WikiDer > Зефир (вездеход)

Zephyr (rover)
Зефир
(Миссия Venus Landsailing Rover)
Zephyr Venus Rover Wingsail.jpg
Художественная концепция Зефир марсоход
Тип миссииРазведка
ОператорНАСА Исследовательский центр Гленна
Продолжительность миссии50 земных дней[1]
Свойства космического корабля
Космический корабльЗефир
Тип космического корабляWingsail марсоход
ПроизводительИсследовательский центр Гленна
Стартовая масса1581 кг (3486 фунтов)
Посадочная масса220-265 кг
Масса полезной нагрузки23 кг (51 фунт)
Мощность≥ 98.4 Вт
Начало миссии
Дата запуска2039 г. (предлагается)[2]
Венера марсоход
 

Зефир это концепция робота Венера марсоход для миссии под названием Landsailing Rover Venus. Эта концепция миссии должна была разместить на поверхности Венеры марсоход, который приводился в движение силой ветра. Марсоход будет запущен вместе с орбитальным аппаратом Venus, который будет выполнять как ретрансляцию связи, так и удаленные исследования атмосферы.[1]

Марсоход будет спроектирован для работы на поверхности Венеры в течение 50 земных дней и навигации по песчаным равнинам, купающимся в жаре и плотным облакам серной кислоты при очень высоком атмосферном давлении. Марсоход может двигаться в любом направлении, независимо от направления ветра. Зефир будет плыть до 15 минут в день, чтобы достичь своей следующей цели,[3] где он будет парковаться с использованием комбинации тормозов и оперения крыльев, пока он выполняет свою научную деятельность. Марсоход будет нести научную полезную нагрузку 23 кг (51 фунт), включая роботизированную руку. Общая архитектура миссии направлена ​​на достижение телероботических возможностей с 4-минутной задержкой радиосвязи.

Главный исследователь Джеффри Лэндис НАСА Исследовательский центр Гленна в Кливленде, штат Огайо.[4] Когда наиболее критичное оборудование станет доступным и будет протестировано, Лэндис намеревается предложить эту миссию в НАСА. Программа открытия[5] побороться за финансирование и запуск, рассчитанный на 2039 год.[2]

Обзор вездехода

ЗефирХарактеристики[2]
AeroshellДиаметр: 3,10 м (10,2 фута)
Стартовая масса1581 кг (3486 фунтов)
Масса вездехода≤ 265 кг (584 фунта)
Размеры вездеходаДлина: 4,62 м (15,2 футов)
Ширина: 5,54 м (18,2 фута)
WingsailВысота: 5,44 м (17,8 футов)
Длина: 3,10 м (10,2 фута)
Площадь: 12 м2 (130 кв. Футов)
Колеса (x3)Диаметр: 1 м (3 фута 3 дюйма)
Ширина: 22,9 см (9,0 дюйма)
Дорожный просвет0,9 м (2 фута 11 дюймов)
Масса полезной нагрузки науки23 кг (51 фунт)
Радио группаУВЧ
Системы охлажденияНикто

С 2012 г. ученый Джеффри А. Лэндис работал над концепцией миссии для Венера марсоход приводится в движение жестким крылатый хвост, вдохновленный спуск на землю транспортных средств.[3][5] У машины всего две движущиеся части: парус и переднее рулевое колесо.[2] Концепция миссии получила название Venus Landsailing Rover, а марсоход - Зефир, в честь греческого бога западного ветра, Зефир.[3]

Для простоты крыло марсохода на самом деле жесткое, как вертикальное крыло с солнечными элементами на его поверхности. Хотя для доведения высокотемпературной электроники до эксплуатационной готовности требуется определенная разработка технологий, исследование показало, что такой подход к мобильности осуществим и серьезных трудностей не наблюдается.

Расчетный ресурс нацеленного марсохода составляет 50 дней.[1][2] Учитывая экстремальные условия окружающей среды на поверхности Венеры, все предыдущие посадочные аппараты и атмосферные зонды работали максимум несколько часов, поэтому команда исследовательского центра Гленна планирует использовать материалы и электронику, разработанные, чтобы выдерживать не только экстремальное давление, коррозионную атмосферу и тепло. , но также работают с минимальной солнечной энергией и без системы охлаждения, что значительно снижает посадочную массу.[6][2] Температура у поверхности 740K (467 ° C, 872 ° F), а давление 93бар (9.3 МПа), примерно такое давление составляет 900 м (3000 футов) под водой на Земле.[7] Для обеспечения движения предполагается скорость приземного ветра от 0,4 м / с (1,3 фут / с) до 1,3 м / с (4,3 фут / с). Зефир будет плыть до 15 минут в день, чтобы достичь своей следующей цели.[3] Из изображений, полученных российским Венера зондов, поверхность Венеры может иметь плоские ландшафты, простирающиеся до самого горизонта, с камнями только сантиметрового масштаба в их местах, что позволяет спуск на землю.[4][6] Наиболее крупные ожидаемые неровности поверхности составляют около 10,0 см (3,9 дюйма) в высоту.[2] В автомобиле используются три металлических колеса с шипами, каждое диаметром 1,0 м (3 фута 3 дюйма) и шириной 22,9 см (9,0 дюйма).[2]

Финансирование из Инновационные передовые концепции НАСА (NIAC) позволяет проводить исследования по разработке необходимых систем, «укрепленных на Венере».[3] Фактически, технологи Glenn первыми изобрели датчики, работающие внутри реактивных двигателей. Эта электроника может работать даже при знойной температуре Венеры 450 ° C (842 ° F).[3] НАСА может также предоставить часть этого оборудования будущим российским Венера-Д миссия на Венеру, предоставив долгоживущую (24 часа) экспериментальную наземную станцию, пригодную для российского посадочного модуля.[8][9][10]

В 2017 году работа Лэндиса стала предметом книги. Land-Sailing Venus Rover с изобретателем НАСА Джеффри Лэндисом, опубликовано Мировая книга издательский.[11][12]

Электроэнергия

Предыдущие посадочные аппараты Venus полагались на батареи для получения электроэнергии, что ограничивало работу максимум несколькими часами, полагаясь на тепловую массу, чтобы отсрочить смерть системы из-за перегрева. Система питания для этой миссии использует натриево-серные батареи (NaS), которые перезаряжаются солнечными батареями и могут работать в условиях поверхности Венеры без необходимости использования тяжелых систем охлаждения.[2][13]

Крыльевой хвост и верхняя палуба будут покрыты солнечными батареями из фосфид индия-галлия (InGaP, также называемый GaInP2), поскольку он хорошо охарактеризован для использования в солнечных элементах, он имеет достаточно широкий запрещенная зона что он может работать при температуре Венеры и реагирует на свет в диапазоне от 360 до 660 нм.[2]

Хотя толстый слой облаков ограничивает попадание солнечного света на поверхность, света достаточно для использования солнечные панели для систем с низким энергопотреблением.[6] Требуемая мощность 98,4 Вт для научных операций - 68,4 Вт во время движения, 25,3 Вт во время операций в покое, таких как ведение домашнего хозяйства, и 49,3 Вт во время сеансов связи.[2]

Сила ветра

В то время как скорость ветра у поверхности Венеры составляет 1 м / с (3,3 фута / с), при давлении и плотности Венеры (65 кг / м3) даже небольшая скорость ветра развивает значительную силу.[3]

Wingsail

Художественная концепция Зефир марсоход, шириной 5,5 м и высотой 6,6 м

Концепция силовой установки - жесткая крылатый хвост, установленный перпендикулярно основанию, который может вращаться с помощью электродвигателя вокруг своего среднего аэродинамического центра, создавая вектор подъемной силы (тяги) в любой ориентации, в зависимости от направления ветра. Крыло также обеспечивает более стабильную поверхность для установки солнечных элементов, используемых для питания приборов марсохода. Симметричный плоский аэродинамический профиль намного легче контролировать за счет небольшой подъемной силы. Крыло изготовлено из стандартных лонжеронов, нервюр и обшивки с использованием материалов, подходящих для работы в агрессивной высокотемпературной среде.[2]

При ширине 5,5 м (18 футов) марсоход устойчив на поверхности, и команда NASA GRC подсчитала, что для предотвращения опрокидывания, вызванного порывами ветра, в систему будут включены датчики, обеспечивающие устойчивый порыв ветра силой 2,39 балла. м / с (7,8 фут / с) или более будет определено его метеорологическим комплексом и даст достаточно времени, чтобы ослабить парус, повернув его в положение нулевой подъемной силы перпендикулярно ветру.[2]

Диаметр ракушка устанавливает длину крыла 3,10 м (10,2 фута), его площадь - 12 м2 (130 квадратных футов) и высотой 5,44 м (17,8 футов) над землей.[2] Для запуска крыло складывается на три секции для хранения в ракушка, и он раскрывается после спуска с парашютом и приземления на три колеса.

Полезная нагрузка науки

Схема последовательности спуска и посадки Зефир марсоход

Глаза марсохода будут камерой с механическим сканированием, аналогичной той, что используется Венера 9 посадочный модуль, который будет работать без охлаждения при температуре Венеры 450 ° C (842 ° F) и при условиях освещения Венеры и ее спектре.[2] В дизайне будет использоваться линейный фотодиод массив как светочувствительный элемент, и кроме фокальная плоскость матрица фотодиодов, камера изготовлена ​​с Карбид кремния электроника.[2]

Помимо фотоаппаратов, марсоход будет нести около 23 кг (51 фунт) научных инструментов, включая роботизированную руку, основанную на Марсе. Фениксс роботизированная рука, но упрощенная до двухсуставной руки для минимизации сложности. В этой руке можно было бы разместить несколько научных инструментов.[5] Условно научная полезная нагрузка включает:

В дополнение к приборам для исследования поверхности, миссия может также иметь научные комплексы, которые работают во время спуска, а также могут использовать стационарные научные приборы, такие как сейсмометр, которые не перевозятся на вездеходе.[2] Все данные будут передаваться на орбитальный аппарат с помощью высокотемпературного радио, так что вся система не будет иметь охлаждаемых частей.[2]

Орбитальный аппарат

Из-за плотной атмосферы Венеры радиосигналам от марсохода будет не хватать мощности и досягаемости, поэтому в архитектуру миссии необходимо включить орбитальный аппарат-ретранслятор. После Зефир После разделения орбитальный аппарат двигался по очень эксцентрической орбите вокруг планеты. Эта орбита будет иметь период в 24 часа, что позволит связаться с Зефир от 12 до 18 часов на каждом витке.[2]

Когда Венера находится максимально близко к Земле, задержка связи между Венерой и Землей составляет примерно четыре минуты, что слишком долго для управления с Земли в реальном времени, поэтому марсоход большую часть времени будет припаркован, выполняя наблюдения с помощью паруса. расслабьтесь, пока наземные диспетчеры исследуют местность и выбирают следующую цель.[5]

В случае выбора для финансирования орбитальный аппарат-ретранслятор также может содержать некоторые научные инструменты.

Рекомендации

  1. ^ а б c Отчет: НАСА запустит марсоход Venus в 2023 году. Нил В. Патель, Обратное. 29 февраля 2016.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты Zephyr: Landsailing Rover для Венеры. (PDF) Джеффри А. Лэндис, Стивен Р. Олесон, Дэвид Грантье и команда COMPASS. Исследовательский центр НАСА имени Джона Гленна. 65-й ​​Международный астронавтический конгресс, Торонто, Канада. 24 февраля 2015 г. Отчет: МАК-14, А3, П, 31х26111
  3. ^ а б c d е ж грамм Виндсерфинг в злом мире. НАСА. 1 мая 2012 г.
  4. ^ а б План НАСА по запуску Landsail Rover на Венеру. Джон М. Чанг, ABC News. 26 августа 2013 г.
  5. ^ а б c d Марсоход НАСА Venus Landsail может запустить в 2023 году. Брюс Дормини, Forbes. 29 февраля 2016.
  6. ^ а б c Landsailing Rover Venus. Джеффри Лэндис, Исследовательский центр Гленна НАСА. 2012 г.
  7. ^ Базилевский, Александр Т .; Голова, Джеймс У. (2003). «Поверхность Венеры». Rep. Prog. Phys. 66 (10): 1699–1734. Bibcode:2003RPPh ... 66.1699B. Дои:10.1088 / 0034-4885 / 66/10 / R04.
  8. ^ Уолл, Майк (17 января 2017 г.). "Россия и США обдумывают совместную миссию на Венеру". Космос. Получено 2017-10-29.
  9. ^ НАСА изучает общие научные цели Венеры с Российским институтом космических исследований. НАСА. 10 марта 2017 г.
  10. ^ Senske, D .; Засова, Л. (31 января 2017 г.). «Венера-Д: Расширяя наш горизонт климата и геологии земной планеты за счет всестороннего исследования Венеры» (PDF). НАСА. Получено 2017-10-29.
  11. ^ Land-Sailing Venus Rover с изобретателем НАСА Джеффри Лэндисом, ISBN 978-0-7166-6160-3 World Book, Chicago 2017. Проверено 7 декабря 2017 г.
  12. ^ Хейлман, Ричард, «Книга освещает работу ученых над марсоходом на Венере», Berea News Sun, 17 ноября 2017 г. Проверено 7 декабря 2017 г.
  13. ^ Лэндис, Г. А. и Харрисон, Р. (2008) "Батареи для работы на поверхности Венеры", Журнал движения и мощности, Vol. 26, Number 4, 649-654, июль / август 2010 г .; Первоначально представлен как документ AIAA-2008-5796, 6-я Международная конференция по проектированию преобразования энергии AIAA, Кливленд, штат Огайо, 28–30 июля 2008 г.