И это при том, что давно известно множество других подходов – гусеничный, шагающий и т. д. Видимо, есть серьезные причины выбирать именно колеса.
Почти все небесные тела, которые доступны нам для исследования, имеют твердую поверхность с множеством относительно ровных участков. Там нет болот, зыбучих песков, леса и растительности, которые могли бы потребовать гусениц или шагающих движителей. На Луне и Марсе, так же как на Меркурии и Венере, – везде колеса вполне можно использовать.
Кстати
Колёса – очень экономичный вид движителя. Чтобы прокручивать, скажем, гусеницы, нужна куда большая мощность. А ведь это дополнительные батареи, которые нужно доставлять за сотни тысяч километров. Важна и надежность – проблематично заменить на Марсе порванную гусеницу или сломанный рычаг ноги, в то время как поломка даже нескольких колес совсем необязательно ставит под угрозу выполнение задачи. Теория движения колесных машин также разработана лучше всего. Достаточно вспомнить, что до сих пор почти не нашли применения шагающие машины, даже в хорошо изученных земных условиях. Сравнительно прост и привод колес от электромоторов, легко обеспечивать разворот. Итак, выбор колёсного движителя явно оправдан.
Колеса лунохода уже можно считать классикой. Большинство последующих макетов и реальных планетоходов хоть что-то, да позаимствовали от них. Колеса состоят из трех титановых ободов, с закрепленной на них стальной сетки с грунтозацепами из того же титана. На твердой поверхности опора происходит на средний обод, на мягком же грунте обод проникает глубоко и тогда работает сетка.
«Луноход-1» на Луне в представлении художника
В случае с марсоходами ученые исходили из первых фотографий «Викинга», где поверхность Марса выглядела каменистой. Как видно, во всех конструкциях стараются обеспечить хорошую сцепляемость с грунтом (грунтозацепы, сетка), небольшой вес (отсутствие сплошных дисков, по возможности сетка и спицы, либо сплошное, но полое колесо), подрессоривание (спицы, пружины и т. п.), меры против бокового сползания (характерный выпуклый либо вогнутый профиль). Почти во всех колесных планетоходах колесо представляет собой единый (часто даже герметизированный) модуль, включающий также редуктор, электромотор, тормоз, необходимые датчики. Называется такой модуль «мотор-колесо». Применение мотор-колес позволяет, наряду с подвеской, обеспечивать равную нагрузку на все колеса и эффективное использование мощности на неровностях ландшафта, при повисании части колес в воздухе и т. п.
Если же рассматривать колесный движитель в целом, возникает вопрос: почему у планетоходов, в частности лунохода, столько колёс?
Во-первых, до последнего момента не исключалось использование гусениц. В случае с 8 колесами лунохода это не потребовало бы полного пересмотра конструкции.
Во-вторых, снижение нагрузки на грунт. И наконец, надежность – работоспособность при выходе из строя нескольких колес. На случай заедания в приводе колес в луноходе были предусмотрены специальные механизмы разблокировки. Пиротехнический заряд по команде с Земли мог перебить вал, и в результате неисправное заблокированное колесо стало бы ведомым. У четырехколесного такое было бы невозможно. К счастью, эта возможность не была ни разу использована.
О скорости. Возможно, для некоторых это станет неожиданностью, но максимальные скорости всех автоматических планетоходов очень небольшие – не более 1–2 км/ч. Собственно, для аппаратов без экипажа это не так важно, поскольку управление ими осложнено задержкой сигнала, которая доходит до десятков секунд. Также низкая скорость снижает вероятность повреждений при наезде на камень, отсутствуют заносы и т. д.
Кстати
Большой радиус поворота станет проблемой, если поблизости находится скала или расщелина, куда аппарат может сползти при развороте. Самые распространенное решение позаимствовано у гусеничных машин: делая различными скорости колес по левому и правому бортам машины (в простейшем случае с использованием тормозов), можно развернуть ее практически на месте. Такой подход еще и упрощает конструкцию, повышает ее надежность, поскольку не нужно делать поворотных колес. Общеизвестный пример – луноход (1970).
Следующая проблема – необходимость преодолевать расщелины, не проваливаться на рыхлом грунте. Это может быть решено несколькими путями: колесами большой ширины и диаметра, большим количеством колес по каждому из бортов. Так, например, у лунохода было 8 широких колес. Их полусферический профиль препятствует боковому сползанию (при движении вдоль склона). Другой вариант решения (1989) предполагал использование больших (сопоставимых по размеру с самим планетоходом) надувных колес низкого давления с металлическим каркасом и грунтозацепами. Однако такие колеса плохо выдерживают перепады температур, требуют обслуживания. Зато они нашли применение на Земле – в тех местах, где необходимо движение по глубокому снегу.
Кстати
Планетоходы испытывались в Средней Азии, на Камчатке (в зонах свежих извержений), чтобы было большое разнообразие форм рельефа. Ведь заранее не было известно, какой грунт, к примеру, на Луне. Были предположения, что грунт находится во взвешенном состоянии и луноход может просто утонуть. Поэтому испытания проводили также и на снежниках, где снег засыпан вулканическим песком.
На планетах, куда сейчас возможна доставка планетоходов, встречается множество камней, скальных выступов, кратеров. То, что для шагающего аппарата будущего, наверное, не будет проблемой, для сегодняшних планетоходов – проблема весьма актуальная. Представим ситуацию, когда обычная машина наезжает одним бортом на крупный камень. Возникает крен всей машины, и аппарат рискует перевернуться. Для планетохода такое поведение недопустимо, потому подвеска устроена гораздо сложнее: когда одно из колес переезжает камень, остальные могут везти аппарат вполне горизонтально.
Здесь клиренс (дорожный просвет) фактически отсутствует: днища нет, вместо него – конические мотор-колеса. Если под них попадает камень, застревания не происходит, поскольку грунтозацепы расположены по всей длине колеса. Есть здесь, впрочем, и недостаток – остается мало места для размещения полезного груза (возможное решение – размещать батареи внутри колес). В другой разработке вместо конических колес используются обычные, совместно с валиками, также имеющими грунтозацепы. Но даже это может не спасти, если камень окажется под днищем планетохода и тот «сядет на брюхо». Поэтому клиренс стараются делать максимальным. Увеличение клиренса в свою очередь может привести к неустойчивости аппарата – центр тяжести должен располагаться как можно ниже. Были и курьезы. Луноход был доставлен на Луну межпланетной станцией «Луна-17», но народу было сообщено о запуске очередной ракеты для «продолжения исследований Луны». Советское радио рассказало о луноходе только после успешного прилунения. Более того, планировалось запустить две ракеты, одна из них резервная, и если на Луне что-то случится с первой, то космонавт должен будет на луноходе подъехать к резервной! Где же ему поместиться? Была предусмотрена тележка, а однажды для проверки к луноходу привязали «Запорожец» – и он успешно его тащил! На Земле, разумеется.
(По материалам: https: //fishki.net/1396250‐lunohod-1‐istorija-sozdanija-i-interesnye-fakty.html © Fishki.net)
Ядерный ракетный двигатель РД-0410 (1978 г.)
