Estos proyectos de estudiantes de Caltech podrían ayudar a construir una base lunar

Para aquellos que sueñan con construir una base en la Luna, un importante desafío de ingeniería es descubrir cómo mover vehículos exploradores, hielo y otras cargas a través de terrenos traicioneros y fuera de cráteres lunares empinados y dentados.

"La mayoría de los escenarios de bases lunares que la NASA está considerando implican intentar vivir en un cráter o meter y sacar cosas de los cráteres", dice Lucas Pabarcius, estudiante de tercer año de Caltech, quien dirige el proyecto de Arquitectura Lunar para Travesía de Árboles en servicio. del equipo de Exploración de Cable (LATTICE). "Y eso es un desafío de locomoción extremo porque las paredes de estos cráteres tienen kilómetros de largo y pendientes de 30 a 40 grados".

El equipo de LATTICE ahora está diseñando un sistema robótico modular autodesplegable para transportar hielo y otros activos dentro y fuera de esos cráteres. El sistema, que funcionaría como una tirolesa en la luna, clava estacas en el suelo, une cables a las estacas y transporta carga a través de los cables en lanzaderas robóticas. LATTICE estuvo entre los siete finalistas del Desafío de ideas revolucionarias, innovadoras y revolucionarias (BIG) 2022 de la NASA, y su equipo de 60 miembros fue el único compuesto íntegramente por estudiantes universitarios.

La parte mejor diseñada de LATTICE son las lanzaderas que viajan sobre los cables, explicó Pabarcius. Son capaces de transportar cargas útiles significativamente más grandes en relación con su masa y a velocidades más rápidas que las que pueden alcanzar vehículos lunares comparables, todo mientras suben y bajan pendientes pronunciadas. Los transbordadores también producen la tensión necesaria para levantarse del suelo y mantener la tracción durante su viaje utilizando actuadores compactos que pueden generar tanto torque como los autos de carreras de Fórmula 1. El mecanismo operativo de la lanzadera fue desarrollado por el equipo desde cero y está en proceso de patentarse.

LATTICE sigue el proyecto finalista de BIG Idea 2021 de Caltech, Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield (HOMES), que se centró en el problema del polvo lunar. "El polvo lunar es increíblemente abrasivo", dice el líder del equipo HOMES, Malcolm Tisdale, quien también es estudiante de tercer año de Caltech. "Sus propiedades lo convierten en un gran problema para cualquier tipo de sistema diseñado en la Luna".

HOMES emplea baldosas cuadradas modulares que pueden unirse para formar una protección contra el polvo electrodinámica. Los cables dentro de las baldosas generan un campo eléctrico que se extiende por las superficies de las baldosas y repele las partículas de polvo. Variando o alternando la corriente en los cables, o cambiando la orientación de las losas, HOMES puede controlar la eliminación del polvo. "Parece magia", dice Tisdale. "El polvo simplemente levita hacia un lado".

En noviembre pasado, el equipo de LATTICE probó un prototipo a pequeña escala de su sistema en un desierto del valle de Lucerna en California. El equipo estaba especialmente interesado en el rendimiento del sistema para clavar estacas en el suelo. Las estacas funcionan como puntos de anclaje para los cables sobre los que viajan las lanzaderas que transportan carga.

"LATTICE funcionó mejor de lo que esperábamos", dice Pabarcius. “Tuvimos que diseñar un sistema que fuera liviano y que también pudiera clavar estas varillas en el suelo con poca potencia, por lo que en realidad es bastante lento debido a eso. Lo notable es que parece que no pasa nada, pero luego te vas y regresas 15 o 20 minutos más tarde, y la estaca está en el suelo. Eso es muy bonito."

Tisdale y Pabarcius elogiaron a sus mentores en Caltech y JPL, quienes, según dicen, siempre están dispuestos a abordar los problemas con los estudiantes y brindar asesoramiento técnico. Uno de esos mentores fue Soon-Jo Chung, Profesor Bren de Control y Sistemas Dinámicos en Caltech y científico investigador senior del JPL.

"Fue un placer trabajar con nuestros estudiantes universitarios", dice Chung. “Los estudiantes de Caltech están muy ocupados tomando cursos y no obtienen crédito adicional por participar en estos proyectos. Requieren mucho tiempo, por lo que los estudiantes tienen que estar muy dedicados”.

El propio laboratorio de Chung también tiene la vista puesta en la Luna. Su equipo está desarrollando un “algoritmo de coordinación de múltiples agentes” que podría permitir que múltiples vehículos exploradores y drones en la Luna o Marte sincronicen sus movimientos y compartan datos sensoriales. "Es realmente una tecnología de enjambre", dice Chung. "Nuestro objetivo es emplear estos nuevos algoritmos de autonomía para la exploración lunar".

LATTICE ganó el premio al concepto más visionario del BIG Idea Challenge 2022 y su desarrollo continúa en Caltech. Pabarcius y Tisdale son optimistas en cuanto a que algún día alguna versión del sistema podría desplegarse en la Luna, o más allá. "Lo realmente interesante de LATTICE es que es una arquitectura general", dice Pabarcius. "No estamos casados ​​con ninguna implementación específica porque dependiendo de cuáles sean tus objetivos, es muy fácil de adaptar".

Dado que el polvo es un problema común en la exploración planetaria, HOMES también podría modificarse para diversos fines. Por ejemplo, el módulo de aterrizaje InSight Mars de la NASA se vio obligado a finalizar su misión el año pasado cuando el exceso de polvo en sus paneles solares impidió la recarga. Tisdale cree que HOMES podría ayudar a prevenir situaciones similares. "Exactamente la misma tecnología, con algunos ajustes de geometría, funcionaría en Marte", dice.

Chung dice que LATTICE y HOMES representan "conceptos realmente avanzados que pueden dar forma al futuro de la exploración lunar". Los proyectos ilustran, añade, cómo Caltech tiene un impacto tan grande en la exploración planetaria, en parte debido al pequeño tamaño del Instituto. “Lo que hace cada miembro del profesorado y cada estudiante en realidad tiene un peso enorme aquí”, afirma Chung.

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