ДТО «ПОЛИТЕХНИКА»
Пилотируемый аппаратный комплекс для исследования кратеров на Марсе
Человечество всегда стремилось исследовать иные миры. Поэтому и солнечную систему с большим интересом изучают при помощи разнообразной техники. Сегодня очень актуально исследование Марса. Т.к. значительная часть поверхности Марса покрыта кратерами, ученым важно их исследовать. Все кратеры ученые разных стран исследовали в основном с помощью орбитальных аппаратов. Но более точные исследования можно сделать только на поверхности планеты. Для этого на поверхность Марса в настоящее время доставляют марсоходы. Например, американский марсоход «Персеверанс». Его высадили в месте, где ранее могло быть озеро (кратер «Езеро»).
В лабораторных условиях камни, собранные марсоходами, могут рассказать ученым много интересного про Марс. Например, историю этой планеты в деталях, которые иначе добыть не получится. Но для того, чтобы исследования были точными и объективными, необходимо доставить образцы на Землю и изучать их в лабораторных условиях.
Именно так поступали с лунным грунтом. Учёные исследуют его до сих пор — тот самый, что смогли получить СССР и США в прошлом веке. Благодаря нему, ученые продвинулись невероятно далеко в изучении спутника Земли. То же самое надо сделать с Марсом, если человечество планирует когда-нибудь туда полететь.
Но от доставки груза «Персеверансом» до первых результатов может пройти 10-20 лет. Это потому, аппарат для доставки груза на Землю будет отправлен на Марс только в 2026 году, когда откроется очередное «окно». Для отправки чего-либо с Земли необходимо, чтобы обе планеты были в удобном положении для начала путешествия. Обычно это происходит раз в 780 суток.
Но заезжать марсоходам в кратеры невозможно. А люди еще не добирались до Марса. Но именно таким может стать следующий шаг в освоении космоса. Колонии на Марсе помогут узнать больше о прошлом Красной планеты. Это значит, что сбор образцов для исследования можно будет осуществлять самим астронавтам и сразу проводить исследования, не ожидая результатов долгие годы. Для таких работ нужны будут пилотируемые роверы, имеющие специальное оборудование для работы с кратерами. Пилотируемых роверов, способных выполнить такие функции в настоящий момент, в доступных средствах информации мы не нашли.
Актуальность освоения Марса людьми и, при этом, объективная необходимости разработки пилотируемых роверов для исследования труднодоступных мест красной планеты, определили выбор темы моего проекта «Аппаратный комплекс для исследования кратеров на Марсе».
Для достижения этой цели мне пришлось решать следующие задачи: изучить существующие концепции конструкций роверов для исследования труднодоступных мест на Марсе, разработать концептуальную идею пилотируемого аппаратного комплекса для исследования кратеров на Марсе, разработать концептуальную конструкцию основной части пилотируемого аппаратного комплекса, разработать концептуальную идею дополнительной исследовательской части комплекса и принцип ее работы на связке с основной частью комплекса.
НАСА в 2019 году опубликовало информацию о разработке роботизированного ровера-трансформера для исследования самых недоступных участков Марса.
Это четырехколесный ровер-трансформер DuAxel, который при необходимости может разделиться на два самостоятельных двухколесных аппарата. В будущем НАСА планирует отправить его на Марс, где он будет обследовать наиболее сложные природные ландшафты.
Такая схема имеет ряд серьезных преимуществ перед традиционными уже шестиколесными роверами. Когда ровер доезжает до труднопроходимого участка, например, кратера с каменистыми склонами, то происходит трансформация аппарата.
Передняя пара колес отделяется и отъезжает, в то время как задняя часть ложится на грунт и надежно закрепляется, выполняя роль якоря. Передвижная двухколесная часть связана с основной частью тросом, который разматывается по мере удаления. За счет этого робот может спускаться по очень крутым склонам и способен вернуться, даже если потеряет сцепление с грунтом. Больше никаких разработок и проектов роверов для работы в кратерах на Марсе в доступных источниках информации мы не нашли.
Мои инновации. В своем проекте я использовал идею НАСА двухсоставного аппаратного комплекса для исследования кратеров на Марсе. Но целью моего проекта является разработка не роботизированного ровера –трансформера, как у НАСА, а пилотируемого аппаратного комплекса.
Разработанный пилотируемый аппаратный комплекс состоит из двух частей:
1. Пилотируемый ровер (на рисунке все элементы этого ровера показаны синим цветом).
2. Небольшой ровер — исследователь для спуска на грунт, а затем в кратер (на рисунке показан красным цветом).
Когда аппаратный комплекс находится в положении движения к кратеру, который предстоит исследовать, то ровер-исследователь находится на борту пилотируемого робота. Трап для спуска робота в сложенном положении.
Во время спуска по трапу робота-исследователя на грунт вращается барабан с кабель-связкой. Робот исследователь движется самостоятельно, получая по кабель-связке питание от пилотируемого ровера.
В то время как ровер-исследователь обеспечивает большую гибкость в исследовании, специальная конструкция колесных узлов большого пилотируемого ровера обеспечивает прохождение значительных участков поверхности планеты за короткий промежуток времени. Колесные узлы расположены на цилиндрических стойках. Диаметры колес достаточно большие. Подвеска колес позволяет пилотируемому роверу разворачиваться на месте.
На ровере-исследователе может быть расположено оборудование для поиска полезных ископаемых, например, лазерный спектрометр. Такой прибор позволяет анализировать материалы в любом агрегатном состоянии (твердые, жидкие, газообразные) в режиме реального времени и практически без подготовки образца.
Полученный результат по кабель-связке отправляется на монитор пилота-астронавта и с помощью антенны – в штаб марсианской колонии и даже на Землю.
Ключевое преимущество такой пары роверов становится понятно, когда есть необходимость исследовать глубокий кратер, в который обычный пилотируемый ровер опускать нельзя.
Мой аппаратный комплекс был в основном создан для работы на Марсе, но он открывает доступ ко многим более сложным ландшафтам Луны и других планет.
Функциональные возможности модели
1. Движение пилотируемого ровера вперед и назад с помощью электроприводов.
2. Поворот пилотируемого ровера влево и вправо при движении вперед и при движении назад с помощью электроприводов.
3. Движение ровера- испытателя вперед и назад с помощью электроприводов.
4. Вращение барабана с кабель-связкой в любую сторону с помощью электропривода.
5. Подъем и опускание трапа с помощью руки.
6. Поворот в любую сторону видеокамеры и антенны с помощью электроприводов.
Модель выполнена из картона толщиной 1 мм, некоторые детали – в несколько слоев. Окрашена акриловыми красками. Модель имеет пульт управления.
Молодец!!!!