Научные исследования Марса продолжаются, ряд стран планируют отправить роботизированные миссии с целью обнаружить доказательства прошлой жизни на планете и изучить эволюцию климата и литосферы. На данный момент на Марсе активно работают десять миссий, включающих орбитеры, ландеры, роверы и даже вертолёт - Ingenuity. Будущее исследований Марса направлено на исследование более отдаленных участков планеты, включая ранее недоступные места. Одним из наиболее интересных объектов для исследования стали лавовые трубки, скрывающие в себе множество научных загадок.

В результате исследований оказалось, что лавовые трубки на Марсе могут быть источником ценных научных открытий, таких как водяной лёд и органические молекулы. Проекты миссий планетологов даже рекомендуют создание жилых модулей внутри этих естественных полостей, чтобы астронавты могли найти защиту от радиации, пылевых бурь и экстремальных условий на поверхности планеты. В свежем исследовании инженерная команда опубликовала подробное описание автономного марсианского дрона (MID), вдохновлённого вертолётом Ingenuity, способного распознавать и детально исследовать марсианские лавовые трубки.

Даниэль Бетко и Сабина Чудин, два авиационных инженера из Бухарестского политехнического университета, при поддержке доцента кафедры аэрокосмических наук Петрисора-Валентина Парву, провели исследование операций наведения, пилотирования и контроля для автономного дрона, чьи решения будут основываться на использовании нейронной сети.

Лавовые трубки на Марсе были впервые обнаружены орбитерами Viking, которые исследовали планету с 1976 по 1980 годы. Полученные в ходе этих миссий изображения показали множество интересных особенностей, указывающих на совершенно иную природу Марса в прошлом. Среди этих особенностей были русла рек, бассейны и наносные отложения, свидетельствующие о том, что на поверхности планеты когда-то текла вода. Подтверждение пришло от последующих миссий, таких как Mars Odyssey, Mars Global Surveyor, Mars Express и Mars Reconnaissance Orbiter, что говорит о геологической активности Марса в прошлом.

Как отмечает Даниэль Бетко, марсианские лавовые трубки представляют большой интерес для научного сообщества. Аналогичные присутствуют и на Луне, они способны вместить базы астронавтов или даже целые города, обеспечив естественную защиту от радиации и неблагоприятных погодных условий. По словам Бетко, «эти лавовые трубки особенно интересны для астробиологии, так как могут сохранять доказательства о существовании жизни на Марсе в прошлом и предоставить защиту от УФ-излучения. Кроме того, такие пещеры могут служить убежищем для будущих миссий Марса от микрометеоритов или для теплоизоляции».

Одновременно с этим, имеется значительное количество исследований, указывающих на то, что лавовые трубки на Марсе могут содержать водяной лёд и быть потенциальным убежищем для марсианской жизни, которая если и сохранилась, то вероятно, в виде выносливых бактерий. В связи с этим, лавовые трубки становятся потенциальными местами для размещения жилых модулей астронавтов, проведения исследований астробиологии и, возможно, создания постоянных поселений.

На сегодня предложено множество концепций миссий для исследования этих лавовых трубок, включая использование сетевых роверов и роботов-змей. Однако демонстрация возможностей вертолёта Ingenuity и его активное участие в миссии ровера Perseverance показали, что использование воздушных аппаратов может стать наилучшим вариантом для исследования Марса.

Исследователи, включая Бетко и его коллег, обратили внимание на сложности исследований под поверхностью, куда роверам будет трудно добраться. Ограничения двумерного движения роверов делают их неэффективными для проникновения и осмотра подповерхностных полостей. В связи с этим команда разработала проект марсианского инспекционного дрона MID, используя вертолёт Ingenuity в качестве эталона.

В отличие от Ingenuity, который имеет два ротора, MID будет иметь восемь роторов, что придаст ему конфигурацию октокоптера. Дрон будет оснащён набором научных инструментов для детального осмотра внутренностей лавовой трубки. Его масса составит 15 килограмм, значительно превышая 1,8 килограмм веса Ingenuity. MID будет полагаться на систему автономной навигации и искусственный интеллект для принятия решений без участия человека. Команда предлагает складную конфигурацию, чтобы обеспечить более компактные размеры при отправке. Автономная навигация MID будет основываться на данных от датчиков, таких как акселерометры, гироскопы, альтиметры и камеры, а также их обработке для определения положения и высоты дрона во время полёта. Благодаря обученной модели нейронной сети, MID будет способен принимать решения о следующих шагах.

С развитием технологий, летательные аппараты становятся всё более предпочтительными в исследованиях космоса. Например, NASA разрабатывает миссию под названием Dragonfly, в рамках которой квадрокоптер на ядерном генераторе будет исследовать Титан, самый крупный спутник Сатурна. Другие концепции, такие как солнечные самолёты, рассматриваются для исследования облачных слоёв Венеры и отправки образцов с возвращением на поверхность планеты.

Сейчас команда исследователей работает над внедрением новых возможностей, таких как методы одновременной локализации и картографирования (SLAM), которые позволят их концепции осуществлять осмотр внутренних структур лавовых трубок. Если такие концепции будут успешно реализованы, то они смогут быть применены для исследования лавовых трубок и углублений на Луне, Меркурии и на других объектах Солнечной системы, где будут обнаружены подобные образования.