09.04.15 00:00


Прогулки по Луне
В середине 60‑х СССР развернул масштабные исследования ближнего космоса, начатые по инициативе знаменитого академика Королева, важной частью которых являлась программа первой советской пилотируемой лунной экспедиции.
Автоматическая межпланетная станция «Луна-17», с луноходом на своем борту, стартовала с Земли 10 ноября 1970 года, 15 ноября она вышла на орбиту Луны, 17 ноября станция успешно прилунилась в районе Моря Дождей. Впервые в истории человечества колесо машины, созданной человеческими руками, коснулось лунного грунта. «Луноход-1» начал свое путешествие. 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 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведен анализ его химического состава. Второй аппарат — «Луноход-2» (1973 г.) — преуспел еще больше: ему удалось проехать 37 км и проработать на Луне в общей сложности почти полгода (абсолютный мировой рекорд).

Космическая одиссея
Оператор внеземного танка
Конструктивно советские луноходы представляли собой восьмиколесные вездеходы на электрической тяге. Каждое колесо лунохода было ведущим, с автономным электродвигателем — это позволяло реализовать прекрасную проходимость и маневренность. Создание шасси для луноходов поручили, конечно же, секретному НИИ, имеющему богатый опыт разработки танковых движителей. Работа на Земле проходила в условиях, максимально приближенных к лунным. Так, например, часть экспериментов проводилась в летающей лаборатории. При этом была выбрана такая траектория движения самолета, при которой сила тяжести на его борту становилась равной лунной. В салоне оборудовали участок «лунной» поверхности, насыпали подходящий грунт и на нем исследовали взаимодействие колеса аппарата с поверхностью. Как и всякий космический аппарат, луноход проходил испытания на вибростенде, в термобарокамере, своеобразные «краш-тесты» и электрические испытания. Планетоходы испытывались в Средней Азии, на Камчатке (в зонах свежих извержений) — чтобы было большое разнообразие форм рельефа. Ведь заранее свойства грунта на Луне не были известны. Были предположения, что грунт находится во взвешенном состоянии, и луноход может просто утонуть. Поэтому испытания проводили также и на снежниках — где снег засыпан вулканическим песком.
Кроме того, будущий экипаж лунохода тоже проходил специальные тренировки. Когда стало ясно, что наши люди на Луну не полетят, встала задача дистанционного управления аппаратом. Ведь в те годы никто еще не помышлял о мощных компьютерах на борту космических станций, способных решать задачи навигации самостоятельно. Поэтому с луноходом поддерживалась радиосвязь, из‑за огромного расстояния до Луны дающая задержку сигнала в несколько минут. В Центре дальней связи под Евпаторией (Крым) работала команда из командира, оператора, водителя, штурмана и бортинженера, ведущая луноход, так сказать, в режиме «онлайн». Причем работа велась в две смены, практически круглосуточно.

Космическая одиссея
Изобретение колеса
Шасси лунохода обеспечивало движение вперед (с двумя возможными скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состояло из ходовой части, блока автоматики, системы безопасности движения, комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигался за счет различных скоростей вращения колес правого и левого бортов и изменения направления их вращения. Торможение осуществлялось переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и его полной остановки использовали дисковые тормоза с электромагнитным управлением. Система безопасности движения выполняла автоматическую остановку при предельных углах крена и дифферента, а также перегрузке электродвигателей колес.
Конструкция колес лунохода заслуживает отдельного рассказа. Созданные в ленинградском ВНИИтрансмаш (ВНИИТМ), сейчас они уже считаются классикой астронавтики. Все последующие отечественные и американские модели планетоходов так или иначе заимствовали эти конструкторские идеи. Колеса состояли из трех титановых ободов, с закрепленной на них стальной сеткой с грунтозацепами из того же титана. На твердой поверхности луноход опирался на средний титановый обод, на мягком же грунте обод проваливался глубже, начинала работать сетка. Как известно, на Луне сила тяжести в 6 раз меньше, чем на нашей родной планете, поэтому относительно тонкой сетки было достаточно для выполнения этой задачи. Для облегчения колес вместо сплошных дисков использовалась спицевая конструкция. Для планет с сильной гравитацией (Марс, Земля) от непрочной сетки отказались в пользу сплошной поверхности с грунтозацепами (оболочковое колесо). В случае с марсоходами ученые исходили из первых фотографий американской станции «Викинг», где поверхность Марса выглядела каменистой. Почти во всех колесных планетоходах колесо представляет собой единый (часто даже герметизированный) модуль, включающий также редуктор, электромотор, тормоз, необходимые датчики. Называется такой модуль мотор-колесо. Применение мотор-колес позволяет, наряду с подвеской, обеспечивать равную нагрузку на все колеса и эффективное использование мощности на неровностях ландшафта, при повисании части колес в воздухе и других внештатных ситуациях.
Питание электродвигателей и бортовых систем лунохода осуществляли серебряно-кадмиевые аккумуляторы, заряжающиеся, в свою очередь, от солнечных батарей. Срок их службы был рассчитан на 3 месяца, но к радости ученых и инженеров они проработали втрое больше. После чего в аккумуляторах уже начал накапливаться газ, и они перестали воспринимать ток от солнечных панелей. «Луноход-1» умер естественной смертью в преклонном возрасте.

Космическая одиссея
А как «у них»?
Известным достижением американской астронавтики стала программа «Аполлон» и высадка человека на поверхность Луны. И здесь не обошлось без лунных автомобилей. НАСА использовало для передвижения по лунному грунту четырехколесные легкие роверы, массой 210 кг (реально на Луне такой аппарат весил 35 кг) и способностью перевозить до 490 кг полезного веса. Роверы имели алюминиевую раму и сидения для астронавтов из алюминиевых же трубок, скрепленных нейлоновыми петлями. Чтобы пассажиры не вываливались из машины от тряски (ведь вес астронавта вместе со скафандром на Луне не превосходил 27 кг), были даже предусмотрены нейлоновые ремни безопасности. Колеса диаметром 81 см имели диски из алюминия и ободья из покрытой специальной термостойкой тканью оцинкованной стальной проволоки. Эта конструкция, сильно напоминающая облегченный вариант тележки для гольфа, могла развивать скорость до 13,5 км/ч на поверхности Луны. Каждое колесо приводилось во вращение собственным электродвигателем мощностью 0,25 л. с., питание поступало от серебряно-цинковых 36‑вольтовых аккумуляторов емкостью 121 А/ч.
Кроме того, для развертывания роверов из прилунившихся космических модулей была разработана хитроумная инженерная схема, напоминающая способ раскладывания туристической палатки. К слову сказать, позднее многие скептики и критики программы «Аполлон», считающие высадку американцев на Луне фальсификацией, пытались доказать, что реализовать подобную схему невозможно — посадочный модуль слишком тесен для двух астронавтов и ровера в придачу.
Загадки Красной планеты
Если в освоении Луны СССР может серьезно оспорить лидерство США, то достижения NASA в марсианских экспедициях пока что уникальны. Использованные американцами в январе 2004 года марсоходы Opportunity и Spirit хотя и напоминали советские луноходы в конструкции механической части шасси, но уже несли на борту достаточно мощные компьютерные системы и роботизированные манипуляторы, позволявшие осуществлять навигацию на Марсе и сбор научных сведений без прямого участия человека.
Opportunity был снабжен тремя парами колес, каждое из которых уже традиционно имело свой отдельный электродвигатель. Поворотный механизм был выполнен на основе сервоприводов. Такие приводы располагались на каждом переднем и заднем колесе, средняя пара таких деталей не имела. Поворот передних и задних колес марсохода осуществлялся при помощи электромоторов, действующих независимо от моторов, обеспечивающих перемещение аппарата. Когда марсоходу необходимо было повернуть, двигатели включались и поворачивали колеса на нужный угол. Все остальное время они, наоборот, блокировали поворот, чтобы аппарат не сбивался с курса из‑за случайного движения колес.
Марсоходы Opportunity и Spirit — рекордсмены-долгожители. Хотя изначально они были рассчитаны на работу до 3 месяцев, им удалось прослужить на Марсе более 3 лет. Любопытен способ высадки марсоходов на Красную планету — чтобы обеспечить им мягкую посадку, помимо парашютов, вокруг основного модуля при помощи пиропатронов надувается кокон из нескольких упругих куполов, которые амортизируют падение. Мячиком отскочив от поверхности несколько раз и остановившись, модуль отстреливает «надувные шары» и выпускает на волю марсоход.

Космическая одиссеяКосмическая одиссея
В ходе долговременной программы NASA по исследованию Марса роботизированными зондами Mars Exploration Program была успешно реализована ее часть, в ходе выполнения которой на Марс был успешно доставлен и эксплуатируется марсоход третьего поколения «Кьюрио́сити» (англ. Curiosity— любопытство, любознательность). Запуск «Кьюриосити» к Марсу состоялся 26 ноября 2011 года, мягкая посадка на поверхность Марса — 6 августа 2012 года. Специалисты американского космического агентства NASA решили отправить марсоход в кратер Гейла. В этой огромной воронке хорошо просматриваются глубинные слои марсианского грунта, раскрывающие геологическую историю Красной планеты. Поистине, полноценная реализация этой миссии будет значительным шагом для всего человечества, и Curiosity намерен оправдать чаянья всего научного мира. В январе 2015 года были опубликованы первые данные, полученные от упомянутого марсохода, благодаря которым появились первые доказательства возможного существования жизни и воды на Красной планете. Пока они официально не подтверждены, но Curiosity и не думает сдаваться. Вперед, «мистер любопытность»!
Кстати, нелишним будет упомянуть и про разработку китайских любителей космоса. Да, они уже давно стали космической державой, которая замахнулась на изучение Луны. Китайская автоматическая межпланетная станция для изучения Луны и космического пространства «Чанъэ́-3» успешно прилунилась 14 декабря 2013 года, примерно в 17 ч 10 мин. по московскому времени. Ее частью является луноход «Юйту» (переводится с китайского как «Нефритовый заяц»), который по сей день, несмотря на все поломки и отказы, продолжает свои исследования поверхности спутника Земли. В марте 2015 года научные журналы сообщили, что благодаря деятельности китайского лунохода было установлено, что геология Луны имеет более сложное строение, чем считалось раньше, в частности, как оказалось, значительную роль в формировании поверхности Луны сыграли активные вулканические процессы взрывного характера.
 

Рейтинг: