Отправить статью по E-mail 
Разработка концепции интеллектуальных мобильных платформ для международной научной лунной станции
- Авторы: Маленков М.И.1, Волов В.А.1, Базилевский А.Т.2, Богачёв А.Н.1, Иванов М.А.2, Гусева Н.К.1, Лазарев Е.А.1
-
Учреждения:
- АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
- Выпуск: Том 59, № 1 (2025)
- Страницы: 3-26
- Раздел: Статьи
- URL: https://rjmseer.com/0320-930X/article/view/684913
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X25010014
- EDN: https://elibrary.ru/LQJYKS
- ID: 684913
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
В статье анализируются и развиваются отечественные инженерные разработки концепций создания лунных баз и транспортных средств для их строительства и функционирования. Предложена концепция интеллектуальных мобильных платформ (ИМП), представляющих собой унифицированные самоходные шасси с автоматическими стыковочно-сцепными устройствами (АССУ) и подсистемами локальной навигации. На самоходное шасси ИМП устанавливается различное навесное оборудование, определяющее назначение и технологические характеристики транспортного средства (ТС). Такие ТС могут использоваться как самостоятельные луноходы с гибридным управлением, так и в качестве звеньев многофункционального лунного поезда, предназначенного для специальных операций, включая дальние экспедиции на сотни километров. На основе опубликованных NASA изображений Lunar Reconnaissance Orbiter Camera проложен возможный маршрут экспедиции от места размещения Международной научной лунной станции (МНЛС) в районе массива Малаперт на обратную сторону Луны, учитывающий уровень освещенности и углы подъема местности на всей трассе движения. Цель экспедиции – проведение научных исследований по трассе движения, доставка аппаратуры и развертывание автоматического филиала МНЛС – лунной обсерватории на обратной стороне Луны в тени от радиошумов Земли. На основе расчетно-теоретических исследований и проектно-компоновочных разработок выполнен аванпроект, включающий технический облик ИМП и ее основные тактико-технические характеристики.
Полный текст
Об авторах
М. И. Маленков
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Автор, ответственный за переписку.
Email: m.i.malenkov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
В. А. Волов
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: m.i.malenkov@gmail.com
Россия, Санкт-Петербург
А. Т. Базилевский
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: atbas@geokhi.ru
Россия, Москва
А. Н. Богачёв
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Россия, Санкт-Петербург
М. А. Иванов
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: atbas@geokhi.ru
Россия, Москва
Н. К. Гусева
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Россия, Санкт-Петербург
Е. А. Лазарев
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Авотин Е.В., Болховитинов И.С., Кемурджиан А.Л., Маленков М.И., Шпак Ф.П. Динамика планетохода / Ред.: Петров Б.Н., Кемурджиан А.Л. М.: Наука, 1979. 440 с.
- Анисов К.С., Мастаков В.И., Иванов О.Г., Леонидов Л.Н., Николаев Г.Н., Днепров А.Д., Александров А.К., Семенов П.С., Грачев А.Ф., Комаров В.И. и 71 соавтор. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Т. 1 / Ред.: Виноградов А.П. М.: Наука, 1971. 128 с.
- Базилевский А.Т., Маленков М.И., Волов В.А., Абдрахимова А.М., Козлова Н.А., Зубарев А.Э., Надеждина И.Е. Оценка прочности лунного грунта по глубине колеи колес луноходов // Астрон. вестн. 2021. Т. 55. № 4. С. 291–315. (Basilevsky A.T., Malenkov M.I., Volov V.A., Abdrakhimov A.M., Kozlova N.A., Zubarev A.E, Nadezhdina I.E. Estimation of the strength of the lunar soil by the depth of the lunar rover wheel tracks // Sol. Syst. Res. 2021. V. 55. № 4. P. 283–306.)
- Волов В.А., Гусева Н.К., Конколович А.Г., Маленков М.И. Колесно-шагающий движитель с функцией активной подвески // Патент РФ № 2671661. 2017.
- Горбунов В.Л., Воробьев А.В., Егоров А.И., Кучеренко В.И., Маленков М.И., Мишкинюк В.К. Сцепное устройство сочлененного транспортного средства // А.С. SU 1138338 A. Бюл. изобретений. 1985. № 5.
- Громов В.В., Забавников Н.А., Кемурджиан А.Л., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Наумов В.Н., Назаренко Б.П. Рождественский Ю.Л. Передвижение по грунтам Луны и планет / Ред. Кемурджиан А.Л. М.: Машиностроение, 1986. 280 с.
- Иванов О.Г., Рывкина Г.А., Непоклонов Б.В., Леонович А.К., Павлов П.С., Громов В.В., Наумов П.Н., Петров В.Н., Яковлев Ф.П., Гарин И.С. и 80 соавторов. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Т. 2 / Ред. Барсуков В.Л. М.: Наука, 1978. 180 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Матвеев П.Н., Мишкинюк В.К., Петрига В.Н., Розенцвейг И.И. Планетоходы / Ред. Кемурджиан А.Л. М.: Машиностроение, 1982. 319 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Мишкинюк В.К., Петрига В.Н., Розенцвейг И.И. Планетоходы / Ред. Кемурджиан А.Л. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1993. 340 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Черкасов И.И., Шварев В.В. Космические станции для изучения поверхностного покрова Луны. М.: Машиностроение, 1976. 200 с.
- Корепанов Г.Н., Маленков М.И., Койнаш В.И., Друян Е.Н., Рыков Г.И., Комиссаров В.И., Сологуб П.С. Двухступенчатая коробка передач привода колеса транспортной машины // А.С. СССР 329044. Бюл. изобретений. 1972. № 7.
- Кулова Т. Аккумуляторы, изменившие жизнь // Наука и жизнь. 2019. № 12. С. 2–7.
- Маленков М.И., Богачев А.Н., Волов В.А., Гусева Н.К., Конколович А.Г., Кузьменко Д.Н., Курдзюк В.М., Лазарев Е.А., Федорушков А.Б., Федорушков Д.Б. Новые проектно-компоновочные решения для повышения подвижности и функциональных возможностей планетоходов // Изв. ЮФ У. Технич. науки. 2017. № 3. C. 42–54.
- Маленков М.И., Волов В.А, Богачев А.Н., Гусева Н.К., Лазарев Е.А., Базилевский А.Т. Поисковые разработки проектного облика мобильных платформ для лунной базы // Тр. конф. ЭР-2023. СПб: ЦНИИ РТК, 2023. С. 210-211.
- Маров М.Я., Хантресс У.Т. Советские роботы в Солнечной системе. Технологии и открытия. М.: Физматлит, 2013. 600 с.
- Мержанов А.И. Лунная база “Барминград” // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 2. С. 107–117.
- Митин Б.В., Громов В.В. Егоров А.И., Кемурджиан А.Л., Лелюшкин Ю.Г., Маленков М.И. Колесо транспортного средства // А. С. СССР 839740. Бюл. изобретений. 1981. № 23.
- Семенов Ю.П., Александров А.П., Алиев В.Г., Ашмарин Ю.А., Багров В.П., Баканов Ю.А., Благов В.Д., Бобков В.Н., Воробьев П.М., Гальперин В.Е. и 30 соавторов. Лунный экспедиционный комплекс. Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С. П. Королева. 1946–1996 / Ред. Семенов Ю.П. 1996. С. 281–286.
- Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. 215 с.
- Basilevsky A.T., Krasilnikov S.S., Ivanov M.A., Malenkov M.I., Michael G.G., Liu T., Head J.W., Scott D.R., Lark L. Potential lunar base on Mons Malapert: Topographic, geologic and trafficability considerations // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53. № 5. P. 383–398.
- Costes N.C., Farmer J.E., George E.B. Mobility Performance of The Lunar Roving Vehicle: Terrestrial Studies – Apollo 15 Results // NASA Techn. Report. TR R401. Washington, 1972. 78 p.
- Ding L., Zhou R., Yuan Y., Yang H., Li J., Yu T., Liu C., Wang J., Li S., Gao H, and 21 co-authors. 2-year locomotive exploration and scientific investigation of the lunar far side by the Yutu-2 rover // Sci. Robotics. 2022. V. 7. № 62. P. 1–13.
- Malenkov M.I., Volov V.A., Basilevsky A.T., Ivanov M.A., Bogachev A.N., Guseva N.K., Lazarev E.A., Gao Haibo, Deng Zongquan. Discussion of the concept of mobile robotic complexes for the International Lunar Research Station. M.: IKI RAS, 2022. P. 116–118. Электронный ресурс: https://ms2022.cosmos.ru/docs/2022/13-MS3_BOOK_18-10-22l.pdf
- Malenkov M.I., Bogachev A.N., Volov V.A., Guseva N.K., Kuzmenko D.N., Lazarev E.A., Nazarov V.N., Rodionov D.S. New technical solutions for increase of quantity and quality of scientific researches with the help of planetary rovers // Proc. 15th Symp. on Adv. Space Technologies in Robotics and Automation (ASTRA–2019). Электронный ресурс: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Automation_and_Robotics/Proceedings_of_ASTRA
- Malenkov M.I., Volov V.A. Comparative analysis and synthesis of schemes of balanced suspension of planetary rovers with autonomous control // Russ. Eng. Res. 2019. V. 39. № 3. P. 211–219.
- Marov M.Ya., Slyuta E.N. Early steps toward the lunar base deployment: Some prospects // Acta Astronaut. 2021. V. 181. P. 28–39.
- Zhang L., Xiong L, Sun J., Gao S., Wang X., Zhang A. Technical characteristics of the relay communication satellite Quegiao for Chang'e – 4 Lunar farside exploration mission // Scientia Sinica Technology. 2019. V. 49. Iss. 2. P. 138–146.
- Young Anthony H. Lunar and Planetary Rovers. Springer – Praxis Publ., Chichester, UK. 2007. 305 p.
Дополнительные файлы
Доп. файлы
Действие
1.
JATS XML
2.
Рис. 1. Ходовой макет двухсекционного самоходного шасси пилотируемого лунохода (из архива автора).
Скачать (379KB)
3.
Рис. 2. Двухступенчатая автоматическая коробка перемены передач. 1 – пружина КПП, 2 – электромагнит 1-й передачи, 3 – водило, 4 – тормозной диск 1-й передачи, 5 – пружина 2-й передачи, 6 – барабан, 7 – эпицикл, 8 – корпус, 9 – солнечная шестерня, 10 – диск на валу двигателя, 11 – диск тормоза колеса, 12 – электромагнит тормоза колеса, 13 – двигатель, 14 – пружина тормоза колеса.
Скачать (302KB)
4.
Рис. 3. Схема колеса с упругой профилированной металлической сетчатой шиной двухсекционного макета: 1 – ступица, 2 – спицы, 3 – правый обруч обода колеса, 4 – упругая металлическая сетчатая шина, 5 – упругие металлические пластины, 6 – бандаж, 7 – грунтозацепы.
Скачать (94KB)
5.
Рис. 4. Фото Южного полюса Луны с борта Lunar Reconnaissance Orbiter Camera и карта Malapert Mons с предположительными районами расположения лунного космодрома МНЛС у подножья (участок посадки/взлета) и элементов лунной базы на вершине (солнечная электростанция). Цифры по вертикальной и горизонтальной осям на карте – расстояния в метрах. Цифры между горизонталями на карте – средние углы наклона поверхности в градусах. (Карта на рисунке справа и значения расстояний и углов наклона поверхности на ней основаны на цифровой модели поверхности LDEM80S20M, составленной по данным, полученным Lunar Orbiter laser Altimeter (LOLA.))
Скачать (505KB)
6.
Рис. 5. Распределение уклонов в районе горы Малаперт и южного полюса Луны (вверху); зеленым отмечены области, где уклон поверхности меньше заданного предела проходимости лунохода 10, 15 и 20 град. Солнечная освещенность этой же местности (внизу). Черные и желтые линии – рекомендуемые трассы движения с учетом ограничений по углам подъема и освещенности местности. Карты уклонов и освещенности построены по топографическим данным высотомера LOLA (пространственное разрешение 60 м/пкс).
Скачать (548KB)
7.
Рис. 6. Структурная схема интеллектуальной мобильной платформы.
Скачать (229KB)
8.
Рис. 7. Структурная схема самоходного шасси системы передвижения ИМП.
Скачать (284KB)
9.
Рис. 8. Фрагмент испытаний экспериментального образца самоходного автоматического шасси при регулировании относительного положения колес и корпуса по вертикали в районе недавних извержений вулкана Толбачик на Камчатке.
Скачать (178KB)
10.
Рис. 9. Кинематическая схема ОДМ самоходного шасси ИМП: 1 – привод активной подвески на основе двухрычажного МШ циркульного типа (привод условно показан повернутым на 90° относительно оси 0-0); 2 – механическая муфта для переключения режимов работы активной подвески и колесного шагания; 3 – электродвигатель; 4 – редуктор; 5 – первый рычаг; 6 – реактивная цепная передача (i = 1); 7 – второй рычаг; 8 – цепная суммирующая передача (i = 2); 9 – рулевой механизм; 10, 11 – электродвигатель и редуктор рулевого механизма; 12 – жесткая механическая связь выходного вала привода активной подвески с рулевым механизмом; 13 – тяговый привод мотор-колеса; 14, 15, 16 – электродвигатель, двухскоростная коробка передач и редуктор тягового привода; 17 – колесо.
Скачать (141KB)
11.
Рис. 10. Упрощенная компоновочная схема интеллектуальной мобильной платформы: 1 – самоходное шасси; 2 – активное (слева) и пассивное (справа) автоматические стыковочно-сцепные устройства (АССУ); 3 – камеры для локальной навигации при выполнении операций стыковки и расстыковки звеньев лунного поезда в заданной оператором последовательности.
Скачать (63KB)
12.
Рис. 11. Упрощенная компоновочная схема трехзвенного МРТК (навесное оборудование условно не показано) на базе трех ИМП: 1, 2, 3 – самоходные шасси; 4 – АССУ с тремя степенями свободы; 5 – камеры системы локальной навигации.
Скачать (209KB)
13.
Рис. 12. Расчетная схема сил при равномерном качении колеса по лунному реголиту: PZ – прижимная сила; Fn – нормальная реакция грунта; Ft – горизонтальная реакция грунта; F – горизонтальная тяговая сила, приложенная к оси колеса; k – плечо действия вертикальной реакции грунта (k = f ‧ r, где r – радиус колеса); l – продольный размер площадки деформации грунта.
Скачать (67KB)
14.
Рис. 13. Компоновочная схема шасси в конвертированном положении.
Скачать (110KB)
15.
Рис. 14. Компоновочная схема самоходного шасси ИМП в рабочем положении.
Скачать (81KB)
16.
Рис. 15. Расчетная схема четырехколесного ИМП с грузом при движении на подъем: V – скорость машины; PXi – тяговая сила колеса; PZi – нормальная реакция колеса; Pfi – сила сопротивления качению колеса; Mi – реактивный момент тягового привода; O – центр масс машины; L – колесная база; h – высота центра масс машины; r – радиус колеса; α – угол подъема; с1 – жесткость подвески; с – радиальная жесткость колес; m – полная масса ИМП с грузом; gM – ускорение силы тяжести на Луне; 1 – переднее колесо, 2 – заднее колесо; φt – угол поворота корпуса за счет упругости подвески и колес под действием момента сил.
Скачать (195KB)
17.
Рис. 16. Распределение нормальных реакций на колесах четырехколесного шасси в зависимости от угла подъема.
Скачать (64KB)
18.
Рис. 17. Кинематическая схема привода активной подвески (а) ОДМ и его двухрычажного механизма циркульного типа (б): 1 – корпус привода; 2 – электродвигатель; 3 – электромагнитный тормоз; 4 – редуктор; 5 – первый рычаг; 6 – реактивная цепная передача (u = 1); 7 – второй рычаг; 8 – цепная передача суммирующего редуктора (u = 2); β1 – угол поворота первого рычага; 9 – подвеска или рама шасси; 10 – рулевой привод; 11 – тяговый привод; 12 – колесо; β1 , β2 – угловая скорость рычагов; МР1i – момент вращения на первом рычаге; PZi – вертикальная сила при работе двухрычажного механизма.
Скачать (123KB)
19.
Рис. 18. Концепция ИМП. Общий вид и состав системы передвижения и стыковки (навесные компоненты систем управления, коммуникации, локальной навигации, а также кабельные сети условно не показаны): 1, 9 – мотор-колесо со встроенным тяговым приводом; 2 – рулевой механизм с приводом; 3 – кронштейн жесткой механической связи привода активной подвески с рулевым механизмом; 4 – рама самоходного шасси со встроенными системой энергопитания и электронными блоками систем управления, локальной навигации и коммуникации; 5, 8 – пассивный и активный механизмы АССУ; 6, 7 – реактивный рычаг и балансир пассивной подвески с упругим элементом в виде торсиона; 10 – привод активной подвески; 11, 12 – рычаги механизма активной подвески.
Скачать (125KB)
