Освоєння всесвіту роботами. Минуле, сьогодення, майбутнє транспорту для інших планет

Транспорт та роботи для вивчення та освоєння інших планет

Зміст:

• 1. Введення
• 2. Історія планетоходів
• 3. Технічні характеристики деяких планетоходів
• Луноход- 1
• Луноход- 2
• Місячні автомобілі Аполлон
• Прилад оцінки прохідності - Марс (ПрОП-м)
• Соджонер (Sojourner)
• Спірит (Spirit)
• Оппортьюнити (Opportunity)
• Кьюриосити (Curiosity)
• 4. Майбутні космічні місії
• 5. Висновок

 

Введення

Високі технології, останні наукові розробки, досвід попередніх експериментів дозволяють створювати все більш і більш здійснені пристрої для освоєння космосу. Ця стаття присвячена роботизованим космічним апаратам, або просто планетоходам, які в даний момент, під чуйним керівництвом сучасних учених, продовжують щохвилини і щомиті просуватися по неосяжних просторах чужих планет у пошуках нових форм життя.

Ще з часів існування до нашої ери Древнього Вавілона і Стародавнього Єгипту жерці виділили основні сузір'я і зодіаки, відкрили багато законів руху планет, придумали місячний календар і передбачали затьмарення. У Древньому Китаї спостерігали за кометами, метеорними потоками, встановили тривалість сонячного року, а також будували перші обсерваторії. Древні інки і майя створювали міфи і легенди про Чумацький Шлях, спостерігали за Меркурієм, Марсом, Венерою, Юпітером і Сатурном. Великі математики і астрономи з Древньої Греції першими запропонували пироцентрическую модель Всесвіту, в якому зірки, Сонце, місяць і шість планет звертаються навколо Центрального Вогню(Гестії) і першими стверджували про кулястість Землі. У XVI столітті Коперник створив працю "Про обертання небесних сфер", а на початку XVII століття італійський вчений Галилео Галілей створив перший телескоп і довів божевільну у той час теорію. Це говорить про те, що людство у всі часи з величезним інтересом відносилося до незвіданого недосяжному простору, що оточує наш світ.

Погляньте на небо і ви побачите величезну кількість зірок - небесних світил, що складаються з суміші газів, в надрах яких відбуваються мільйони хімічних реакцій. Сонячна система, що зародилася приблизно 4,57 млрд років назад, має свою зірку - Сонце, а також 8 основних планет, 5 карликових планет, 616 664 малих небесних тіл і 415 супутників, включаючи місце нашого безпосереднього мешкання - планету Земля. З давніх часів люди сперечалися про можливе життя поза нашою цивілізацією і про те, що ж нас оточує. З розвитком технологій і придбанням нових знань, людство дізналося про існування нових планет. І тільки лише у кінці 60-х років минулого століття радянським ученим вдалося уперше відправити людину до космосу, а в 70-х доставити перший планетохід на іншу планету, а саме на Луну.

Історія планетоходів

Передовими країнами в розробці і створенні перших планетоходів були СРСР і США. Луноход- 1 - так називався перший автономний космічний апарат, доставлений на поверхню Місяця 17 листопада 1970 року автоматичною міжпланетною станцією Луна- 17. Місією цього апарату було вивчення особливостей місячної поверхні, властивостей і хімічного складу грунту, радіоактивного і рентгенівського космічного випромінювання. Перший планетохід пропрацював 10,5 земних місяців, до 14 вересня 1971 року, після чого вийшов з ладу.

Американські учені були на крок попереду, і ще в 1967 році планували відправити свій перший космічний корабель "Аполлон-1" на поверхню місяця. Вони б і стали першими, коли б не трагічна подія, що сталася на Мисі Канаверал. 27 січня 1967 року під час наземних випробувань на борту космічного апарату сталася найсильніша пожежа, в результаті якої загинули три американські астронавти. Після трагедії директор департаменту пілотованих польотів НАСА Джозеф Ши був відсторонений, а проект був відкладений на півтора роки.

Програма "Аполлон" передбачала застосування спеціальних всюдиходів для транспортування екіпажа на поверхні місяця, і 30 липня 1971 року, після приземлення корабля Аполлон- 15 був уперше використаний місячний автомобіль. Такі планетоходи були і в подальших висадках кораблів Аполлон- 16 (21 квітня 1972 року) і Аполлон- 17 (11 грудня 1972 року). Всюдиходи розширювали можливості дослідження планети і мали непогану швидкість пересування - 13 км/год.

Повертаючись до "вітчизняних" планетоходів, 16 січня 1973 року автоматичною міжпланетною станцією Луна- 21 на незаселену планету був доставлений дистанційно-керований апарат Луноход- 2, який до 10 травня 1973 року(чотири земні місяці) досліджував механічні властивості поверхні, спостерігав за сонячним випромінюванням, проводив серію експериментів з наземним лазерним далекоміром, а також робив фото і телезйомку.

Допитливий людський мозок не обмежувався інтересом тільки до місяця, думки учених досягали і до інших, дальших планет, таких, як Марс, наприклад. Конструкторським бюро на чолі з Олександром Леоновичем Кемурджианом на заводі ВНИИТрансМаш був створений перший радянський марсоход, що називається "Прилад оцінки прохідності - Марс" (ПрОП-м). Прототипу Марс- 1 так і не пощастило досягти "червоної планети". Невдалими спробами були і подальші проекти. 27 листопада 1971 року при спробі м'якої посадки розбився планетохід Марс- 2. А 2 грудня 1971 року апарат Марс- 3, що потрапив в пилову бурю, втратив зв'язок із Землею через 14,5 секунд після приземлення.

У далекому 1977 року повинен був відбутися ще один запуск радянського планетохода Луноход- 3 за допомогою міжпланетної станції Луна- 25. Але подія так і не сталася унаслідок активного використання ракети-носія 8К82К для виведення на орбіту радянських супутників зв'язку.

Нині Луноход- 3 використовується як експонат в музеї НВО імені С. А. Лавочкина.

Досвід, придбаний в плині усього цього часу, дозволив 4 липня 1997 року за допомогою посадочного модуля Марс Пасфайндер(англ. Mars Pathfinder) доставити на поверхню Марса, американський марсоход Соджонер(Sojourner, з англ. Прибулець). Основним завданням проекту було: застосування схем "дешевої" посадки, проведення наукових досліджень, отримання фотографій, вивчення складу грунтових порід за допомогою спектрометра, дослідження атмосфери. Але, на жаль, 27 вересня 1997 року планетохід більше не вийшов на зв'язок, хоча спроби учених відновити контакт з апаратом тривали до березня 1998 року.

Ще однією втратою для космічної індустрії США став марсоход Спірит(англ. Spirit), що приземлився на безлюдну планету 4 січня 2004 року і пропрацював там більше 6 років по 22 березня 2010 року. "Оппортьюнити" (англ. Opportunity) - другий марсоход НАСА у рамках проекту Mars Exploration Rover, був доставлений на Марс 25 січня 2004 року, трьома тижнями пізніше за Спірита, і працює там до цього дня, перевищивши свій термін експлуатації вже в 37 разів! Завдання планетоходів - вивчення складу грунту Марса, виявлення слідів води.

Місія НАСА Mars Science Laboratory 26 листопада 2011 року вчинила відправку марсохода третього покоління - "Кьюриосити" (англ. Curiosity). Апарат є величезною пересувною хімічною лабораторією, м'яке приземлення якої було зроблене 6 серпня 2012 року. Передбачається, що планетохід відпрацює на поверхні Марса в течії одного марсіанського року (686 земних діб).

Технічні характеристики деяких планетоходів

Завжди цікаво заглянути у всередину космічного апарату. Як і з чого ж він, все-таки, зроблений? У цьому розділі представляємо технічні дані деяких, найпопулярніших, планетоходів, створені в епоху глобального розвитку космічної індустрії.

Луноход- 1

Країна виробник: СРСР.

Творець: НВО ім. Лавочкина.

Стартовий майданчик: Байконур.

Ракета-носій: Протон.

Живлення: сонячна батарея потужністю 180 Вт.

Маса планетохода : 756 кг

Розміри: довжина з відкритою сонячною батареєю - 4,42 м, ширина - 2,15 м, висота - 1,92 м. Колеса: діаметр - 510 мм, ширина - 200 мм, колісна база - 1700 мм, ширина колії - 1600 мм

Максимальна швидкість руху : 2 км/год.

Сумарна тривалість активного існування : 301 доба 06 ч 37 хв.

Устаткування:

• дві телекамери(одна резервна), чотири панорамні телефотометри;
• рентгенівський флуоресцентний спектрометр РИМА;
• рентгенівський телескоп РТ- 1;
• одометр-пенетрометр ПрОП; д
• етектор радіації РВ-2Н;
• лазерний рефлектор ТЛ.

Досягнення: за час знаходження на поверхні місяця "Луноход-1" проїхав 10 540 м, обстеживши площу в 80 000 м2, передав на Землю 211 місячних панорам і 25 тисяч фотографій.

Луноход- 2

Країна виробник: СРСР.

Творець: НВО ім. Лавочкина.

Стартовий майданчик: Байконур.

Ракета-носій: Протон-К / Блок Д 259-01.

Живлення: сонячна батарея потужністю 180 Вт.

Маса планетохода : 836 кг

Розміри: довжина з відкритою сонячною батареєю - 4,42 м, ширина - 2,15 м, висота - 1,92 м. Колеса: діаметр - 510 мм, ширина - 200 мм, колісна база - 1700 мм, ширина колії - 1600 мм

Максимальна швидкість руху : 2 км/год.

Сумарна тривалість активного існування : 4 місяці.

Устаткування:

• три телекамери чотири панорамні телефотометри;
• рентгенівський флуоресцентний спектрометр РИМА;
• рентгенівський телескоп РТ- 1;
• одометр-пенетрометр ПрОП;
• детектор радіації РВ-2Н;
• лазерний рефлектор ТЛ.

Досягнення: за час роботи планетохід пройшов 42000 м, передав на Землю 86 панорам і близько 80 000 кадрів телезйомки.

Місячні автомобілі Аполлон

Країна виробник: США.

Творець: Boeing.

Стартовий майданчик: Космічний центр Кенеді комплекс 39А, Флоріда, США.

Ракета-носій: Сатурн- 5 SA - 510.

Живлення: дві срібно-цинкові батареї, що не перезаряджаються, напругою 36 вольт і місткістю 121 А-ч. кожна.

Маса планетохода : 210 кг

Вантажопідйомність: 490 кг

Розміри: довжина 3 м, ширина - 2,3 м, висота - 1,1 м.

Колеса: розроблені компанією General Motors, діаметр - 810 мм, ширина - 230 мм, колісна база - 2300 мм

Матеріал рами : алюміній.

Середня швидкість руху : 8-10 км/год.

Максимальна швидкість руху : 18 км/год.

Устаткування:

• чотири двигуни постійного струму(для кожного колеса) виробництва Delco, кожен потужністю 0,25 л. с. (190 Вт) при оборотах до 10 000 про/мін;
• передача через знижуючий хвилевий редуктор 80: 1;
• два рульові двигуни (по одному для передніх і задніх коліс);
• Т-подібне кермо;
• приладовий щиток (індикатори швидкості, відстані, азимута руху (курсу), нахилу, запасу потужності батарей і температури);
• гірокомпас;
• одометр;
• гостронаправлена сітчаста параболічна антена для прямого зв'язку із Землею;
• одна ненапрямлена антена;
• кольорова телевізійна камера;
• 16-мм кінокамера;
• 70-мм фотокамера.

Досягнення: експедиція "Аполлон-15" - автомобіль проїхав 2776 м з найбільшим видаленням від модуля на 5000 м, експедицію "Аполлон-16" - автомобіль проїхав 2655 м з найбільшим видаленням від модуля на 4500 м, експедицію "Аполлон-17" - автомобіль проїхав 3589 м з найбільшим видаленням від модуля на 7600 м.

Прилад оцінки прохідності - Марс (ПрОП-м)

Країна виробник: СРСР.

Творець: ВНИИТрансМаш.

Стартовий майданчик: Байконур.

Ракета-носій: Протон.

Живлення: по кабелю від марсіанської станції.

Маса планетохода : 4,5 кг

Розміри: довжина - 0,25 м, ширина - 0,22 м, висота - 0,04 м.

Спосіб пересування : крокуюче шасі (лижі) з датчиками виявлення перешкод

Максимальна швидкість руху : 1 метр/годину.

Устаткування:

• динамічний пенетрометр і щільномір гамма-променя;
• датчики виявлення перешкод; кабель управління і живлення завдовжки 15 м.

Соджонер (Sojourner)

Країна виробник: США.

Творець: NASA.

Стартовий майданчик: мис Канаверал LC17B.

Ракета-носій: Дельта- 2 7925 D240.

Живлення: сонячна батарея з елементами на основі арсеніду галію, потужність 15 Вт(приблизно 150 кВт-ч/сол), а також один літієвий акумулятор місткістю 40 А-ч.

Маса планетохода : без устаткування 10,6 кг, з устаткуванням 15,6 кг

Розміри: довжина - 0,65 м, ширина - 0,48 м, висота - 0,3 м.

Колеса: діаметр - 130 мм

Передача даних : менше 3,5 МБ/добу.

Максимальна швидкість руху : 1 см/сек.

Устаткування:

• 11 електродвигунів постійного струму RE016DC потужністю 3,2 Вт("Maxon Motor") - 6 двигунів обертають колеса, по одному на кожне колесо, 4 задають напрям руху, 1 піднімає і опускає спектрометр;
• антена з радіусом дії 0,5 км(зв'язок із землею здійснюється через посадочну станцію);
• три камери(стереосистема, задня одинарна камера);
• альфа-протон-рентгеновский спектрометр (APXS); 
• 8-розрядний процесор Intel 80C85, працюючий на частоті 2 Мгц(продуктивність 0,1 MIPS), об'єм оперативної пам'яті 512 КБ, флеш пам'ять об'ємом 176 КБ.

Досягнення: за 3 місяці прибуття на поверхні Марса Соджорнер проїхав близько 100 метрів, зробив 550 фотографій і більше 15 разів провів хімічний аналіз марсіанських каменів і грунту.

Спірит (Spirit)

Країна виробник: США.

Творець: Boeing, Lockheed Martin.

Стартовий майданчик: мис Канаверал SLC17A.

Ракета-носій: Дельта- 2 7925-9.5 D298.

Живлення: панелі сонячних батарей на основі арсеніду галію, а також два литий-ионных акумулятора місткістю 8 А-ч кожен.

Маса планетохода : 185 кг(6,8 кг наукової апаратури).

Розміри: довжина - 1,6 м, ширина - 2,3 м, висота - 1,5 м.

Колеса: 6 алюмінієвих коліс діаметром 260 мм, з внутрішнім покриттям "Solimide".

Передача даних : 6-25 МБ/добу.

Максимальна швидкість руху : 5 см/сік, середня - 1 см/сік на Марсі з урахуванням прослизання коліс.

Устаткування:

• електромотори для руху, окремо електромотори (сервоприводи) для повороту передніх і задніх коліс;
• радіоізотопні обігрівачі;
• панорамна камера (Pancam) (для вивчення структури, кольору, мінералогії місцевого ландшафту);
• навігаційна камера (Navcam)  (монохромна, з великим кутом огляду, також камери з нижчим дозволом, для навігації і водіння);
• мініатюрний тепловий емісійний спектрометр (Mini-TES) (для вивчення скель і грунту);
• Hazcams (дві монохромні камери з 120-градусним полем зору для точнішої навігації ровера);
• мініатюризований месбауерівський спектрометр (MB) MIMOS II (для дослідження мінералогії залізовмісних порід і грунтів);
• спектрометр альфа-часток (APXS) (для аналізу хімічного складу скель і грунтів);
• магніти (для збору магнітних часток пилу);
• мікрокамера (MI) (пристрій за типом мікроскопа, збільшуюче зображення марсіанської поверхні у високому розділенні);
• алмазний торцевий бур (для буріння отворів в скелястій породі діаметром 45 мм і глибиною 5 мм, що збирає залишки буріння для аналізу);
• бортовий комп'ютер на 32-ядерному радіаційно-стійкому процесорі RAD6000, працюючому на частоті 20 Мгц, 128 мегабайт ОЗУ, 3 МБ EEPROM, 256 мегабайт флэш-памяти.

Досягнення: марсоход зробив безліч панорамних знімків, відео, включаючи відео запорошеного диявола, знайшов вказівку на наявність води у минулому в деяких каменях, наявність великих кількостей фосфору і солі. 1 травня 2009 року( 5 років, 3 місяці, 27 земних діб після посадки) Спірит проїхав 7730,5 метрів, поле чого застряг в піщаній дюні. До 22 березня 2010 ровер використовувався як стаціонарна платформа, після чого зв'язок з ним був втрачений.

Оппортьюнити (Opportunity)

Країна виробник: США.

Творець: Boeing, Lockheed Martin.

Стартовий майданчик: мис Канаверал SLC17B.

Ракета-носій: Дельта- 2 7925H D299.

Живлення: панелі сонячних батарей на основі арсеніду галію, а також два литий-ионных акумулятора місткістю 8 А-ч кожен.

Маса планетохода : 185 кг(6,8 кг наукової апаратури).

Розміри: довжина - 1,6 м, ширина - 2,3 м, висота - 1,5 м.

Колеса: 6 алюмінієвих коліс діаметром 260 мм, з внутрішнім покриттям "Solimide".

Передача даних : 6-25 МБ/добу.

Максимальна швидкість руху : 5 см/сік, середня - 1 см/сік на Марсі з урахуванням прослизання коліс.

Устаткування:

• електромотори для руху, окремо електромотори(сервоприводи) для повороту передніх і задніх коліс; радіоізотопні обігрівачі;
• панорамна камера (Pancam) (для вивчення структури, кольору, мінералогії місцевого ландшафту);
• навігаційна камера (Navcam)  (монохромна, з великим кутом огляду, також камери з нижчим дозволом, для навігації і водіння);
•  мініатюрний тепловий емісійний спектрометр (Mini-TES) (для вивчення скель і грунту);
• Hazcams (дві монохромні камери з 120-градусним полем зору для точнішої навігації ровера);
• мініатюризований месбауерівський спектрометр (MB) MIMOS II (для дослідження мінералогії залізовмісних порід і грунтів);
• спектрометр альфа-часток (APXS) (для аналізу хімічного складу скель і грунтів);
• магніти (для збору магнітних часток пилу), мікрокамера( MI) (пристрій за типом мікроскопа, збільшуюче зображення марсіанської поверхні у високому розділенні);
• алмазний торцевий бур (для буріння отворів в скелястій породі діаметром 45 мм і глибиною 5 мм, що збирає залишки буріння для аналізу);
• бортовий комп'ютер на 32-ядерному радіаційно-стійкому процесорі RAD6000, працюючому на частоті 20 Мгц, 128 мегабайт ОЗУ, 3 МБ EEPROM, 256 мегабайт флэш-памяти.

Досягнення: марсоход функціонує досі, на 23 жовтня 2013 року загальна кількість пройденого шляху складає 38470 метрів. За час перебування на Марсі ровер зробив безліч фото і відео, досліджував велику кількість кратерів, вулканічних каменів, знайшов і ислледовал метеорити Block Island, Mackinac Island і Shelter Island, в кратері Индевор виявив гідратований сульфат кальцію - мінерал, який утворюється тільки у присутності води.

Кьюриосити (Curiosity)

Країна виробник: США.

Творець: Boeing, Lockheed Martin.

Стартовий майданчик: мис Канаверал LC - 41.

Ракета-носій: Атлас V 541.

Живлення: радіоізотопний термоелектричний генератор (РИТЭГ) - генератор, який використовує радиотопный розпад плутония238( Pu238).

Маса планетохода : 899 кг (80 кг наукового устаткування).

Розміри: довжина - 3 м, ширина - 2,7 м, висота з уcтановленной щоглою - 2,1 м.

Колеса: 6 коліс, кожне з яких має свій електродвигун.

Передача даних : 19-31 МБ/добу.

Максимальна швидкість руху : макс швидкість на твердій поверхні - 144 м/годину, макс швидкість на пересіченій місцевості - 90 м/ч, середня швидкість - 30 м/ч.

Устаткування:

• кріогенний теплообмінник, для підтримки оптимальної температури внутрішнього устаткування;
• два бортові комп'ютери (один основний, один резервний) "Rover Compute Element" (RCE), що мають процесори RAD750 з частотою 200 Мгц, 256 кБ EEPROM, 256 МБ DRAM, і 2 ГБ флэш-памяти кожен, працюючих на операційній системі реального часу ОСРВ VxWorks;
• інерціальний вимірювальний пристрій (Inertial Measurement Unit);
• передавач і приймач X- діапазону для зв'язку із Землею;
• UHF система для зв'язку з штучними супутниками Марса;
• трех-суставной маніпулятор (2,1 м) з п'ятьма приладами загальною вагою 30 кг, що знаходяться на кінці маніпулятора у вежі-тургелі, що обертається на 350 градусів;
• Альфа-Протон-рентгенівський Спектрометр( APXS) для аналізу хімскладу скель і грунту;
• ударний дриль з двома бурою (1,6 і 5 см), щітка, механізм для огорожі (зачерпування) і просіювання зразків грунту, MAHLI - камера для отримання мікроскопічних зображень;
• три камери - MastCam (що складається з 2-ух камер MAC і NAC), MAHLI, MARDI з ПЗС-матрицами, 1600х1200 пікселів;
• ChemCam - набір інструментів дистанційного дослідження, що складається із спектрометра і лазерного телескопа;
• CHIMRA - ківш розміром 4х7 см, який зачерпує грунт;
• спектрометр CheMin для вивчення хімічного і мінералогічного складу;
• набір інструментів SAM для аналізу твердих зразків, органічних речовин і складу атмосфери;
• RAD - детектор оцінки радіації;
• DAN - динамічне альбедо нейтронів (ДАН), испльзуется для виявлення водню і водяного льоду;
• REMS - комплект метеорологічних приладів і ультрафіолетовий датчик;
• MEDLI - набір з трьох приладів для вивчення атмосферного середовища; Hazcams - дві пари чорно-білих камер, що знаходяться з фронтальних сторін, що становлять 3D карту місцевості;
• Navcams - дві чорно-білі камери на щоглі ровера для безопастной навігації.

Досягнення: з 6 серпня 2012 року до цього дня марсоход продовжує працювати, досліджуючи клімат, геологію, радіоактивний фон і в цілому придатність планети для висадки людини на Марс.

Майбутні космічні місії

Як ми бачимо, СРСР і США були головними "гравцями" в космічній гонці. Спроби інших країн стати одними з перших частенько терпіли крах. Так, наприклад, в Японії у рамках місії "Хаябуса" був сконструйований наноробот для дослідження астероїдів - мініатюрний самохідний апарат, що має на борту 4 наукові прилади. Але, на жаль, в 2000 році фінансування проекту було припинене і його закрили.

З причини деяких геополітичних подій, утворення нових союзів між деякими державами, а також розпаду старих, зміни економічного і фінансового стану окремих країн у світі, почалася інтенсивніша підготовка до освоєння космосу.

Сполучені Штати Америки створюють планетохід для дослідження Венери, запуск якого орієнтовно призначений в 2027 році.

Small Pressurized Rover - місячний транспортний всюдихід з шістьма провідними колісними осями, працюючий від акумуляторів в течії 2 тижнів або 1000 км, розвиваючий швидкість до 10 км/год, а також що має відсіки для двох астронавтів і вантажів.

All-Terrain Hex-Legged Extra-Terrestrial Explorer (ATHLETE) - шестиногий транспортний всюдихід, що розробляється Каліфорнійським технологічним інститутом і NASA. Висота ровера 4 метри, вантажопідйомність - 450 кг, максимальна швидкість 2 км/год. Планетохід переміщатиме вантажі, житлові і лабораторні модулі по поверхні Луни і Марса.

Висновок

Ми навіть не можемо уявити собі скільки "великих" умів задіяні в створенні високотехнологічних пристроїв для вивчення далеких планет і пошуку інопланетних форм життя. Мрія про далекі безкрайні простори Всесвіту розбурхує свідомість звичайних людей і стимулює учених до народження нових ідей і розробок в космічній індустрії. Віра, досвід і величезні знання, що придбавалися з кожним днем, примушують людство йти до наміченої мети. Непізнане і нез'ясовне щомиті ставати все ближче і ближче, а необмежені можливості людського мозку поступово відкривають нові горизонти для пізнання космосу. Планетоходи - це лише інструмент "в руках" людей для майбутніх відкриттів. Ми побували на місяці, не за горами підкорення Марса, і хто знає де ми виявимося через десятки, сотні, а може тисячі років.

↩️ Останні новини та значні події у світі робототехніки