Et c'est un défi de locomotion extrême car ces parois de cratère mesurent des kilomètres de long et ont des pentes de 30 à 40 degrés."

L'équipe LATTICE conçoit actuellement un système robotique modulaire auto-déployable pour transporter de la glace et d'autres actifs dans et hors de ces cratères. Le système, qui fonctionnerait comme une tyrolienne sur la lune, enfonce des piquets dans le sol, attache des câbles aux piquets et transporte des marchandises à travers les câbles dans des navettes robotisées. LATTICE figurait parmi les sept finalistes du défi d'idées révolutionnaires, innovantes et révolutionnaires (BIG) 2022 de la NASA, et son équipe de 60 membres était la seule composée entièrement d'étudiants de premier cycle.

La partie la plus conçue de LATTICE sont les navettes qui circulent sur les câbles, a expliqué Pabarcius. Ils sont capables de transporter des charges utiles nettement plus importantes par rapport à leur masse et à des vitesses plus rapides que celles atteintes par des rovers lunaires comparables, tout en montant et descendant des pentes abruptes. Les navettes produisent également la tension nécessaire pour se soulever du sol et maintenir la traction pendant leur trajet à l'aide d'actionneurs compacts capables de produire autant de couple que les voitures de course de Formule 1. Le mécanisme de commande de la navette a été entièrement développé par l’équipe et est en cours de brevetage.

LATTICE fait suite au projet finaliste BIG Idea 2021 de Caltech, l'Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), qui s'est concentré sur le problème de la poussière lunaire. «La poussière lunaire est incroyablement abrasive», déclare Malcolm Tisdale, chef de l'équipe HOMES, qui est également étudiant en troisième année à Caltech. "Ses propriétés en font un problème majeur pour tout type de système conçu sur la Lune."

HOMES utilise des tuiles carrées modulaires qui peuvent s'emboîter pour former un pare-poussière électrodynamique. Les fils à l'intérieur des carreaux génèrent un champ électrique qui s'étend sur la surface des carreaux et repousse les particules de poussière. En faisant varier ou alterner le courant dans les fils, ou en changeant l'orientation des carreaux, HOMES peut contrôler l'élimination des poussières. "Cela ressemble à de la magie", dit Tisdale. "La poussière lévite d'un côté."

En novembre dernier, l'équipe LATTICE a testé un prototype à petite échelle de son système dans un désert de la vallée de Lucerne en Californie. L'équipe s'est particulièrement intéressée aux performances du système d'enfoncement des piquets dans le sol. Les piquets servent de points d'ancrage aux câbles sur lesquels circulent les navettes transportant des marchandises.

«LATTICE a fait mieux que prévu», déclare Pabarcius. « Nous avons dû concevoir un système qui soit léger et qui puisse également enfoncer ces tiges dans le sol avec une faible puissance, donc c'est en fait assez lent à cause de cela. Ce qui est remarquable, c'est qu'il semble que rien ne se passe, mais ensuite vous vous éloignez et vous revenez 15, 20 minutes plus tard, et le pieu est enfoncé dans le sol. C'est plutôt cool."

Tisdale et Pabarcius ont félicité leurs mentors à Caltech et au JPL, qui, selon eux, sont toujours prêts à résoudre les problèmes avec les étudiants et à fournir des conseils techniques. L'un de ces mentors était Soon-Jo Chung, professeur Bren de contrôle et de systèmes dynamiques à Caltech et chercheur scientifique principal au JPL.

« C'était une telle joie de travailler avec nos étudiants de premier cycle », dit Chung. « Les étudiants de Caltech sont très occupés à suivre des cours et ils n'obtiennent pas de crédits supplémentaires pour leur participation à ces projets. Ils demandent beaucoup de temps, donc les étudiants doivent être très dévoués. »

Le propre laboratoire de Chung vise également la Lune. Son équipe développe un « algorithme de coordination multi-agents » qui pourrait permettre à plusieurs rovers et drones sur la Lune ou sur Mars de synchroniser leurs mouvements et de partager des données sensorielles. « Il s'agit vraiment d'une technologie en essaim », explique Chung. "Notre objectif est d'utiliser ces nouveaux algorithmes d'autonomie pour l'exploration lunaire."