# Марсианский "распил" / сферический робот для исследования Марса /

Григорий Аронович Коганицкий

Марсианский "РАСПИЛ"


Сейчас, прямо с какой-то восторженной истерикой начали реанимировать тему "американских марсианских роботов".

Создается впечатление, что внимание подогревается искусственно, лоббируя чьи-то не совсем бескорыстные интересы или используя эти достаточно примитивные "тележки" с телекамерами, к тому же не принесшие никаких серьезных и адекватных затратам научных результатов, в целях назойливой рекламы "Американских Научных Достижений".


Читаешь это восторженное повизгивание и задумываешься - "А был ли мальчик !?", ну, то есть, эти самые научные достижения.


Какой реальный научный результат принесли эти сверхдорогие тележки и являются ли они сами таким уж могучим достижением науки сегодняшнего дня!?


Давайте, для начала, сравним день ВЧЕРАШНИЙ и день СЕГОДНЯШНИЙ.


Что именно!?


Да старенький, примитивный, сделанный практически на коленке луноход_1 со сверхсовременным и сверх дорогим "Opportunity".


Итак - Луноход_1

"...Масса планетохода составила 756 кг.

За время нахождения на поверхности Луны "Луноход-1" проехал 10 540 м, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Более чем в пятистах точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведён анализ его химического состава.

Был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года советской межпланетной станцией "Луна-17" и проработал на её поверхности до 29 сентября 1971 года (в этот день был проведён последний успешный сеанс связи с аппаратом)..."


Итак - Марсоход Opportunity


При массе в 185 кг аппарат оснащён буром, несколькими камерами, микроскопом и двумя спектрометрами, смонтированными на манипуляторе.

Марсоход Opportunity проделал по поверхности Марса путь длинной 30 километров, затратив на них больше трех лет.


Мда!!!


Разница почти тридцать лет.


Кинематическая схема Opportunity почти один к одному скопирована с достаточно примитивного даже во время его изготовления "Лунного трактора".

Условия работы!?

На Луне - намного тяжелее: значительно большие перепады температур, плюс вакуум, постепенно нарушающий работу любого механического сочленения.


Научные возможности - почти те же!


Научные результаты - если вычистить из статей про Американскую Марсианскую Программу рекламный треск и велеречивые восторги о том, что он добрался до очередной опорной точки расположенной аж в 50 метрах - практически нулевые.


Непонятно!?


Ведь разница в ТРИДЦАТЬ ЛЕТ!?


Ну, разница конечно есть - другой уровень технологии.

На американском марсоходе стояли самые современные, разработанные в Японии солнечные панели и разработанные в той же Японии видиокамеры....


Научные результаты!?


А вот здесь сложно....


Все, что я нашел в прессе - События


Бледненько, даже по сравнению с Луноходом!!!!


Собственно, кроме телекамер, все остальное или перестало работать сразу после приземления и было неработоспособно изначально - ну не продумали слегка, что и зачем!!


Но, зато - Барабаны бьют!!

Все околонаучные журналы тиражируют несколько десятков фотографий в компьютерной обработке.


Почему в основном восторгаются "около научные"!?


А потому, что аппараты, весящие на орбите принесли ученым на ПОРЯДОК больше научной информации, включая и фотографии.


Причем фотографии с орбиты сняты камерами более высокого разрешения!

В чем разница - в ракурсе и дистанции съемки.


А собственно почему, барабаны так громко бьют!?


На горизонте Новая Американская Марсианская тележка!


Что нового!?

Ну как же - ну например ее цены, уже с трудом подъемная для "нокацанной" американской экономики.

Ну как же - ну например русский нейтронный детектор и несколько современных научных приборов из европейских стран и Японии.


А что АМЕРИКАНСКОЕ - все та же тележка, выполненная в концепциях СЕМИДЕСЯТЫХ годов, то есть, советского лунохода.


Вы считаете, что я утрирую!?


А вы посмотрите, на рисунке ниже, исследование какой площади марсианской поверхности заявлено как цель программы....


Прямоугольником обведена заявленная для исследования площадь


Вопросы есть!?

Да какие тут вопросы - Может быть американцам стоит купить или, ну наконец, украсть в ходе невероятной шпионской операции из архивов журнала "юный техник" чертежи "лунного трактора" и модифицировать его руками китайских стажеров.


Опять, скажете, что утрирую!?


Ну, так люди добрые!! За такое невероятное "бабло" проехаться по центру площадки в аж Пятьдесят Квадратных Километров и подтвердить, сделав несколько тысяч снимков, что европейские зонды действительно нашли там воду.


Хотите сказать - не нравится, предложи лучше!!

Да нет проблем - за значительно меньшую сумму (ну, если исключить вариант "распила бабла") можно на таком же уровне, за такой же срок обследовать несколько тысяч квадратных километров, передав в ЦУП несколько сот тысяч стерео фотографий.


Причем - немаловажный момент - результативная техническая надежность системы будет на порядок выше.


Поверхность марса с борта одного из орбитальных аппаратов


Прежде чем говорить о конструкции устройства, которое может быть альтернативой "curiosity", давайте поставим задачу.


Во первых - решим, что именно мы хотим получить.


Во вторых - решим, на что именно мы не хотим тратить силы и средства.


Что мы хотим получить


-- Удешевить проект в четыре раза и получить статистически достоверную картину марсианской поверхности, ее физико-химического состава и климатические стратиграммы;

-- Чтобы удешевить проект в четыре раза, суммарный вес посадочный модуля и исследовательской части должен быть в два раза ниже, чем заложенный для "curiosity";

-- Чтобы получить статистически достоверную картину марсианской поверхности, общая исследуемая площадь должна быть не менее 10 000 квадратных километров.

-- Общее время проводимых исследований должно укладываться в марсианский год;

-- Надежность исследовательской части должна обеспечивать сохранение в течении этого года не менее семидесяти процентов первоначальной исследовательской способности;

-- Исследовательская часть должна быть способна передать, в любой комбинации, не менее ста кадров различного разрешения, включая стереоскопические или сто аналитических замеров с каждых десяти квадратных километров.


Что бы обеспечить описанное выше


-- Способ посадки исследовательской части не должен требовать от посадочного модуля снижение скорости в атмосфере посредством реактивного двигателя;

-- Исследовательская часть должна быть способна отделиться от посадочного модуля на высоте как минимум 2-3 км и достичь поверхности самостоятельно;

-- Исследовательская часть не должна иметь механических движителей, контактирующих с окружающей средой;

-- Исследовательская часть не должна тратить мощность источников питания на перемещение по поверхности;

-- Исследовательская часть не должна тратить значительную мощность от источников питания на работу детекторов;

-- Перемещение исследовательской части не должно зависеть от температуры и степени освещенности.


Гипотетический модуль на поверхности Марса. Справа сверху - в состоянии максимального объема. Слева снизу - в состоянии максимальной компактности


Как видите, в параграфах один и два формируются вполне конкретные требования, как ко всему исследовательскому комплексу, так и к унифицированным модулям из которых он должен состоять.


Проще всего, такой модуль, переменного объема и соответственно переменной парусности и удельного веса, выполнить в виде двух полусфер, соединенных прочной, газонепроницаемой сферической мембраной, внутри которой на эластичных бандажах, ниже центра тяжести модуля, подвешен герметичный аппаратный блок в высокопрочной герметичной оболочке.

Внешняя поверхность мембраны имеет объемную текстуру.

На внешних полусферах расположены видеокамеры.

Газ, заполняющий модуль, может перекачиваться из сферической мембраны в аппаратный блок и перепускаться из него назад, изменяя в широких пределах геометрический размер и форму модуля.


В состоянии минимального объема, модуль, вес которого в земных условиях примерно 4-5 кг, представляет собой сферу с диаметром 40-50 см; в состоянии максимального объема, это симметричный баллон, имеющий средний диаметр около 1,5-2 метра.


Модуль в состоянии максимальной компактности


Рассмотрим работу модуля в различных граничных ситуациях.


До спуска в атмосферу, комплект модулей упакован на посадочной решетке, защищенной теплоизолирующим покрытием.

Все модули находятся в состоянии наименьшего объема - газ заполняет под давлением прочную оболочку аппаратного блока; оболочка минимального объема и мембрана вакуумированы.


После входа в верхние слой атмосферы и сброса теплозащитного кожуха, посадочная решетка тормозится парашютом и на высоте 2-4 км начинает по заданной программе сбрасывать исследовательские модули.


Сразу после сброса, электромагнитный клапан или аналогичное устройство перепускает сжатый газ в мембрану оболочки максимального объема, надувая ее до максимального диаметра.

В таком состоянии модуля, имеющего высокое аэродинамическое сопротивление и малый удельный вес, аппаратный блок хорошо защищен от удара о поверхность при падении с высоты разделения.


Модуль в состоянии максимального объема


На поверхности планеты, модуль в зависимости от текущего задания и климатических особенностей может принимать несколько различных форм и состояний.


Сброс модулей с парашютной платформы


Рассмотрим изменение формы и относительного давления внутри оболочек в различных ситуациях.


Как уже было сказано выше, до момента отделения от посадочной платформы, оболочка максимального объема вакуумирована и весь газ накоплен внутри прочной оболочки аппаратного отсека.

После отделения, мембрана оболочки максимального объема раздувается за счет выпуска в нее газа и модуль, имеющий минимальный удельный вес и максимальную сопротивляемость удару, падает на поверхность.


На поверхности планеты, в зависимости от полученного задания, ветрового потока и рельефа местности, модуль может иметь несколько состояний, меняющихся от максимально компактного до максимального объема и наоборот.

Изменения текущего состояния производится либо через орбитальный ретранслятор, по команде с земли, либо в автоматическом режиме.


Так например -


В случае крайне отрицательных внешних условий: слишком высокая скорость ветра для данного рельефа или принятого задания; пыльная буря или слишком низкая температура, требующая уменьшить потери тепла - насос перекачивает газ в прочную оболочку и модуль переходит в состояние минимального объема.


Если возникла необходимость в повышенной, для данных климатических условий, мобильности или способности преодолевать препятствия - газ перепускается в мембрану оболочки максимального объема и модуль получает дополнительную мобильность за счет увеличения парусности и уменьшения сопротивления движению.


В том случае, когда нужно максимально снизить скорость движения, давление в оболочке максимального объема снижается и, за счет ее повышенной деформации, соответственно снижается скорость перекатывания модуля.


Модуль в состояние повышенного сопротивления перекатыванию


Как дополнительную возможность для управления изменением сопротивления движению, мембрану оболочки максимального объема можно выполнить двухслойной - при вакуумировании промежуточной полости можно резко изменить наружную текстуру и потери на деформацию мембраны, что соответственно изменит сопротивление движению.


В качестве видеорегистраторов используются камеры, с автоматически изменяемым фокусным расстоянием, расположенные на полусферах корпуса минимального объема.

При перекатывании модуля по местности, камеры движутся по сложной траектории, осуществляя сканирование, которое после компьютерной обработки в ЦУПе, способно дать не только панорамную сборку, но и формировать стереопары на основе отдельных кадров, полученных в процессе движения.

Для облегчения формирования изображения, в кадре кодируется позиция камеры по отношению к контрольному положению или к вертикали.


Физико-химический анализ проводится за счет анализа отраженного от почвы излучения изотопной батареи.


Энергия модулю обеспечивается за счет двух независимых источников:


В неподвижном состоянии и дежурном режиме за счет изотопной батареи;

В режиме движения, к мощности батареи добавляется мощность механического генератора, преобразующего в электроэнергию колебания аппаратного блока около точки равновесия.


Такая схема позволяет одновременно увеличить выработку энергии во время максимально активной фазы и дополнительно демпфировать колебания прочной оболочки внутри модуля.


Модуль не требует непрерывного управления процессом движения. Оператор вмешивается только в крайнем случае, давая команду на выбор одной из заранее заложенных программ реакции на внешнюю обстановку.


Модуль не имеет постоянной связи с орбитальным ретранслятором и, соответственно, с ЦУПом.


В процессе движения, прочный корпус колеблется около точки равновесия внутри модуля, и ось главного лепестка антенны сканирует верхнюю полусферу.

Когда орбитальный ретранслятор, совершающий 10 - 16 витков в марсианские сутки оказывается в створе антенны и модуль засекает его сигнал, происходит обмен информацией в режиме уплотнения.


Учитывая угол раскрыва антенны, силу тяжести на поверхности Марса и предполагаемую инерционность прочного ядра модуля, общая длительность сеансов связи в течение суток будет не меньше 20 процентов от их длительности.


Как видите, исследовательский комплекс получается достаточно простой, дешевый и, за счет одновременного использования нескольких десятков модулей, имеющий высокую избыточную надежность получения информации.


Собственно, даже в том, крайне упрощенном варианте, который я здесь описал, площадь исследуемой поверхности и объем передаваемой научной информации у такой концепции исследовательского комплекса превышает аналогичные параметры "curiosity" в сотни раз.

То есть, соответственно, в эти же сотни раз, увеличивается результативная ценность и снижается себестоимость получаемой с Марса информации.