С тех пор, как человечество вышло в космос, слетало на Луну и освоилось на около земной орбите, нас не оставляли дерзкие мечты по освоению других планет. Самая близкая и более-менее доступная планета, Марс, давно вызывал интерес у ученых и визионеров.
NASA планирует отправить людей на Марс в 2035 году, Илон Маск мечтает о колонизации планеты в 2050 году. Список искусственных объектов, уже побывавших на Марсе или на его орбите, внушительный: Марс-2, Марс-3, Марс-6 (СССР), Викинг-1, Викинг-2, Спирит, Оппортьюнити, Кьюриосити (США), Тяньвэнь-1 (Китай). Однажды человечество прийдет к тому, что пошлет на Марс первых людей-исследователей, которые будут изучать эту планету. Как компания, разрабатывающая и производящая ручные 3D-сканеры, мы решили порассуждать, где и как на Марсе может быть использовано наше оборудование.
С чем столкнуться первые колонизаторы?
Полет на Марс займет около 6 месяцев и по рассказам специалистов он будет отнюдь не легким. Помимо явного дискомфорта в виде невесомости, путешественники столкнуться с психологическими трудностями. Высадка на Марс станет для них не облегчением, а новой ступенью испытаний. Низкая гравитация, радиация, регулярные пылевые бури, тонкая атмосфера, резкие перепады давления и температурные колебания от -140°C до +20°C.
Колонию, вероятнее всего, предпочтут разбить где-нибудь в низине, например, равнина Эллада. Эта низменность, как считается, образовалась в результате удара метеорита. Гравитация на равнине чуть выше, чем на остальной поверхности Марса. Атмосферное давление хоть и далеко от земного, но тоже чуть комфортнее – 1240 Па, что вдвое выше, чем в среднем по поверхности (для сравнения, на Земле нормальное атмосферное давление составляет в среднем примерно 101 325 Па.) На равнине Эллада встречаются необычные геологические образования вулканического и ударного (метеоритного) происхождений. Зимой равнина покрывается инеем. Некоторые ученые считают, что при определенных благоприятных условиях (атмосферное давление, время года и температура) там возможно обнаружить жидкую воду.
Жить первые колонизаторы будут в небольших модулях, защищённых от радиации слоем реголита толщиной 1-2 метра.
В таких условиях испытаниям на прочность подвергнуться не только люди, но и техника…
Особенности 3D-сканирования на Марсе
Основные компоненты 3D-сканеров: оптика и электроника, чувствительная к температурам. Допустимая температура эксплуатации сканеров +5/+40C. Соответственно, использовать 3D-сканер будет возможно либо марсианским летом, либо внутри жилых модулей.
Низкая гравитация, как и разряженная атмосфера, не создадут трудностей для прибора, однако большое количество пыли может оседать на линзах и на электронных компонентах внутри корпуса. Высокий уровень радиации на Марсе, вызванный отсутствием плотной атмосферы и магнитного поля, может повредить электронику сканеров. Все эти особенности планеты потребуют дополнительной защиты для 3D-сканера, чтобы обеспечить стабильную работу прибора.
Для работы 3D-сканера и обработки данных потребуется значительное количество вычислительных мощностей, что в свою очередь потребует доставочного количества электроэнергии. В условиях Марса добывать энергию будет не так просто, как на Земле.
Зачем вообще нужен 3D-сканер на Марсе?
С учетом неблагоприятных условий красной планеты, 3D-сканер придется существенно дорабатывать и оптимизировать. В связи с этим возникает вопрос: а зачем нужен первой колонии такой сложный прибор на Марсе? Чем он сможет быть полезным?
3D-сканирование в первой колонии на Марсе может решать следующие задачи:
- Ручной 3D-сканер может документировать находки, такие как потенциальные следы древних водных потоков, возможные окаменелости или необычные геологические формации для последующего анализа на Земле. Сканирование образцов грунта или следов метеоритов позволит ученым изучать марсианскую геологию без необходимости физического перемещения образцов, что в условиях сложности и дальности полета будет существенной экономией ресурсов.
-
Диагностика и ремонт жилых модулей и инфраструктуры, включая создание цифровых моделей для 3D-печати запасных деталей. Ручной 3D-сканер может использоваться для проверки целостности оборудования, такого как солнечные панели, марсоходы или элементы жилых модулей, подверженных износу из-за пылевых бурь и экстремальных условий. Сканер позволит создать 3D-модель объектов до и после эксплуатации, выявляя трещины, деформации или скопления пыли, что важно учитывать при построении первой человеческой колонии на Марсе. Анализ данных моделей на Земле даст ученым и инженерам полезные знания о том, какие материалы и инженерные решения наиболее пригодны для последующих колоний.
-
Медицинское сканирование колонистов для диагностики проблем, связанных с низкой гравитацией и радиацией.
Каким должен быть идеальный 3D-сканер для Марса?
Учитывая особенности среды, в которой придется работать первым колонистам, 3D-сканер для Марса должен обладать, как нам кажется, следующими характеристиками:
-
Небольшой размер и относительно легкий вес (до 1 кг.). Несмотря на то, что гравитация на Марсе ниже земной, а значит привычные нам объекты будут «легче» (100 кг будут чувствоваться как 38 кг), первые поселенцы будут передвигаться в скафандрах. Ограниченность и скованность движений, вес снаряжения будут осложнять работу и без того в неблагоприятных условиях. Любая возможность облегчить 3D-сканер будет значительным преимуществом.
-
Герметичный корпус. Марс – довольно пыльная планета. При порывах ветра мельчайший песок и пыль могут проникать в щели корпуса, что может привести к поломкам в оптике и электронике. Не лишними будут решения по защите линз от микроцарапин.
-
Эффективность. Генерировать электроэнергию на Марсе будет значительно труднее, чем на Земле. Большая ее часть пойдет на жилые модули, роверы и системы жизнеобеспечения и связи с Землей. Поэтому 3D-сканер должен быть энергоэффективным и обладать оптимизированными алгоритмами.
-
-
Для того, чтобы оцифровать мельчайшие детали, 3D-сканер должен иметь достаточную точность (до 0.07мм) и разрешение (до 0.15мм). Программное обеспечение должно позволять производить простейший анализ 3D-моделей на месте (карта глубин, измерение расстояний, построение сечений и т.д.)