Транспорт и роботы для изучения и освоения других планет
Содержание:
- Введение
- История планетоходов
- Технические характеристики некоторых планетоходов
- Луноход-1
- Луноход-2
- Лунные автомобили Аполлон
- Прибор оценки проходимости — Марс (ПрОП-М)
- Соджонер (Sojourner)
- Спирит (Spirit)
- Оппортьюнити (Opportunity)
- Кьюриосити (Curiosity)
- Будущие космические миссии
- Заключение
Высокие технологии, последние научные разработки, опыт предыдущих экспериментов позволяют создавать все более и более совершенные устройства для освоения космоса. Эта статья посвящена роботизированным космическим аппаратам, или просто планетоходам, которые в данный момент, под чутким руководством современных ученых, продолжают ежеминутно и ежесекундно продвигаться по необъятным просторам чужих планет в поисках новых форм жизни.
Еще со времен существования до нашей эры Древнего Вавилона и Древнего Египта жрецы выделили основные созвездия и зодиаки, открыли многие законы движения планет, придумали лунный календарь и предсказывали затмения. В Древнем Китае наблюдали за кометами, метеорными потоками, установили продолжительность солнечного года, а также строили первые обсерватории. Древние инки и майя создавали мифы и легенды о Млечном Пути, наблюдали за Меркурием, Марсом, Венерой, Юпитером и Сатурном. Великие математики и астрономы из Древней Греции первыми предложили пироцентрическую модель Вселенной, в которой звёзды, Солнце, Луна и шесть планет обращаются вокруг Центрального Огня (Гестии) и первыми утверждали о шарообразности Земли. В XVI веке Коперник создал труд "О вращении небесных сфер", а в начале XVII века итальянский ученый Галилео Галилей создал первый телескоп и доказал безумную в то время теорию. Это говорит о том, что человечество во все времена с огромным интересом относилось к неизведанному недостижимому пространству, окружающему наш мир.
Взгляните на небо и вы увидите огромное количество звезд - небесных светил, состоящих из смеси газов, в недрах которых происходят миллионы химических реакций. Солнечная система, зародившаяся примерно 4,57 млрд лет назад, имеет свою звезду - Солнце, а также 8 основных планет, 5 карликовых планет, 616 664 малых небесных тел и 415 спутников, включая место нашего непосредственного обитания - планету Земля. С давних времен люди спорили о возможной жизни вне нашей цивилизации и о том, что же нас окружает. С развитием технологий и приобретением новых знаний, человечество узнало о существовании новых планет. И только лишь в конце 60-х годов прошлого века советским ученым удалось впервые отправить человека в космос, а в 70-х доставить первый планетоход на другую планету, а именно на Луну.
История планетоходов
Передовыми странами в разработке и создании первых планетоходов были СССР и США. Луноход-1 - так назывался первый автономный космический аппарат, доставленный на поверхность Луны 17 ноября 1970 года автоматической межпланетной станцией Луна-17. Миссией данного аппарата было изучение особенностей лунной поверхности, свойств и химического состава грунта, радиоактивного и рентгеновского космического излучения. Первый планетоход проработал 10,5 земных месяцев, до 14 сентября 1971 года, после чего вышел из строя.
Американские ученые были на шаг впереди, и еще в 1967 году планировали отправить свой первый космический корабль "Аполлон-1" на поверхность Луны. Они бы и стали первыми, если бы не трагическое событие, произошедшее на Мысе Канаверал. 27 января 1967 года во время наземных испытаний на борту космического аппарата произошел сильнейший пожар, в результате которого погибли три американских астронавта. После трагедии директор департамента пилотируемых полётов НАСА Джозеф Ши был отстранен, а проект был отложен на полтора года.
Программа "Аполлон" предусматривала применение специальных вездеходов для транспортировки экипажа на поверхности Луны, и 30 июля 1971 года, после приземления корабля Аполлон-15 был впервые использован лунный автомобиль. Такие планетоходы были и в последующих высадках кораблей Аполлон-16 (21 апреля 1972 года) и Аполлон-17 (11 декабря 1972 года). Вездеходы расширяли возможности исследования планеты и имели неплохую скорость передвижения - 13 км/ч.
Возвращаясь к "отечественным" планетоходам, 16 января 1973 года автоматической межпланетной станцией Луна-21 на необитаемую планету был доставлен дистанционно-управляемый аппарат Луноход-2, который до 10 мая 1973 года (четыре земных месяца) исследовал механические свойства поверхности, наблюдал за солнечным излучением, проводил серию экспериментов с наземным лазерным дальномером, а также делал фото и телесъемку.
Пытливый человеческий мозг не ограничивался интересом только к Луне, мысли ученых достигали и до других, более дальних планет, таких, как Марс, например. Конструкторским бюро во главе с Александром Леоновичем Кемурджианом на заводе ВНИИТрансМаш был создан первый советский марсоход, называемый "Прибор оценки проходимости — Марс" (ПрОП-М). Прототипу Марс-1 так и не посчастливилось достичь "красной планеты". Неудачными попытками были и последующие проекты. 27 ноября 1971 года при попытке мягкой посадки разбился планетоход Марс-2. А 2 декабря 1971 года аппарат Марс-3, попавший в пылевую бурю, потерял связь с Землей через 14,5 секунд после приземления.
В далеком 1977 году должен был состояться еще один запуск советского планетохода Луноход-3 с помощью межпланетной станции Луна-25. Но событие так и не произошло по причине активного использования ракеты-носителя 8К82К для вывода на орбиту советских спутников связи.
В настоящее время Луноход-3 используется как экспонат в музее НПО имени С. А. Лавочкина.
Опыт, приобретенный в течении всего этого времени, позволил 4 июля 1997 года с помощью посадочного модуля Марс Пасфайндер (англ. Mars Pathfinder) доставить на поверхность Марса, американский марсоход Соджонер (Sojourner, с англ. Пришелец). Основной задачей проекта было: применение схем "дешёвой" посадки, проведение научных исследований, получение фотографий, изучение состава грунтовых пород с помощью спектрометра, исследование атмосферы. Но, к сожалению, 27 сентября 1997 года планетоход больше не вышел на связь, хотя попытки ученых восстановить контакт с аппаратом продолжались до марта 1998 года.
Еще одной потерей для космической индустрии США стал марсоход Спирит (англ. Spirit), приземлившийся на безлюдную планету 4 января 2004 года и проработавший там более 6 лет по 22 марта 2010 года. "Оппортьюнити" (англ. Opportunity) - второй марсоход НАСА в рамках проекта Mars Exploration Rover, был доставлен на Марс 25 января 2004 года, тремя неделями позже Спирита, и работает там по сей день, превысив свой срок эксплуатации уже в 37 раз! Задача планетоходов - изучение состава грунта Марса, обнаружение следов воды.
Миссия НАСА Mars Science Laboratory 26 ноября 2011 года совершила отправку марсохода третьего поколения - "Кьюриосити" (англ. Curiosity). Аппарат представляет собой огромную передвижную химическую лабораторию, мягкое приземление которой было произведено 6 августа 2012 года. Предполагается, что планетоход отработает на поверхности Марса в течении одного марсианского года (686 земных суток).
Технические характеристики некоторых планетоходов
Всегда интересно заглянуть во внутрь космического аппарата. Как и из чего же он, все-таки, сделан? В данном разделе представляем технические данные некоторых, самых популярных, планетоходов, созданные в эпоху глобального развития космической индустрии.
Страна производитель: СССР.
Создатель: НПО им. Лавочкина.
Стартовая площадка: Байконур.
Ракета-носитель: Протон.
Питание: солнечная батарея мощностью 180 Вт.
Масса планетохода: 756 кг.
Размеры: длина с открытой солнечной батареей — 4,42 м, ширина — 2,15 м, высота — 1,92 м. Колеса: диаметр — 510 мм, ширина — 200 мм, колёсная база — 1700 мм, ширина колеи — 1600 мм.
Максимальная скорость движения: 2 км/час.
Суммарная длительность активного существования: 301 сутки 06 ч 37 мин.
Оборудование:
- две телекамеры (одна резервная), четыре панорамных телефотометра; рентгеновский флуоресцентный спектрометр РИФМА;
- рентгеновский телескоп РТ-1;
- одометр-пенетрометр ПрОП;
- детектор радиации РВ-2Н;
- лазерный рефлектор ТЛ.
Достижения: за время нахождения на поверхности Луны "Луноход-1" проехал 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 м2, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий.
Страна производитель: СССР.
Создатель: НПО им. Лавочкина.
Стартовая площадка: Байконур.
Ракета-носитель: Протон-К / Блок Д 259-01.
Питание: солнечная батарея мощностью 180 Вт.
Масса планетохода: 836 кг.
Размеры: длина с открытой солнечной батареей — 4,42 м, ширина — 2,15 м, высота — 1,92 м. Колеса: диаметр — 510 мм, ширина — 200 мм, колёсная база — 1700 мм, ширина колеи — 1600 мм.
Максимальная скорость движения: 2 км/час.
Суммарная длительность активного существования: 4 месяца.
Оборудование:
- три телекамеры четыре панорамных телефотометра;
- рентгеновский флуоресцентный спектрометр РИФМА;
- рентгеновский телескоп РТ-1;
- одометр-пенетрометр ПрОП;
- детектор радиации РВ-2Н;
- лазерный рефлектор ТЛ.
Достижения: за время работы планетоход прошёл 42000 м, передал на Землю 86 панорам и около 80 000 кадров телесъёмки.
Страна производитель: США.
Создатель: Boeing.
Стартовая площадка: Космический центр Кеннеди комплекс 39А, Флорида, США.
Ракета-носитель: Сатурн-5 SA-510.
Питание: две неперезаряжаемые серебряно-цинковые батареи напряжением 36 вольт и ёмкостью 121 А•ч. каждая.
Масса планетохода: 210 кг.
Грузоподъемность: 490 кг.
Размеры: длина 3 м, ширина — 2,3 м, высота — 1,1 м.
Колеса: разработаны компанией General Motors, диаметр — 810 мм, ширина — 230 мм, колёсная база — 2300 мм.
Материал рамы: алюминий.
Средняя скорость движения: 8-10 км/ч.
Максимальная скорость движения: 18 км/час.
Оборудование:
- четыре двигателя постоянного тока (для каждого колеса) производства Delco, каждый мощностью 0,25 л. с. (190 Вт) при оборотах до 10 000 об/мин;
- передача через понижающий волновой редуктор 80:1;
- два рулевых двигателя (по одному для передних и задних колёс);
- Т-образный руль;
- приборный щиток (индикаторы скорости, расстояния, азимута движения (курса), наклона, запаса мощности батарей и температуры);
- гирокомпас;
- одометр;
- остронаправленная сетчатая параболическая антенна для прямой связи с Землёй;
- одна ненаправленная антенна;
- цветная телевизионная камера;
- 16-мм кинокамера;
- 70-мм фотокамера.
Достижения: экспедиция "Аполлон-15" - автомобиль проехал 2776 м с наибольшим удалением от модуля на 5000 м, экспедиция "Аполлон-16" - автомобиль проехал 2655 м с наибольшим удалением от модуля на 4500 м, экспедиция "Аполлон-17" - автомобиль проехал 3589 м с наибольшим удалением от модуля на 7600 м.
Прибор оценки проходимости — Марс (ПрОП-М)
Страна производитель: СССР.
Создатель: ВНИИТрансМаш.
Стартовая площадка: Байконур.
Ракета-носитель: Протон.
Питание: по кабелю от марсианской станции.
Масса планетохода: 4,5 кг.
Размеры: длина — 0,25 м, ширина — 0,22 м, высота — 0,04 м.
Способ передвижения: шагающее шасси (лыжи) с датчиками обнаружения препятствий
Максимальная скорость движения: 1 метр/час.
Оборудование:
- динамический пенетрометр и гамма-лучевой плотномер;
- датчики обнаружения препятствий; кабель управления и питания длиной 15 м.
Страна производитель: США.
Создатель: NASA.
Стартовая площадка: мыс Канаверал LC17B.
Ракета-носитель: Дельта-2 7925 D240.
Питание: солнечная батарея с элементами на основе арсенида галлия, мощность 15 Вт (примерно 150 кВт•ч/сол), а также один литиевый аккумулятор ёмкостью 40 А•ч.
Масса планетохода: без оборудования 10,6 кг, с оборудованием 15,6 кг.
Размеры: длина — 0,65 м, ширина — 0,48 м, высота — 0,3 м.
Колеса: диаметр — 130 мм.
Передача данных: менее 3,5 МБ/сутки.
Максимальная скорость движения: 1 см/сек.
Оборудование:
- 11 электродвигателей постоянного тока RE016DC мощностью 3,2 Вт ("Maxon Motor") - 6 двигателей вращают колёса, по одному на каждое колесо, 4 задают направление движения, 1 поднимает и опускает спектрометр;
- антенна с радиусом действия 0,5 км (связь с землей осуществляется через посадочную станцию);
- три камеры (стереосистема, задняя одинарная камера);
- альфа-протон-рентгеновский спектрометр (APXS);
- 8-разрядный процессор Intel 80C85, работающий на частоте 2 МГц (производительность 0,1 MIPS), объём оперативной памяти 512 КБ, флеш память объёмом 176 КБ.
Достижения: за 3 месяца прибывания на поверхности Марса Соджорнер проехал около 100 метров, сделал 550 фотографий и более 15 раз провел химический анализ марсианских камней и грунта.
Страна производитель: США.
Создатель: Boeing, Lockheed Martin.
Стартовая площадка: мыс Канаверал SLC17A.
Ракета-носитель: Дельта-2 7925-9.5 D298.
Питание: панели солнечных батарей на основе арсенида галлия, а также два литий-ионных аккумулятора ёмкостью 8 А•ч каждый.
Масса планетохода: 185 кг (6,8 кг научной аппаратуры).
Размеры: длина - 1,6 м, ширина - 2,3 м, высота - 1,5 м.
Колеса: 6 алюминиевых колес диаметром 260 мм, с внутренним покрытием "Solimide".
Передача данных: 6-25 МБ/сутки.
Максимальная скорость движения: 5 см/сек, средняя - 1 см/сек на Марсе с учетом проскальзывания колес.
Оборудование:
- электромоторы для движения, отдельно электромоторы (сервоприводы) для поворота передних и задних колес;
- радиоизотопные обогреватели;
- панорамная камера (Pancam) (для изучения структуры, цвета, минералогии местного ландшафта);
- навигационная камера (Navcam) (монохромная, с большим углом обзора, также камеры с более низким разрешением, для навигации и вождения);
- миниатюрный тепловой эмиссионный спектрометр (Mini-TES) (для изучения скал и почвы); Hazcams (две монохромные камеры со 120-градусным полем зрения для более точной навигации ровера);
- миниатюризованный мёссбауэровский спектрометр (MB) MIMOS II (для исследования минералогии железосодержащих пород и почв);
- спектрометр альфа-частиц (APXS) (для анализа химического состава скал и почв);
- магниты (для сбора магнитных частиц пыли);
- микрокамера (MI) (устройство по типу микроскопа, увеличивающее изображение марсианской поверхности в высоком разрешении);
- алмазный торцевой бур (для бурения отверстий в скалистой породе диаметром 45 мм и глубиной 5 мм, собирающий остатки бурения для анализа);
- бортовой компьютер на 32-ядерном радиационно-стойком процессоре RAD6000, работающем на частоте 20 МГц, 128 мегабайт ОЗУ, 3 МБ EEPROM, 256 мегабайт флэш-памяти.
Достижения: марсоход сделал множество панорамных снимков, видео, включая видео пыльного дьявола, нашел указание на наличие воды в прошлом в некоторых камнях, наличие больших количеств фосфора и соли. 1 мая 2009 года (5 лет, 3 месяца, 27 земных суток после посадки) Спирит проехал 7730,5 метров, поле чего застрял в песчаной дюне. До 22 марта 2010 ровер использовался как стационарная платформа, после чего связь с ним была потеряна.
Страна производитель: США.
Создатель: Boeing, Lockheed Martin.
Стартовая площадка: мыс Канаверал SLC17B.
Ракета-носитель: Дельта-2 7925H D299.
Питание: панели солнечных батарей на основе арсенида галлия, а также два литий-ионных аккумулятора ёмкостью 8 А•ч каждый.
Масса планетохода: 185 кг (6,8 кг научной аппаратуры).
Размеры: длина - 1,6 м, ширина - 2,3 м, высота - 1,5 м.
Колеса: 6 алюминиевых колес диаметром 260 мм, с внутренним покрытием "Solimide". Передача данных: 6-25 МБ/сутки.
Максимальная скорость движения: 5 см/сек, средняя - 1 см/сек на Марсе с учетом проскальзывания колес.
Оборудование:
- электромоторы для движения, отдельно электромоторы (сервоприводы) для поворота передних и задних колес;
- радиоизотопные обогреватели;
- панорамная камера (Pancam) (для изучения структуры, цвета, минералогии местного ландшафта);
- навигационная камера (Navcam) (монохромная, с большим углом обзора, также камеры с более низким разрешением, для навигации и вождения);
- миниатюрный тепловой эмиссионный спектрометр (Mini-TES) (для изучения скал и почвы); Hazcams (две монохромные камеры со 120-градусным полем зрения для более точной навигации ровера);
- миниатюризованный мёссбауэровский спектрометр (MB) MIMOS II (для исследования минералогии железосодержащих пород и почв);
- спектрометр альфа-частиц (APXS) (для анализа химического состава скал и почв);
- магниты (для сбора магнитных частиц пыли), микрокамера (MI) (устройство по типу микроскопа, увеличивающее изображение марсианской поверхности в высоком разрешении);
- алмазный торцевой бур (для бурения отверстий в скалистой породе диаметром 45 мм и глубиной 5 мм, собирающий остатки бурения для анализа);
- бортовой компьютер на 32-ядерном радиационно-стойком процессоре RAD6000, работающем на частоте 20 МГц, 128 мегабайт ОЗУ, 3 МБ EEPROM, 256 мегабайт флэш-памяти.
Достижения: марсоход функционирует до сих пор, на 23 октября 2013 года общее количество пройденного пути составляет 38470 метров. За время пребывания на Марсе ровер сделал множество фото и видео, исследовал большое количество кратеров, вулканических камней, нашел и ислледовал метеориты Block Island, Mackinac Island и Shelter Island, в кратере Индевор обнаружил гидратированный сульфат кальция — минерал, который образуется только в присутствии воды.
Страна производитель: США.
Создатель: Boeing, Lockheed Martin.
Стартовая площадка: мыс Канаверал LC-41.
Ракета-носитель: Атлас V 541.
Питание: радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) - генератор, который использует радиотопный распад плутония238 (Pu238).
Масса планетохода: 899 кг (80 кг научного оборудования).
Размеры: длина - 3 м, ширина - 2,7 м, высота с уcтановленной мачтой - 2,1 м.
Колеса: 6 колес, каждое из которых имеет свой электродвигатель.
Передача данных: 19-31 МБ/сутки.
Максимальная скорость движения: макс скорость на твердой поверхности - 144 м/час, макс скорость на пересеченной местности - 90 м/ч, средняя скорость - 30 м/ч.
Оборудование:
- криогенный теплообменник, для поддержания оптимальной температуры внутреннего оборудования;
- два бортовых компьютера (один основной, один резервный) "Rover Compute Element"(RCE), имеющих процессоры RAD750 с частотой 200 МГц, 256 кБ EEPROM, 256 МБ DRAM, и 2 ГБ флэш-памяти каждый, работающих на операционной системе реального времени ОСРВ VxWorks;
- инерциальное измерительное устройство (Inertial Measurement Unit);
- передатчик и приёмник X-диапазона для связи с Землей;
- UHF система для связи с искусственными спутниками Марса;
- трех-суставной манипулятор (2,1 м) с пятью приборами общим весом 30 кг, находящимися на конце манипулятора в башне-туреле, поворачивающейся на 350 градусов
- Альфа-Протон-Рентгеновский Спектрометр (APXS) для анализа химсостава скал и почвы;
- ударная дрель с двумя бурами (1,6 и 5 см), щетка, механизм для забора (зачерпывания) и просеивания образцов грунта, MAHLI - камера для получения микроскопических изображений;
- три камеры - MastCam (состоящей из 2ух камер MAC и NAC), MAHLI, MARDI с ПЗС-матрицами, 1600х1200 пикселей;
- ChemCam - набор инструментов дистанционного исследования, состоящий из спектрометра и лазерного телескопа;
- CHIMRA - ковш размером 4х7 см, который зачерпывает грунт;
- спектрометр CheMin для изучения химического и минералогического состава;
- набор инструментов SAM для анализа твёрдых образцов, органических веществ и состава атмосферы;
- RAD - детектор оценки радиации;
- DAN - динамическое альбедо нейтронов (ДАН), испльзуется для обнаружения водорода и водяного льда; REMS - комплект метеорологических приборов и ультрафиолетовый датчик;
- MEDLI - набор из трех приборов для изучения атмосферной среды;
- Hazcams - две пары черно-белых камер, находящихся с фронтальных сторон, составляющие 3D карту местности;
- Navcams - две черно-белые камеры на мачте ровера для безопастной навигации.
Достижения: с 6 августа 2012 года по сей день марсоход продолжает работать, исследуя климат, геологию, радиоактивный фон и в целом пригодность планеты для высадки человека на Марс.
Будущие космические миссии
Как мы видим, СССР (а ныне Российская Федерация) и США были главными "игроками" в космической гонке. Попытки других стран стать одними из первых зачастую терпели крушение. Так, например, в Японии в рамках миссии "Хаябуса" был сконструирован наноробот для исследования астероидов - миниатюрный самоходный аппарат, имеющий на борту 4 научных прибора. Но, к сожалению, в 2000 году финансирование проекта было прекращено и его закрыли.
В виду некоторых геополитических событий, образования новых союзов между некоторыми государствами, а также распада старых, изменения экономического и финансового положения отдельных стран в мире, началась более интенсивная подготовка к освоению космоса.
Соединенные Штаты Америки создают планетоход для исследования Венеры, запуск которого ориентировочно назначен в 2027 году.
Small Pressurized Rover - лунный транспортный вездеход с шестью ведущими колесными осями, работающий от аккумуляторов в течении 2 недель или 1000 км, развивающий скорость до 10 км/час, а также имеющий отсеки для двух астронавтов и грузов.
All-Terrain Hex-Legged Extra-Terrestrial Explorer (ATHLETE) - шестиногий транспортный вездеход, разрабатываемый Калифорнийским технологическим институтом и NASA. Высота ровера 4 метра, грузоподъемность - 450 кг, максимальная скорость 2 км/ч. Планетоход будет перемещать грузы, жилые и лабораторные модули по поверхности Луны и Марса.
Заключение
Мы даже не можем представить себе сколько "великих" умов задействовано в создании высокотехнологичных устройств для изучения далеких планет и поиска инопланетных форм жизни. Мечта о далеких бескрайних просторах Вселенной будоражит сознание обычных людей и стимулирует ученых к рождению новых идей и разработок в космической индустрии. Вера, опыт и огромные знания, приобретаемые с каждым днем, заставляют человечество идти к намеченной цели. Неопознанное и необъяснимое ежесекундно становиться все ближе и ближе, а неограниченные возможности человеческого мозга постепенно открывают новые горизонты для познания космоса. Планетоходы - это лишь инструмент "в руках" людей для будущих открытий. Мы побывали на Луне, не за горами покорение Марса, и кто знает где мы окажемся через десятки, сотни, а может тысячи лет.
↩️ Последние новости и значимые события в мире робототехники
