I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

МОЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЛУНОХОД

• Авторы
• Файлы работы
• Наградные документы

Вакуленко Г.Ю. 1

---

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №4 имени А.В.Суворова муниципального образования город-курорт Геленджик

Работа в формате PDF

369 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьника

1.История вопроса 3

1.1. Луноход-1 3

1.2 Луноход «Ровер» 5

2. Основная часть 5

2.1 Самоходное шасси 5

2.2 Съемные модули 9

Заключение 10

Список использованных источников и литературы: 11

Приложения 12

Эта работа посвящается разработке многофункционального лунохода для изучения и исследования поверхности Луны, а в дальнейшем для постройки лунной базы. На сегодняшний день существует множество таких проектов (например: первый лунный самоходный аппарат «Луноход 1», созданный советскими учёными, или американский двухместный луноход «Ровер»).

Суть моего проекта заключается в том, чтобы разработать:

- самоходное шасси с высокой проходимостью при малой массе и энергопотреблении, обеспечивающее надёжную работу, безопасность движения,

- сменные модули различного назначения, которые с легкостью устанавливаются на основу.

Предполагаются такие сменные модули как: кран, самосвал, пассажирский модуль, исследовательский модуль и д.р. Это позволит рационально использовать аппарат для той или иной цели, а также доставлять эти модули на поверхность Луны по мере необходимости.

В работе исследованы основные механические узлы и составные части многофункционального лунохода. Определены основные параметры в первом приближении. Исследованы материалы, энергопотребление. Проанализированы земные аналоги в качестве съёмных сменных модулей лунохода.

Луноход-1 — первый лунный самоходный аппарат. Он был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года, советской межпланетной станцией Луна-17 и проработал на её поверхности до 4 октября 1971 года. Предназначался для изучения особенностей лунной поверхности, радиоактивного и рентгеновского космического излучения на Луне, химического состава и свойств грунта(см. Приложение 1).

Луноход-1 представляет собой установленный на самоходном шасси, герметичный приборный отсек в форме усечённого конуса. На верхней поверхности отсека расположен радиатор системы охлаждения, закрываемый на ночь крышкой для сохранения тепла. Днём крышка открывалась на угол до 180° для оптимальной ориентации солнечных батарей смонтированных на внутренней стороне. Для обогрева аппаратуры применялся радиоизотопный источник тепла, содержащий ампулы с Полонием-210.

На Луноходе-1 размещены: научные приборы; антенны; телекамеры и телефотометры; лазерный уголковый отражатель радиатор системы терморегулирования теплоизолирующей крышки, с установленными на ней с внутренней стороны панели из фотоэлектрических элементов.

Шасси Луноход-1 было предназначено для перемещения аппарата по поверхности Луны. В его состав входят следующие агрегаты и системы:

• ходовая часть, включающая восьмиколёсный движитель и индивидуальную эластичную подвеску колёс;

• электрическая трансмиссия с индивидуальным приводом колёс;

• тормозная система;

• блок автоматики шасси;

• комплект информационно-измерительной аппаратуры.

Система электропитания лунохода, выполненная по схеме солнечная батарея — буферная аккумуляторная батарея, обеспечивает питание всех бортовых систем постоянным током. На луноходе применены серебряно-кадмиевые аккумуляторные батареи ёмкостью 200 ампер-часов. Площадь солнечной батареи составляла 3,5 м², мощность — 180 ватт.

Масса «Лунохода-1» — 756 кг. Диаметр по верхнему основанию корпуса — 2150 мм, высота 1920 мм, длина шасси — 2215 мм, ширина колеи — 1600 мм. Колёсная база 1700 мм. Диаметр колёс по грунтозацепам 510 мм, ширина 200 мм.

Луноход четырехколёсный, каждое колесо имеет диаметр 81 см и ширину 23 см. Подвеска колёс торсионная. Каждое колесо ведущее и имеет индивидуальный двигатель. В кабине лунохода смонтирована штурвальная колонка самолётного типа, позволяющая космонавтам регулировать скорость, тормозить, делать повороты.. Комплект специального радиотехнического оборудования (лунный ретрансляционный блок) обеспечивает непосредственную связь космонавтов с Землёй. Луноход размещается в сложенном состоянии в посадочной ступени лунной кабины. Извлечение лунохода, установка его на грунт и приведение в рабочее положение обеспечивается одним космонавтом (см. Приложение 2).

Масса лунохода — 725 кг (собственно луноход — 211, космонавты с ранцевыми системами жизнеобеспечения — 364, научные приборы — 54, съёмочное и связное оборудование — 69, образцы лунных пород и пр. — остальное). Длина лунохода 3,1 м, ширина 2,1 м, высота 1,1 м, ширина колеи 1,83 м, ресурс хода 65 км, максимальная скорость 13 км/ч.

Луноход рассчитан на преодоление склонов крутизной до 20°, препятствий высотой до 30 см, трещин шириной до 70 см. Максимальный допустимый крен и дифферент 45°. Расстояние, пройденное луноходами, составило (км) при полёте: "Аполлона-15" — 27,2, "Аполлона-16" — 27,1 "

Многофункциональный луноход, который мы разрабатываем, состоит из двух основных частей. Это самоходное шасси (основная рама, приводы, гидравлика и др.) и съемные модули (кран, самосвал, исследовательский модуль и др.).

Основой всего лунохода является самоходное шасси. Оно состоит из самой рамы, привода системы поворота, аккумулятора и моторо-колес.

Рама представляет собой металлическую сварную конструкцию, состоящую из продольных брусков с полостью внутри (см. Приложение 3).

П-образные стойки шасси сверху и снизу закрепляются направляющими. Две верхние направляющие служат швеллерами для установки модуля, а две нижних служат швеллерами для передвижения основного аккумулятора (см. Приложение 4).

На поверхности Луны будет установлен стационарный кран, которые позволит осуществлять замену модуля (см. Приложение 5).

Вокруг стационарного крана в зоне покрытия стрелы будут располагаться различные съемные модули. Кран состоит из двух частей: нижняя - неподвижный шпангоут, который крепится на поверхность Луны, и подвижный шпангоут с противовесом, стрелой. Такая схема позволит максимально достичь устойчивости механизма даже при ненагруженном состоянии. Верхний шпангоут осуществляет вращение за счет колес, расположенных по его периметру.

Передвижной аккумулятор самоходного шасси позволяет изменять центр тяжести лунохода в зависимости от того или иного модуля. Например: если это кран, то центр тяжести должен располагаться в задней части аппарата, а если самосвал, то по центру.

Одной из главных задач является выбор типа движителя. Существуют такие варианты, как колесный движитель, гусеничный, шагающий, колесно-шагающий и др.

Для нашего случая рассмотрим два варианта: гусеничный и колесный движители.

Их сравнительная характеристика представлена в таблице 1:

Таблица 1

Можно считать, что колесные движители для планетоходов предпочтительнее. Опорно-тяговая проходимость колесных планетоходов за счет некоторого усложнения конструкции может быть приближена к проходимости гусеничных.

Луноход имеет три пары колес. При том, каждая стойка изменяет свою высоту с помощью электропривода (см. приложение 6). В каждом колесе лунохода установлен электродвигатель.

К настоящему моменту времени изучены и опробованы различные схемы изменения направления движения планетохода (см. приложение 7), а именно:

1. Путем изменения соотношения величин скоростей движителя левого и правого бортов(бортовой поворот);

2. Путем принудительного изменения направления скоростей элементов движителя передней секции относительно задней;

3. Путем управляемых колес передних и задних осей;

4. Путем разворота всех колес в одну сторону;

5. Путем предварительного разворота колес правого и левого бортов в положению минимального сопротивления поворота;

Рассмотрим несколько вариантов. Поворот лунохода за счет вращения самой стойки шасси, т.е все колёса одновременно крутятся вокруг своей оси на 360 градусов. Это осуществляет электропривод с помощью шестеренчатой передачи.( см. приложение 8)Либо поворот за счет различных скоростей вращения колёс правого и левого бортов(так называемый бортовой поворот). Такая система поворота использовалась на «Луноходе-1» ( см. приложение 9).

Сравнительная таблица 2 схем изменения направления движения лунохода:

Таблица 2

Таким образом, можно сделать вывод, что в нашем случае более выгодно использовать систему бокового поворота(с точки зрения энергозатрат, массы, простоты конструкции)

Все это значительно повышает проходимость лунохода.

Вторая основная составляющая лунохода – съемные модули. Я предполагаю несколько их вариантов, а именно: кран, самосвал, пассажирский модуль, исследовательский модуль, экскаватор. Рассмотрим эту часть лунохода более подробно на примере крана.

Таблица 3

1. Данный луноход значительно облегчит строительство луной базы первого и второго поколения.

2. В качестве съемных модулей лунохода в модернизированном виде можно использовать подобные модули уже применяемые на Земле.

3. Луноход поможет исследовать лунную поверхность, а так же послужит средством передвижения по Луне.

4. Современные ракетные носители способны доставить луноход на поверхность Луны.

1. Астрономия и космос / [С. В. Житомирский, К. А. Порцевский, В. Г. Шимановский, Е. В. Широнина]; сост. Т. В. Кадаш. – М. : Росмэн, 2008. – 96 с. – (Детская энциклопедия «Росмэн»)

2. Бродский, З. Ф. Ракетно-космическая эпоха. Памятные даты / З. Ф. Бродский, П. И. Климук, пер. В. Ф. Чернявского. – 2-е изд., дораб. и уточн. – М. : ГУП «Ред. журн. «Московский журнал «История государства Российского», 2001. – 224 с.

3. Дубкова, С. И. Книга о Луне / С. И. Дубкова. – М. : Белый город, 2008. – 199 с.: ил. – (Энциклопедия тайн и загадок Вселенной).

4. Кемурджиан А. Л. Планетоходы. 2 изд. – М.: Машиностроение, 1993

5. Луноход (космическая программа) [Электронный ресурс]. URL: // https://ru.wikipedia.org/wiki/Луноход_(космическая_программа) (дата обращения: 28.01.2016).

6. Луноход на сайте Отдела исследования Луны и планет МГУ [Электронный ресурс]. URL: http://selena.sai.msu.ru/Home/Spacecrafts/Lunokhod1/lunokhod1e.htm (дата обращения: 28.01.2016).

7. Луна-17/Луноход-1 // [Электронный ресурс]. URL: http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraftDisplay.do?id=1970-095A (дата обращения: 28.01.2016).

8. Луноходы ведут исследование [Электронный ресурс]. URL: http://www.astronautica.ru/polety-v-kosmos/osvoenie-luny/296.html (дата обращения: 28.01.2016).

9. Планетоход [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Планетоход (дата обращения: 28.01.2016).

10. Хроника работы "Лунохода-1, 2" [Электронный ресурс]. URL: http://galspace.spb.ru/index110-1.html (дата обращения: 28.01.2016).

Луноход 1

Приложение 1

Луноход «Ровер»

1. Контейнеры для лунных образцов.

2. Ручка управления.

3. Пульт управления.

4. Антенна.

5. Телевизионная камера.

6. Оборудование для связи с Землей.

7. Колесо с ободом из проволоки.

Приложение 2

Общий вид рамы самоходного шасси многофункционального лунохода

1. Направляющие(рельсы) для модуля.

2. Направляющие(рельсы) для аккумулятора.

3. П-образные стойки шасси.

Приложение 3

Фронтальный вид самоходного шасси многофункционального лунохода

2

1. Аккумулятор.

2. Направляющие(швеллера) для модуля.

3. Рама модуля.

4. Мини колеса модуля.

5. Мини колёса аккумулятора.

6. Колеса – моторы лунохода.

7. Н

   7

   аправляющие(швеллера) для аккумулятора.

    

Приложение 4

Схема погрузки модуля

(стационарный кран)

1. Верхний подвижный шпангоут

2. Нижний неподвыжный шпангоут

3. Стрела крана

4. Съемный модуль

5. Протевовес

Приложение 5

Схема изменения высоты стоек.

1. Основная рама лунохода.

2. Стойка.

3. Колесо.

4. Детали, изменяющие высоту

стоек, под действием гидравлики.

Приложение 6

Приложение 7

Схема поворота колес лунохода

1. Электромотор.

2. Основная рама лунохода.

3. Шестеренчатая передача.

4. Рама стоек лунохода

5. Стойка для колеса.

Приложение 8

Бортовой поворот

Приложение 9

Кран КЛ-3(Пионер)

Приложение 10

20