Неземные машины: под питером
- Луноход-3, что так и остался на Земле, был шагом вперед если сравнивать с его предшественником. Разработчики аппаратуры смогли обеспечить возможность передачи видеоизображения на Землю в один момент с двух камер
Другими словами если бы аппарат достиг отечественного спутника, мы имели возможность налюбоваться стереоскопическими лунными пейзажами. Помимо этого, Луноход-3 умел крутить «головой» в отличие от предшественников, которым для обзора местности приходилось поворачиваться всем корпусом
- В СССР отправка планетохода на Марс без шуток не планировалась, но было создано пара других конструкций. К примеру, марсоход выделялся необычной компактностью при транспортировке
А аппарат «Мир» с шарнирной рамой и бесклиренсным колесно-шагающим двигателем — фантастической проходимостью.
- Он был способен преодолеть 34-градусный марсианский подъем с сыпучим грунтом. Аппараты были оснащены автоматическим устройством определения страшных препятствий, их выхода и объезда в заданную точку маршрута.
Если бы разумная судьба существовала на вторых планетах, вращающихся около отечественной звезды, Петербург в полной мере имел возможность бы стать «Детройтом» Нашей системы.
Тут, в строении ВНИИтрансмаш на улице Заречной, в первый раз в истории были созданы конструкции автомобилей, талантливых перемещаться по поверхности Луны, Венеры, его спутника и Марса Фобоса. Лунную гонку СССР проиграл, и первые следы на отечественном спутнике покинули американцы. Только малая часть самоходных аппаратов, созданных в Ленинграде, смогла достигнуть небесных тел. Но экспертам ВНИИтрансмаш имеется чем гордиться.
Так как первая лунная колея — отечественная: Луноход-1, ходовую часть которого создали во ВНИИтрансмаш, начал прокладывать колею по реголиту 17 ноября 1970 года.
Весла? Гусеницы? Колеса!
Ответ доверить разработку ходовой части лунохода нестоличной организации может показаться необычным. Так как были же и в Москве эксперты по колесным тягачам. Необычным думается да и то, что ВНИИ-100 (позднее ВНИИтрансмаш) специализировалось не на колесных вездеходах, а на гусеничных танках.
Отчего же проектирование лунохода поручили как раз ему?
Оказывается, у ВНИИтрансмаш было два важных преимущества. Во-первых, тут трудились хорошие эксперты в вопросах передвижения по неподготовленной местности, по самым поверхностям и различным грунтам — крутым подъемам, болотам, свежей пахоте, мокрой глине и сухому песку. Так как танк силен маневром, утрата проходимости для него равносильна суициду.
Будущий энтузиаст планетоходов Александр Кемурджиан именно занимался научными изысканиями в сфере освоения новых способов передвижения по «земной тверди и водяной хляби». А во-вторых, каким должен быть движитель у лунохода, в начале 1960-х не было человека, кто знал, и колесо изначально не казалось лучшим вариантом.
К слову сообщить, первоначально Сергей Павлович Королев планировал доверить разработку лунохода Научно-исследовательскому автотракторному университету (НАТИ), но управление столичного НИИ отнеслось к предложению без энтузиазма. Потом начатое в ОКБ-1 проектирование лунохода доверили НПО имени Лавочкина, а ленинградцам поручили самую важную часть проекта — разработку самоходного автоматического шасси первой внеземной автомобили.
Большая часть ученых сходились во мнении, что лунные пылевые моря — фантастика. И все-таки многие верили в то, что на Луне нужно будет столкнуться с прославленной Кларком пылевой хлябью. Одни предлагали для покорения Луны сконструировать особую лодку.
Другие — выстроить огромный ангар и засыпать его 5−10-метровым слоем нелущеного проса для отработки ходовой части лунохода, полагая, что именно нелущеное зернышко проса, не способное нести на себе никакой нагрузки за счет через чур скользкой оболочки, станет идеальным аналогом лунного грунта. «Мы спросили, где же они отыщут столько проса», — вспоминает узнаваемый конструктор космической техники Олег Генрихович Ивановский, но его собеседники не растерялись: «Распашем особые просяные поля».
К счастью, данный и другие фантастические проекты реализованы не были. «Поверхность Луны вычислять жёсткой!» — приказал Королев на протяжении дискуссии конструкции автоматической станции E-6, которая должна была совершить мягкую посадку на Луну. Этому событию предшествовало организованное ВНИИтрансмаш и ОКБ-1 громадное заседание всех ведущих ученых страны, изучавших лунную поверхность астрономическими и радиофизическими способами. С того времени проекты «какое количество» действительно не рассматривались.
Удалось советским конструкторам избежать и другого промаха. Не обращая внимания на давление со стороны глубокоуважаемых экспертов университета, Кемурджиан оставил идею более проходимого гусеничного движителя в пользу колесной схемы. Так как у гусениц был множество недочётов — низкий КПД, громадная масса, а основное — существовал риск «расклинки».
Попадание камня либо грунта между ведущим либо направляющим гусеницей и колёсами имело возможность привести к заклинке либо сбросу гусеницы. Как позднее убедились эксперты, этим риском на Луне пренебрегать было нельзя. И все-таки гусеничный вариант шасси не отбрасывали до последнего момента. взглянуть на фотографии: советские луноходы похожи на гусеничные автомобили, с которых сняли гусеницы, и поворот они реализовывают «по-танковому», за счет отличия скорости вращения колес по бортам.
Если бы на протяжении изучений Луны оказалось, что проходимость колесной автомобили недостаточна, конструкторы имели возможность бы оперативно переделать ее в гусеничную.
эксплуатации и Машина
Совсем выбрать колесный движитель помогли фотопанорамы Луны, полученные посредством аппаратов «Луна-9» и «Луна-13», и изучения прочности грунта, совершённые в рамках программы «Луна-13». Стало ясно, что лунный грунт, наверное, выдержит 750-килограммовый аппарат на собственной поверхности.
Для решения вопроса, смогут ли тяжелонагруженные пары трения планетарных редукторов лунохода продолжительно трудиться в глубоком вакууме, при отсутствии воздушного охлаждения, — также совершили натурные опробования. Работоспособность схожих узлов удостоверились в надежности в открытом космосе на первых двух неестественных спутниках Луны, запущенных во второй половине 60-ых годов двадцатого века.
Из-за отсутствия воздуха температура на Луне изменяется в течение лунных дней приблизительно от -1500С до +1500С. Исходя из этого все устройства лунохода упаковали в герметичный отсек, в которого употреблялась воздушная совокупность терморегулирования. Днем сброс тепла осуществлялся через верхнее дно приборного отсека, в один момент являвшееся радиатором-охладителем.
Ночью радиатор лунохода закрывали герметичной крышкой, и изотопный источник тепловой энергии предохранял устройства от замерзания.
В качестве источника энергии для перемещения решили применять солнечную батарею. С наступлением дня, что продолжается на Луне практически 14 земных дней, луноход открывал радиатор, и скрывавшаяся на внутренней поверхности крышки солнечная батарея направляла ток на серебряно-кадмиевую аккумуляторную батарею. Та, со своей стороны, питала восемь колесных моторов-редукторов.
Американские космонавты, побывавшие на Луне, позже удивлялись, как оказалось, что практически за год работы Лунохода-1 его солнечную батарею не засыпало лунной пылью. Сами они столкнулись с данной проблемой. Дело в том, что коммунистический луноход имел две скорости — 0,85 км/ч и 2 км/ч, и их было не хватает, дабы поднять облако пыли.
Столь малая скорость перемещения разъяснялась : луноходом приходилось с расстояния 400 000 км.
По замыслу колея на Луне должна была показаться раньше следов космонавтов. Причем главными задачами советских луноходов должны были стать не научные изучения: им предстояло выбрать подходящее место для посадки первых астронавтов. 19 февраля 1969 года на борту «Протона» к Луне послали самоходный аппарат. Но конструкторы нового головного обтекателя ракеты допустили важную неточность. На 51-й секунде полета обтекатель разрушился, и прогремевший взрыв стёр с лица земли ракету вместе с луноходом.
Однако приоритет остался за СССР. В то время, когда практически два года спустя — 17 ноября 1970 года — отстроенный заново луноход достиг лунной поверхности, американцы по ней уже шагали, но еще не ездили. Первая колея на иноземном теле была советской.
Два счастливчика и один неудачник
Неизвестный факт, но сразу после посадки Лунохода-1 у него случился сбой в работе совокупности управления дисковыми тормозами: колеса были заблокированными! Если бы разработчики тормозной совокупности «перестарались», луноход просто не имел возможность ездить. Но конструкторы шасси кропотливо проработали всю конструкцию, учли большая часть факторов риска и предусмотрели возможность как раз таковой ситуации.
Так что неприятность фактически никак не сказалась на работоспособности аппарата. Разве что для перемещения требовался мало больший крутящий момент, но резерв по моменту был предусмотрен при проектировании. Так что Луноходу-1 удалось стать долгожителем: вместо 3 месяцев гарантийного срока работы он прослужил более 10 месяцев, пройдя за это время 10 540 метров.
За столь долгий срок заметно снизилась максимальная емкость аккумулятора, но окончательная смерть, возможно, наступила по причине того, что был израсходован целый полоний-210 в согревавшем луноход изотопном источнике. На собственный двенадцатый лунный сутки он просто не проснулся.
Любопытно, что сейчас Луноход-1 считается личной собственностью. В тяжелые для русского космонавтики времена НПО им. Лавочкина выставило его на аукцион Sotheby`s вместе с другими космическими артефактами лунной эры.
В каталоге было указано, что данный лот «покоится на поверхности Луны». И однако при начальной цене в $5000 Луноход-1 ушел за $68 500. Так что в случае если обладатель лунохода, оставшийся неизвестным, скопит $100 млн. для полета на Луну (предложение компании Space Adventures), никто не помешает ему забрать оттуда часть «собственной» автомобили из титаного сплава.
Луноход-2, что достиг Луны в январе 1973 года, не очень сильно отличался от старшего брата в технической части. По большей части его усовершенствовали, исходя из пожелания водителей, и это было не зря: лишь за третий лунный сутки собственной жизни он проехал 16 533 метра — больше, чем Луноход-1 за все время эксплуатации. Сказался и больший опыт водителей.
Действительно, и погиб Луноход-2 благодаря громадной самоуверенности водителя, сопутствовавшей его возросшему опыту. В то время, когда аппарат сдавал назад с открытой солнечной батареей, он въехал в лунный грунт и стенку кратера попал на солнечную панель. Это стало причиной понижению эффективности работы батареи, но самое ужасное — при попытке стряхнуть грунт запылился радиатор-охладитель, и температура в приборном отсеке встала недопустимо высоко.
Так закончился путь второго и последнего советского лунохода.
Во второй половине 70-ых годов XX века планировался запуск Лунохода-3, но все «Протоны» были задействованы для вывода на орбиту спутников связи, и для самоходного аппарата лишней ракеты не нашлось. Такова печальная будущее самого увлекательного экспоната музея НПО имени Лавочкина.
Свой автомобиль — каждой планете!
Во ВНИИтрансмаш конструировали не только самоходные автоматические луноходы. Тут же прорабатывали проекты пилотируемых луноходов, интерес к каким дремал по окончании успеха американской программы Apollo. И вдобавок тут разрабатывали самоходные аппараты для покорения вторых планет.
Команда Кемурджиана свято верила, что в один раз ее детища будут перемещаться по многим планетам Нашей системы и некоторым из их спутников. Прежде всего, очевидно, сконцентрировались на Марсе и Венере.
Еще в середине 1960-х, в то время, когда ВНИИтрансмаш лишь приступил к разработке шасси лунохода, среди вариантов шасси рассматривалась шагающая модель. Но отработка походки через чур долгий и трудоемкий процесс. Никто не имел возможности обеспечивать, что в ограниченные сроки удастся осознать все тонкости биомеханики шагающего автомата, исходя из этого от данной идеи отказались. Но к ней возвратились снова, в то время, когда начали прорабатывать проект марсохода.
Что является поверхностью Марса, в то время никто толком не знал. Исходя из этого посчитали, что марсоход должен быть «проходимее» лунохода. Был создан комбинированный колесно-шагающий движитель.
В случае если внезапно планетоход забуксует, он просто перейдет на ход.
С каждым новым проектом ленинградские планетоходы становились все идеальнее и все больше впечатляли собственными чертями. В последовательности таких автомобилей был проект «Мир» — самоходное шасси с широкопрофильными коническо-цилиндрическими колесами, выделявшееся фантастической проходимостью. Но финансировать программу отправки на Марс полноценного аппарата в СССР, а после этого в Российской Федерации не стали. Так что неповторимым питерским разработкам применения так и не нашли.
Действительно, маленький шагающий марсоход массой в пара килограммов все-таки был послан СССР к Марсу — попутным грузом на автоматической станции «Марс-3». На поверхность Марса он опустился 2 декабря 1971 года, но через 20 секунд сообщение со станцией прервалась. Смог ли марсоход-малыш потопать по поверхности Красной планеты, так и осталось тайной.
И вдобавок наработки ВНИИтрансмаш помогли при ликвидации последствий аварии в Чернобыле: по окончании взрыва АЭС были оперативно созданы роботы, каковые расчищали завалы. Но эксперты ВНИИтрансмаш, посвятившие большое количество сил проработкам марсоходов, сохраняли надежду поработать и на Марсе. Исходя из этого, в то время, когда в начале 2004 года марсоходы Spirit и Opportunity начали бороздить Красную планету, в Петербурге приуныли.
Довольно-таки обыкновенное шасси американских марсоходов, казавшееся питерским экспертам пройденным этапом, иногда буксовало. Как бы тут понадобились советские наработки
Одним из самых сложных и самых занимательных проектов был для ВНИИтрансмаш венероход. Предполагалось, что он будет трудиться от энергии ветровых потоков, а главная сложность при его разработке была связана с давлениями и огромными температурами на поверхности Венеры. Это был вызов для экспертов по материаловедению.
Но в космических замыслах СССР высадка самоходного аппарата на Венеру также не планировалась.
Из всех неповторимых разработок ВНИИтрансмаш самым необыкновенным был аппарат для перемещения по спутнику Марса — Фобосу. Ускорение свободного падения на этом небесном теле изменяется в широких пределах от 0,002 до 0,008 м/c2 — другими словами предметы на Фобосе весят в 1200—4900 раз меньше, чем на Земле. Ни колесо, ни гусеницы, ни шагающие конструкции не доходили для передвижения в таких условиях.
Но конструкторы не растерялись. Команда Кемурджиана сделала яйцеобразный аппарат, что имел возможность весьма долго прыгать по поверхности Фобоса. Его испытали, послали к Фобосу, но, увы, сообщение с космической станцией Фобос-2 потерялась в околомарсовом пространстве.
Во второй раз по окончании мини-марсохода сотрудники ВНИИтрансмаш так и не определили о предстоящей судьбе собственного детища.
«В Российской Федерации на данный момент нет программы изучения Нашей системы посредством планетоходов», — не без сожаления говорит Михаил Иванович Маленков, основной конструктор ВНИИтрансмаш по космической тематике. Исходя из этого самые новейщие разработки планетоходов были совершены по заказу европейских космических компаний. Быть может, когда-нибудь эти аппараты достигнут собственных планет, но шансов не так уж большое количество.
Михаил Иванович предугадывает мой следующий вопрос: «Американцы, увы, к нам пока не обращались». Жаль. За плечами коллектива питерских экспертов больше 40 лет опыта по конструированию планетоходов!
И они готовы им поделиться, дабы доказать себе и вторым, что 30 лет, последовавшие за разработкой первых луноходов, были израсходованы не напрасно. С целью этого тут с 2003 года выполняют научные семинары «Планетоходы и наземные роверы для экстремальных условий», посвященные памяти А.Л. Кемурджиана. В трудах семинара изложен опыт советских и американских лунных экспедиций, приведены десятки новых технических ответов по конструкции роверов
А до тех пор пока неповторимые разработки ВНИИтрансмаш покидают пределы Петербурга. Они должны были полететь к вторым планетам, но вместо этого едут в другие города. Большая часть из них становятся экспонатами технических музеев и немым укором человечеству, которое по окончании буйных 1960-х прекратило грезить о покорении вторых планет.
А в космическом отделении ВНИИтрансмаш работают . Они знают, что когда-нибудь гуру робототехники смогут создать модульных роботов, совершенных для изучений космоса. Но пока тут будут так же, как и прежде делать настоящие вездеходы.
В самом широком смысле этого слова.
Лунный Boeing: счастливцам удалось порулить
Лунный самоходный аппарат (Lunar Roving Vehicle, LRV), на котором ездили космонавты, был создан компанией Boeing в 1969—1971 годах. На его конструирование было выделено $19 млн., но уложиться в эту сумму экспертам Boeing не удалось, и первая такая машина обошлась в $38 млн. При массе 209 кг LRV был способен перевозить двух космонавтов в скафандрах с ранцами PLSS массой 180 кг любой и еще 130 кг груза.
Совокупности ровера, а также четыре мотор-колеса, питались от двух серебряно-цинковых аккумуляторных батарей напряжением 36 В и емкостью 120 Ач. Большая дальность хода составляла 65 км. Все четыре колеса лунохода были ведущими.
В их ступицах размешался электромотор мощностью 0,25 л.с. и механический редуктор с передаточным отношением 80:1. Имелись кроме этого два свободных электромотора мощностью 0,1 л.с. — передний и задний — для поворота колес, они трудились в паре с редуктором с передаточным отношением 257:1. Колеса были сплетены из оцинкованной рояльной проволоки и снабжены титановыми пластинками для защиты и улучшения сцепления от износа проволочного обода.
Не смотря на то, что луноход возможно было разогнать до скорости 16 км/ч, по большей части космонавты двигались медленнее — 9−10 км/ч. Через чур громадная скорость превращала ровер в «необъезженного скакуна», пугающе поднимающегося на дыбы при каждом ударе о незамеченную преграду. Управлялся луноход рычагом, расположенным между сидениями пилотов.
Причем не обращая внимания на то, что все космонавты страшно желали порулить луноходом, до управления был допущен лишь начальник экипажа. Всего было выстроено четыре летных примера роверов — три из них предназначались для миссий Аполло 15, 16 и 17, и вдобавок один употреблялся как источник запасных частей по окончании отмены замыслов следующих лунных миссий.
Космические колеса: весьма твёрдое ответ
- Прототип колеса с металлоупругой «шиной»
Другие экспериментальные варианты колес для планетоходов
К колесу планетохода предъявлялся множество твёрдых требований — оно должно было снабжать хорошую сцепляемость с грунтом, быть легким и амортизировать шасси. Хорошие колеса «Лунохода» были образованы тремя титановыми ободами, соединенными между собой стальной сеткой и титановыми грунтозацепами. Причем крайние обручи имели чуть меньший диаметр, чем средний: это разрешало расширить площадь контакта на мягком грунте и улучшить проходимость.
Но жесткость конструкции разрешала использовать такое колесо лишь при малых низкой гравитации и скоростях, исходя из этого для второй техники в Ленинграде разрабатывали «колеса с металлоупругими шинами». Они были сделаны из бессчётных ленточных пружин и в сечении напоминали автомобильную шину. Любопытно, что в качестве варианта для отечественного лунохода рассматривались и пневматические шины, но отыскать подходящий полимер для условий Луны тогда не удалось.
А вот американцы такое колесо сверхнизкого давления смогли установить на собственную тележку MET, оно было создано для космонавтов компанией Goodyear.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№55, май 2007).
<
h4>