Quantcast

Офроуд на Луната

С какви проблеми са се сблъскали конструкторите на първия луноход и как са ги решили

Стефан Козаров Последна промяна на 06 юли 2014 в 22:16 3557 17

Снимка КБ „Лавочкин”

На десети ноември 1970 година, автоматичната станция «Луна-17» успешно стартирала към Луната с първия „Луноход” на борда. Той работил 322 земни денонощия (11 лунни), три пъти повече от планираното, и минал по лунната повърхност 10,5 км. „Луноход-2”, стигнал до Луната на 16 януари 1973 година, е минал почти четири пъти по-голямо разстояние — 37 км.

Поръчката за секретната разработка е дадена през 1964-та, за да се разбере какви трябва да са невижданите колела, отишли три години.

Двата главни проблема пред конструкторите били неизвестните свойства на лунния грунт, и работата на зъбните предавки в открития космос. Дотогава космическата механика никога не била работила задълго при високи натоварвания. Опасенията, че зъбните предавки, и другите триещи се двойки може да залепват във вакуум при ниска температура, обаче не се потвърдили.

Главната загадка по онова време бил съставът на лунния грунт (първите образци са получени и доставени на Земята по-късно). Работата е една, ако там е пясък, и друга – ако са камъни. Решили да сложат колела, но и те са по „танкова” схема – побортно са в един ред, с неизменна ориентация. Луноходът завива с реверс на въртенето на колелата на единия борд и може да се върти на място, като верижна машина.

Тогава се смятало, че повърхността на Луната е сформирана изцяло под външни въздействия, по взривни механизми, в резултат от метеоритни удари. Общоприета била и теорията, че заради микрометеоритната бомбардировка, е покрита с многометров слой прах. Което обаче противоречало на данните от радиотелескопа в Горки. Освен това, направените в началото на 60-те аерофотоснимки на Камчатка, показали сходство между вулканичните, и лунните ландшафти. Значи, ако във формирането на лунната повърхност значителна роля са играли вулканични, а не метеоритни взривове, прашният слой няма да е дебел, а повърхността ще има свойства, близки до вулканичния шлак. Което се и потвърдило на трети февруари 1966 година, когато „Луна-9” за пръв път кацнала на Луната.

Първите измервания са направени в края на годината от „Луна-13”, и станало ясно, че реголита лесно се пресова, след това не възстановява началната си форма, и че има ниско вътрешно триене. Което в частност означава, че в него лесно се буксува. За изпитанията е намерен полигон на камчатския вулкан Толбачик, за който по резултатите от работата на Луноход-1, се доказало че съответства на лунните условия 96%.

В началото, паралелно обсъждали различни движители: колесен, гъсеничен, крачещ, шнеков, гъвкава лента, скачащ, претъркалващ се, премятащ се, и даже пълзящ като змия. Заради високата сложност и свързаната с нея ниска надеждност, екзотичните варианти отпаднали, останали само гъсеничния и колесния. Гъсеничният осигурява много висока проходимост, но е тежък, има ниско КПД, и не е добър за маломощни машини. Освен това, при скъсване на гъсеница, или заклинването й от камък между нея и опорните ролки, като няма кой да я поправи, това ще означава край на всичко. За капак, гъсеницата има много шарнири, а във вакуум те работят лошо – върху металите не се образува окисен слой, и при голямо натоварване детайлите може просто да се заварят един за друг.

Непрекъсната лента, вместо гъсеница, пък изобщо няма от какво да се направи, при температурен диапазон от -150 до 180 градуса по Целзий, колкото е нощем/денем на повърхността. Слизащият от космическата станция апарат трябва да има леко и свръхнадеждно шаси. Велосипедът няма нужда да се изобретява наново, щом вече съществува. Велосипедното колело има голям запас от якост при малко тегло. Така разработката отишла в ЦКБ по велостроене, в Харковския велосипеден завод.

Това е твърда конструкция, образувана от три титанови обръча, съединени помежду си с титанови грунтозацепи. Страничните обръчи са с по-малък диаметър от средния. Спиците са стоманени, беговата пътечка е мрежа от неръждавейка (за намаляване на теглото). На твърда подложка, има практически точков контакт, което значи високо КПД и се пести ток. На мека подложка, грунтът се смачква под средния обръч и започва да работи по-голяма площ от колелото, с което се увеличава петното на контакта, а от там - и проходимостта. Известният на земните джипери номер с изпускането на гумите.

Колелото тежи около три килограма (заедно с редуктора и електромотора – 6,640 килограма). Всяко издържа почти половин тон натоварване, а луноходите тежат 756 и 840 килограма. Произведени са около 300, с различни конструкции и размери. Вече в космоса се проявил проблем – стоманените спици създавали магнитно поле, което смущавало предаваната към Земята информация. За втория луноход опитали да направят титанови спици, но те се разтегляли като ластик при натягането, и останали стоманените. 

Третото и шестото колело имат датчици за скоростта на въртене, които се използват в навигационната система, заедно с деветото колело, което е закрепено зад машината, върти се свободно, и мери скоростта на движение, изминатия път, и коефициента на буксуване. Всички колела имат датчици на тока, за да не изгарят моторите от претоварване при буксуване.

Приводът на мотор-колелото е постояннотоков електродвигател с четки от специален материал за работа във вакуум, редуктор (1:216), и механична спирачка с електромагнитно управление. Изходният вал на трансмисията има локално отслабване на сечението, за да може да бъде разрушен по команда от Земята със специален пиропатрон, в случай на заклинване на колелото. Тогава то става водено и не пречи на движението. Конструкцията позволява разблокиране на пет от осемте колела, без Лунохода да загуби подвижност. Това така и не се е наложило, въпреки че конструкторите много са настоявали да опитат, когато Лунохода вече многократно е надхвърлил първоначално разчетения срок на работа. Окачването е независимо торсионно, с надлъжни щанги. Осигурява преодоляване на препятствия с височина 40 см, без удар в опората.

Пенетраторът прониквал в грунта, проверявайки носещата му способност. До него - деветото свободно въртящо се колело, служещо за одометър (вляво, по средата на снимката)

Динамичните натоварвания, възникващи при рязко спиране или завиване, зависят не от теглото, а от масата, и на Луната са същите, като на Земята. Затова устойчивостта към преобръщане в условията на слаба гравитации, намалява. Поради това Луноход-1 не може да се движи с повече от 2 км/ч, и има система за безопастност на основата на жироскопични датчици, която просто изключва захранването при достигане на критични ъгли на наклона.

Изучаването на механичните свойства на повърхностния слой на лунния грунт, е извършвано чрез определяне на якостните и деформационните характеристики на реголита в естественото му залягане. Изследвани са носещата способност на грунта, неговата уплътняемост, и съпротивлението на въртелив срез (с пенетрометър на кърмата на лунохода); правен е анализ на телевизионните изображения, позволяващи по дълбочината на коловоза на луноходите и характера на деформацията на грунта да се изяснят особеностите на структурата и строежа на грунта.

Лунният коловоз

Резултатите, получени от Луноход-1, показват, че носещата способност на реголита в различни точки на повърхността се менят в достатъчно широки граници, и в болшинството случаи е около 0,34 кг/кв. см. С примерно толкова натоварва и 30 – 35 тонната верижна техника на Земята. Съпротивлението на въртящо приплъзване на слоя средно е около 0,048 кг/кв. см. Носещата способност на най-горния (1 – 2 см) прашен слой е 0,02-0,03 кг/кв. см. Най-здрави са участъците, които не са осеяни с камъни, най-слаби - кръговите валове на кратерите.

Открита е способността на лунния грунт към значително уплътняване и заздравяване при повторно натоварване. Което значи, че лунните пътища се построяват с простото преминаване на една машина, където трябва. Грунтът, лежащ на дълбочина 8-10 см, достиган при маневрите на Лунохода, е с много по-високи механични свойства: носеща способност около 1 кг/кв. см (това е примерно, с колкото пешеходец натиска на Земята), съпротивление на приплъзване - 0,06 кг/кв. см. Разрушаването на грунта под колелата, води до образуване на пукнатини, срезове, стръмни несвличащи се стени, и буци. Максималният ъгъл на изкачване, преодоляван от Луноход-2 е бил от 22° до 27°. Средната стойност на коефициента на буксуване е 5-7%.

На американските космонавти веднъж се е наложило да измъкват на ръце ровъра си от коловоза, така че освен теоретично, лунният офроуд ще е почти като земния на плажа, или в рохкав сняг. И за машината, и за щурмана:)

Технически характеристики:

Обща маса - 756 кг,
на шасито - 105 кг
Източници на енергия:
слънчеви батерии,
полониев топлогенератор
Скорост:
първа - 0,8 км/ч,
втора - 2,0 км/ч
Колесна формула - 8x8
Мощност на двигателите - 40 Вт (във всяко колело)
Колесна база - 1705 мм
Коловоз - 1600 мм
Клиренс - 380 мм
Диаметър на колелата (по грунтозацепите) — 510 мм
Ширина на колелото - 200 мм
Ъгъл на статическа устойчивост – 43 ... 45 градуса
Височина на преодоляваните препятствия - 0,35-0,4 м
Ъгъл на изкачване по сипкав грунту - 20 градуса
Период на работа - 17.11.1970-04.10.1971
Изминат път - 10 540 м

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

08.07 2014 в 20:41

Не:) Има международен закон, който забранява и на физически лица, и на юридически и държавни субекти, да владеят, или заявяват претенции към небесните тела, както и към околоземното пространство. След 101-вия километър нагоре.
Така че всички, които са купили от разни телефонни измамници парцели на Луната и Марс, както и астероиди и комети - са се набутали като най-обикновенни балъци:)

08.07 2014 в 01:16

Е за това американците забиха и на Луната знаме.За да продават сега скъпо на руснаците.Нали чичо Стефане.Нали е така..

07.07 2014 в 15:12

Печалния факт е, че в момента нямаме особена работа на Луната, заради това и не ходим. През 70-те това е било въпрос на политически престиж, кой-знае каква работа, която да не могат да свършат роботите, а да трябват живи хора, не е имало. След като имиджовата цел е била постигната, тя пак е станала ненужна.
През 70-те Земята беше много голяма, пушачите използваха кибрит, та газа не трябваше на никого, а бензина беше неизчерпаем завинаги. В същото време, може би единственото полезно нещо на Луната е ортохелия, и парцелите за телескопи и космодруми. Които започват да стават нужни чак сега. Така и антракта може би ще свърши.

07.07 2014 в 12:50

Колкото и оправдан да е скептицизмът, не отхвърляйте с лека ръка конспиративните хипотези, че на Луната сме заварили нещо/някого, който ни е "казал" да не слагаме ядрен детонатор в "канчето" му. Па макар, за да измерим лунотресенията.
Сред множеството всякакви филмчета за разни аномалии на Луната, някои са по-достоверни, отколкото другата крайност - че никой от Земята не е стъпвал там, а са си останали в павилиона в Холивуд.
Но повече се "закачам" за идеята, че военните, "групата "Маджестик" или дори кръгове в ООН, са пренасочили интереса си към по-далечни обекти от системата. Със или без "договор" между Айзенхауер и зелените човечета.
Чудесен материал, Стефане!

07.07 2014 в 11:27

@Samael
Има вероятно няколко обяснения. В научната фантастика са дадени някои като това, че там сме срещнали чужд разум. По-вероятно ми се струва онова, което съм написал по-долу, че просто са били блъфове на студената война. Това, че апаратите и до днес работят и помагат, както е казал Стефан, не опровергава тезата, че са блъфове. С неуправляем снаряд и добри сметки може да се прати радиомаяк на Луната. На радиолюбителите отдавна е известа връзка с ползване на отражение от Луната, така че да се получи сигнал от Луната дори маяк не е нужен. Другата по-малко вероятна теза е, че изследването и колонизацията на Луната е строго секретен проект на ООН например, нещо като ноев ковчег. Да не забравяме, че е имало няколко ядрени кризи през студената война.

07.07 2014 в 10:40

Интерес и сега има. Разликата е в съотношението между неясните въпроси от практически (военен, търговски) интерес, които могато да се решат с пращане на апарат или човек до Луната, и цената за това.

Наличните въпроси не оправдават ходене дотам сега. Което не значи че Луната не се изследва или че няма да се ходи там в бъдеще, значи просто че сега не се ходи там. Сега се ходи на Марс - по-скъпо е, по-далече, но пък местните условия са по-близки до земните и марсоходите конструктивно са далеч от лунохода.

07.07 2014 в 09:34

Всичко интересно, но едни въпрос ме гложди от много години - как преди 40-50 години са ходили до луната космонафти, пращали са апарати, а сега с тази напреднала технология.. нищо? Защо? Как така, нима няма интерес вече към Луната, всичко е открито там? За сведение последният известен екипаж посетил луната е на 11 декември 1972 г. - 14 декември 1972 г. Какво се случва? Някой има ли информация?

07.07 2014 в 03:02

Те никога не са били на обратната страна на Луната, на отсамната са. А освен това, работят и до днес. Благодарение на тях знаем с колко сантиметра годишно бяга от нас Луната, и умеем да предсказваме нивата даже на морските приливи, освен на океанските. Което е важно за строителството на АЕЦ, курортите, фундаменталната физика, и изобщо за оцеляването ни.
Марсоходите са правени за друг свят, не за Луната, и сравнението е неправилно. А то така може да се стигне и до кацналите на Венера, и тогава ще стане пълна каша.

П.С. Не очаквахме какъвто и да е интерес, хвърлихме това просто така. Как човеците и машините им работят в нечовешка среда, е изумителна история. Ако е интересно наистина - ще напишем и друго.

07.07 2014 в 02:49

ПРИ МАСА (НА ЗЕМЯТА)- "...756 и 840 килограма" ЗНАЧИ В ТЕНДЖЕРАТА ИМА ЕДИН ЧЕВЕНОАРМЕЕЦ В ТЕЖКОВОДОЛАЗЕН КОСТЮМ, ДВЕ БУТИЛКИ КОСЛОРОД - ЕДНА ЗА ДИШАНЕ И ЕДНА ДА ПОДДЪРЖА ГОРЕНЕТО НА МАЛКО БЕНЗИНОВА ПЕЧКА. ТУЙ - ПИРОПАТРОНИ, ТАХОГЕНЕРАТОРИ, ЕЛЕКТРОМОТОРИ, ЖИРОСКОПИ И ТЪН-МЪН СА ЗА БУДАЛИТЕ КОИТО ВЯРВАТ, ЧЕ ЛОМОНОСОВ Е ИЗОБРЕТИЛ ПОДВОДНИЦИТЕ, КУЛИБИН - ХЕЛИКОПТЕРИТЕ А ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ Е РУСНАК. ВЪТРЕ ИВАНУШКА ДУРАЧОК Е ВЪРТЯЛ МАНИВЕЛАТА И ПЕДАЛИТЕ ДОКАТО СВЪРШИ КИСЛОРОДА И СЕ ВКОЧИНЯСА ОТ СТУД :))) ШЕГА, ЕСТЕСТВЕНО, АМА НАЛИ ЗНАЕТЕ ПОГОВОРКАТА - ДОБРЕ ЧЕ СА ШЕГИТЕ, ЧЕ ДА СИ КАЖЕМ ИСТИНИТЕ.

07.07 2014 в 00:25

Всичко това е много интересно, обаче като лаик продължавам да мисля, че приличната на самовар инсталация е толкова достоверна, колкото веещото се американско знаме на луната. Да не забравяме, че това е било студената война и надлъгването е било жестоко. За сравнение цялата секретна изчислителна мощ на американци и руснаци по онова време е била по-малко от на един съвременен iphone. Да не забравяме че луноходите са се движили по обратната страна на луната при масова черно-бяла телевизия и широко ползване на морзовата азбука за комуникация. Не мога да си обясня защо след като преди половин век са се разхождали по луната руски чайници и гордо са вяли знамена американците защо нямаме до сега постоянно население на луната и редовни полети до там, защо вече не пращаме нито апарати нито хора на луната. Може би защото все още не знаем как да ги връщаме или защото Google, CNN или подобни ще излъчват от спътник на живо как се вее знамето? Това със сигурност могат да си го позволят.