Работая со своим отраслевым партнером, компанией Thales Alenia Space из Великобритании, команда ученых исследовала виртуальную версию реголита, иначе говоря лунной пыли. Эти породы представляют особый интерес для предстоящих миссий по исследованию естественного спутника нашей планеты, запланированных на следующее десятилетие. Из них ученые потенциально могут извлечь ценные ресурсы, такие как кислород, ракетное топливо или строительные материалы для поддержания долгосрочного присутствия на Луне.

Для сбора реголита практическим выбором становятся роботы с дистанционным управлением из-за меньших рисков и затрат по сравнению с полетом человека в космос. Однако управление этими машинами на таких больших расстояниях связано с большим временем отклика системы, что затрудняет работы.

Теперь же, когда команда знает, что эта модель ведет себя аналогично реальности, они могут использовать ее для симуляции. Такой подход позволяет операторам управлять роботом без задержек, обеспечивая более плавную и эффективную работу.

"Представьте, что это реалистичная видеоигра, действие которой происходит на Луне – мы хотим быть уверены, что виртуальная версия лунной пыли ведет себя так же, как реальная, — объясняет ведущий автор Джо Лука из Бристольской школы инженерной математики и технологий. — Эта модель точная, масштабируемая и нетребовательная с точки зрения вычислительной мощности, поэтому ее можно использовать для поддержки предстоящих миссий".

Ранее команда уже продемонстрировала, что опытные операторы роботов предпочитают тренироваться на системах с постепенно увеличивающимся риском и реализмом. Это означает, что нужно начать с симуляций, а затем перейти к использованию физических макетов, прежде чем переходить к использованию реальной системы. Точная имитационная модель имеет решающее значение для обучения и развития доверия оператора к системе.

Хотя некоторые особенно точные модели лунной пыли создавались и ранее, они были настолько детализированы, что требовали много вычислительного времени. Иными словами, они слишком медленные для плавного управления роботом. Исследователи из DLR (Немецкого аэрокосмического центра) решили эту проблему, создав виртуальную модель реголита, которая учитывает его плотность, липкость и трение, а также пониженную гравитацию Луны. Их разработка представляет интерес для космической отрасли, поскольку она требует мало вычислительных ресурсов и, следовательно, может функционировать в режиме реального времени. Однако лучше всего симуляция работает с небольшим количеством лунной пыли.

Целью команды из Бристоля было, во-первых, расширить модель, чтобы она могла обрабатывать больше реголита, оставаясь при этом достаточно легкой для работы в режиме реального времени, а затем проверить ее экспериментально.

"На протяжении всего этого проекта мы в первую очередь фокусировались на улучшении пользовательского опыта для операторов этих систем – как мы могли бы облегчить их работу? — добавляет Лука. — Мы начали с оригинальной модели виртуального реголита, разработанной DLR, и модифицировали ее, чтобы сделать ее более масштабируемой. Затем провели серию экспериментов – наполовину в смоделированной среде, наполовину в реальном мире – чтобы определить, ведет ли виртуальная лунная пыль себя так же".

В дальнейшем команда планируют выяснить, можно ли разработать подобную систему для моделирования марсианского грунта, что может быть полезно для будущих исследовательских миссий, или для обучения ученых работе с материалами из долгожданной миссии по получению образцов с Марса.

Статья была опубликована в журнале Space Technologies.