МАРСОХОД «НАДЕЖНЫЙ»
Уже второй год я занимаюсь в техническом кружке у нас в лицее. Мне очень нравится проектировать, конструировать, а потом в материале выполнять модель. Я сразу выбрал модель марсохода, как только увидел на картинке настоящий марсоход Оппортьюнити. Но чтобы сделать свой марсоход, надо было понять, какие они марсоходы? Как устроены? Как работают? Какие приборы есть у них?
Интересна история марсоходов.
В июле 1997 года на Марс был доставлен марсоход «Соджорнер». Электропитание «Соджорнера» осуществлялось с помощью одной лёгкой панели солнечной батареи, Масса марсохода составляла вместе со всем оборудованием около 11,5 кг, что соответствует ≈ 4,5 кг на поверхности Марса. Размеры марсохода — 0,65 × 0,48 × 0,3 м. Марсоход был оборудован шестью колёсами диаметром 13 см, каждое из которых способно вращаться самостоятельно. Аппарат способен наклоняться на 45° без переворачивания и преодолевать препятствия высотой до 20 см. Мощности батареи хватало для работы аппарата в течение нескольких часов в день даже в пасмурную погоду.
Марсоход был оборудован тремя камерами — передней стереосистемой и задней одинарной камерой. Также имелся рентгеновский спектрометр (APXS). Спектрометр мог определять элементный состав пород Марса и пыли, за исключением такого элемента, как водород.
Следующий марсоход, успешно доставленный на Марс в 2004 году был американский – «Спирит». Сразу через две недели после его доставки американцы доставили на Марс еще один марсоход – «Оппортьюнити». «Спирит» и «Оппортьюнити» — это два совершенно одинаковых марсохода. Основные цели работы этих марсоходов — обнаружение и описание различных типов скал и грунтов, содержащих следы существования воды на этой планете.
Марсоходы имели массу 185 кг. Размеры 1,6 х 2,3 х 1,5 м. Марсоход «Спирит» работал гораздо дольше, чем запланированные 90 солов (марсианских солнечных суток). Благодаря очистке солнечных батарей естественным ветром Марса выработка электроэнергии значительно повысилась, из-за чего «Спирит» продолжал эффективно функционировать долгое время, в конечном итоге значительно превысив запланированный срок службы. «Спирит» проехал 7,73 км вместо запланированных 600 м, что позволило сделать более обширные анализы геологических пород Марса.
Через 5 лет «Спирит» застрял в песчаной дюне. Марсоход продолжали использовать как стационарную платформу. Общение со «Спиритом» прекратилось в 2010 году.
Инструменты марсоходов:
Панорамная камера с высоким разрешением будет делать стерео изображения. Она дополняет камеры навигации вездехода.
Мини-температурный спектрометр, видит инфракрасное излучение, выдаваемое объектами. Прибор может определить издалека минеральную композицию марсианской поверхности. Он поможет выбрать специфические почву и камни для подробных исследований. Наблюдение в инфракрасном диапазоне позволяет видеть сквозь пыль, которая покрывает скалы. Прибор может определить наличие карбонатов, силикатов, органических молекул и минералов, формировавшихся в присутствии воды. Инфракрасные данные также помогут ученым определить возможность удерживать тепло скалами и почвой. Кроме изучения скал, прибор может изучить инфракрасное излучение атмосферы.
Инструменты в манипуляторе:
Прибор Microscopic — комбинация микроскопа и камеры (предел видимости прибора около ста микрон). Блок формирования изображения поможет определить осадочные скалы, которые формировались в воде, и таким образом поможет ученым смоделировать прошлую водную среду Марса. Этот инструмент также даст информацию о скалах, сформировавшихся под действием вулканического влияния.
Поскольку многие наиболее важные минералы содержат железо, на аппарате установлен спектрометр Mossbauer предназначенный для определения с высокой точностью содержания железа. Идентификация железа в минералах даст информацию о ранних марсианских условиях. Спектрометр также способен изучать магнитные свойства поверхностных материалов и определяющих минералов, формированных в горячих, водянистых средах, которые могли бы сохранить ископаемое подтверждение марсианской жизни. Энергетическая установка прибора — два радиоактивных источника, каждый из них размером с обычный карандашный ластик.
Рентгеновский спектрометр альфа частиц точно определяет элементы, из которых состоят скалы и почва. Эта информация поможет дополнить анализ минералов, осуществленный другими приборами.
На рычаге аппарата установлен также прибор для очищения скал. Прибор подвергает расчистки область диаметром 4,5 см в диаметре и 5 мм в глубину. Кроме того, на аппаратах установлены сборщики пыли, находящейся в воздухе. Пыль будет подвергаться исследованиям рентгеновским спектрометром.
Основная задача «Оппортьюнити» заключалась в том, чтобы он продержался 90 солов (92,5 земных суток), за это время проводя многочисленные исследования Марса. Миссия получила несколько расширений и продолжалась в течение 5498 дней с момента посадки. В процессе посадки марсоход случайно попал в кратер (Игл) посреди плоской равнины. «Оппортьюнити» успешно изучил грунт и образцы горных пород, передал панорамные снимки кратера Игл. Полученные данные позволили ученым НАСА сделать предположения о присутствии в прошлом воды на поверхности Марса.
С конца апреля по июнь 2005 года «Оппортьюнити» не передвигался, так как застрял в дюне несколькими колесами. Чтобы извлечь ровер с минимальным риском, за 6 недель было выполнено моделирование местности. Успешное маневрирование по несколько сантиметров за день в конечном итоге освободило ровер, тем самым позволив ему продолжить своё путешествие по поверхности красной планеты.
По состоянию на начало июня 2018 года «Оппортьюнити» всё ещё функционировал на поверхности Марса и занимался дальнейшими научными исследованиями.
В начале июня 2018 года произошли крупные пылевые бури глобального масштаба, и в течение нескольких недель ровер не получал достаточной мощности от солнечных батарей для поддержания связи с Землёй. Однако, после ослабевания и прекращения пыльной бури, после многочисленных попыток установления контакта, марсоход на связь так и не вышел. 13 февраля 2019 года было объявлено о его утрате и завершении миссии. Предполагается, что в течение нескольких месяцев нахождения в обесточенном состоянии холод повредил внутреннюю электронику марсохода, и что более вероятно — аккумуляторы, которые изрядно деградировали в ходе 14-летней эксплуатации. Общее количество пройденного пути составляет 45 160 метров.
Марсоход «Кьюриосити» был доставлен на Марс в 2012 году. Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити». Работает по сегодняшний день.
Изучив конструкцию современных марсоходов, я приступил к изготовлению модели. У настоящих марсоходов все колеса автономные, каждый со своим двигателем. Выполнить это в модели из картона очень трудно, практически невозможно. Было принято решение выполнить ходовую часть модели в обычной раме, т.е. соединить колеса по два на общую ось. Из-за нехватки времени остановились на двух парах.
Каждое колесо я выполнял так:
вырезал обод колеса с зубчиками для подклеивания,
вырезал два диска нужного диаметра,
склеивал диски и обод.
Затем приготовил два шкива для двух электроприводов. Делал это из толстого картона толщиной 1 мм в три слоя сам шкив и два диска чуть большего диаметра – ограничители. Их наклеивал слева и справа от самого шкива.
Модель действующая, полноприводная. Установил два электропривода. Для этого использовал два электродвигателя на 4,5 В. Понадобились два резиновых пасика.
Раму выполнил из картона толщиной 1 мм. Сверху крышка. Внутри коробки рамы выполнил еще два электропривода:
один для вращения системы из трех камер с панорамным и стереоскопическим отображением;
на другой стойке расположена навигационная камера и система для анализа химического и минералогического состава марсианской почвы.
Стойки этих приборов высокие, в настоящих марсоходах они бывают от 1 до 1,5 метров. В модели я сделал их пропорциональной высоты.
Затем выполнил еще один электропривод – для вращения антенны высокого усиления. Все эти приборы могут вращаться в любую сторону.
Необходимо было «оживить» манипулятор. Сделал ему горизонтальный электропривод, чтобы двух суставный манипулятор мог двигаться вправо и влево. Но очень хотелось, чтобы прибор спектрометр, укрепленный на конце манипулятора, мог поворачиваться вверх и вниз. Долго искал электродвигатель поменьше. Нашел. Выполнил электропривод в маленькой коробочке. Ура! Спектрометр ожил! Поворачивается вверх и вниз. Теперь как настоящий «будет обеспечивать мелкомасштабные изображения» (совмещение микроскопа и видеокамеры).
Аккуратно покрасили модель аэрозольными красками. Нанесли квадратную сетку – солнечные панели. Немного декоративных элементов – все таки, выставочный экземпляр. Марсоход готов. Все электроприводы работают как часы, вышло все очень хорошо, надежно. Я так и решил назвать марсоход – «Надежный».
