Марсианские лавовые лабиринты: почему роверы бессильны, а «дроны-одуванчики» спасут экспедицию

На северо-востоке Калифорнии расположена сеть пещер, сформировавшихся тысячи лет назад, когда извергавшиеся вулканы оставили после себя потоки лавы. Застыв, она превратилась в туннели, достаточно широкие для того, чтобы по ним мог пройти человек. Но Земля — не единственная планета в Солнечной системе с вулканами. Подобные пещеры есть и далеко за её пределами.

Возьмём, к примеру, Марс. За миллионы лет до появления жизни на Земле на Красной планете тоже извергались вулканы. Сейчас они кажутся спящими, но их древняя активность оставила после себя крупнейшую сеть туннелей в Солнечной системе. Лавовые трубы на Марсе достигают более 250 метров в ширину — это в восемь раз больше, чем калифорнийские тоннели. Учёные уже обнаружили системы трубок общей протяжённостью свыше 1200 километров: этого хватило бы, чтобы покрыть континентальную часть США трижды. И это не предел: исследователи уверены, что ждут открытия ещё многие километры подземных ходов.

Однако чтобы по-настоящему понять масштабы этой сети, наука вынуждена искать новые подходы за гранью традиционной космической разведки. Один из учёных предлагает концепцию «дронов-одуванчиков».

Но почему обычные марсоходы не справляются? Сегодня наши усилия по изучению Марса во многом опираются на таких гигантов, как Curiosity и Perseverance. Как бы революционны они ни были, их возможности упираются в физический предел. «Эти роверы размером со школьный автобус, — объясняет Мостафа Хассаналиан, доцент Нью-Мексиканского технологического института. — Именно поэтому они просто не могут забраться внутрь лавовых труб». Кроме того, атмосфера Марса крайне негостеприимна: ветры скоростью до 97 км/ч буквально атакуют исследовательские аппараты и за многие годы вырвали куски из колёс и корпуса Curiosity.

Что такое дроны-одуванчики?

Дроны Хассаналиана созданы по принципу биомимикрии — идее, что робототехника должна копировать природу, а не изобретать то, что эволюция уже сделала идеальным. По словам учёного, биомимикрия часто терпит неудачу в больших масштабах, но блистательно работает на микроуровне. «Самолёты не машут крыльями не просто так», — иронизирует он.

Концепция начинается с другого робота, которого команда называет «киби-роботом» (roly-poly) — он вдохновлён мокрицей, сворачивающейся в клубок при опасности. Такого «жучка» сбрасывают с парашютом через отверстие в крыше пещеры. Внутри этого робота находятся тысячи крошечных «дронов-одуванчиков». Попав в туннель, робот выпускает их наружу — и далее мощные марсианские ветры разносят их на многие километры. Летя, они картируют подземные лабиринты.

Одна из главных проблем — достаточная сила ветра. Поскольку ни один созданный человеком аппарат никогда не бывал внутри марсианских лавовых труб, учёные не могут точно сказать, насколько там ветрено. Однако многие исследователи полагают, что дыры в потолке пещер будут работать как естественная вентиляция, создавая сильные воздушные потоки. На случай штиля робот-носитель оснащён мощным вентилятором.

Ещё одно препятствие — отсутствие солнечного света. Солнечные батареи здесь бесполезны. Поэтому Хассаналиан разработал дронов на пьезоэлектричестве — гибкий полимер генерирует заряд при механическом воздействии. Интересно, что в природе семена, разносимые ветром, часто имеют белую окраску: белый цвет отражает больше солнечного света, помогая семенам оставаться холоднее и легче. Вдохновившись этим, команда планирует покрасить дронов в белый цвет, чтобы те могли лететь дальше. Попав в воздух, дроны начнут передавать данные по радио — показатели влажности, температуры, а затем создадут полную трёхмерную карту всей системы туннелей.

Гонка к марсианским недрам

Команда Хассаналиана — не единственная, кто мечтает проникнуть в лавовые пещеры. Начиная с 2023 года группа европейских учёных под руководством Лаборатории космической робототехники Малагского университета сбрасывала роботов в лавовые трубы на испанском острове Лансароте, отрабатывая будущую марсианскую миссию.

NASA также совершило 72 полёта с помощью марсианского вертолёта Ingenuity, доказав потенциал воздушной разведки. Однако Ingenuity был создан для открытого воздуха и так и не успел заглянуть в лавовые трубы до своей гибели в 2024 году.

Особый интерес для американского космического агентства представляет вулкан Арсия Монс в области Фарсида — там находятся крупнейшие вулканы Солнечной системы, включая Олимп Монс (почти в три раза выше Эвереста). Спутниковые снимки обнаружили провалы в кровле этого вулкана — своего рода «окна», за которыми угадываются огромные туннели. Тепловые измерения показали, что температура внутри меняется не так резко, как на поверхности, что вселяет надежду: возможно, однажды здесь смогут жить люди, и кто знает, может быть, в этих недрах сохранилась жизнь, когда-то зародившаяся на Марсе.

Пока же высадка человека на Марс не ожидается как минимум до 2030-х годов. Но когда этот день наступит, разведка с помощью крошечных дронов, возможно, окажется решающим фактором для долгосрочного выживания человечества на Красной планете.