Друзья, вы знаете что на расстоянии около 500 миллионов световых лет от Земли астрономы наблюдают галактику, которой дали название "Колесо телеги"? Так вот, сегодня мы расскажем Вам о том, что это далеко не единственное колесо, побывавшее в космосе!
Колесо - одно из самых древних и великих изобретений человечества. Оно явилось основой для создания многих технологических решений, от деревянных телег до самых продвинутых автомобилей. Однако когда дело доходит до создания планетоходов - колесных аппаратов, предназначенных для исследования других планет, инженерам приходится изобретать колеса заново, учитывая уникальные и часто враждебные условия экстрапланетарной среды.
Обычное резиновое колесо, наполненное воздухом, в условиях других планет просто не справится с задачами. Начнем с того, что на Луне и Марсе практически отсутствует атмосфера, поэтому если такое колесо спустит однажды, накачать его заново обычным насосом не получится. К тому же, на этих планетах температура может колебаться от экстремально низких до очень высоких, что может привести к термическому повреждению или даже взрыву воздушной камеры.
Более того, поверхности таких планет, как Луна и Марс представляют собой сложные ландшафты с огромным количеством камней, трещин, дюн и других препятствий. Слабая гравитация на Луне и Марсе влияет на сцепление с поверхностью и также вносит свои коррективы в проектирование и функционирование колес.
Следовательно, инженерам нужно придумывать специальные колеса, способные выдерживать жесткие условия других планет и при этом обеспечивать максимальную мобильность и устойчивость планетоходов. И это требует совершенно нового подхода.
Луноходы.
Если мы говорим о путешествии на Луну, то здесь важно упомянуть советский Луноход, который стал первым успешным роботизированным аппаратом, достигшим лунной поверхности. Луноход был оснащен восемью металлическими колесами - каждое имело свой независимый электрический привод, что позволяло обеспечить максимальную маневренность на грубой лунной поверхности. Как мы убедимся далее, независимый привод для каждого колеса - это распространенное решение для всех планетоходов. Это обусловлено требованиями к надежности и маневренности аппарата. Отдельные металлические пластины, проходящие по ободу колеса, играют роль рисунка протектора и предназначены для улучшения сцепления с грунтом.
Китайский луноход "Юйту" использует аналогичную концепцию - он оснащен шестью колесами, каждое из которых имеет независимый привод. Каждое колесо изготовлено из алюминиевого сплава и оборудовано широкими сетчатыми протекторами. Для лучшего сцепления с поверхностью, также как и у советского лунохода, используются металлические пластины.
Эти колеса были разработаны именно такими из-за уникальных условий Луны - рельефной и пыльной поверхности, отсутствия атмосферы и очень низкой гравитации. Металлическая конструкция колес устойчива к экстремальным температурам, а независимый привод каждого колеса позволил луноходам успешно преодолевать препятствия и продвигаться по сложной местности. Несмотря на свою относительную простоту, эти колеса оказались очень надежными и позволили советскому и китайскому луноходам успешно выполнить свои миссии.
Марсоходы NASA.
Условия на Марсе представляют собой новый уровень сложности для колесных аппаратов. Марсианская поверхность полна острых камней и резких склонов, а пылевые бури загрязняют подвижные механизмы и этим создают риск выхода техники из строя. Все это делает необходимым создание более сложных и изощренных колес для марсоходов.
Марсоход Curiosity, запущенный NASA в 2012 году, оснащен шестью металлическими колесами с независимым приводом. Колеса изготовлены из алюминия и имеют ширину около 40 см и диаметр около 50 см. Рисунок протектора выполнен в форме "зигзага" для улучшения сцепления с поверхностью и дополнительной прочности. Однако, на практике, острые камни Марса оказались в состоянии пробить и повредить эти колеса, что вызвало проблемы с мобильностью аппарата.
Уроки, извлеченные из опыта Curiosity, были внедрены в проектирование следующего марсохода - Perseverance. Компоновка у двух этих роверов практически одинаковая, но колеса Perseverance значительно улучшены. Основное отличие заключается в обновленном протекторе, который имеет более толстую и прочную конструкцию. Это позволяет ему быть более долговечным и лучше справляется с острыми камнями. Кроме того, протектор колес Perseverance имеет другой рисунок, который улучшает их гибкость и устойчивость к повреждениям. Насколько известно на текущий момент, эта модификация действительно показывает себя лучше, чем колеса Curiosity, и изнашивается значительно медленнее.
Кстати, колесо Curiosity имеет уникальную "пасхалку" - в нем есть отверстия, которые оставляют отпечатки на марсианском песке в виде азбуки Морзе, которые расшифровываются как "JPL" (Jet Propulsion Laboratory - лаборатория реактивного движения НАСА, которая разрабатывала эти роверы).
Настоящий автомобиль.
Планетоходы представлены не только маленькими роботами. В середине XX века, во время миссий Аполлон, NASA создала Lunar Roving Vehicle (LRV) или лунный ровер - по сути, электрический автомобиль. И, конечно же, в очередной раз инженеры изобрели колесо специально для этой машины.
LRV был оборудован четырьмя колесами, каждое из них приводилось в движение собственным электрическим двигателем мощностью 0,25 л.с. Это обеспечивало возможность независимого управления каждым колесом, что было особенно полезно на неровной лунной поверхности.
Конструкция колеса представляла собой центральный алюминиевый диск, окруженный "шиной" из металлической сетки. Сетка "шины" была изготовлены титанового сплава. Этот сплав был выбран за его прочность и легкость, что позволяло колесам преодолевать мягкую и неровную поверхность Луны, оставаясь достаточно легкими для транспортировки с Земли. Такая конструкция была устойчива к повреждениям и обеспечивала отличное сцепление с лунной поверхностью даже при низкой гравитации.
Колеса LRV прекрасно справлялись со значительным нагревом от прямых солнечных лучей. В целом, они были весьма успешными и позволили астронавтам Аполлонов покрыть большие расстояния по пересеченной местности Луны и собрать большее количество образцов грунта, чем это было бы возможно без электромобиля.
Итак, каждый проект планетохода требует индивидуального подхода к разработке колес. Технические характеристики, такие как размер, материал, привод, форма и протектор, определяются особенностями задачи и условиями окружающей среды. Важным инженерным принципом для всех этих проектов является баланс между прочностью и легкостью, а также максимизация сцепления с поверхностью при сохранении управляемости и надежности.
Как показали миссии на Луну и Марс, даже малейшие детали в дизайне колес могут иметь огромное значение для успешного выполнения миссии. И хотя марсоходы и луноходы отличаются от своих земных коллег по многим параметрам, их колеса демонстрируют общую инженерную идею, когда надежность и функциональность обязательно должны идти вместе.
Таким образом, несмотря на многие века использования на Земле, колесо продолжает оставаться одним из самых гениальных изобретений человека, даже на других планетах. Более того, как показывают исследования в области планетоходов, возможно, нам еще предстоит увидеть всю изобретательность и инженерный потенциал, которые можно вложить в эту древнюю и все еще универсальную конструкцию.