¿Qué sucede con los rovers lunares y marcianos desaparecidos? ¿Qué barreras tecnológicas impiden que la humanidad cree un rover perpetuo?

Cambios de temperatura

Los cambios de temperatura de la Tierra de extremo a extremo son bastante moderados. Es decir, lo más frío es generalmente alrededor de -40C y lo más cálido es alrededor de 40-45C.

La Luna tiene dos semanas bajo la luz del sol, mucho más caliente (dependiendo de su reflectancia) pero mucho más de 100 ° C, y dos semanas mucho más frías. No del todo cero absoluto (-273C), pero bastante frío a alrededor de -173C.

Esa es una diferencia de 273 grados centígrados. Versus, el peor caso de 80C en la Tierra. Las cosas se expanden y contraen mucho más en 273 frente a 80. Por lo tanto, diseñar circuitos que puedan manejar los extremos es difícil. La mayoría de las placas de circuitos comerciales se agrietarán solo debido a la expansión térmica. Las soldaduras/soldaduras son muy difíciles de mantener a través de estas variaciones de temperatura.

La mayoría de los rovers y otras sondas que tienen un RTG lo usan para calentar, tanto como para obtener energía, para mantenerlos calientes durante la noche.

Marte no es tan malo ya que en realidad tiene una atmósfera para moderarla un poco. Los cambios de temperatura no son tan malos, pero siguen siendo bastante malos. Desde un máximo de 20C a -153C (173 grados frente a 273 de la luna).

Claramente, se puede hacer como lo han demostrado los rovers actuales, pero es complicado y difícil. Requiere hibernar y usar la energía de la batería para mantener el calor.

Radiación

La luna, al carecer de atmósfera, no tiene mucho que proteger de la radiación solar. Marte tiene un poco mejor teniendo una atmósfera delgada.

Distancia

Las cosas se rompen. Nada dura para siempre. La grasa necesita ser reemplazada eventualmente. Sin forma de arreglarlo, se requiere más redundancia. Sin embargo, debido a que los lanzamientos son tan costosos, está limitado por la masa.

Polvo

Tanto la Luna como Marte tienen una suciedad sorprendentemente fina que parece meterse en todo. Los astronautas del Apolo tuvieron problemas para quitárselo de los trajes espaciales después de las caminatas lunares. Marte también tiene mucho polvo, como lo han demostrado varios rovers.

Este material destruye las partes móviles cuando se las arregla para entrar allí de alguna manera.

Si usa paneles solares para obtener energía en Marte, también cubre los paneles que reducen la energía, ya que el viento la deposita. Las misiones Opportunity/Spirit encontraron que el viento depositaba y ocasionalmente limpiaba el polvo.

Ahora necesita un mecanismo de limpieza de paneles solares para mantener la energía y otro componente mecánico para romper, lejos de cualquier persona que lo arregle.

Vida útil de la batería

Las baterías recargables tienen una vida útil finita antes de que dejen de mantener la carga o antes de que se degrade a un nivel demasiado bajo para sobrevivir.

Aspectos

Las partes móviles pueden verse afectadas por el polvo, pero los cojinetes y algún tipo de grasa eventualmente se desgastarán.

Fondos

Si bien no es un límite tecnológico per se, cuando se acaban los fondos para ejecutar el programa, incluso si el vehículo/orbitador/sonda todavía está funcionando, la administración del programa puede acortar su vida útil.

Además de la respuesta de Geoff, el comentario de Garan contiene una razón importante por la cual las cosas eventualmente dejan de funcionar. Cualquier máquina con partes móviles está sujeta a desgaste. Puede mantener una máquina en funcionamiento durante mucho tiempo si la mantiene; mire las máquinas de vapor en varios museos del patrimonio industrial, por ejemplo. Estas máquinas son / fueron monitoreadas constantemente por un hombre con una lata de aceite, y las piezas se cambiaron o repararon cuando fue necesario.

Un rover planetario es un juego de pelota completamente diferente: no podemos mantenerlo ni repararlo. Una vez que una pieza falla, desaparece para siempre. Con un diseño cuidadoso, puede agregar algo de redundancia. Cada rover que hemos construido tiene al menos dos computadoras principales: si una falla, la otra puede hacerse cargo.

Para piezas mecánicas, esto es más difícil. Las ruedas, por ejemplo, son un punto importante de falla: la rueda en sí se daña y hay muchos componentes móviles sensibles (consulte los comentarios de Geoff sobre los cojinetes). Si desea poder deshacerse de un conjunto de rueda dañado, está agregando más piezas móviles y más posibilidades de falla. Agregar la mecánica para reemplazar las piezas dañadas complica aún más las cosas, lo que hace que el rover sea más grande y pesado, lo que rápidamente encarece el proyecto.

La fuente de alimentación tiene un problema similar. Los paneles solares, los generadores radiotérmicos, las plantas de fisión, todo se descompone con el tiempo. Los paneles solares se han reducido a ~70% de su producción inicial en 25 años. En un RTG, los termopares se vuelven menos eficientes con el tiempo. Incluso en la Tierra, eventualmente tenemos que desmantelar las plantas de fisión debido a la corrosión y el deterioro de los componentes críticos. Los RTG y las plantas de fisión también se quedan sin combustible con el tiempo.

Además de las barreras tecnológicas, hay dos razones principales para no construir rovers para una vida útil muy larga:

1. Costo. Agregar redundancia agrega peso y complejidad, y aumenta el costo de lanzamiento. Se puede contar con un Rolls-Royce para permanecer operativo durante mucho más tiempo que un Ford, pero el Rolls cuesta lo suficiente como para que pueda permitirse comprar diez Ford en lugar de un Rolls.

2. Nueva ciencia. Solo hemos estado haciendo esto durante unas pocas décadas. Cada misión planetaria tiene hallazgos nuevos e inesperados. Tiene sentido hacer funcionar un rover durante algunos años y luego sentarse y examinar lo que ha encontrado que justifica un estudio más profundo con instrumentos nuevos y mejorados. Un rover de larga duración lo limita a un conjunto de instrumentos. La ciencia avanza lo suficientemente rápido como para que cada rover que hemos construido sea mucho más capaz que el anterior.

Otra razón más es la cantidad de datos que puede exprimir. Un rover es un laboratorio muy limitado y, después de un tiempo, ha recopilado todos los datos que puede de un área específica. Son lentos, por lo que viajar a tierras lejanas es muy poco práctico.

Curiosity, el rover más avanzado, tiene una velocidad media de 1 cm/s en terreno llano. Se necesita más de un día completo para recorrer un kilómetro en condiciones ideales. En la superficie real, debes evitar las rocas y subir y bajar colinas; eso probablemente reducirá la velocidad en un factor aproximado de 2. Mi ciudad natal está a unos 200 km de la siguiente unidad geológica, por lo que Curiosity tardaría más de un año en llegar allí, sin detenerse a hacer ciencia. Hasta ahora, incluidos los experimentos científicos, ha recorrido unos 5 km en casi dos años, por lo que la velocidad media real es inferior a un milímetro por segundo.

Por supuesto, en la misma área hay diferentes tipos de rocas, y toma mucho tiempo muestrear completamente un área, y nunca sabes cuándo vas a encontrar algo nuevo. Pero incluso entonces, la inversión necesaria para obtener la próxima gran novedad es enorme (porque está muy lejos). Y, para cuando el rover haya llegado allí, podríamos haber enviado uno nuevo, con un equipo mejor y más sensible, a otra parte de Marte en busca de cosas nuevas y emocionantes.