Cu ce ​​probleme s-au confruntat designerii primului rover lunar și cum le-au rezolvat?

Stefan Kozarov Ultima modificare pe 06 iulie 2014 la 22:16 3624 17

Foto KB „Lavochkin”

Cel mai recent

Ştiinţă

Ştiinţă

La 10 noiembrie 1970, stația automată Luna-17 a lansat cu succes pe Lună cu primul Moonwalker la bord. A lucrat 322 de zile pe Pământ (11 zile lunare), de trei ori mai mult decât era planificat, și a trecut pe suprafața lunară cu 10,5 km. „Moonwalker-2”, care a ajuns pe Lună pe 16 ianuarie 1973, a parcurs de aproape patru ori distanța - 37 km.

știri

Contractul pentru dezvoltarea secretă a fost dat în 1964 pentru a afla care ar trebui să fie roțile nevăzute care se petreceau de trei ani.

Cele două probleme principale cu care se confruntă proiectanții au fost proprietățile necunoscute ale solului lunar și funcționarea angrenajelor în spațiul cosmic. Până atunci, mecanicii spațiali nu lucraseră niciodată mult timp la sarcini mari. Cu toate acestea, temerile că angrenajele și alte perechi de frecare se pot lipi în vid la temperaturi scăzute nu au fost confirmate.

Principalul mister la acea vreme a fost compoziția solului lunar (primele probe au fost obținute și livrate pe Pământ ulterior). Lucrarea este una dacă există nisip, iar alta - dacă există pietre. Au decis să pună roți, dar sunt și pe o schemă de „rezervor” - una lângă alta sunt în rând, cu aceeași orientare. Roverul lunar se rotește cu inversarea rotirii roților pe o singură placă și se poate roti pe loc, ca o mașină cu lanț.

În acel moment, se credea că suprafața lunii a fost formată în întregime sub influențe externe, prin mecanisme explozive, ca urmare a impactului meteoritului. De asemenea, s-a acceptat, în general, că, din cauza bombardamentului micrometeorit, acesta a fost acoperit cu un strat multimetric de praf. Ceea ce, însă, a contrazis datele din radiotelescopul din Gorky. În plus, fotografiile aeriene ale Kamchatka făcute la începutul anilor 1960 au arătat similitudini între peisajele vulcanice și lunare. Deci, dacă erupțiile vulcanice, mai degrabă decât meteoritele, au jucat un rol semnificativ în formarea suprafeței lunare, stratul de praf nu va fi gros, iar suprafața va avea proprietăți apropiate de zgura vulcanică. Ceea ce a fost confirmat pe 3 februarie 1966, când „Luna-9” a aterizat pentru prima dată pe lună.

Primele măsurători au fost efectuate la sfârșitul anului de către Luna-13 și a devenit clar că regulitul a fost ușor apăsat, apoi nu a revenit la forma inițială și că a existat o frecare internă scăzută. Ceea ce înseamnă în special că alunecă ușor. Un site de testare a vulcanului Kamchatka Tolbachik a fost găsit pentru teste, care, conform rezultatelor lucrării Lunokhod-1, s-a dovedit a corespunde condițiilor lunare 96%.

La început, au discutat despre diferitele mutări în paralel: cu roți, omidă, mers, melc, bandă flexibilă, sărituri, rulare, aruncare și chiar târâre ca un șarpe. Datorită complexității ridicate și fiabilității scăzute asociate, variantele exotice au renunțat, lăsând doar cele urmărite și cu roți. Crawlerul oferă o pasabilitate foarte mare, dar este greu, are o eficiență redusă și nu este bun pentru mașinile cu putere redusă. În plus, dacă o omidă se sparge sau se blochează de o piatră între ea și rolele de susținere și nu există nimeni care să o rezolve, va însemna sfârșitul tuturor. Pentru acoperire, omida are multe balamale și, în vid, funcționează prost - nu se formează un strat de oxid pe metale, iar sub sarcină grea părțile pot fi pur și simplu sudate între ele.

Banda continuă, în loc de omidă, nu are nimic de-a face cu ea, la o temperatură cuprinsă între -150 și 180 de grade Celsius, așa cum este noaptea/ziua la suprafață. Nava spațială care coboară din stația spațială trebuie să aibă un șasiu ușor și extrem de fiabil. Bicicleta nu trebuie reinventată odată ce există. Roata bicicletei are o marjă mare de siguranță la greutate redusă. Astfel, dezvoltarea s-a îndreptat către CCB pentru construcția de biciclete, la uzina de biciclete din Harkov.

Este o structură rigidă formată din trei cercuri de titan conectate între ele prin angajamente la sol din titan. Cercurile laterale au un diametru mai mic decât media. Spițele sunt din oțel, banda de alergat este din oțel inoxidabil (pentru scăderea în greutate). Pe o suprafață dură, există un contact punctual practic, ceea ce înseamnă o eficiență ridicată și economisește curent. Pe un tampon moale, solul este zdrobit sub cercul din mijloc și începe să lucreze o zonă mai mare a roții, ceea ce mărește plasturele de contact și, prin urmare, pasabilitatea. Numărul cunoscut de jeep-uri terestre odată cu eliberarea anvelopelor.

Roata cântărește aproximativ trei kilograme (împreună cu cutia de viteze și motorul electric - 6.640 kilograme). Fiecare poate rezista la aproape o jumătate de tonă de încărcare, iar roverii lunari cântăresc 756 și 840 de kilograme. Au fost produse aproximativ 300, cu construcții și dimensiuni diferite. A existat deja o problemă în spațiu - spițele de oțel au creat un câmp magnetic care a interferat cu informațiile transmise Pământului. Pentru cel de-al doilea rover lunar, au încercat să facă spițe de titan, dar s-au întins ca o bandă elastică în tensiune, iar cele din oțel au rămas.

A treia și a șasea roată au senzori de viteză care sunt utilizați în sistemul de navigație, împreună cu a noua roată, care este montată în spatele mașinii, se rotește liber și măsoară viteza, distanța parcursă și raportul de alunecare. Toate roțile au senzori de curent pentru a preveni arderea motoarelor din cauza supraîncărcării la alunecare.

Tracțiunea cu motor este un motor electric de curent continuu cu perii realizate dintr-un material special pentru funcționarea în vid, reductor (1: 216) și o frână mecanică cu control electromagnetic. Arborele de ieșire al transmisiei are o slăbire locală a secțiunii transversale, astfel încât să poată fi distrus la comanda Pământului cu un pirocartuc special, în cazul blocării roții. Apoi devine ghidat și nu interferează cu mișcarea. Designul permite deblocarea a cinci dintre cele opt roți fără ca Moonwalker să piardă mobilitatea. Acest lucru nu a fost niciodată necesar, deși designerii au insistat să-l încerce atunci când Moonwalkerul depășise deja timpul de lucru estimat inițial. Suspensia este independentă torsională, cu tije longitudinale. Oferă depășirea obstacolelor cu o înălțime de 40 cm fără a lovi suportul.

Penetratorul a pătruns în pământ, verificându-i capacitatea portantă. Alături - a noua roată rotativă liberă, care servește drept contometru (stânga, în mijlocul fotografiei)

Încărcările dinamice care apar la oprire sau rotire bruscă nu depind de greutate, ci de masă, iar de Lună sunt aceleași ca și pe Pământ. Prin urmare, rezistența la răsturnare în condiții de gravitație slabă scade. Prin urmare, Lunokhod-1 nu se poate deplasa cu mai mult de 2 km/h și are un sistem de siguranță bazat pe senzori giroscopici, care pur și simplu oprește puterea atunci când atinge unghiuri critice de înclinare.

Studiul proprietăților mecanice ale stratului de suprafață al solului lunar a fost efectuat prin determinarea rezistenței și a caracteristicilor de deformare ale regulitului în apariția sa naturală. Au fost studiate capacitatea portantă a solului, compactarea acestuia și rezistența unei tăieturi rotative (cu un penetrometru pe pupa roverului lunar); Se face o analiză a imaginilor de televiziune, permițând clarificarea particularităților structurii și structurii solului de-a lungul adâncimii pistei lunilor și a naturii deformării solului.

Traseul lunii

Rezultatele obținute de Lunokhod-1 arată că capacitatea portantă a regulitului în diferite puncte de pe suprafață variază într-un interval suficient de larg și, în majoritatea cazurilor, este de aproximativ 0,34 kg/mp. cm. Cu aproximativ la fel de multă sarcină și 30 - 35 de tone de tehnologie de lanț pe Pământ. Rezistența la alunecare de rotație a stratului este în medie de aproximativ 0,048 kg/mp. cm. Capacitatea portantă a stratului de praf superior (1 - 2 cm) este de 0,02-0,03 kg/mp. cm. Cele mai puternice sunt zonele care nu sunt presărate cu pietre, cele mai slabe - arborele circular al craterelor.

A fost descoperită capacitatea solului lunar de a se compacta și de a se întări semnificativ la reîncărcare. Ceea ce înseamnă că drumurile lunare sunt construite cu simpla trecere a unei mașini acolo unde este nevoie. Solul, aflat la o adâncime de 8-10 cm, atins în timpul manevrelor Moonwalker-ului, are proprietăți mecanice mult mai mari: capacitate portantă de aproximativ 1 kg/mp. cm (aceasta este, de exemplu, la fel ca o presiune pietonală pe Pământ), rezistența la alunecare - 0,06 kg/mp. cm. Distrugerea solului sub roți duce la formarea de fisuri, tăieturi, alunecări de teren abrupte și bulgări. Unghiul maxim de ascensiune depășit de Moonwalker-2 a fost de la 22 ° la 27 °. Valoarea medie a coeficientului de alunecare este de 5-7%.

Astronauții americani au trebuit odată să-și scoată roverul de pe pistă, așa că, cu excepția teoretică, off-road-ul lunar va fi aproape ca pe pământ pe plajă sau în zăpadă slabă. Atât pentru mașină, cât și pentru navigator:)

Greutate totală - 756 kg,
pe șasiu - 105 kg
Surse de energie:
baterii solare,
generator de căldură poloniu
Viteză:
primul - 0,8 km/h,
al doilea - 2,0 km/h
Formula roții - 8x8
Puterea motorului - 40 W (în fiecare roată)
Ampatament - 1705 mm
Șină - 1600 mm
Distanță - 380 mm
Diametrul roților (pe cârligele de la sol) - 510 mm
Lățimea roții - 200 mm
Unghiul de stabilitate static - 43. 45 de grade
Înălțimea obstacolelor depășite - 0,35-0,4 m
Unghiul de urcare pe solul liber - 20 de grade
Perioada de lucru - 17.11.1970-04.10.1971
Drum parcurs - 10.540 m