БУРЕНИЕ В ПРОЦЕССЕ ПАЛЕОБИОЛОГИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ПОВЕРХНОСТИ МАРСА

© А.Н.Бабкин, О.С.Цыганков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2006 г.

В докладе приведены предварительные исследования условий бурения, оценка аналога ручного электробура и критерии для выбора зон и точек бурения палеобиологических слоев под поверхностью Марса, что рассматривается как составная операция внекорабельной деятельности (ВКД) экипажа при общей ареологической разведке. Дается обзор механических характеристик различных видов марсианских грунтов, обнаруженных в местах посадки и функционирования беспилотных аппаратов. Бурение целесообразно запланировать в характерных по морфологическим, ареохимическим и палеобиологическим признакам точках.

Где бурить? Среди образований, обнаруженных на поверхности Марса, предметом исследований будут руслообразные протоки и меандровые долины. На примере снимка долины Нанеди с ареоцентрической орбиты показан предполагаемый вектор закладки буровых скважин.

Чем бурить? Анализ разработанных устройств лунных ВКД для применения марсонавтами показал пригодность конструктивной схемы электробура, разработанного фирмой Black and Decker для бурения скважин в лунном грунте (глубина до 3 м, диаметр 2,5 см) в качестве аналога для скважин в марсианском грунте. Его параметры могут быть взяты для предварительной оценки моделирования палеобиологического бурения (с увеличением глубины до 30 метров за счет увеличения количества трубчатых секций). При бурении возникал реактивный вращательный момент, который передавался на руки и вызывал у астронавтов дополнительные энерготраты. Вес бура на Луне составлял 20 Н, и для повышения эффективности бурения астронавт должен был налегать на него своей тяжестью, что приемлемо при единичных операциях, но не при системной разведке. Скорость бурения на Луне составляет 2,5 см/мин для скальных пород, 12,5 см/мин – для пористых пород и от 75 до 300 см/мин – для конгломератов и пемз (подобные характеристики бурения следует ожидать и на марсианских грунтах). Из-за малой гравитации потребуется разработка фиксирующих устройств бурового станка для создания приемлемых усилий на электробур, или жесткая фиксация мобильного модуля поддержки и использование его приводов.

Как бурить? Простейшим поиском мерзлых горизонтов или слоя осадочных пород в меандровых долинах будет бурение эоловых отложений вдоль линии, соединяющей берега древнего русла. Чтобы снизить трудоемкость операций, следует ограничиться меньшим количеством бурений. Наиболее вероятным будет предположение о наличии мерзлых горизонтов в самом глубоком месте профиля меандра (его предполагаемый профиль основан на том, что целевая функция имеет только один максимум на векторе закладки буровых скважин). В качестве методов поиска экстремума были рассмотрены методы дихотомии, золотого сечения и Фибоначчи. Между последними методами отличие заключается лишь в проведении двух первых бурений. Учитывая, что методом Фибоначчи нельзя пользоваться, не зная заранее общего числа бурений и то, что при большом количестве бурений эффективности обоих методов сближаются, метод золотого сечения выбираем в качестве математической модели внекорабельного палеобиологического бурения.