ДТО «ПОЛИТЕХНИКА»
Многофункциональная инженерная машина для разработки грунтов на Луне
Луна — первое небесное тело, на которое с Земли стали отправлять космические аппараты, и единственный внеземной астрономический объект, где побывал человек. Весь период освоения Луны можно разбить на 2 этапа.
Первый этап с 50-х годов до конца XX века был этапом соперничеством СССР и США за титул первопроходца.
На втором этапе, начатом в XXI веке (его также называют «лунной гонкой 2.0»), список стран значительно расширился. Сейчас он включает Россию, США, Японию, Евросоюз, Китай, Индию, Пакистан, ОАЭ, Израиль и Южную Корею.
Какие планы есть у разных стран по освоению Луны? Конечно, практически все страны планируют заняться добычей и переработкой гелия-3 и других полезных ископаемых. Стоит в планах и строительство космодромов для дальнейшего освоения Солнечной системы. Но главный и самый интересный план – это полноценная колонизация Луны.
Планы России по освоению Луны в последние годы часто пересматривались. В первый этап до 2025 года вошла разработка базового модуля лунной орбитальной станции и испытания пилотируемого корабля «Орел». На 2027 год запланирована орбитальная миссия «Луна-26», а на 2028 год – высадка посадочного модуля «Луна-27» с научным оборудованием и луноходом. После 2030 года запланирован запуск возвращаемого аппарата «Луна-28» с доставкой на Землю лунного грунта и высадка космонавтов на поверхность Луны. После 2035 года планируется завершение строительства лунной базы, в составе которой будут астрономические обсерватории. К этому времени должен быть готов промышленный комплекс для добычи льда, из которого будут производить кислородно-водородное топливо. До 2040 года планируется завершить формирование лунного орбитального аналога ГЛОНАСС для техники, работающей на поверхности Луны.
Итак, в научной печати и СМИ активно обсуждаются вопросы об исследовании, освоении, научной и хозяйственной эксплуатации Луны. Обустройство доставленных с Земли или сооружаемых на Луне обитаемых объектов станет неизбежной задачей при развертывании лунной базовой станции. Процессу строительства всегда предшествуют работы по подготовке строительной площадки и нулевого цикла. В условиях горнотехнической обстановки на Луне при планировании строительной площадки потребуется удаление в отвал крупных камней, отсыпка или срезка элементов микрорельефа, кратерных валов, закладка траншей и котлованов.
Для разработки грунтов на Луне необходимо разработать соответствующие инженерные машины, приспособленные к такой работе в условиях спутника Земли.
Актуальность освоения Луны и, при этом, объективная необходимость создания инженерной машины для разработки грунтов на Луне, определили выбор темы моего проекта «Многофункциональная инженерная машина для разработки грунтов на Луне». Для достижения этой цели мне пришлось решать следующие задачи: изучение практики землеустройства и опыт эксплуатации инженерных машин на Земле, изучение проектов-предшественников аналогичных машин для разработки грунтов на Луне, разработку концептуальной конструкции многофункциональной инженерной машины для разработки грунтов на Луне.
Мы нашли уникальный архивный документ «Отчет по созданию лунных станций и инженерных строительных подвижных средств». Отчет выпущен в 1968 году, утвердил его преемник С.П. Королева — В.П. Мишин, бывший в течение 20 лет (1946-1966) первым заместителем С.П. Королева в ОКБ-1. В отчете подробно описана Лунная Инженерная Машина (ЛИМ).
Эта машина содержит четырехколесное специальное силовое шасси, на котором размещается герметизированная, теплоизолированная кабина с люком-лазом, рассчитанная на работу в ней одного космонавта-оператора без скафандра. Машина включает в себя комплекс навесного оборудования: бульдозер, скрепер, грейдер, экскаватор и др. Но в настоящий момент работа по перемонтажу на тягаче агрегатов и рабочих органов в лунных условиях оценивается как трудновыполнимая. Поэтому сегодня инженеры РКК стремятся к созданию моноблочной многофункциональной инженерной машины с встроенными агрегатами грунторазработки, способной обеспечить выполнение всех операций без перемонтажа.
Такая машина описана в патенте РКК «Энергия» (2 770 387 Федеральной службы интеллектуальной собственности, дата регистрации 15.04.2022г), автор Цыганков О. С. Автор предлагает концепцию лунной инженерной машины без герметичной кабины, т.е. астронавт будет работать в скафандре, находясь на поверхности машины. Почему? Дело в том, что герметичная кабина для астронавтов должна иметь систему жизнеобеспечения. При сбоях, неисправности системы шлюзования, спасение экипажа может быть обеспечено только наличием в составе базовой станции мобильного аппарата-спасателя со стыковочным агрегатом. При отсутствии такого аппарата экипаж погибнет. Отказ от герметичной кабины – значительное преимущество по сравнению с машиной 1968 года. Но в патенте, на наш взгляд имеются и некоторые недостатки. Например, предлагается использовать неполноповоротный вариант экскаваторного механизма, который позволяет рабочей стреле экскаватора поворачиваться только на 45-90 градусов. Это будет затруднять складирование выкопанных камней вдоль копаемой траншеи. Особенно это будет значимо при выкапывании котлована круглой формы, т.к. большинство проектов лунных строений в своей основе имеют полушаровидные формы.
Кроме того, предполагается, что астронавт будет работать стоя, т.к. в России пока не разработаны скафандры, позволяющие сидеть, хотя их разработка начата. На поверхности машины предлагаются специальные площадки для фиксации ботинок астронавтов. Причем астронавт должен будет переходить с одного рабочего места на другое, для того, чтобы управлять оборудованием, расположенным в разных концах машины. При этом астронавтам придется производить расфиксацию, а затем фиксацию ботинок на другом рабочем месте. При работе в скафандрах это затруднительно.
Мои инновации. Учитывая вышеназванные недостатки, предлагаемая мною концепция лунной машины включает большую полноповоротную платформу. Это позволит стреле с экскаваторным ковшом поворачиваться на 360 градусов, обеспечивая более быстро и рационально производить складирование выкопанных камней. Кроме того, на этой полноповоротной платформе я предлагаю разместить малую поворотную платформу, на которой будет располагаться либо кресло астронавта вместе с оборудованием управления (если скафандр, в котором можно сидеть, будет к тому времени разработан), либо площадка для фиксации ботинок астронавта и оборудование управления. И в том, и в другом случае это позволит астронавту не переходить с одного рабочего места на другое, выполняя при этом сначала операцию расфиксирования ботинок на одном месте, потом операцию фиксирования ботинок на другом. При этом не понадобится оборудование для нескольких рабочих мест, т.к. это оборудование будет универсальным и сможет на малой поворотной платформе поворачиваться вместе с астронавтом.
Функциональные возможности модели
1. Движение модели вперед и назад с помощью электроприводов.
2. Поворот влево и вправо при движении вперед и при движении назад с помощью электроприводов.
3. Вращение крышки большой поворотной платформы с установленной на ней стрелой с экскаваторным ковшом с помощью электроприводов.
4. Вращение крышки малой поворотной платформы с установленными на ней креслом астронавта и оборудованием управления с помощью электроприводов.
5. Подъем и опускание с помощью руки экскаваторной стрелы и рыхлителя.
Модель выполнена из картона толщиной 1 мм, некоторые детали – в несколько слоев. Окрашена акриловыми красками. Модель имеет пульт управления.