Зефир (вездеход)
 Художественный концепт Зефир марсохода | |
| Тип миссии | Разведка |
|---|---|
| Оператор | НАСА Исследовательский центр Гленна |
| Продолжительность миссии | 50 земных дней [1] |
| Свойства космического корабля | |
| Космический корабль | Зефир |
| Тип космического корабля | Вингсейл вездеход |
| Производитель | Исследовательский центр Гленна |
| Стартовая масса | 1581 кг (3486 фунтов) |
| Посадочная масса | 220–265 кг (485–584 фунта) |
| Масса полезной нагрузки | 23 кг (51 фунт) |
| Власть | ≥ 98,4 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 2039 (предлагается) [2] |
| Венера- ровер | |
Zephyr — это концепт роботизированного вездехода Венеры для миссии под названием Venus Landsailing Rover . Эта концепция миссии предполагает размещение на поверхности Венеры марсохода, который будет приводиться в движение силой ветра. Ровер будет запущен вместе с орбитальным аппаратом Венеры, который будет выполнять функции ретранслятора связи и проводить дистанционные исследования атмосферы. [1]
Ровер будет предназначен для работы на поверхности Венеры в течение 50 земных дней и перемещения по песчаным равнинам, залитым жарой и плотными облаками серной кислоты под очень высоким атмосферным давлением. Ровер может двигаться в любом направлении, независимо от направления ветра. Zephyr будет плыть до 15 минут в день, чтобы достичь следующей цели. [3] где он будет парковаться, используя комбинацию тормозов и флюгирование паруса, пока занимается научной деятельностью. Ровер будет нести научную полезную нагрузку массой 23 кг (51 фунт), включая роботизированную руку. Общая архитектура миссии направлена на достижение телероботических возможностей с 4-минутной задержкой радиосвязи.
Главным исследователем является Джеффри Лэндис НАСА из Исследовательского центра Гленна в Кливленде, штат Огайо. [4] Когда наиболее важное оборудование станет доступным и будет протестировано, Лэндис намерен предложить миссию программе НАСА Discovery. [5] побороться за финансирование и запуск, запланированный на 2039 год. [2]
Обзор вездехода
[ редактировать ]| Зефир | Технические характеристики [2] |
|---|---|
| Аэрошелл | Диаметр: 3,10 м (10,2 фута) |
| Стартовая масса | 1581 кг (3486 фунтов) |
| Масса вездехода | ≤ 265 кг (584 фунта) |
| Размеры вездехода | Длина: 4,62 м (15,2 фута) Ширина: 5,54 м (18,2 фута) |
| Крылья | Высота: 5,44 м (17,8 футов) Длина: 3,10 м (10,2 фута) Площадь: 12 м 2 (130 кв. футов) |
| Колеса (x3) | Диаметр: 1 м (3 фута 3 дюйма) Ширина: 22,9 см (9,0 дюйма) |
| Дорожный просвет | 0,9 м (2 фута 11 дюймов) |
| Масса научной полезной нагрузки | 23 кг (51 фунт) |
| Радио группа | УВЧ |
| Системы охлаждения | Никто |
С 2012 года учёный Джеффри А. Лэндис работает над концепцией миссии Венеры марсохода , приводимого в движение жёстким крыльевым парусом , по образцу наземных парусных транспортных средств. [3] [5] Транспортное средство имеет всего две движущиеся части: парус и переднее рулевое колесо. [2] Концепция миссии получила название Venus Landsailing Rover, а марсоход получил название Zephyr , в честь греческого бога западного ветра Зефира . [3]
Для простоты, парус марсохода на самом деле жесткий, как вертикальное крыло с солнечными батареями на поверхности. Хотя для доведения высокотемпературной электроники до эксплуатационной готовности необходимы некоторые технологические разработки, исследование показало, что такой подход к мобильности осуществим, и никаких серьезных трудностей не наблюдается.
Проектный срок службы марсохода — 50 дней. [1] [2] Учитывая экстремальные условия окружающей среды на поверхности Венеры, все предыдущие спускаемые аппараты и атмосферные зонды работали максимум несколько часов, поэтому команда Исследовательского центра Гленна планирует использовать материалы и электронику, разработанные так, чтобы выдерживать не только экстремальное давление, агрессивную атмосферу и жару. , но также работать с минимальным использованием солнечной энергии и без системы охлаждения, что значительно снижает посадочную массу. [6] [2] Температура на поверхности составляет 740 К (467 ° C, 872 ° F), а давление - 93 бар (9,3 МПа ), что примерно соответствует давлению, обнаруженному на глубине 900 м (3000 футов) под водой на Земле. [7] Для целей движения предполагается скорость приземного ветра от 0,4 м/с (1,3 фута/с) до 1,3 м/с (4,3 фута/с). Zephyr будет плыть до 15 минут в день, чтобы достичь следующей цели. [3] На изображениях, полученных российскими зондами «Венера» , можно увидеть, что поверхность Венеры представляет собой плоскую, ровную местность, простирающуюся до горизонта, со скалами размером всего в сантиметр в своих местах, что делает возможным плавание по суше . [4] [6] Самые большие ожидаемые неровности поверхности составляют около 10,0 см (3,9 дюйма) в высоту. [2] В автомобиле используются три металлических колеса с шипами, каждое диаметром 1,0 м (3 фута 3 дюйма) и шириной 22,9 см (9,0 дюйма). [2]
Финансирование программы НАСА «Инновационные передовые концепции » (NIAC) позволяет проводить исследования по разработке необходимых «защищенных от Венеры» систем. [3] На самом деле технологи Glenn впервые разработали датчики, работающие внутри реактивных двигателей. Эта электроника может работать даже при изнуряющей температуре Венеры в 450 °C (842 °F). [3] НАСА может также предоставить часть этого оборудования будущей российской миссии «Венера-Д» на Венеру, предоставив долговечную (24 часа) экспериментальную наземную станцию, подходящую для российского спускаемого аппарата. [8] [9] [10]
В 2017 году работа Лэндиса стала предметом книги « Наземный вездеход Венеры с изобретателем НАСА Джеффри Лэндисом» , опубликованной издательством World Book Publishing. [11] [12]
Электроэнергия
[ редактировать ]Предыдущие спускаемые аппараты на Венеру использовали батареи для получения электроэнергии, чтоограничивает работу максимум несколькими часами, полагаясь на тепловую массу, чтобы отсрочить выход системы из строя из-за перегрева. В энергосистеме этой миссии используются натриево-серные батареи (NaS), которые заряжаются от солнечных батарей и могут работать в условиях поверхности Венеры без необходимости использования тяжелых систем охлаждения. [2] [13]
Крылья и верхняя палуба будут покрыты солнечными панелями из фосфида индия-галлия (InGaP, также называемого GaInP2), поскольку он хорошо подходит для использования в солнечных элементах и имеет достаточно широкую запрещенную зону , чтобы он мог работать при температуре Венеры. и реагирует на свет в диапазоне от 360 до 660 нм. [2]
Хотя толстый слой облаков ограничивает попадание солнечного света на поверхность, света достаточно, чтобы использовать солнечные панели для систем с низким энергопотреблением. [6] Требуемая мощность составляет 98,4 Вт для научных операций, 68,4 Вт во время перемещения, 25,3 Вт во время спокойных операций, таких как ведение домашнего хозяйства, и 49,3 Вт во время сеансов связи. [2]
Сила ветра
[ редактировать ]В то время как скорость ветра у поверхности Венеры составляет 1 м/с (3 фута/с), на Венере давление и плотность (65 кг/м 3 ), даже низкие скорости ветра развивают значительную силу. [3]
Крылья
[ редактировать ]
Концепция силовой установки представляет собой жесткий парус , установленный перпендикулярно основанию, который может вращаться с помощью электродвигателя вокруг своего среднего аэродинамического центра, создавая вектор подъемной силы (тяги) в любой ориентации, в зависимости от направления ветра. Крыло также обеспечивает более устойчивую поверхность для установки солнечных батарей, используемых для питания приборов на марсоходе. Симметричным плоским профилем гораздо легче управлять, жертвуя небольшой подъемной силой. Конструкция крыла представляет собой стандартный лонжерон, нервюру и обшивку с использованием материалов, подходящих для агрессивной высокотемпературной среды. [2]
При ширине 5,5 м (18 футов) марсоход устойчив на поверхности, и, по оценкам команды НАСА GRC, для предотвращения опрокидывания, вызванного порывами ветра, в систему будут включены датчики, обеспечивающие устойчивый порыв ветра силой 2,39. м/с (7,8 футов/с) или более будет распознаваться метеорологическим комплексом и даст достаточно времени, чтобы ослабить парус, повернув его в положение нулевой подъемной силы параллельно ветру. [2]
Диаметр аэрооболочки устанавливает длину крыла в 3,10 м (10,2 фута), его площадь - 12 м. 2 (130 квадратных футов) и высотой 5,44 м (17,8 футов) над землей. [2] При запуске крыло складывается на три секции для хранения в аэрооболочке , а после спуска на парашюте и приземления разворачивается на три колеса.
Научная полезная нагрузка
[ редактировать ]
Глазами марсохода будет камера с механическим сканированием, аналогичная той, что используется на спускаемом аппарате «Венера-9» , которая будет работать без охлаждения при температуре Венеры, 450 ° C (842 ° F), и в условиях и спектре освещения Венеры. [2] будет использоваться линейная матрица фотодиодов В конструкции в качестве светочувствительного элемента , и, за исключением матрицы фотодиодов в фокальной плоскости , камера изготовлена с электроникой из карбида кремния . [2]
Помимо камер визуализации, марсоход будет нести около 23 кг (51 фунт) научных инструментов, включая роботизированную руку, основанную на роботизированной руке Марса , Феникса но упрощенную до двухсуставной руки, чтобы минимизировать сложность. В этой руке будет находиться несколько научных инструментов. [5] Условная научная полезная нагрузка включает в себя:
- Пакет исследований атмосферы: анемометр (скорость и направление ветра), термометр и барометр (датчик давления). [2]
- Минералогия на месте: эти инструменты будут прикреплены к концу роботизированной руки для контакта с горными породами и реголитом и определения состава и минералогии. Эти инструменты включают в себя абразивный измельчитель, рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS) или энергодисперсионный рентгеновский спектроскоп (EDAX) для определения состава, а также дифракцию рентгеновских лучей для минералогии. [2]
В дополнение к приборам для исследования поверхности миссия может также иметь научные пакеты, которые будут работать во время спуска, а также может использовать стационарные научные инструменты, такие как сейсмометр , которые не находятся на марсоходе. [2] Все данные будут передаваться на орбитальный аппарат с помощью высокотемпературного радио, так что вся система не будет иметь охлаждаемых частей. [2]
Орбитальный аппарат
[ редактировать ]Из-за плотной атмосферы Венеры радиосигналы от марсохода будут ограничены по мощности и радиусу действия, поэтому в архитектуру миссии необходимо включить ретрансляционный орбитальный аппарат. После отделения Зефира орбитальный аппарат резко вырвался на сильно эксцентричную орбиту вокруг планеты. Период этой орбиты будет составлять 24 часа, что позволит поддерживать связь с Зефиром в течение 12–18 часов во время каждого витка. [2]
Когда Венера находится ближе всего к Земле, задержка связи между Венерой и Землей составляет примерно четыре минуты, что слишком долго для управления с Земли в реальном времени, поэтому большую часть времени марсоход будет припаркован, выполняя наблюдения с помощью паруса. Расслабьтесь, пока наземные диспетчеры изучают местность и определяют следующую цель. [5]
Если орбитальный аппарат-ретранслятор будет выбран для финансирования, он также сможет разместить на нем некоторые научные инструменты.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Отчет: НАСА запустит марсоход Венеры в 2023 году. Нил В. Патель, The Inverse . 29 февраля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в Зефир: парусный вездеход для Венеры . (PDF) Джеффри А. Лэндис, Стивен Р. Олесон, Дэвид Грантье и команда COMPASS. Исследовательский центр Джона Гленна НАСА. 65-й Международный астронавтический конгресс, Торонто, Канада. 24 февраля 2015 г. Отчет: IAC-14,A3,P,31x26111
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Виндсерфинг в злом мире. НАСА. 1 мая 2012 г.
- ^ Jump up to: а б План НАСА по отправке марсохода Landsail на Венеру. Джон М. Чанг, ABC News. 26 августа 2013 г.
- ^ Jump up to: а б с д Марсоход NASA Venus Landsail может быть запущен в 2023 году. Брюс Дормини, Forbes . 29 февраля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с Ландшафтный вездеход Венера. Джеффри Лэндис, Исследовательский центр Гленна НАСА. 2012.
- ^ Базилевский Александр Т.; Хед, Джеймс В. (2003). «Поверхность Венеры». Реп. прог. Физ . 66 (10): 1699–1734. Бибкод : 2003РПФ...66.1699Б . дои : 10.1088/0034-4885/66/10/R04 . S2CID 250815558 .
- ^ Уолл, Майк (17 января 2017 г.). «Россия и США планируют совместную миссию на Венеру» . Космос . Проверено 29 октября 2017 г.
- ^ «НАСА изучает общие научные цели Венеры с Российским институтом космических исследований» . НАСА . Март 2017 года . Проверено 12 ноября 2022 г.
- ^ Сенске, Д.; Засова, Л. (31 января 2017 г.). «Венера-Д: расширение наших горизонтов климата и геологии планет земной группы посредством всестороннего исследования Венеры» (PDF) . НАСА . Архивировано из оригинала (PDF) 27 апреля 2017 года . Проверено 29 октября 2017 г.
- ^ Наземный вездеход Венеры с изобретателем НАСА Джеффри Лэндисом , ISBN 978-0-7166-6160-3 World Book, Чикаго, 2017. Получено 7 декабря 2017 г.
- ^ Хейлман, Ричард, «Книга освещает работу ученого на марсоходе Венеры» , Berea News Sun , 17 ноября 2017 г. Проверено 7 декабря 2017 г.
- ^ Лэндис, Г.А. и Харрисон, Р. (2008) «Батареи для работы на поверхности Венеры», Journal of Propulsion and Power , Vol. 26, номер 4, 649–654, июль/август 2010 г.; первоначально представлено в виде документа AIAA-2008-5796, 6-я Международная конференция инженеров по преобразованию энергии AIAA, Кливленд, Огайо, 28–30 июля 2008 г.
| Активные миссии |
|    | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Прошлые миссии |
| ||||||||||||
| Планируемые миссии |
| ||||||||||||
| Предлагаемые миссии |
| ||||||||||||
| Отменено / концепции | |||||||||||||
| Обзоры программ | |||||||||||||
| Связанный | |||||||||||||
| |||||||||||||