ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПЛАНЕТОХОДОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ ЛУНЫ
© А.М.Крайнов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2013 г.
Проведен анализ перспективных целей и задач для исследования и освоения Луны с помощью мобильных средств. Разработана классификация луноходов по назначению, типу полезного груза.
Классификация по назначению планетохода обеспечивается целевыми операциями: транспортировка космонавта; исследование атмосферы и поверхности небесного тела; забор и доставка грунта; ресурсообеспечение; буксировка и доставка грузов; монтаж и демонтаж конструкций.
Классификация по типу полезного груза: космонавт и исследовательские приборы; приборы ресурсообеспечения и камера с грунтом, промышленные грузы.
Проведен анализ внешних условий на поверхности Луны. Разработана матрица проблем, показывающая, в какой системе и на каком этапе функционирования лунохода существуют задачи, требующие дополнительной проработки. Наиболее актуальным является решение задач управления с запаздыванием сигнала, обеспечения трения в вакууме, работы в условиях пыли, экстремальных значений температур, задач определения рельефа поверхности, обеспечения точности перемещения, обеспечения энергоэффективности и проходимости лунохода.
Проведен анализ отработанных технических решений планетоходов, которые применялись на успешно выполнивших свою миссию лунных роверах «Луноход-1» станции «Луна-17», «Луноход-2» станции «Луна-21», «Lunar Roving Vehicle 1, 2, 3» миссий «Apollo 15, 16, 17».
На основе проведенного анализа внешних условий на поверхности Луны, технических решений отработанных луноходов и возможных целевых задач разработаны требования к перспективным лунным роверам. Луноходы будущего должны обладать большой грузоподъемностью, малой собственной массой, энергоэффективностью и проходимостью в условиях пониженной гравитации, автономностью в управлении, компактностью в транспортном положении.
Для эффективного решения перечисленных задач, обеспечения требований и качественного повышения эксплуатационных характеристик при проектировании планетоходов необходимо рассматривать новые перспективные технические решения. Произведен обзор и анализ отдельных наиболее значимых областей техники и технологии, которые быстро развиваются в настоящее время и успехи которых определяют развитие планетоходов.
Разработка планетоходов с учетом их модульности и создания коллективного разума группы позволит повысить вероятность и снизить время выполнения поставленных задач, распределять и расширять выполняемые функции, создавать сложные структуры и унифицировать составные части планетоходов.
При движении с большой скоростью в условиях неопределенных внешних условий и низкой гравитации возникает проблема потери ориентации, управляемости и устойчивости планетохода в связи с низким значением коэффициента сцепления и возможной потерей контакта с поверхностью. В таких условиях для обеспечения устойчивого и управляемого движения возникает необходимость в каждый момент времени производить оценку внешних условий и динамических параметров планетохода для выработки соответствующих управляющих команд на исполнительные органы ходовой части. Такая технология называется адаптивным управлением.
Использование искусственных мышц в элементах движущихся частей лунохода позволит производить движение как единое целое, за счет чего снижается трение, увеличивается плавность и точность движений, отсутствует инерционность механизма.
Комбинирование различных типов движителя и варьирование режимов движения позволит сочетать их полезные качества, т.к. каждый тип движителя и режим движения имеют свои достоинства и недостатки в части проходимости, энергоэффективности, маневренности, скорости, удельному давлению на поверхность.
При проектировании десантного аппарата с планетоходом необходимо учитывать, что служебные системы составных частей десантного аппарата могут быть едиными или частично взаимозаменяемыми на отдельных этапах функционирования. Конструкция и ходовая часть планетохода может совмещать функции обеспечения его ввода в действие. При использовании взаимозаменяемых систем составных частей существенно расширяется количество рассматриваемых схемно-технических решений, а это в свою очередь влияет на эффективность разработки.