Ахиллесова пята Curiosity: что не так с колесами марсохода

Марсоход Curiosity уже четвертый год бороздит просторы Марса, постоянно удивляя обитателей Земли невероятными данными и снимками. Однако он может не справиться со своей основной задачей – изучением горы Mount Sharp. Все дело в том, что колеса марсохода оказались недостаточно хороши и могут вскоре получить необратимые повреждения.

Ахиллесова пята Curiosity: что не так с колесами марсохода

В 2003 году в рамках проекта Mars Exploration Rover на "красную планету" были запущены два марсохода Spirit и Opportunity. Перед ними стояла задача исследовать планету в течение 90 марсианских дней. Однако конструкция марсохода оказалась лучше, чем предполагалось, Opportunity превзошел все ожидания, он работает уже более 4500 марсианских дней, это около 12 земных лет.

Curiosity – представитель следующего поколения марсоходов – достиг точки назначения в 2012 году. Этот аппарат был оснащен гораздо лучше, чем его предшественники. У него большое количество инструментов, различные камеры и манипуляторы, источник питания радиоизотопный (а не солнечные батареи, как у предыдущих аппаратов). У Curiosity новая система мягкой посадки на базе усовершенствованного двигателя малой тяги. На борту этого марсохода почти тонна "разведывательных мощностей", что делает его самым крупным и тяжелым мобильным самоуправляемым устройством, когда-либо приземлившимся на другой планете. Предполагалось, что Curiosity будет выполнять свою миссию около двух земных лет, однако он успешно функционирует до сих пор, превысив расчетную длительность работы в два раза. Марсоход по-прежнему отправляет удивительные данные и качественные фотографии, все его инструменты в рабочем состоянии.

Но у этого зверя весом 899 кг есть слабое место, которое, вероятно, может помешать ему выполнить свою главную миссию полное исследование горы Эолида, центрального пика кратера Гейла. Неофициальное название этой местности – гора Шарп (Mount Sharp). Главной проблемой стал не тот факт, что марсоход приземлился в 10км от цели и должен был самостоятельно преодолеть это расстояние, хотя это и правда. И это не из-за радиоактивного распада энергии: даже после 14 лет миссии все равно будет оставаться около 100 Ватт полезной мощности, то есть около 80% первоначальных запасов. Первоначальная производственная мощность составляла 110 Вт, это немного ниже 125 Вт, для которых аппарат был разработан. И дело не в том, что Mount Sharp оказалась не такой местностью, как мы предполагали, хотя целый ряд сюрпризов и был обнаружен дюны, следы жидкой воды, более скалистый рельеф. Восхождение на гору все еще было бы возможным, если бы не один фатальный недостаток.

Слабым местом марсохода Curiosity оказались его колеса. Хорошие колеса очень важны для марсохода. Прежде чем начинать реальные испытания, их проводили на Земле – первые тесты прототипа Scarecrow проходили в пустынях Калифорнии и Аризоны, потому что их рельеф максимально приближен к марсианскому, насколько это возможно.

Фото: результат испытания в пустыне

Scarecrow был лишен инструментов Curiosity, но получал такую же нагрузку, какую Curiosity должен был получить на Марсе. Scarecrow преодолевал большие расстояния на разных поверхностях. Некоторые из них были более гладкими и зыбкими, другие напротив, более скалистыми и наклонными, чем на Марсе. Целью испытаний было найти такие условия, которые заставят Scarecrow сломаться, чтобы исправить недочеты. Проходя через скалистые местности, укрепленные алюминием колеса испытывали серьезные нагрузки, в конечном итоге они оказались полностью изрезанными и измельченными.

Фото: Scarecrow без нагрузки

Предполагалось, что на Марсе поверхность будет более гладкой, чем та, что вызывала такие серьезные повреждения колес при тестовых испытаниях, поэтому укреплять колеса дополнительно не стали. Чтобы снизить вес аппарата, но при этом оставить колеса достаточно крепкими, их сделали из цельного, монолитного блока алюминия толщиной всего 0,75 мм с гусеницами в десять раз толще. Очевидно, что самые тонкие детали будут наиболее восприимчивы к неровностям рельефа, подобным тем, с которыми сталкивался Scarecrow во время тестов.

Фото: колесо марсохода 441 сол

Но с наступлением 411 марсианских суток экспедиции у марсохода возникли такие же проблемы, как у его прототипа на Земле. Дело не в приземлении на расстоянии 10км от Mount Sharp, это была все еще достаточно высокая точность, а в том, что рельеф местности оказался более скалистым, чем предполагалось, и колеса с ним перестали справляться. Наибольший урон был нанесен передним и средним колесам (всего их шесть), сейчас в них уже появились отверстия и сильные потертости. С течением времени повреждения только ухудшаются, и неизвестно, сколько еще протянут колеса.

На самом деле, даже несмотря на наличие заостренных камней и большой вес конструкции, которая дает сильную нагрузку на колеса, можно было бы избежать таких серьезных повреждений если бы не сочетание двух факторов. Во-первых, продолжительное путешествие по марсианской скалистой почве истончило колеса, так как гибкий тонкий кусок металла прокатился назад и вперед много раз. Во-вторых, конструкция марсохода и его ориентация таковы, что нагрузка распределяется неравномерно, его передние и средние колеса получают больше нагрузки, чем 1/6 от общего веса каждое (мы помним, что всего колес шесть). Это и привело к пробоинам в центре колес, и по мере того, как марсоход продолжает движение, его боевые раны становятся глубже.

Фото: состояние колес марсохода на 546, 660 и 708 сол

Есть и хорошие новости: даже с протертыми колесами Scarecrow во время тестовых испытаний продолжал ездить. Выглядел аппарат, возможно, отвратительно, а его колеса были похожи на мусор, но главное он все еще работал.

"Scarecrow проехал более 12 км по местности, которая, как мы считаем, более жесткая, чем та, по которой поедет Curiosity. Да, в колесах есть дыры и вмятины, но аппарат все еще хорошо работает. Мы продолжим наши испытания, но мы не думаем, что износ колес помешает Curiosity добраться до вершины Mount Sharp", говорит инженер, ведущий разработчик двигателя для Curiosity Мэтт Хеверли.

Что еще более важно, можно слегка скорректировать движение марсохода и снизить нагрузку на колеса, для этого нужно, чтобы он двигался медленнее и задним ходом. Конечно, снижение скорости разочарует тех, что жаждет великих научных открытий как можно скорее, но если сбавить скорость хотя бы на половину, износ колес составит четверть от планируемого, если ничего не менять. В свою очередь, переход на движение назад – это настоящая инновация. Пока задние колеса вообще не пострадали, то есть они менее подвержены повреждениям из-за скалистого рельефа. Если развернуть конструкцию и заставить двигаться ее вперед задними колесами, это замедлит дальнейшее разрушение уже пострадавших колес.

Марсоход Curiosity прибыл на гору Шарп в сентябре 2014 года, с тех пор он изучает ее и продолжает восхождение. Колеса, безусловно, самое слабое место аппарата, и именно они могут быть основной причиной его неудачи, если устройство не справится с миссией. Это его ахиллесова пята, или ахиллесово колесо, если хотите. Но тонкий алюминий был выбран неслучайно: уплотнение даже на 1 мм добавляло бы вес, сопоставимой с гирей, и мягкая посадка стала возможной именно благодаря тонким колесам. Следующее поколение марсоходов должно появиться к 2020 году, сейчас инженеры и дизайнеры изучают свои прошлые ошибки и разрабатывают новые подходы. Без ошибок невозможен прогресс.

Оригинал статьи

Комментарии