Dlaczego łazik utknął na Marsie? Przez dekady stosowano nieodpowiednie procedury testowe
Łaziki pracujące na Marsie czy Księżycu, mierzą się z wieloma problemami. Jednym z nich jest ryzyko utknięcia w grząskim gruncie. Gdy tak się stanie operatorzy podejmują serię delikatnych manewrów, by pojazd wydobyć. Nie zawsze się to udaje. Łazik Spirit zakończył misję jako stacjonarna platforma badawcza po tym, jak utknął w luźnym piasku. Czy takim wydarzeniom da się zapobiec? Inżynierowie z University of Wisconsin-Madison informują o znalezieniu poważnego błędu w procedurach testowania łazików. Jego usunięcie może spowodować, że pojazdy na Marsie i Księżycu będą narażone na mniejsze ryzyko.
Błąd ten polega na przyjęciu zbyt optymistycznych i uproszczonych założeń co do tego, jak łaziki zachowują się poza Ziemią. Ważnym elementem testów naziemnych takich pojazdów jest sprawdzenie, w jaki sposób mogą się one poruszać po luźnym podłożu. Na Księżycu grawitacja jest 6-krotnie mniejsza niż na Ziemi, więc przez dekady, testując łaziki, naukowcy tworzyli prototypy o masie sześciokrotnie mniejszej niż łazik docelowy i testowali je na pustyni. Jednak ta metoda pomijała pewien istotny szczegół – wpływ grawitacji na piasek.
Profesor Dan Negrut i jego zespół przeprowadzili symulacje, które wykazały, że Ziemia przyciąga ziarenka piasku silniej niż Mars czy Księżyc. Dzięki temu piasek na Ziemi jest bardziej zwarty. Jest mniejsze prawdopodobieństwo, że ziarna będą się pod nimi przesuwały. Jednak na Księżycu piasek jest luźniejszy, łatwiej się przemieszcza, więc obracające się koła trafiają na mniejszy opór. Przez to pojazdowi trudniej się w nim poruszać.
Jeśli chcemy sprawdzić, jak łazik będzie sobie radził na Księżycu, musimy rozważać nie tylko wpływ grawitacji na pojazd, ale również wpływ grawitacji na piasek. Nasze badania pokazują, jak ważne są symulacje do badania możliwości jezdnych łazika na luźnym podłożu, wyjaśnia uczony.
Uczeni dokonali swojego odkrycia podczas prac związanych z misją łazika VIPER, który ma trafić na Księżyc. We współpracy z naukowcami z Włoch stworzyli silnik Chrono, służący do symulacji zjawisk fizycznych, który pozwala na szybkie modelowanie złożonych systemów mechanicznych. I zauważyli istotne różnice pomiędzy wynikami testów VIPERA na Ziemi, a wynikami symulacji. Po przeanalizowaniu problemu znaleźli wspomniany błąd w procedurach testowych.
Chrono to produkt opensource'owy, z którego skorzystały już setki firm i organizacji. Pozwala on lepiej zrozumieć najróżniejsze złożone mechanizmy, od mechanicznych zegarków po czołgi jeżdżące poza utwardzonymi drogami.
Komentarze (18)
Ergo Sum, 29 lipca 2025, 17:01
To brzmi wręcz niewiarygodnie. Wiele razy zastanawiałam się czemu działanie łazików, czy lądowników zawodzi skoro były masy testów. Jedną z pierwszych spraw, które przyszły mi do głowy, spraw oczywistych, było to, że podłoże na lżejszych ciałach niebieskich jest luźniejsze z racji na grawitację. Ale myślałam ... "bez przesady, przecież to niemożliwe, żeby naukowcy nie wzięli tego pod uwagę, to jest tak oczywiste, że dziecko musiałoby o tym pomyśleć gdyby zabrało się za ten problem". Dlatego nigdy nie wspominałam nawet o tej sprawie np. w rozmowach. Naprawdę nie uważam się za geniusza - wręcz przeciwnie. Dlatego tym bardziej jestem w ciężkim szoku, że całe sztaby naukowców nie brały tego pod uwagę.
peceed, 31 lipca 2025, 23:44
Mogli brać to pod uwagę, ale i tak nie mieli możliwości stworzenia 6 razy lżejszego piasku dla testów.
Dopiero dzięki bardzo taniej mocy obliczeniowej można sobie pozwolić na symulację piasku z dokładnością do ziarenka.
peceed, 2 sierpnia 2025, 17:41
Większość geniuszy nie uważa się za geniuszy, po prostu nie mogą się nadziwić otaczającej ich głupocie ludzkiej
Najbardziej jednak dziwi fakt, że nie korzystano z podwozi gąsienicowych...
KONTO USUNIĘTE, 2 sierpnia 2025, 18:48
Napęd gąsienicowy to jeszcze mniejszy nacisk jednostkowy na powierzchnię, co przy małej spoistości marsjańskiego gruntu skutkowałoby uślizgiem.
peceed, 2 sierpnia 2025, 18:58
Jak ta twoja teoria tłumaczy funkcjonowanie podwozia gąsienicowego na terenie podmokłym i grząskim?
Mały nacisk w ogóle nie jest problemem, tylko fakt że zapadające się w ziemię koło przestaje funkcjonować.
Gąsienica która się zapada ogranicza podłożu możliwość ucieczki do góry, co jest kluczowe.
KONTO USUNIĘTE, 2 sierpnia 2025, 20:15
Lepkością tychże, z którą słabiutko na suchym Marsie.
Ziemia na Marsie?
Zresztą tam nie jest problemem zapadanie kół w regolicie, tylko jego mała spoistość.
Napęd gąsienicowy, który zapada się w gruncie... to wina kierowcy gąsienicy, który wjechał tam gdzie nie powinien (vide wypadek amerykańców na litewskim poligonie). A podłoże tak do góry tam uciekało, że kilka metrów nad kabiną się znalazło.
peceed, 2 sierpnia 2025, 20:22
Jak dla mnie może być i marsia.
radar, 3 sierpnia 2025, 18:22
Mniejszy, ale jednocześnie powierzchnia całkowita styku gąsienica-marsia (spodobało mi się :D) jest większa, a co za tym idzie powierzchnia styku pomiędzy ziarnami pod gąsienicą również, więc uślizgu raczej by nie było (szczególnie przy wolnym, gąsienicowym ruszaniu). To nie chodzi o uślizg, a o energochłonność, trudniejsze sterowanie, więcej elementów mechanicznych (rolki, napinacze, smarowanie w tym wpływ temperatury na to) i przez to ryzyko awarii, dodatkowa masa do wyniesienia i objętość, bo się nie składają. Metalowe gąsienice są ciężkie i się zatrą w regolicie, kompozytowe zetrą/zniszczą szybko (a napinacze i rolki dalej potrzebne).
Ciekawe odpowiedzi: https://www.quora.com/Was-there-any-specific-reason-why-all-of-the-Mars-rovers-use-wheels-rather-than-tank-tracks-It-would-seem-like-tank-tracks-should-be-good-options-for-Mars
Zresztą, były rozważane już w latach 60-tych: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19940021181/downloads/19940021181.pdf
Już miałem napisać, że chyba nie, ale chyba tak, z tym, że może nie do końca uświadamiając sobie skalę tego zjawiska
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20200003046/downloads/20200003046.pdf
Może powinni bardziej napowietrzać ten piasek by go rozluźnić?
venator, 4 sierpnia 2025, 01:41
W czasie 2wś. istniała poligonowa instrukcja dla kierowców Panzerkampfwagen VI Tiger, jak uniknąć utopienia czołgu w błocie/bagnie...Otóż zakładano, że jeżeli warunki taktyczne pozwolą, a kierowca nie ma pewności czy wóz pojedzie, należało przeprowadzić następujące czynności: kierowca winien wziąć na plecy drugiego członka załogi i próbować stanąć tak na jednej nodze. Nie było epidemii otyłości, większość żołnierzy ważyła podobnie, a dla sprawnego, młodego żołnierza owa próba była jak najbardziej wykonalna.
Obliczono, że w przypadku gdy załoganci zaczną się zapadać w gruncie to i z czołgiem stanie się to samo. Nacisk jednostkowy na grunt. Instrukcja genialna w swej prostocie. Także świadomość tej korelacji istniała z dawna.
Z tym, że bagna Polesia to dużo bardziej skomplikowany teren niż księżycowy regolit.
Czyli suchy piasek. Bardzo ślisko jak na lodzie, ale za to dużo bardziej miękko.
Spore wyzwanie dla pojazdu....
radar, 4 sierpnia 2025, 11:58
Podobny problem miał nasz Kret. Ciekawe wyzwanie mając na uwadze ograniczenia masy i objętości na taki sprzęt do misji.
@Mariusz Błoński, może zorganizujecie jakieś AMA z konstruktorami Kreta?
Astro, 4 sierpnia 2025, 12:33
Obawiam się, że Mariusz nie tyle jest pod ścianą, czyli zwyczajnie MUSI, co zdecydowanie popchnie Go ciekawość. Też jestem ciekaw, i mam nadzieję, że AMA to nie Akademia Młodego Artysty.
peceed, 4 sierpnia 2025, 14:33
Można symulować warunki poruszania się takiego łazika za pomocą samolotów symulujących mikrograwitację, wystarczy tylko wypłaszczyć parabolę.
Dodatkowo nie trzeba by hermetyzować kabiny, co pozwoliłoby za darmo obniżyć ciśnienie atmosfery.
Chyba że poszlibyśmy na całość, i jako ładunek poszedłby hermetyzowany zbiornik próżniowy.
Mariusz Błoński, 4 sierpnia 2025, 15:59
Jest wyzwanie
Nie wykluczam podjęcia się. Jeśli się zdecydujemy i autorzy Kreta się zgodzą, to będziemy Was prosili o propozycje pytań. Wchodzisz w to? 
radar, 4 sierpnia 2025, 22:47
Że w pytania? Mam ze 20 od razu. Dlatego zaproponowałem
radar, 5 sierpnia 2025, 09:00
Trudno, nie wytrzymałem i napisałem nieproszony
Chaotycznie, ale jak się wrzuci do czata to pewnie poukłada, a inni coś dopiszą.
Wstęp
Jaka jest Wasza historia, jak to się stało, że zajęliście się kosmosem/technologiami kosmicznymi?
W jaki sposób staliście się projektantami/wykonawcami Kreta?
Ile osób brało udział w projekcie?
Czy i jaka była konkurencja? Czy najpierw wybrano projekt urządzenia zaproponowany przez wykonawców czy najpierw wykonawców, a potem opracowano projekt?
Techniczne
Czy rozważaliście inne konstrukcje Kreta czy "od razu" było wiadomo jak ma wyglądać?
Ile trwała budowa i ile razy zaczynaliście "od początku"?
Jakie były dokładne wymagania/ograniczenia co do masy, objętości, konstrukcji, inne?
Ile było miejsca na elektronikę i czujniki w środku?
Jak i gdzie testowaliście?
Ile czasu trwa integracja takiego sprzętu z pozostałymi komponentami misji? Gdzie i jak się to testuje? Jakie trzeba posiadać zaplecze techniczne i merytoryczne oraz jakie wymagania są stawiane takim projektom (zaplecze merytoryczne, techniczne)? I ile to kosztuje?
Na pewno brane było pod uwagę również trafienie na twardszy grunt, skały. Z jaką siłą Kret miał wbijać się w podłoże i jak twarde podłoże miał być w stanie pokonać? Z jaką siłą uderzał tłok?
Na jaką głębokość Kret mógłby wbić się w różnych typach Ziemskiej gleby?
Na jaką głębokość udało się finalnie wbić Kreta?
Jaka była minimalna głębokość, na której udało by się robić poprawne pomiary?
Czy Kretem można było sterować w jakikolwiek inny sposób niż przez inicjowanie wbijania? Zastanawiam się co by było jakby się wbijał, ale np. zaczął skręcać i "szedł" poziomo?
Lessons learnt
Czy udało się poznać "wszystkie" przyczyny niepowodzenia? Czy również w ramach symulacji komputerowych, prób na Ziemi itp?
Czy wiedząc to co wiecie teraz zmienilibyście całkiem konstrukcję czy jedynie zmodyfikowali obecne rozwiązanie? Jak?
Co byście zmienili w procedurach testowania?
Czy oprócz dociskania ramieniem do gruntu były rozważane inne opcje rozwiązania problemu? Czy była rozpatrywana opcja np. wyciągnięcia Kreta i próba wbicia go gdzieś obok i czy byłaby w ogóle taka możliwość? Czy była rozważana opcja wykopania "dołka" za pomocą łopatki sondy i dokopania się do bardziej spoistego gruntu i wtedy podjęcia próby wbijania?
Czy łopatka na insight dalej działa i można by wrócić do prób w razie potrzeby? Dlaczego NASA zrezygnowała z kolejnych prób?
Czy macie/mieliście swoją kopię Kreta na Ziemi do sprawdzenia swoich pomysłów?
Dowiedzieliście się, że coś nie idzie zgodnie z planem. Jakie są procedury NASA w takim przypadku, podobnie jak w filmie "Apollo 13" sprowadzili Was do jednego pokoju i siedzieliście nad kuwetą z piaskiem, łopatką i modelem Kreta, czy może w Polsce przed monitorami próbując zasymulować różne pomysły na przyczynę i rozwiązanie problemu, czy może jeszcze inaczej? A może w ramach projektu musieliście sami przygotować te procedury jeszcze przed startem?
Na luźno
Ile zarwanych nocy, kubków kawy i płaczu dzieci to kosztowało? 
Czy planujecie udział w kolejnych misjach, czy i co budujecie teraz?
Misja mimo, że nie załogowa, to pewnie jest stres i miesiące pracy. Jak się do tego przygotować mentalnie?
Czy trzeba mieć wysokie ubezpieczenie robiąc sprzęt dla NASA do misji kosmicznej?
Nie do końca udany projekt na pewno nie jest miłym przeżyciem, czy udało się Wam z tym uporać i walczycie dalej?
Co byście doradzili uczniom szkół podstawowych przed wyborem szkoły średniej, uczniom szkół średnich przed wyborem kierunku i uczelni? Czego trzeba się uczyć, gdzie studiować oraz gdzie pracować aby móc brać udział w tak interesujących projektach?
radar, 5 sierpnia 2025, 11:01
Techniczne
Jakie ograniczenia na energię miał Kret?
Zakładając sypki/półsypki grunt zakładaliście pewnie, że kanał nad Kretem będzie się zasypywał. Nie było ryzyka urwania taśmy albo tego, że będzie ona powstrzymywać Kreta przed zagłębianiem? Jak to wyglądało w testach?
Mariusz Błoński, 5 sierpnia 2025, 13:53
radar, 5 sierpnia 2025, 14:19
Jak to "kilka"!?! Co to ma znaczyć? :)