Такие миссии, как миссия OSIRIS-REx на астероид Бенну и миссия Hyabusa II на Рюгу, часто выполняются роботами-исследователями, которые отправляют изображения на Землю, демонстрирующие сложные поверхности астероидов с потрескавшимися валунами и полями обломков.
Чтобы лучше понять поведение материала астероидов и спроектировать успешных роботов-исследователей, исследователи должны сначала точно понять, как эти исследователи воздействуют на поверхность астероидов во время их приземления.
В статье, опубликованной в журнале Icarus, исследователи факультета физики и астрономии Университета Рочестера, в том числе Элис Куиллен, профессор физики и астрономии, и Эстебан Райт, аспирант лаборатории Куиллена, провели лабораторные эксперименты, чтобы определить, что происходит. когда исследователи и другие объекты касаются сложных гранулированных поверхностей в условиях низкой гравитации. Их исследования предоставляют важную информацию для повышения точности сбора данных об астероидах.
«Управление роботом-исследователем имеет первостепенное значение для успеха миссии», – говорит Райт. "Мы хотим избежать ситуации, когда посадочный модуль застревает в собственном месте посадки или потенциально отскакивает от поверхности и уходит в непреднамеренном направлении. Для исследователя также может быть желательно пропускать по поверхности для путешествий на большие расстояния."
Исследователи использовали песок для изображения поверхности астероида в лаборатории.
Они использовали шарики, чтобы измерить, как объекты ударяются о песчаные поверхности под разными углами, и снимали шарики на высокоскоростное видео, чтобы отслеживать траектории шариков и их вращение во время столкновения с песком.
«Гранулированные материалы, такие как песок, обычно достаточно абсорбируют при ударе», – говорит Квиллен. "Подобно пушечному ядру, рикошетирующему от воды, толкаемый песок может действовать как снег перед снегоочистителем, поднимая снаряд, заставляя его ускользать от поверхности."
Исследователи построили математическую модель, которая включает число Фруда, безразмерное соотношение, которое зависит от силы тяжести, скорости и размера.
Масштабируя модель с помощью числа Фруда, исследователи смогли применить знания, полученные в ходе экспериментов с мрамором, в условиях низкой гравитации, например, на поверхности астероидов.
«Мы обнаружили, что при скоростях, близких к космической скорости – скорости, с которой объект избегает гравитационного притяжения – многие, если не большинство камней и валунов, вероятно, будут рикошетить о астероиды», – говорит Райт.
Результаты объясняют, почему на астероидах разбросаны валуны и камни, расположенные на их поверхности, а также они влияют на угол, под которым роботизированные миссии должны будут успешно приземлиться на поверхности астероида.
«Роботизированные миссии, которые касаются поверхности астероида, должны будут контролировать момент приземления, чтобы они не отскакивали», – говорит Квиллен. «Роботы могут достичь этого, сделав угол удара почти вертикальным, уменьшив скорость удара до очень небольшого значения или сделав скорость удара достаточно большой, чтобы образовался глубокий кратер, от которого робот-исследователь не отскочит. из."
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = XABZRd5g9DA & feature = emb_logo