WHEELBASE OF THE LUNAR TRANSPORT

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper focuses on the problem of choosing the appropriate configuration of the chassis of the planetary rover to work in an environment similar to the moon. The space exploration of new planets will inevitably pose many new scientific and technical challenges to humanity. One of which will be a detailed study of the terrain and data analysis. For this purpose, we need such workstations and laboratories that can autonomously explore the area, moving through it and mastering new boundaries of future habitats. Therefore, in the future we will need reliable and mobile transport for different purposes. Planetary rovers will be in demand on celestial bodies as transport for various tasks, for example, research projects, for resource extraction. And as colonization continues, other applications will emerge.

Full Text

Интерес к освоению Луны существовал Возобновление исследования Луны заплани- со времен так называемой «Лунной гонки». За ровано на 2021 год. первенство боролись Советский Союз и Со- На I (2016 - 2020 годы) и II этапах единённые Штаты Америки. Первый полёт к (2021 - 2025 годы) осуществляются наращи- Луне, получение первого изображения обрат- вание и поддержание минимально необходи- ной стороны Луны, первая посадка космиче- мого состава орбитальной группировки кос- ского аппарата на Луну и, наконец, первый мических аппаратов социально-экономиче- луноход стали советским достижением. Вы- ского и научного назначения [1]. садка первого человека на Луну впервые была В рамках реализации III этапа про- осуществлена США. граммы планируется развёртывание постоян- В рамках Советской программы был ре- ной луной базы. Позже количество баз будет ализован проект «Луноход» для изучения увеличиваться. Для перемещения между ба- Луны в СССР были спроектированы луно- зами людей и грузов необходим транспорт. ходы - первые планетоходы. Первый луно- Мое исследование относится к этой части ход - «Луноход-0» - планировалась запу- Лунной программы. стить в 1969 году, однако этого не произошло Советская лунная программа началась 5 из-за аварии ракетоносителя. На поверхность сентября 1959 года со старта аппарата «Луна- спутника Земли были доставлены «Луноход- 2». Но уже тогда Сергей Павлович Королев 1» и «Луноход-2». понимал, что для системного и детального В 1977 году планировалось с помощью изучения это дорого и неэффективно. Необ- межпланетной станции «Луна-25» отправить ходимо было устройство, способное самосто- на Луну «Луноход-3», однако запуск не был ятельно в течение длительного времени пере- осуществлён.По политическим и экономиче- мещаться по поверхности Луны и передавать ским причинам программа была свернута. информацию на Землю. Разработкой лунного В настоящее время идёт активная разра- транспорта занялось КБ Лавочкина. Список ботка Российской лунной программы. оборудования, наличие электродвигателей и © Гулин Ф. М., Пикалов Р. С., 2019. Гулин Фёдор Михайлович (fedor.gulin@mail.ru), ученик 9 класса МБОУ Школа № 29 г. Самара, 443110, Россия, Самара, ул. Радонежская, 2А. Пикалов Руслан Сергеевич (pickalovrs@gmail.com), аспирант кафедры теоретической механики Самарского университета, 443086, Самара, ул. Московское шоссе, 34. 10 Авиация и ракетно-космическая техника солнечных батарей были очевидны. Главная Новейшее изображение лунной по- задача планетохода - хорошая проходимость. верхности мы имеем благодаря китайской Она зависит от правильного выбора типа под- миссии «Чанъэ-4» и луноходу «Юйту-2», 3 вески и движителей. января 2019 впервые в истории совершив- Более сложно обстоит дело с такими шим мягкую посадку на обратной стороне агрегатами, как движитель, рама, тяговый Луны. электромеханический привод, подвеска, си- Сравним основные характеристики из- стема управления [2]. вестного нам лунного и марсианского Задачей разработки схемы шасси зани- транспорта. Трафик на Луне и Марсе нельзя малось «ВНИИ Трансмаш». Исходя из име- назвать напряженным. По их поверхности ющихся данных учёные знали точно, что проехало несколько транспортных средств. грунт твердый, но покрыт толстым слоем Причем все они до сих пор припаркованы на пыли с обилием камней разной формы и раз- этих космических телах (табл. 1). мера. В итоге была определена гибридная схема карьерного самосвала и танка. Техническое предложение - Гусеницы всепроходны, но их ремонт безвоздушные колёса невозможен при поломке в лунных усло- Как мы знаем, лунный грунт не одноро- виях. В итоге каждое колесо представляло ден. И кроме мелкодисперсного песка на по- собой гусеничный трак на самостоятельной верхности встречаются разного размера ва- ступице. 8 моторов приводили в движение 8 луны. Слой песчаной пыли в среднем состав- колес. Двигатели были вмонтированы в сту- ляет 10-15 см. В том числе и на Южном по- пицы. Колеса были независимы друг от люсе - месте размещения Российской лунной друга. базы. Использование привычного нам колеса Управление велось дистанционно из не представляется возможным на Луне, так Центра Управления в поселке Школьное в как из-за перепада температур резина теряет Крыму по радиосвязи. Проект «Луноход» свои эластичные свойства. Так же прокол подразумевал 3 аппарата. Оборудование на шины на Луне заменить достаточно трудно. них обновлялось, однако конструкция Слой песочной липнущей ко всему пыли шасси оставалась неизменной. также представляет серьезную проблему. 17 месяцев инженеры «General Так какое же колесо способно преодо- Motors» совместно с компанией «Boeing» леть эти условия? Попробуем заново изоб- вели разработки лунного транспорта. О лун- рести колесо. ном грунте до миссии «Аполлон-15» из- Мы предлагаем использовать безвоз- вестно было мало. Так что грунт восприни- душные колёса (рис. 1). мался как сухой песок. Преимущество данной конструкции: Предлагались такие варианты как гу- 1. Самоочищение от пыли и грунта. сеницы, архимедов винт, конусообразные 2. Отсутствие дисков снижает массу колеса. Но в итоге испытаний инженеры шасси и, следовательно, снижается расход предпочли колесо, сконструированное из энергии. металлической сетки, сплетенной из рояль- 3. Колесо способно менять форму в за- ной проволоки и свернутой в цилиндр. Эта висимости от особенностей рельефа. структура позволила песчаной пыли прохо- 4. Стойкость к повреждениям. Колесо дить сквозь ячеистую структуру, не затруд- выполняет возложенные на него функции до няя движение ровера. Ходовая часть всех тех пор, пока 70% его элементов исправно. трёх роверов устроена идентично. 5. Колесо представляет собой единую В 2013 году Китайская народная рес- деталь, что позволяет распечатать его на публика возобновила «Лунную гонку». На планетарной базе. поверхность приземлился спускаемый аппа- Недостатки: рат «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту» на борту. 1.Жесткость конструкции никак не ре- Луноход проехал буквально несколько мет- гулируется, так как зависит не от давления, ров и встал. Зато человечество получило све- а от выбора материала для изготовления жие снимки лунной поверхности. шасси. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 11 Таблица 1 Период Сравнение характеристик планетоходов Общее время Задержка Тип источника Транспорт реализации Тип управления работы сигнала питания программы 2 декабря 1971 - сигнал ПрОП-М затем был потерян ДУ с Земли 20 мин станция потерян контакт Запущен, но сигнал ПрОП-Ф потерян контакт ДУ с Земли 4 - 20 мин ТЭД (план) потерян при полёте 17 ноября 1970 - 14 Луноход -1 308 суток ДУ с Земли 10 сек Солнечная батарея сентября 1971 15 января 1973 - 10 Луноход -2 115 суток ДУ с Земли 10 сек Солнечная батарея мая 1973 ДУ с Земли / Луноход - 3 1977 (план) не запущен 10 сек Солнечная батарея Автономия Lunar Rover - 30 июля 1971 3 ч 02 мин пилотируемый не применимо ТЭД Apollo 15 Lunar Rover - 21 апреля 1972 3 ч 26 мин пилотируемый не применимо ТЭД Apollo 16 Lunar Rover - 11 декабря 1972 4 ч 26 мин пилотируемый не применимо ТЭД Apollo 17 14 декабря 2013 -25 ТЭД + Солнечная Chang'e 3 42 суток ДУ с Земли 13 сек января 2014 батарея ТЭД + Солнечная Chang'e 4 7 декабря 2018 - н.в. активен ДУ с Земли 13 сек батарея 4 июля 1997 года - ТЭД + Солнечная Sojourner 85 суток ДУ с Земли 13 мин 48 сек 27 сентября 1997 батарея 25 января 2004 года - ДУ с Земли / ТЭД + Солнечная Opportunity активен 13 мин 48 сек н.в Автономия батарея 4 января 2004 года - ДУ с Земли / РИТЭГ + Spirit 2698 суток 13 мин 48 сек 25 мая 2011 года Автономия Солнечная батарея ДУ с Земли / РИТЭГ + Curiosity 6 августа 2012 - н.в активен 13 мин 48 сек Автономия Солнечная батарея ExoMars опытный ДУ с Земли / Рис. 1. Техническое предложение опытный образец 13 мин 48 сек Солнечная батарея rover образец Автономия опытный ДУ с Земли / опытный информация ATHLETE опытный образец образец пилотируемый образец засекречена 12 Авиация и ракетно-космическая техника Рис. 2. Лунный транспорт «ATHLETE» [3] Рассмотрение ключевых современных Заключение концепций В работе произведено сравнение су- Из современных разработок для по- ществующих действующих аналогов пла- ставленной задачи наиболее подходит кон- нетоходов, исследованы различные виды цепция транспортного средства All-Terrain его перемещения. Анализ разработок, ре- Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer зультатов испытаний и эксплуатации си- (ATHLETE), предназначенный для исследо- стем планетоходов показали неразрывную вания человеком лунной или марсианской связь и зависимость строения аппарата от поверхности, для выгрузки крупногабарит- условий на изучаемой планете, а также обу- ного груза со стационарных кораблей и славливает возможность сочетания некото- транспортировки его на большие расстоя- рых видов систем для создания универсаль- ния (рис. 2). ной комплектации планетохода. В ходе ра- «ATHLETE» представляет собой ко- боты была разработана и предложена прин- лесно-шагающий аппарат на шести конечно- ципиально новая конструкция колеса. Иде- стях с 6 степенями свободы, к каждой из ко- альным колесом следует считать цельноре- торых прикреплено колесо. По относитель- зиновый обод большой толщины, состоя- ной ровной поверхности аппарат катится. щий из высокопрочного и износостойкого Если встречает препятствие, то перешагивает полиуретана или фенилосодержащих кау- его. «ATHLETE» использует свои колеса не чуков. только для езды, каждая конечность также В ходе дальнейших исследований может использоваться в качестве манипуля- планируется разработать оптимальную тора общего назначения. конфигурацию колеса для работы не только Колесный движитель, выполненный по на Луне, но и на Марсе. А также подобрать формуле 6*6 увеличивает профильную про- материал, который отличается низким ве- ходимость, представляет возможность ис- сом и сохраняет в заданных условиях свои пользования колес меньшего диаметра, что свойства: способность выдерживать боль- приводит к уменьшению габаритных разме- шую массу, давящую в несколько точек; ров планетохода [2]. выдерживать значительные перепады Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 1 (14) 13 температур; способность через прогиб Литература своей формы под рельеф местности гасить 1. Основные положения Федеральной 2025. : вибрации, независимо от структуры космической программы 2016- URL грунта. https://www.roscosmos.ru/22347 (дата обраще- Данный материал должен быть приго- ния 13.11.2018). ден для печати на 3-D принтере на космиче- 2. Планетоходы // Под ред. А. Л. Кемур- ской базе на поверхности планеты. Для чего джиана. М.: Машиностроение, 1993. 397 с. будет проведён обзор и анализ современных 3. All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terres- : :// . jpl nasa gov полимерных материалов, используемых в trial Explorer. URL https athlete . . / космонавтике. (дата обращения 13.11.2018).
×

About the authors

Fedor Mikhailovich Gulin

School № 29 of the Samara

Email: fedor.gulin@mail.ru
Russia, Samara

Ruslan Sergeevich Pikalov

Samara University

Email: pickalovrs@gmail.com
Russia, Samara

References

  1. Основные положения Федеральной космической программы 2016-2025. URL: https://www.roscosmos.ru/22347 (дата обращения 13.11.2018).
  2. Планетоходы // Под ред. А. Л. Кемурджиана. М.: Машиностроение, 1993. 397 с.
  3. All-Terrain Hex-Limbed Extra-Terrestrial Explorer. URL: https://athlete.jpl.nasa.gov/(дата обращения 13.11.2018).

Copyright (c) 2019 Proceedings of young scientists and specialists of the Samara University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies