Суббота, 13 июля, 2024

16+

Новый взгляд: универсальный ровер для Луны и Марса

Время на чтение 10 мин.

Студент кафедры 601 «Космические системы и ракетостроение» института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Матвей Пятыго занимается очень важным и интересным проектом — он разрабатывает луноход с универсальной платформой. Его разработка позволит быстрее и дешевле создавать лунные аппараты, делать их более эффективными и коммерчески интересными для космической отрасли. И это актуально особенно сейчас, когда внимание к освоению и изучению Луны столь велико. Мы поговорили с Матвеем об особенностях разработки, ее уникальности, сложностях и успехах.

Новый взгляд: универсальный ровер для Луны и Марса

— Матвей, ровер — ваш первый столь серьезный проект?

Первым моим проектом стала концепция использования отделения роверов для проведения планетных исследований, с которой я публиковался в апрельском выпуске журнала «Наукосфера» в прошлом году. Сейчас я дорабатываю проект универсального ровера. Также имею начальные наработки по проекту, посвященному частично многоразовой сверхтяжелой ракете-носителю космического назначения, полноценной разработкой которого я займусь после ровера.

— Как родилась идея проекта универсального ровер?

В некоторой степени эта работа вытекает из моего предыдущего проекта. Суть его концепции такова: в рамках одной миссии вместо одного большого ровера (например такого, как Perseverance) я предлагал использовать отделение роверов меньше. Каждый малый ровер имел бы свою специализацию и мог бы изготавливаться разными организациями, будучи стандартизированным. Так и родился проект по универсальному роверу. Отчасти он вдохновлен проектом кубсата, над которым я работал в рамках учебно-исследовательской работы студента (УИРС).  Его основной задачей было предоставить разработчикам платформу и пример реализации идеи, чтобы любая желающая организация на его основе могла создать свой космический аппарат. 

Я тогда подумал: почему аналогичные студенческие коллективы не могут разработать свой планетоход, опираясь на готовую простую и дешевую разработку, затем объединиться с другими коллективами и отправить свои роверы в Роскосмос, чтобы они могли использоваться как побочная нагрузка для их основной миссии?

— Что собой представляет проект?

Разработка заключается в создании унифицированной платформы для ровера по следующей концепции: создание простейших единиц конструкции (блоков), из которых будет формироваться вся конструкция корпуса. Конструкция корпуса формата больше одного блока может составляться прямым объединением отдельных блоков между собой или составляться монолитно с такими же габаритами, какие были бы при первом варианте сборки, выбор останется за конструктором. То есть мы имеем в наличии некоторые «коробочки», массогабаритные характеристики которых утверждены, на которые составлены 3D-модели, чертежи, варианты конфигураций, креплений и прочие документы.

Затем из целей и задач нашей миссии мы определяем необходимое количество этих «коробочек» под нашу полезную нагрузку и прочую аппаратуру. Затем сопрягаем блоки друг с другом необходимым нам образом и скрепляем их, либо производим корпус монолитно по параметрам заданной конфигурации. Таким образом мы получаем корпус нашего ровера. Эти блоки — основной и обязательный элемент конструкции. Все остальные части ровера (такие как мачта, подвеска, колеса, механизм раскрытия солнечных панелей, система энергоснабжения и прочее) также разработаны, но в общей документации они будут носить рекомендательный характер.

То есть проект подразумевает создание полноценного ровера, составление под него документации и опубликование ее в общий доступ без прав частной собственности, чтобы любая желающая организация / объединение смогли разработать ровер для планетных исследований. Использование данных по блокам обязательна, а остальные составляющие ровера проектировщик сможет либо создать свои, если по каким-то причинам представленная в работе их реализация не удовлетворяет требованиям миссии, либо создать их по готовым результатам работы. Важная составляющая проекта — наличие специальной посадочной платформы специально под данную разработку роверов, которая сможет вмещать в себе несколько таких роверов с разными конфигурациями и успешно вводить их в эксплуатацию.

Основная часть разработки — именно платформа и общая концепция проектирования стандартизированного лунохода, а затем описание общих требований к конструкции ровера по концепции проекта, которые вытекают из платформы. 

Иначе работу можно описать так: разработка лунохода по концепции стандартизации составляющих его элементов.

То есть ключевой элемент именно платформа, но она не единственный элемент работы. Сама идея именно в концепции — создать стандартизированную платформу и общую документацию ровера и его составляющих, на основе которых любая желающая организация сможет создать свой аппарат, а также привести пример такого планетохода как ориентир для разработчиков. 

— Какие задачи планируете решить при помощи данной разработки?

Достоинствами работы являются то, что данная разработка сможет решить ключевые недостатки планетоходов: в общем случае упростить их конструкцию, сделать проектирование дешевле и снизить затраты времени на их производство. Все это может поспособствовать чаще использовать роверы для планетных исследований и в целом сделать их не только популярнее в нашей стране, но и сделать планетные исследования доступнее в целом.

Также проект может утвердить в отрасли новую концепцию планетных исследований: исследования Луны или Марса с использованием планетоходов являются очень дорогими, если их реализует в одиночку одна компания. Проект позволяет вместо одного большого ровера (например, такого как Perseverance для Марса) отправить сразу несколько меньшего размера. В общем случае каждый ровер производится своей организацией. Перед проектированием организации согласуют габариты аппаратов, чтобы все они смогли быть расположены на посадочной платформе. После завершения проектирования космические аппараты доставляются третьей стороне, которая в свою очередь отвечает за создание посадочной платформы, установку роверов на нее, вывод и доставку полезной нагрузки на исследуемый объект. Таким образом, через упрощение самой конструкции ровера и распределения затрат между несколькими лицами планетные исследования с использованием роверов могут стать доступнее и дешевле.

— Для кого, каких компаний и каких миссий актуальны ваши роверы?

В первую очередь, проект актуален для вузов, небольших конструкторских бюро, студенческих конструкторских бюро и других студенческих организаций. Проект также вполне может быть коммерциализирован, как это было с проектом CubeSat и компанией «Спутникс». В целом, роверы могут быть актуальными для любой аэрокосмической компании / организации, которая собирается проводить планетные исследования.

— Для работы на каких планетах и для каких целей могут быть использованы ваши аппараты?

Так как данный проект рассчитан в первую очередь на интересы отечественной аэрокосмической отрасли, предполагается использовать роверы для исследования Луны. Но в теории роверы по представленной концепции можно использовать на любой планете, на которых возможно использовать планетоходы (кроме Луны и Марса, это могут быть некоторые спутники Сатурна и Юпитера). Конечно, перед этим необходимо адаптировать конструкцию аппарата для работы в условиях нужной планеты. Так как нецелесообразно создавать ровер, который одновременно хорошо подходил бы для работы на нескольких планетах сразу.

— Какая конструкция аппарата предусмотрена?

Конструктивно-компоновочную схему всего ровера можно увидеть на следующей картинке.

Новый взгляд: универсальный ровер для Луны и Марса

Сборка несет демонстративный характер, а не точный. Так конструкция будет розниться в определенных пределах от миссии к миссии. А элементы полезной нагрузки носят приближенный характер.

Если не останавливаться на всех мелочах, то ровер состоит из аппаратуры, бортового энергетического комплекса и бортового комплекса управления. В свою очередь конструкция ровера состоит из каркаса, подвески, мачты, антенн, механизмов раскрытия антенн, мачты, солнечных панелей. Бортовой энергетический комплекс обеспечивает приводы ровера, энергию и тепловой режим.

Аппаратура и бортовой комплекс управления отвечают за работу ровера как систему в целом. Обеспечивают работу с получаемой информацией, окружением, обрабатывают, хранят и передают данные. 

— Расскажите о спускаемом аппарате. 

На данном этапе проекта основной упор был сделан на разработку ровера и его элементов, поэтому конструкция спускаемого аппарата представлена только в общем виде.

Он представляет собой аппарат, на который крепятся все роверы. Для мягкой посадки оснащен тормозными двигателями и запасом топлива для тормозных маневров. Для смягчения удара аппарат оснащается амортизирующими ножками. В общем случае спускаемый аппарат может не нести собой полезной нагрузки. Это обосновывается тем, чтобы выделить больше массы для полезной нагрузки роверов.

После мягкой посадки спускается трап, роверы отцепляются от конструкции спускаемого аппарата и начинают работу.  Чтобы упростить конструкцию роверов предлагается использовать спускаемый аппарат в качестве ретранслятора связи между Землей и Луной. В таком случае его будет необходимо оснастить источником энергии.

— Эти два проекта — ровер и спускаемый аппарат — связаны?

Они тесно связаны. Так как, чтобы в полной мере реализовать проект с роверами, необходимо разработать специфический спускаемый аппарат, который в полной мере сможет удовлетворить потребности проекта.

— На какой стадии ваша работа?

Сейчас я доделываю новые 3D-модели для ровера. После предыдущего этапа работы, который был завершен несколько месяцев назад, я многое переосмыслил в работе и внес немало корректив в конструкцию и в саму работу.

— Какие этапы предстоит пройти? 

С каждым семестром обучения в вузе растут мои знания в науке и технике, так что проект можно дорабатывать до самой выпускной работы. Следующим этапом может стать подробное конструирование посадочного аппарата, а также сборка роверов по концепции проекта в виде физических моделей и их программирование. Но целесообразность этого будет еще обдумываться.

Для воплощения задумки в жизнь необходимо обнародовать результаты своих наработок и участвовать с ними в различных конкурсах и конференциях.

— Как долго планируете работать над этими проектами и как их развивать?

Текущий этап я планирую завершить до конца февраля, чтобы успеть на участие в конференции «Гагаринские чтения». Дальше по мере нарастания знаний продолжу вносить в работу коррективы и новые элементы. Думаю, либо летом, либо к декабрю этого года проект можно будет назвать завершенным. 

— Какие исследовательские космические аппараты будут наиболее востребованы в ближайшие время, а какие — через 10–15 лет?

Так как человечество уже всерьез задумывается о колонизации Солнечной системы, то, по моему мнению, наибольший практический интерес ближайшие 10–15 лет будут представлять космические аппараты для исследования Луны и Марса, которые будут работать непосредственно на поверхности планеты. К таким аппаратам относятся статичные посадочные аппараты и планетоходы. На таких аппарат будут тестироваться различные экспериментальные технологии, которые приблизят час колонизации Луны или Марса. Так уже сейчас марсоход Perseverance успешно тестирует технологию производства кислорода из углекислого газа марсианской атмосферы. Дальше проверок таких технологий станет только больше.

Также объекты Cолнечной системы интересны с точки зрения источника различных ресурсов. Думаю, аппараты по их добыче и разведке также найдут свое место в космических исследованиях.

Кроме прикладных исследований, никуда не пропадут фундаментальные исследования. К ним относятся исследования геологии, климата, атмосферы планет, а также поиск следов микроскопической жизни на объектах, на которых они предположительно могут быть. Такие исследования проходят с самого зарождения космонавтики и будут продолжаться всегда.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь