Робот для погрузки и транспортировки марсианского грунта

XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Робот для погрузки и транспортировки марсианского грунта

Мурадян Д.А. 1Федоров Н.А. 1Малеева А.В. 1
1БОУ ОО "Созвездие Орла"
Азарова Л.А. 1Селиверстов С.Н. 1
1БОУ ОО "Созвездие Орла"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

1.Введение

1.1. Актуальность

Хотя колонизация космоса все еще кажется фантастикой, ученые и инженеры уже активно над этой проблемой. Люди, в первую очередь, ищут возможности и способы использования космического пространства как ресурса окружающей среды, и уже в ближайшие десятилетия есть вероятность начала эпохи массового практического использования этих ресурсов.

На протяжении десятилетий ученые выступали за возвращение геологических образцов. Одни планы сменялись другими. По ряду причин миссии отменяли, появлялись новые проекты. Мы предлагаем свой прототип робота для погрузки марсианского груза.

1.2. Цели и задачи

Цели работы:

Проектирование и конструирование модели робота, который будет успешно передвигаться по максимально труднодоступной местности, симулируя условия передвижения на Марсе.

разработка системы погружения образцов грунта в специальный отсек и систему для дальнейшей разгрузки образцов.

Задачи:

изучить физические характеристики Марса;

создать концепт будущей модели робота;

собрать модель каркаса для проведения тестов;

запрограммировать робота для погрузки и транспортировки марсианского грунта;

собрать подвеску;

провести тестовые испытания.

2.Основная часть

2.1.Физические характеристики Марса

радиус планеты 3396 километров (53 % радиуса нашей планеты);

протяжённость экватора составляет 21344 км;

площадь поверхности равна 144,37 миллиона квадратных километров (28,3 % земной поверхности).

Масса Красной планеты 6,4171×1020 тонн, что равно 10,7 % количества вещества Земли. По своим размерам, она находится на седьмом месте среди спутников Солнца.

Марс вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите с весьма существенным эксцентриситетом 0,0934. Вот почему расстояние между ними за период обращения изменяется на 42,6 миллиона километров. Эти небесные тела то приближаются, то удаляются друг от друга.

Физические характеристика Марса:

Средняя плотность марсианского грунта 3930 кг/м3. Это меньше, чем на Земле на 28,7 %.

Диапазон температурных колебаний в атмосфере Марса достигает 180оС. Зимние холода доходят до -153°C; летом поверхность может прогреваться, достигая +35°C.

Тело, находящееся в состоянии свободного падения, будет испытывать ускорение, 3,711 м/с2 за секунду, что равняется 0,378 g.

Атмосфера планеты сильно разрежена, магнитное поле слабое.

Ось Марса наклонена под углом 25,2о. Поэтому зиму сменяет весна, лето – осень.

Рис. 1. Внутренне строение Марса

Характеристики планет

МАРС

ЗЕМЛЯ

радиус

3396 километров (53 % радиуса нашей планеты)

6371 км

протяжённость экватора

21344 км

40 075 696 метров

масса

6,4171×1020 тонн, что равно 10,7 % количества вещества Земли

5.97З6 x 1024кг

средняя плотность грунта

3930 кг на один кубический метр. Это меньше удельного веса того, что находится у нас под ногами на 28,7 %.

плотность глинистых и песчаных почв – 1,6 – 2,1 т/м3, а скальных грунтов(не разрыхленных)- 3,3 т/м3. вес одного кубического метра земли в среднем составляет от 1300 до 2100 килограмм.

Площадь поверхности

144 371 391 км²

 148 940 000 км²

Поверхность планеты отдаленно напоминает поверхность Земли. На поверхности Марса расположено несколько ударных кратеров, вулканов, а также ледниковых шапок. Марсианские дюны сродни земным пустыням и долинам, слоистые скалоподобные породы напоминают земные. Самая высокая гора-Олимп (она же самая высокая среди всех гор планет). На ней находится самый крупный ударный кратер (в длину более 10 тыс. км). Огромная система каньонов на Марсе носит название Долина Маринера(крупнейший из всех известных). И все же, состав марсианской почвы отличается от содержания элементов земной поверхности.

Какой грунт нужен для построения базы.

Наилучшие места для колонии тяготеют к экватору и низменностям. В первую очередь это:

Впадина Эллада — имеет глубину 8 км, и на её дне давление наивысшее на планете, благодаря чему в этой местности наименьший уровень фона от космических лучей на Марсе.

Долина Маринера — не столь глубока, как впадина Эллада, но в ней наибольшие минимальные температуры на планете, что расширяет выбор конструкционных материалов.

Первые попытки осуществить сбор и привезти образцы с Марса были предприняты еще в Советском Союзе в 1957 году, но она была отменена из-за неоднократных отказов ракеты N1. Следующий полет был запланирован на 1979 год, который отменили из-за сложности и технических проблем. Каждая попытка, даже неудачная, подготавливала благоприятную почву для развития следующих. Благодаря этому были сделаны первые шаги в освоении этой сферы знаний.

Один из первых проектов по возвращению образцов с Марса назывался SCIM. Предлагалась относительно недорогая программа, в рамках которой аппарат должен был пролететь через атмосферу Марса на высоте до 40 км и собрать образцы пыли. Это достаточная высота, чтобы аппарат не «тормозил» об атмосферу Марса. Получив такие материалы, учёные могли бы сопоставить полученные образцы с найденными на Земле, чтобы убедиться, что их родина Марс. Имея на руках образцы пыли, можно было бы ближе изучить главного врага марсоходов и будущих колонистов. К сожалению, проект остался лишь на бумаге.

2.2. Проектирование и конструирование модели марсохода

1. Подвеска. Идею подвески Rocker-bogie мы взяли у марсоходов NASA. Рычажная часть подвески возникает из-за качающейся части более крупного рычага, установленного на корпусе с каждой стороны марсохода. Так как у нас в наличие не было гироскопа, нам пришлось поставить ограничители над передними колесами. Это досадное упущение, но после нескольких тестов мы выяснили, что это не сильно повлияет на работу подвески.

2. Корпус. Корпус сделан в основном из алюминиевых частей для меньшей массы марсохода. Если подвеска будет работать исправно, то повреждений корпуса будет минимальное количество. Отсутствие закрытых частей на марсоходе позволяет избавится от лишнего веса и попадания грунта в механические части.

3. Механизм загрузки грунта и камней. На корпусе закреплён специальный манипулятор, с помощью которого будет производиться сбор и погрузка контейнера с образцами грунта в специальный отсек для него. Отсек закреплён сзади марсохода. Дном отсека служит люк, с помощью которого производиться выгрузка грунта в отведённое для этого место.

4. Датчики марсохода. Для обнаружения препятствий используется ультразвуковой датчик. Колесная база позволяет преодолевать небольшие препятствия и достаточно глубокие ямы. Для того, чтобы не допустить опрокидывания марсохода высокие и крутые препятствия необходимо будет объезжать. Информация с ультразвукового датчика дополняется показаниями камеры технического зрения. Также с помощью камеры технического зрения опознается контейнер с образцами грунта по его яркой окраске.

2.3. Программирование робота

Робот запрограммирован в программе VEXcode с помощью блоков. В марсоход загружено 6 программ: поворот на 30 градус влево, поворот на 30 градусов вправо, проехать вперёд, взять объект перед собой и поместить в специальный отсек, открыть и закрыть люк.

Р езультаты тестов с марсоходом: мы сделали два вида тестов: подвески и программы. Тесты подвески проводились на улице, на сырой земле и песке. Марсоход не только отлично проходил по ровной поверхности, но и отлично поднимался и спускался в горку высотой 30 см. Тесты программ так же были проведены успешно: робот выполнял все свои задачи.

3.Вывод

Нам удалось успешно сконструировать модель робота для погрузки и транспортировки марсианского грунта, который может успешно проходить по марсианским равнинам, а также собирать марсианский грунт.

Сейчас мы занимаемся улучшением конструкции и полезной нагрузки, куда входит: добавление ковша или бура для взятия глубинных образцов; замена модуля связи на модуль с улучшенными характеристиками; добавление технического зрения; замени подвески; установка гироскопа.

3.2.Дальнейшие перспективы

добавление ковша или бура для взятия глубинных образцов

замена модуля связи на модуль с улучшенными характеристиками

добавление технического зрения

замени подвески

установка гироскопа.

4.Список литературы

Марс – Строение, описание, атмосфера, орбита, поверхность, фото и видео https://kipmu.ru/mars/ (ссылка от 13.03.2022)

Доставить кусочек Марса на землю – планы и попытки https://zen.yandex.ru/media/spacelive/dostavit-kusochek-marsa-na-zemliu--plany-i-popytki-5d890320d4f07a00b2d96567 (ссылка от 13.03.2022)

Что нам дадут образцы с Марса? https://marsplaneta.ru/obraztsy-s-marsa-put-na-zemlyu (ссылка от 13.03.2022)

Просмотров работы: 165