По закону Архимеда: российский планетоход поедет по Титану на винтах

СМИ сообщают, что российскими инженерами разработана конструкция планетохода для передвижения по поверхности планеты Титан, которая является спутником планеты-гиганта Сатурна.

Фантастический вездеход из кинофильма "Планета бурь"

Выполнена эта работа была в институте №6 "Аэрокосмический" МАИ. И самое интересное, пожалуй, это его ходовая часть, состоящая из двух "архимедовых винтов" — придумки ещё великого Архимеда из Сиракуз. Что это такое? Попросту говоря — винт, что крутится в вашей мясорубке. В ней он измельчает мясо, а вот на двух таких винтах можно даже ездить. Ну, а о том, какие ещё необычные движители могут быть использованы на исследовательских планетоходах для изучения планет нашей Солнечной системы, мы и расскажем.

Для болот и песка

"Титановый" аппарат походит на танк, поставленный на "архимедовы винты" или, как их ещё называют, шнеки. Такая конструкция движителя позволяет с одинаковой эффективностью двигаться и по суше, например, по песку, и плыть по воде (ведь внутри они пустые и могут служить поплавками!), а также по болоту. Для Титана такая вездеходность важна особенно, ведь как считается, там могут быть водоёмы, наполненные жидкими углеводородами, снег из замёрзших газов, а также лёд. Вот по асфальту такая машина идёт не очень хорошо: разрушаются и спиральные рёбра самого винта, и асфальтовое покрытие. Но на Титане его нет, а значит и разрушать ничего не придётся!

Архимеду бы это понравилось!

Отличие шнеков от винтов для мясорубки состоит в том, что шнек имеет в основе цилиндр большого диаметра, а вот сами винты над поверхностью этого цилиндра выступают незначительно. Благодаря этому внутренний объём шнеков превращает их в отличные поплавки. Двигаться шнекоход может за счёт вращения винтов и вперёд, и назад, и даже катиться боком. Поворачивает он как танк: один шнек тормозится, а другой работает, и так совершается поворот с большим радиусом. С малым радиусом, то есть практически на месте, шнекоход можно развернуть, заставив шнеки вращаться один вперёд, другой — назад. Очень удобно, не правда ли?

Кстати, сам Архимед придумал свой вид для подъёма воды. Он у него вращался в трубе, один конец которого находился в нижнем водоёме, а другой, соответственно в верхнем. Вращаясь в трубе, винт подавал порции воды наверх. Но, разумеется, точность изготовления всех деталей такого водоподъёмника должна была быть очень высокой.

Тише едешь, дальше будешь!

Вот только лететь до Титана аппарату с "титаноходом" на борту придётся около десяти лет. Быстрее не получится, если мы хотим отправить туда солидный полезный груз и сэкономить на топливе. А там "титаноход", скорее всего, будет спущен на поверхность планеты на парашюте и начнёт по ней передвигаться и проводить исследования. А вдруг даже в его суровых условиях обнаружится жизнь?

Причём сначала информация пойдёт на орбитальный аппарат, а уже оттуда на Землю. Сам "титаноход" останется там, как памятник дерзновенности человеческой мысли!

Целый кубометр человеческой мысли…

Питание машины будет осуществляться за счёт электробатареи, работающей на основе ядерного распада. То есть по сути — миниатюрного атомного реактора. Впрочем, не такого уж и миниатюрного. Размеры батареи примерно кубический метр. Так что наш шнекоход будет иметь в длину и в высоту не меньше полутора метров, и ещё метр в ширину.

Для каждой планеты — свой транспорт!

 

Какими ещё движителями могут быть оснащены аппараты для изучения планет, вращающихся вокруг Солнца, ведь условия на них встречаются самые разные? Вспомним для начала Луну и Марс, куда такие аппараты уже отправлялись. Ничего экзотического! На них использовались обычные, в принципе, колёса. Ну, может и не совсем обычные — без шин, но тем не менее именно колёса, а не, скажем, гусеницы. Машина на гусеницах была бы, скажем так, вездеходнее, но сам этот движитель по сравнению с колёсным намного сложнее и тяжелее. А ведь на космических аппаратах приходится экономить буквально каждый грамм.

Планетоход "Меркурианец" раскрывает зонт

Начнём с Меркурия — планеты, ближайшей к Солнцу. Там очень жарко (+427 °C) на солнечной, то есть дневной стороне и холодно (-173 °C) на ночной. Очередной исследовательский аппарат к Меркурию стартовал 20 октября 2018 года, однако приблизиться к этой планете он сможет лишь в 2025 году! Вот только планетохода на нём, увы, нет.

В любом случае шасси на машине для Меркурия должно иметь "скелетный профиль, чтобы оно как можно меньшей поверхностью контактировало с перегретой почвой. И ещё — над таким аппаратом обязательно должен быть предусмотрен жаропрочный "зонтик" для защиты от Солнца. Пусть даёт какую-никакую, а тень!

Для Венеры нужен дрон!

В 1961 году на экраны СССР вышел научно-фантастический кинофильм "Планета бурь" про экспедицию советских и американских космонавтов на планету Венера, где они встретили живых динозавров и даже плотоядную растительность. Там же был показан и фантастический "венероход" — машина на воздушной подушке. На самом деле на поверхности Венеры любому планетоходу, да и людям, конечно, пришлось бы очень плохо. Ведь Венера является самой горячей планетой в Солнечной системе: средняя температура её поверхности +462 °C, что выше, чем на Меркурии. А ещё там очень высокое давление и она покрыта слоем облаков из серной кислоты. К тому же атмосфера Венеры — это один сплошной ураган со скоростью ветра 120-140 м/сек (432-504 км/ч). Так что вездеходам там практически нечего делать. Но вот дроны, которые летают выше линии ураганных ветров, где и температура, и давление вполне приемлемы, снабжённые искусственным интеллектом, — они вполне могли бы проводить исследования и атмосферы, и венерианской поверхности, а полученные сведения передавать на орбитальный спутник-ретранслятор.

Вездеходы для Ио

Самый загадочный объект Солнечной системы — это Ио, спутник Юпитера. Большую часть его поверхности занимают плоские равнины, покрытые серой или её замерзшим диоксидом. Но там же есть и высокие горы, где замечен активный вулканизм с выбросами лавы. Наблюдал эту планету и приближался к ней целый ряд космических аппаратов, но вот людям на её поверхности быть противопоказано из-за высокого уровня радиации: человек на поверхности Ио получал бы дозу радиации около 3600 рад (36 Гр) в день! Лавовые потоки на её поверхности могут состоять из расплавленной серы, а значит тамошнему планетоходу нужно иметь такую ходовую часть, чтобы он не мог в ней завязнуть. Например, шестикатковое шасси с квадратными колёсами, имеющими рельефные грунтозацепы. Чётные или нечётные колеса с каждой стороны должны быть сдвинуты относительно других на 180°, что только лишь повысит проходимость такой машины.

Подводная лодка для Ганимеда и Европы

Юпитер

Ганимед — спутник Юпитера, крупнейший спутник в Солнечной системе. Поверхность у него ледяная, а под ней, как считают, находится океан жидкой воды. Такой же незамерзающий океан находится и на Европе, тоже спутнике Юпитера, имеющей относительно гладкую ледяную поверхность. Однако, что она представляет собой, в точности неизвестно. Может быть, там сплошные торосы высотой в несколько метров, которые любому планетоходу окажутся не по зубам.

Существует другой проект: отправить на Европу атомный зонд ("Криобот"), который расплавил бы поверхностный лёд, достиг океана из жидкой воды и превратился бы в подводный аппарат ("Гидробот"). Его задача — собрать нужные образцы и отправить их на Землю. При этом и "Криобот", и "Гидробот" следует тщательно стерилизовать для предотвращения загрязнения подповерхностного океана Европы земными микроорганизмами. Подобное исследование можно было бы провести и на Ганимеде, но там это было бы сложнее по ряду причин. Впрочем, разработка реального проекта для подобной миссии на этих планетах пока что ещё очень далека от стадии технического воплощения.