Caltech 학생 프로젝트는 달 기지 건설에 도움이 될 수 있습니다

달에 기지 건설을 꿈꾸는 사람들에게 가장 큰 엔지니어링 과제는 탐사선, 얼음 및 기타 화물을 위험한 지형을 가로질러 가파르고 들쭉날쭉한 달 분화구 밖으로 이동하는 방법을 알아내는 것입니다.

"NASA가 고려하고 있는 달 기지 시나리오의 대부분은 분화구에 살거나 분화구 안팎으로 물건을 가져가는 것과 관련이 있습니다."라고 Caltech의 3학년 학부생 Lucas Pabarcius는 말합니다. 그는 현재 서비스 중 트리 탐색을 위한 달 아키텍처를 이끌고 있습니다. 케이블 탐사(LATTICE) 팀의 일원입니다. "그리고 이 분화구 벽은 길이가 수 킬로미터에 달하고 경사가 30~40도이기 때문에 이동이 매우 어렵습니다."

LATTICE 팀은 현재 얼음과 기타 자산을 분화구 안팎으로 운반하기 위한 자체 전개 모듈형 로봇 시스템을 설계하고 있습니다. 달의 집라인처럼 작동하는 이 시스템은 땅에 말뚝을 박고 말뚝에 케이블을 연결하고 로봇 셔틀을 타고 케이블을 가로질러 화물을 운반합니다. LATTICE는 NASA의 2022년 BIG(Breakthrough, Innovative, Game-changing) 아이디어 챌린지에서 최종 후보 7명 중 하나였으며, 60명으로 구성된 팀은 전적으로 학부생으로 구성된 유일한 팀이었습니다.

LATTICE에서 가장 공학적으로 설계된 부분은 케이블을 타고 이동하는 셔틀이라고 Pabarcius는 설명했습니다. 그들은 가파른 경사면을 오르내리면서 동급의 달 탐사선이 달성할 수 있는 것보다 더 빠른 속도와 질량에 비해 훨씬 더 큰 탑재량을 운반할 수 있습니다. 셔틀은 또한 Formula 1 경주용 자동차만큼 많은 토크를 낼 수 있는 소형 액추에이터를 사용하여 지면에서 스스로 들어올려지고 여행 중에 견인력을 유지하는 데 필요한 장력을 생성합니다. 셔틀의 작동 메커니즘은 팀이 처음부터 개발했으며 특허를 취득하는 과정에 있습니다.

LATTICE는 달 먼지 문제에 초점을 맞춘 Caltech의 2021년 BIG 아이디어 최종 후보 프로젝트인 Habitat Orientable & Modular Electrodynamic Shield(HOMES)를 따릅니다. Caltech 학부 3학년이기도 한 HOMES 팀 리더 Malcolm Tisdale은 "달 먼지는 엄청나게 마모성이 높습니다."라고 말합니다. "그 특성으로 인해 달에 있는 모든 종류의 엔지니어링 시스템에 큰 문제가 됩니다."

HOMES는 전기역학적 먼지 보호막을 형성하기 위해 서로 맞물릴 수 있는 모듈식 정사각형 타일을 사용합니다. 타일 ​​내부의 전선은 타일 표면을 가로질러 확장되고 먼지 입자를 밀어내는 전기장을 생성합니다. 전선의 전류를 변경하거나 교체하거나 타일의 방향을 변경함으로써 HOMES는 먼지 제거를 제어할 수 있습니다. Tisdale은 “마법처럼 보입니다.”라고 말합니다. "먼지가 한쪽으로만 떠오릅니다."

지난 11월 LATTICE 팀은 캘리포니아 루선 밸리의 사막에서 소규모 시스템 프로토타입을 테스트했습니다. 팀은 특히 말뚝을 땅에 박는 시스템의 성능에 관심이 있었습니다. 말뚝은 화물을 운반하는 셔틀이 이동하는 케이블의 고정점 역할을 합니다.

Pabarcius는 “LATTICE는 우리가 예상했던 것보다 더 나은 결과를 얻었습니다.”라고 말합니다. “우리는 가볍고 저전력으로 이 막대를 땅에 박을 수 있는 시스템을 설계해야 했기 때문에 실제로 속도가 상당히 느렸습니다. 놀라운 점은 아무 일도 일어나지 않는 것처럼 보이다가 나갔다가 15, 20분 후에 다시 돌아오면 모든 것이 땅바닥에 떨어져 있다는 것입니다. 꽤 괜찮은데."

Tisdale과 Pabarcius는 항상 학생들의 문제를 해결하고 기술적 조언을 제공하려는 Caltech 및 JPL의 멘토를 칭찬했습니다. 그러한 멘토 중 한 명은 Caltech의 제어 및 동적 시스템과 브렌 교수이자 JPL 선임 연구 과학자인 정순조였습니다.

정씨는 “학부생들과 함께 일할 수 있어서 정말 즐거웠다”고 말했다. “Caltech 학생들은 강좌를 수강하느라 정말 바쁘고 이러한 프로젝트에 참여해도 추가 학점을 받지 못합니다. 시간이 많이 걸리기 때문에 학생들이 정말 헌신적으로 해야 해요.”

정 교수 자신의 연구실도 달을 목표로 삼고 있습니다. 그의 팀은 달이나 화성에 있는 여러 탐사선과 드론이 움직임을 동기화하고 감각 데이터를 공유할 수 있는 "다중 에이전트 조정 알고리즘"을 개발하고 있습니다. Chung은 “이것은 정말 집단적인 기술입니다.”라고 말합니다. "우리의 목표는 달 탐사를 위해 이러한 새로운 자율성 알고리즘을 사용하는 것입니다."