Созданный инженерами НАСА марсоход Curiosity продолжает двигаться по заданному маршруту на поверхности Марса, изучая особенности атмосферы и литосферы соседней планеты. Сейчас общее расстояние, пройденное устройством, составляет уже 16 километров. В целом, ровер в хорошем состоянии, хотя проблема с его колесами продолжает ухудшаться. На алюминиевых «шинах» появляются новые трещинки, трещины и пробоины.
Проверка состояния колес аппарата проводится регулярно с тех пор, как были замечены первые вмятины и царапины на них. Спустя некоторое время оказалось, что оболочка колес разрушается быстрее, чем планировали специалисты. В этом году ученые НАСА, изучив состояние колес ровера, сделали вывод, что колесная часть на 60% исчерпала свой ресурс. Но марсоход находится в отличном состоянии, и может продолжать выполнять свою миссию.
«Все шесть колес находятся более чем в приемлемом состоянии для того, чтобы марсоход продолжал двигаться в любом из запланированных направлений для продолжения миссии», — заявил руководитель программы Curioisty Джим Эриксон. — «Для нас это не было неожиданностью, но сейчас уже понятно, что левое среднее колесо приближается к максимальной точке износа». Агентство уже заявило, что износ колес не поменяет научные планы касательно изучения минералогии горы Шарп.
Сейчас ровер находится на песчаных холмах Мюррея, изучая геологию региона. В дальнейшем Curiosity должен посетить богатый гематитом район горного хребта Веры Рубин. Здесь много глины, сульфатов, и ученые хотели бы получить больше информации об этом месте.
Марсоход постепенно забирается все выше, изучая более молодые слои подножья горы Шарп. Ученые рассчитывают на то, что благодаря данным, набранным в этом районе, удастся получить информацию о смене климата Марса миллиарды лет назад. Горные породы несут на себе следы этих изменений, и по ним можно судить о том, как в целом менялась планета. Curiosity уже доказал то, что ранее в некоторых районах Марса условия были подходящими для жизни, хотя бы микробной. Более высокая, чем сейчас, температура делала возможным существование на поверхности Марса жидкой воды. По мнению современных ученых, вода — важнейший критерий существования жизни.
До богатого гематитом региона осталось проехать еще 6 километров. Участники программы Curiosity считают, что это расстояние будет преодолено без труда — ресурс марсохода достаточен. Кроме того, за последние четыре года ученые научились планировать продвижение устройства, отмечая потенциально опасные места с острыми кусками острой породы для того, чтобы избежать повреждения колес устройства.
Внешний диаметр каждого из колес составляет 50 сантиметров. «Покрышки» сделаны из алюминия. Они не слишком толстые, поэтому большинство кусков горной породы оказывается не в состоянии проткнуть слой алюминия. Повреждения колес марсохода делятся на несколько основных типов. Это пробоины, царапины, вмятины и разрывы металла.
Состояние колес марсохода на 708 сол. Фотографии были сделаны при помощи манипулятора MAHLI с камерой. Источник: NASA / JPL / MSSS / Emily Lakdawalla
Сильнее всего повреждено левое центральное колесо. На фото ниже показано развитие повреждений с сол 546 по сол 708
Из-за чего колеса повреждаются?
После того, как ученые узнали, что колеса марсохода сильно повреждаются в процессе продвижения аппарата, они стали искать причину. Ее выявили не сразу. При разработке ровера ученые предусматривали возможные пробоины и повреждения, но не в таком количестве.
Притом и размер повреждений был больше расчетного. «Когда мы увидели фотографии колес, мы поняли, что одна из дыр гораздо больше, чем мы рассчитывали. Этого не случалось ни в одном из пройденных тестов. Мы не знали, что было причиной. Мы не знали, будет ли это продолжаться», — говорит один из операторов марсохода Мэтт Хеверли. — «Это был момент, когда мы поняли, что способ передвижения нужно кардинально менять. Но как? Этого нельзя было сказать до проведения новых тестов».
Тесты проводились целый год — как на Земле, так и на Марсе, в полевых условиях. Выяснилось, что одна из причин, которая приводит к повреждению алюминиевых шин марсохода — это усталость материала. Колеса постоянно проходят по неровной местности. Тонкий алюминий подвергается деформациям и в конце концов лопается. Хорошей иллюстрацией случившемуся может быть поломка обычной канцелярской срепки, которую постоянно изгибают в разные стороны в одном и том же месте. Колеса были спроектированы таким образом, чтобы в случае наезда на камень деформироваться с возвратом в обычное состояние. Но, как известно, планируемый срок службы марсохода в несколько десятков раз меньше текущего срока эксплуатации Curiosity. Испытания, которым подвергали колеса, показали, что расчетный срок службы они должны продержаться. Но после этого срока материал колес начал постепенно «уставать».
Что касается пробоин, то их оставляют острые края горной породы, встречающиеся во многих регионах Марса.
Понятно, что наличие таких обломков на Марсе вовсе не сюрприз для команды марсохода. Проектировщики прекрасно знали, что на поверхности планеты немало таких камней, но не ожидали, что некоторые из них будут крепче расчетных параметров. В тестах на Земле аппарат катался по обломкам разной крупности и остроты, но особых проблем не было. Металл на колесах рассчитан на частые наезды на камни разной величины, поэтому сам факт наезда на острый кусок породы еще не означает пробоину. Причина здесь в другом.
Как оказалось, причина в механической системе балансировки колес во время поездки. Колесо при наезде на камень может выдержать примерно 1/6 массы аппарата. В некоторых случаях, например, при передвижении по крутому склону, основная нагрузка идет на левый или правый ряд колес. При наезде на острый камень нагрузка еще больше увеличивается, а особенности конструкции Curiosity приводят к тому, что максимально нагружается среднее колесо. В итоге оно просто не выдерживает почти полный вес Curiosity и иногда металл пробивается камнем.
Правда, не всякий острый камень, на который марсоход навалился всей массой, обязательно проткнет колесо. Расчет строился на то, что при наезде тяжелый аппарат просто собьет камень, так что острый конец не будет угрожать колесу. Но на пути ровера иногда встречаются очень твердые неподвижные острые камни. Это прочная порода, которая подвергалась выветриванию в течение миллионов или даже десятков миллионов лет. Именно они и представляют особую опасность. Один из инженеров, входящих в состав команды, продемонстрировал проблему, совершив наезд копией Curiosity на Земле на острие навершия копья. Острие проткнуло алюминиевую шину марсохода без особых проблем. Ученые, рассматривая поверхность Марса до отправления туда марсохода, не обнаружили особо острых камней, острие которых направлено точно вверх. К несчастью, оказалось, что они встречаются относительно часто. В ноябре 2014 года ровер проезжал через регион, где много осколков такого типа.
На какой срок работы рассчитаны колеса, и что случится после?
По словам специалистов из НАСА, для того, чтобы колеса полностью разрушились, достаточно проехать всего 8 км по породе, тип которой описан выше. Что именно понимается под «разрушением колеса»?
Как видим, в массе своей повреждения сконцентрированы в центре. Это то, что может случиться и на Марсе — какое-либо колесо может просто раскроить пополам. Если будут перебиты ребра жесткости, то колесо может выйти из строя. К счастью, пока что ситуация не настолько сложная. Колеса работают, хотя некоторые из них сильно повреждены.
Хорошая новость в том, что сейчас Curiosity вышел из района с обломками горной породы. Как уже упоминалось, он едет по склонам песчаных холмов.
Специалисты НАСА подсчитали, сколько может проехать марсоход по поверхностям разного типа до момента разрушения колес:
- Острые и твердые камни: 8 км;
- Большое количество обычных камней: 13-14 км;
- Песчаник: 30-40 километров или больше;
- Обычная твердая поверхность или песок с малым количеством камней: не определено, вероятно, десятки или даже сотни километров.
Как можно продлить срок службы колес?
Конечно, Curiosity уже перевыполнил свою научную программу, но если он в хорошем состоянии, зачем отказываться от его эксплуатации? Поэтому ученые думают, как можно продлить срок жизни колес. Вот несколько способов, предложенных НАСА.
Управлять ровером осторожнее. Стараться проверять каждую точку, которая находится впереди, осматриваться вокруг, избегать острых камней и особенно — проблемных террас с такими камнями.
Планировать маршрут по местам с ровной поверхностью или песком. Один из лучших способов — это проложить маршрут через места, покрытые мягким материалом с минимумом камней. За последний несколько месяцев ученые стараются планировать путь ровера, сверяясь с фотографиями исключительно высокого разрешения. Такие фотографии получают при помощи инструмента CRISM с аппарата MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). Специалисты сравнивают снимки с орбиты с фотографиями поверхности, которые получены самим марсоходом.
Модификация программного обеспечения марсохода, с целью «научить» аппарат определять нагрузку на колеса. Эта часть еще не реализована, хотя ее уже начали выполнять. Речь идет о том, чтобы при движении ровера все данные о различных параметрах его элементов анализировались специализированным программным обеспечением. В этом случае можно будет избежать ситуаций с сильным давлением острых камней на колеса марсохода.
НАСА далеко не в первый раз собирается менять программное обеспечение на удаленном аппарате. При этом марсоход гораздо более совершенный, на его борту находится относительно современный компьютер с современным же софтом. Так что обновление не должно быть проблемным. С другой стороны, участники миссии озабочены тем, что это же программное обеспечение довольно сложное. «Чем более сложное ПО, тем больше вероятность, что что-то пойдет не так. Вы получите сюрпризы как во время тестов, так и при выполнении различных операций», — заявил один из представителей миссии. Тем не менее, ученые надеются на то, что все пройдет хорошо.
Что касается наследника Curiosity, ровера Mars 2020, то в НАСА уже заявили, что учтут ошибки прошлой миссии. При этом, скорее всего, колеса не будут значительно модифицировать. Вместо этого ученые просто сократят возможный путь, который нужно проехать роверу. Если в случае с Curiosity он сначала сел, а потом уже начал искать интересные цели, то Mars 2020 планируют посадить поблизости от интересующих ученых целей. Дело в том, что на орбите сейчас работает сразу несколько орбитальных зондов, способных получать фотографии поверхности Марса высокого разрешения. И это облегчает задачу выбора цели для изучения. Новый марсоход предназначен для астробиологических исследований древней среды на Марсе, поверхности планеты, геологических процессов и истории, в том числе оценки прошлой обитаемости планеты и поиска доказательств жизни в пределах доступных геологических материалов.
Комментарии (59)
pnetmon
24.03.2017 05:15+3Занятно. Большая часть картинок, текста 2014 года http://gizmodo.com/curiositys-wheels-are-falling-apart-and-how-we-can-sol-1626826935
Jeditobe
24.03.2017 13:10+1Пусть спросят у маршрутчиков, как беречь колеса, они так классно лежачих ментов объезжают.
Valerij56
24.03.2017 05:44+3Что касается наследника Curiosity, ровера Mars 2020, то в НАСА уже заявили, что учтут ошибки прошлой миссии. При этом, скорее всего, колеса не будут значительно модифицировать. Вместо этого ученые просто сократят возможный путь, который нужно проехать роверу.
ИМХО, неверное решение.
Практика показала, что американские роверы работают на Марсе значително дольше, чем планировалось. Будет обидно, если ровер не сможет больше передвигаться.
zaq1xsw2cde3vfr4
24.03.2017 12:35+1Ему найдется применение даже если он намертво станет. Прецеденты имеются.
hdfan2
24.03.2017 08:06+2Наверно, это уже спрашивали, но всё-таки: почему не сделали колёса из титана? На фоне общей стоимости это были бы копейки. Правда, почти вдвое тяжелей, но зато куда как прочней.
RiseOfDeath
24.03.2017 08:35+7Вы же сами ответили на свой вопрос. Тяжелее.
Более тяжелые колеса это: более мощный двигатель двигатель (ну точнее двигатели, я так понимаю у каждого колеса свой), который наверняка весит больше -> нужен еще более мощный двигатель; более мощные солнечные батареи и аккумуляторы, который весят еще больше (см. про более мощные двигатели). Кроме того более мощный аппарат требует более "мощной" посадочной платформы и т.п.
И опять же, не известно насколько лучше "более прочные" колеса будут жить при возрастании массы ровера, ведь нагрузка на них тоже будет больше.
Вероятно ровер и его узлы имеют некое разумное соотношение масс узлов и агрегатов к их массе/размерам/стоимости/долговечности.
Valerij56
24.03.2017 09:59+2Несколько более тяжёлые колёса, независимо от материала, могут иметь в разы больший ресурс. Двигатели, аккумуляторы и изотопный источник энергии не изменятся, так как общая масса ровера изменится очень незначительно, или не изменится совсем, если дополнительная масса колёс будет компенсирована.
Разумеется, по мнению ученых и инженеров считают, что «ровер и его узлы имеют некое разумное соотношение масс узлов и агрегатов к их массе/размерам/стоимости/долговечности», но, как показала практика, срок активной работы ровера превышает расчётный в разы (и это правильно, энергетика, связь, «зрение» и ходовая часть должны работать дольше), хотя, разумеется, при этом часть научного оборудования уже выработала свой ресурс или вышла из строя.
Но значительную часть своих открытий роверы сделали просто на основании «наблюдений» и приборов, имеющих запас ресурса. Даже сама по себе отработка конструкции колёс имеет значение, потому, что эти знания очень пригодятся людям, которые прилетят на Марс, они будут ездить намного больше и с большими скоростями.
Правда, у меня есть надежда — сама по себе фраза «При этом, скорее всего, колеса не будут значительно модифицировать» ничего не говорит об отказе усовершенствовать и усилить колеса ровера.
p_fox
24.03.2017 12:12Да, титан примерно вдвое тяжелее алюминия. Но кто сказал что из титана надо делать все колесо? Ведь из него можно изготовить самую изнашиваемую часть — "покрышку". Масса ровера не сильно увеличится.
Или почему бы не использовать карбон?Goodwinnew
24.03.2017 15:13+3Где-то НАСА отвечало на этот вопрос. Разница получается в 2 кг, т.е. минус оборудования на 2 кг. И просто так 2 кг не добавить, лавинное увеличение массы — старт, вывод на орбиту и тд. Думают про следующую миссию, как сделать.
upsilon
24.03.2017 10:43+1Может вы и правы, но кроме прочности нужно учитывать насколько хорошо материал переносит перепады температур и т.д.
А по прочности беглый гуглеж:
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=9118
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6619
Tensile strength 220 МПа против 215 МПа, плотность почти в 2 раза отличается.
У титана наверняка есть сплавы получше, но это пусть специалисты из НАСА разбираются.
qwerty1023
24.03.2017 13:14На сколько я понял из статьи проблема не в прочности как таковой, а в усталости метала. Из-за постоянных деформаций (запланированных) происходит его разрушение. Не факт что титан по этим параметрам сильно превосходит алюминий. Наверное если бы все работало не так, то нужно принципиально менять конструкцию.
stalinets
24.03.2017 19:54-1Ну титан довольно хорошо пружинит. Если он и не подойдёт, тогда можно взять пружинистую сталь или нержавейку. Мне кажется, «покрышка» из тонкой нержавейки была бы вечной. Вес — да, это проблема, но только в том случае, когда надо изменить уже готовую конструкцию. А если изначально запроектировать — почему бы нет.
Norno
24.03.2017 22:05+2Как отмечалось в статье, ровер уже отработал расчетный срок, при этом без серьезных поломок, то что наблюдают сейчас это работ значительно за проектным сроком работы.
Valerij56
24.03.2017 22:25-1Тем не менеезначительная часть его приборов работает, и ровер добывает итересную информацию. Кроме того, нам, вероятно, было бы интересно знать, как сделать колёса для роверов, легкие, но с большим ресурсом. Это знание пригодится нам, когда полетят люди. Они будут много ездить и с большей скоростью.
Anthrax_Beta
24.03.2017 08:18+1Надо было колеса из стали Гадфильда делать, они пережили бы сам ровер.
Vjatcheslav3345
24.03.2017 13:40Надо было колеса из стали Гадфильда делать, они пережили бы сам ровер.
Эта сталь пластична и колёса на камнях потеряют свою форму, став квадратными «буханками».
Поэтому колёса нужно изготовлять из композита в виде сваренной ленты из многих тонких слоёв из хладостойкой и устойчивой к радиации разновидности стали Гадфильда и из хладостойкой и устойчивой к радиации рессорной или пружинной стали + грунтозацепы из стали Гадфильда (+ пересмотреть программу и научную нагрузку — чтобы оборудование можно было полноценно применять долго-долго).
Карбоновые колёса могут рассаиваться а титан — не рекордсмен по ударной и изгибной прочности.Anthrax_Beta
24.03.2017 13:54Будь она пластичной, сомневаюсь, что из нее бы делали траки гусениц танков, тракторов, машин, щёки дробилок, рельсовые крестовины, стрелочные переводы, работающие в условиях ударных нагрузок и истирания.
Vjatcheslav3345
24.03.2017 15:23Зато из непластичной делают хрупкие токарные резцы. Смысл наклёпываемых сталей в том, что твёрдый у них — тонкий слой в доли миллиметра (как зубная эмаль) а всё остальное обеспечивает их гибкость и ковкость и постепенное обновление стираемого поверхностного слоя, прокатываемость — именно поэтому траки гусениц танков, тракторов, машин, щёки дробилок, рельсовые крестовины, стрелочные переводы, работающие в условиях ударных нагрузок и истирания из них и делают — эти детали в принципе не могут быть хрупкими, словно керамика (иначе треснут), но при этом должны быть износостойкими — для чего нужна твёрдость.
Anthrax_Beta
24.03.2017 17:49+1Да, увидел, твердость по Бриннелю у стали Гадфильда ниже чем у стекла и почти в три раза меньше, чем у инструментальной
sim-dev
24.03.2017 08:49Меня больше удивила фраза про то, что острые элементы явились следствием многомиллионнолетнего выветривания… Мои познания в этой области, правда, ограничены научно-популярными книжками, прочитанными в 5-6 классе, но я и до сих пор уверен, что выветривание в течение многих миллионов лет должно привести к сглаживанию всех острых углов, но никак не к затачиванию. Песчаный ветер, что, как я понимаю, привычное явление для Марса, должен скруглить в голыши все выступающие над поверхностью почвы камни за миллионы лет.
Что-то тут не так…
shedir
24.03.2017 09:27Наверное, дело в том, что условия на Земле и на Марсе при которых происходит выветривание заметно отличаются — низкое давление, практическое отсутствие воды в атмосфере и т.п.
MaxxONE
24.03.2017 09:31+5Всё так. Порода имеет разную твердость, и выветривается с разной скоростью. Гуглите картинки по теме «ветровая эрозия».
Tatooine
24.03.2017 09:56А что если в следующей версии марсохода сделать не колеса а шагоход? С 6 или 8 ногами. Идти по бездорожью проще чем ехать. Интересно рассматривался такой вариант или нет.
bobcatt
24.03.2017 10:16+4Ходить можно, но это более энергозатратно, гораздо сложнее кинематика и приводы, требует куда больше вычислительных ресурсов для поддержания равновесия.
EmmGold
24.03.2017 10:17+1как поведут себя подшипники, много подшипников и различных сочленений при низком давлении и обилие песка? И сколько энергии это всё будет потреблять?
rPman
25.03.2017 02:14-1а если подшипники магнитные?
а если оси делать на базе свернутой в улитку трубки и гидравлики? (точно помню пару десятков лет назад читал об этом в советских журналах)
Hayate
24.03.2017 12:00+6В космос всегда берут слегка устаревшее, но надёжное, хорошо проверенное и досконально известное решение. На куриёсити даже фотокамеры поставили не самые свежие на тот момент. Причина — мало опыта использования.
Какие шагоходы у нас на текущий моменты являются слегка устаревшими, надёжными, хорошо проверенными и досконально известными в эксплуатации?
Apatic
24.03.2017 12:43+1Все верно. Надо в следующий раз заслать Огромного Боевого Человекоподобного Робота.
Arxitektor
24.03.2017 11:48Всего лишь 16км? Серьёзно? Они там из бумаги что ли сделаны.
Да что бы ни говорили это почти ничто в рамках планеты. И это за 2 года.
Вот думаю если отправят людей на Марс то хотя бы за 1 месяц они выполнят научную программу Curiosity?
И интересно было бы подсчитать стоимость отправки группы людей на Марс на 2 месяца и их возврат на землю
Выполненная за это время научная программа. И роботов на эти деньги самых крутых и современны.
Размером раза в 3 больше марсохода и ресурсом лет хотябы в 5.
Или просто много мелких ботов
BubaVV
24.03.2017 11:49А еще колеса несимметричны относительно оси вращения — есть сектор с сеткой и другим протектором. Своеобразное решение
encyclopedist
24.03.2017 16:29+4Это сделано для того, чтобы по следам было легче отсчитывать пройденное расстояние.
CrazyRoot
24.03.2017 12:05Идея в том что бы меньше двигаться, обегая колеса, не очень хороша.
Если изменить рисунок протектора и ребра жесткости то вариант услли колеса с минимальным изменением веса будет лучше же…
Tutanhomon
24.03.2017 12:09+2Не удержусь.
igorsd
24.03.2017 13:47+2"При этом, скорее всего, колеса не будут значительно модифицировать. "
https://mars.jpl.nasa.gov/mars2020/mission/technology/
Terranz
24.03.2017 14:18+1фото где кто-то держит колесо специально сделано в той же цветовой схеме, что и фото самого ровера?
CrazyRoot
24.03.2017 14:30Вполне может быть что и снималось самим ровером. Дабы понять можно будет камеры ровера использовать при осмотре и как будут выглядеть колеса при установленных светофильтрах. Своего рода, так сказать, эталонный образец.
NoRegrets
25.03.2017 00:56-2Портянка текста, вместо «Да, мы облажались!».
Выяснилось, что одна из причин, которая приводит к повреждению алюминиевых шин марсохода — это усталость материала. Колеса были спроектированы таким образом, чтобы в случае наезда на камень деформироваться с возвратом в обычное состояние.
Усталость материала, вот вчера только открыли. Ктож знал то. Мы же всегда бросаем марсоходы, как только у них заканчивается срок эксплуатации.
Wan-Derer
25.03.2017 16:18Интересно почему колёса сплошные, а не сетчатые как на Луноходах.
encyclopedist
25.03.2017 17:59+2У прошлого поколения, Spirit и Opportunity, колёса как раз были решетчатыми. И обнаружилось, что они иногда "тонут" в песке. Поэтому провели работу над ошибками с сделали колёса более сплошными.
Jeditobe
30.03.2017 12:11В общем колеса износили потому, что объезжать препятствия никто и не думал, хреначили прям по ним.
Tatooine
31.03.2017 12:46потому что управление марсохода это пошаговый квест с 40 минутной задержкой между ходами. При таких условиях объезжать препятствия затруднительно
Jeditobe
31.03.2017 12:54Если люди умудряются играть в шахматы по переписке, то и тут вполне реально. Мне кажется, они переоценили прочность колес. Любое дополнительное ухищрение существенно продлило бы им жизнь. Даже просто снижение скорости передвижения.
Hayate
Фиг с ними с колёсами, вы про бур расскажите. Починили?
General_Failure
Предлагаете пустить марсоход в подземное путешествие?
Hayate
Только чтобы по туннелю доехать до обломков небесного крана. Там можно будет его из частей спаять обратно лазером который работает в паре со спектрометром и долететь до горы Шарпа.
DenimTornado
Марк, ты?
SobakaRU
Судя по всему, не починили.
Однако, в последнее время почти каждый сол в отчётах по работе марсохода встречаются упоминания «drill diagnostic tests».
То есть работа в этом направлении ведётся довольно активно и надежда, видимо, всё ещё есть.