Проект команды "Рожденные побеждать!"

Материал из Wiki
Перейти к: навигация, поиск

Космический аппарат

Cosmos1wiki m07.jpg

Введение

Проблема изучения поверхности Марса и поиск условий для жизни людей на планете волнует человечество уже несколько десятилетий. Так, автоматические межпланетные станции Марс, запускались СССР с 1960 по 1973 с целью изучения планеты Марс и околопланетного пространства. Для резервирования и комплексности исследований запускали несколько, серию АМС. Мы предлагаем проект модели космического аппарата по изучению поверхности и недр. До нас активно разрабатывали данную проблему США и СССР (РФ).


Завершённые миссии:

  1. Маринер-4 1964 год. Первое исследование Марса с пролётной траектории, первые снимки другой планеты с близкого расстояния
  2. Маринер-6 и Маринер-7 1969 год. Исследование Марса с пролётной траектории. Первое исследование состава атмосферы с применением спектроскопических методик и определение температуры поверхности по измерениям инфракрасного излучения. Получение снимков поверхности.
  3. Маринер-9 1971 год. Первый искусственный спутник Марса, первое картографирование поверхности.
  4. Марс-2 1971 год. Искусственный спутник Марса и первая попытка мягкой посадки автоматической марсианской станции с помощью спускаемого аппарата (неудачная)
  5. Марс-3 1971 год. Искусственный спутник Марса; первая мягкая посадка на Марсе, первая автоматическая марсианская станция (неудачная, передача данных со станции прекратилась вскоре после посадки)
  6. Марс-4 1974 год. Исследование Марса с пролётной траектории (неудачная, не удалось вывести на орбиту искусственного спутника Марса)
  7. Марс-5 1974 год. Искусственный спутник Марса (частично удачная, время работы спутника около двух недель)
  8. Марс-6 1974 год. Облёт Марса и попытка мягкой посадки автоматической марсианской станции с помощью спускаемого аппарата (неудачная, в непосредственной близости к поверхности Марса потеряна связь), первые прямые измерения состава атмосферы, давления и температуры во время снижения спускаемого аппарата на парашюте.
  9. Марс-7 1974 год. Облёт Марса и попытка мягкой посадки автоматической марсианской станции с помощью спускаемого аппарата (неудачная, спускаемый аппарат пролетел мимо Марса.
  10. Викинг-1 1976 год. Искусственный спутник Марса и первая работающая автоматическая марсианская станция; первые снимки, переданные с поверхности Марса, первые непосредственные исследования атмосферы и грунта, первые эксперименты по поиску жизни на Марсе.
  11. Викинг-2 1976 год. Искусственный спутник Марса и автоматическая марсианская станция; снимки, переданные с поверхности Марса, непосредственные исследования атмосферы и грунта, эксперименты по поиску жизни на Марсе.
  12. Фобос-2 1989 год. Искусственный спутник Марса (потеряна связь перед попыткой посадки спускаемого аппарата на Фобос).
  13. Mars Global Surveyor 1996 год. Искусственный спутник Марса (время работы 1996-2004 гг.)
  14. Mars Pathfinder 1997 год. Автоматическая марсианская станция и первый марсоход Соджонер (время работы 4 июля 1997 года - 27 сентября 1997 года)
  15. Спирит 2004 год. Марсоход (время работы 4 января 2004 года - 22 марта 2010 года).
  16. Phoenix 2007 год. Автоматическая марсианская станция. Первая автоматическая марсианская станция в полярном районе.(время работы 25 мая 2008 года - 2 ноября 2008 года)

Мы предлагаем, что наш аппарат будет представлять собой подвижную лабораторию для изучения поверхностных пород с целью обнаружения органических следов, воды, также будет изучать химический состав пород. Для места изучения выберем кратер Скиапарелли (2°43′ ю. ш. 16°46′ в. д.). Так по снимкам этого кратера видны слоистые осадочные породы, то в них могут быть обнаружены следы органических тел. А также интересен состав пород.

Основой проекта будут служить существующие на сегодняшний день марсоходы.


Задачами проекта будут:

  • Изучение поверхности небесного тела (Марса): сбор, анализ грунта;
  • Передача данных об исследованиях на Землю;
  • Изучение условий для проживания людей;
  • Обнаружение следов воды.


Подробное описание проекта

Ядро

Питание марсохода будет осуществляться с помощью РИТЭГ (Радиоизотопный термоэлектрический генератор).[10]. В качестве источника энергии будем использовать хорошо зарекомендовавший себя плутоний-238 [2]. Этот источник энергии нужен для выработки энергии на марсоходе во время пыльных бурь, для поддержания температуры в ночное время суток, при выходе солнечных батарей из строя. Для нашего марсохода можно взять генератор «Кьюриосити», который является последним поколением РИТЭГов, сделан компанией Boeing, и называется «Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator». Он рассчитан на производство 125 Вт электрической энергии (0,16 лошадиной силы в пересчете на единицы измерения мощности автомобильных двигателей) из примерно 2 кВт тепловой (в начале миссии). Со временем мощность MMRTG станет падать, но при минимальном сроке службы в 14 лет его выходная мощность снизится лишь до 100 Вт.

Колеса

Для передвижения по поверхности будут использоваться 8 колес. Предлагаем изготовить колеса из титана. Это очень легкий и прочный материал. При больших нагрузках, например в истребителях (McDonnell Douglas F-15 Eagle) титан показывает большой запас прочности. На колеса необходимо нанести грунтозацепы, которые помогут при передвижении по поверхности. Форма будет конусообразной. Такая конструкция нужна для того, чтобы по жесткой поверхности минимизировать контакт колес, это необходимо сделать для того, чтобы повысить запас хода колес. Т.к. в случае контакта с острыми камнями Марса колесо может быть повреждено [[1]] А на мягком грунте колесо будет полностью соприкасаться с поверхностью, что создаст дополнительное сцепление с почвой, уменьшит давление, и позволит марсоходу быть проходимее. Для тележки будем использовать 4 электродвигателя, которые будут приводить в действие 1 и 4 пару колес. Так как поверхность Марса покрыта большим количеством песка и камней, для предотвращения забивания колес, подшипников будем использовать ссыпные отверстия.

Подвеска

Подвеска тележки сделаем независимой. Это позволит избежать перекоса и заваливания марсохода.

Манипулятор

На марсоходе будет установлен манипулятор. Манипулятор будеn иметь несколько насадок.

  • Рука для захвата небольших камней, грунта, которые позднее можно будет исследовать.
  • Ударная-дрель, которая позволит сверлить породы с дальнейшим изучением.

Инструменты

Для анализа пород будем использовать альфа-протонно-рентгеновский спектрограф.[12]

  • Кюрий-244, является альфа-излучателями, то есть испускает альфа-частицы. Эти альфа-частицы ударяются о поверхность исследуемого объекта, при этом возникает так называемое вторичное излучение. Оно регистрируется детекторами и по потере энергии можно определить, из каких элементов состоит анализируемый объект.[13]
  • Dynamic Albedo of Neutrons (DAN), «Динамическое альбедо нейтронов» (ДАН): используется для обнаружения водорода, водяного льда вблизи поверхности Марса, предоставлен Федеральным космическим агентством (Роскосмосом). Является совместной разработкой НИИ автоматики им. Н. Л. Духова при «Росатоме» (импульсный нейтронный генератор), Института космических исследований РАН (блок детектирования) и Объединённого института ядерных исследований (калибровка). Стоимость разработки прибора составила около 100 млн. рублей.

В состав прибора входят импульсный источник нейтронов и приемник нейтронного излучения. Генератор испускает в сторону марсианской поверхности короткие, мощные импульсы нейтронов. Продолжительность импульса составляет около 1 мкс, мощность потока — до 10 млн нейтронов с энергией 14 МэВ за один импульс. Частицы проникают в грунт Марса на глубину до 1 м, где взаимодействуют с ядрами основных породообразующих элементов, в результате чего замедляются и частично поглощаются. Оставшаяся часть нейтронов отражается и регистрируется приемником. Точные измерения возможны до глубины 50 - 70 см. Помимо активного обследования поверхности Красной планеты, прибор способен вести мониторинг естественного радиационного фона поверхности (пассивное обследование).

Расчет стоимости проекта:

Так как большинство научного оборудования, как например РИТЭГ от компании Бионг, то их стоимость оценим примерно. Согласно источнику 9 примерная стоимость миссий зарубежных компаний на Марс колеблется возле 1 млд. долларов. Для отечественной миссии Фобос-Грунт выделено официально около 5 млрд. рублей.

  • Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator стоит около 100 млн. Долларов

Рассчитаем стоимость колес.

Для упрощения будем считать колесо полым цилиндром. Радиус внешнего круга 27 см, внутреннего 26 см. Ширина колеса будет около 30 см.

Тогда:

V=π(r_1^2-r_2^2 )h=3.14(〖0.27〗^2-〖0.26〗^2 )0.3=0.00125 м^3

m=ρ*V=4.5*〖10〗^3*0.00125=5.6 кг

Согласно 14 стоимость 1 г титана стоит 1750 рублей, тогда стоимость 1 колеса будет около 9827606 рублей, что для 8 колес 78620850 рублей.

Стоимость подвески рассчитать достаточно проблематично. Цены на высолегированную сталь постоянно меняются. По примерным расчетам получаем.

V=π(r_1^2-r_2^2 )h=3.14(〖0.05〗^2-〖0.04〗^2 )0.=0.00158 м^3

m=ρ*V=7820*0.00158=12,4 кг

Цена = 2030*12,4*8=201376 руб.

Стоимость солнечных батарей около 12300 рублей

По примерных прикидкам согласно современному курса доллара общая стоимость проекта будет около 300 млн.долларов.

Модель космического аппарата, выполненного нашей командой

Видео работы космического аппарата

Заключение

Разработка и создание высокотехнологического проекта дело достаточно сложное и кропотливое. Беря за основу уже существующие модели сталкиваешься с тем, что в сети интернет, научных журналах есть только поверхностная информация, нет чертежей и подробностей, касающихся разработке проекта. Согласно нашим допущениям мы достигли всех поставленных задач. Мы постарались решить проблему именно разработки марсохода, но в реальной жизни нужно также решение огромного количество параллельных задач: запуск ракеты носителя, капсула в которой будет доставлен марсоход к поверхности Марса, точный расчет места, времени запуска требуют больших мощностей и т.п.


Использованные источники:

Список источников информации:

  1. http://www.popmech.ru/technologies/8325-vnezemnoy-transport-planetokhody/
  2. https://mars.nasa.gov/multimedia/interactives/billionpixel/
  3. http://spectronic.ipulsar.net/news/aerospace/Curiosity/
  4. http://ecoruspace.me/Марсоход.+Curiosity.html
  5. http://galspace.spb.ru/index289.php?foto_page=14
  6. http://www.astronautica.ru/solnechnaya-sistema/planeta-mars/401.html
  7. http://www.astronaut.ru/bookcase/books/kuzmin/text/07.htm
  8. http://spacegid.com/nablyudeniya-za-krasnoy-planetoy
  9. http://galspace.spb.ru
  10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиоизотопный_термоэлектрический_генератор
  11. https://ru.wikipedia.org/wiki/Плутоний-238
  12. https://ru.wikipedia.org/wiki/Спектрометр
  13. http://xmars.ru/o-planete-mars/planet_char.htm
  14. http://www.jevel.ru/article/reyring_samih_dorogih_uvelirnih_metallov.html



На визитку команды

На список проектов всех команд

На страницу проекта Самара. Космос. Новый виток

На главную