— ПЛАНЫ, ПРОЕКТЫ, ПРЕДПРИЯТИЯ
Рассказ о появлении "Нефритового зайца" - первого китайского лунохода
Каким должен был быть этот "Нефритовый заец"? Проектировщики без конца предполагали - как должен выглядеть маленький луноход "с крыльями", изображая его на бумаге. Некоторые предлагали 4-х колесный аппарат, некоторые - 6-ти, другие - 8-колесную машину. Квадратная, треугольная, трапециевидная солнечная панель; одни предлагали " серьезный" дизайн, другие - "легкий", третьи делали луноход супер-современным - похожим на роботов из фильма "Трансформеры"...
Первый китайский луноход - "Нефритовый заец", спустя 10 лет после зарождения, наконец-то появился на свет.
"Холодильник на колесах"
В июле 2004 года сотрудник Китайского исследовательского института космических технологий Цзя Ян получил задание на разработку лунохода. Чтобы определить, каким будет аппарат, передвигающийся по Луне, конструктор нарисовал три пересекающихся круга на бумаге - каждый из которых означал - космический аппарат, транспортную машину, робота - на пересечении этих трех кругов и находился луноход.
"Я специально нарисовал круг для "космического аппарата" больше, тем самым я показал, что значение лунохода как космического аппарата равнозначно другим двум его функциям - луноход не просто космический аппарат - он также должен двигаться по земле", - говорит Цзя Ян
В 2004 году Китай официально запустил программу по исследованию Луны - "Движение по орбите, прилунение, возвращение" для космического аппарата "Чанъэ". Более 10 НИИ и ВУЗов Китая предложили свои конструкторские решения для этапа прилунения. Какие-то из конструкторских решений были быстроходными, преимуществом других - была подвижная "рука" лунохода, третьих - вездеходность.
В 2008 году программа по созданию Чанъэ-3 была официально запущена. Китайский исследовательский институт космических технологий и Шанхайская академия по технологии космических полетов совместно с другими крупнейшими НИИ и ВУЗами начали совместную разработку лунохода.
Более 100 китайских организаций приняли участие в разработке "Нефритового зайца", заместитель генерального конструктора зонда Чанъэ-3 Цзя Ян рассказывает: "Изучив зарубежную информацию по данному проекту, мы пришли к принципиальному пониманию основных моментов создания лунохода, однако в иностранных материалах не содержалось информации о деталях, в этих вопросах оставалось рассчитывать только на свои силы."
На самых первых чертежах луноход имел квадратную форму, некоторые, ругаясь назвали его "холодильником на колесах".
Для этого конструкторы начали обдумывать каким должен быть окончательный выбор требуемого проекта.
"Из-за ограничений по весу и других условий, мы лишь могли всеми силами упрощать конструкцию, чтобы гарантировать достижение требуемых функций. Возможно, есть те, кто скажет - луноход не достаточно красив, однако в наших глазах - он был прекрасен - потому что он удовлетворял нужным требованиям. Если рассматривать вопрос только с эстетической точки зрения, то и тогда я бы хотел чтобы конструкция обрела вид трансформеров из кино."
Как сделать так, чтобы "Нефритовый заец" поехал
Что касалось способности "Нефритового зайца" двигаться по Луне, то самым сложным для конструкторов был вопрос, сможет ли луноход продолжить движение, если он вдруг перевернется.
"Мы долго размышляли над этим и пришли к выводу, что это невозможно - на аппарате было много чувствительной техники, солнечные батареи, если бы он перевернулся, то они бы покрылись лунной пылью, даже если бы он встал обратно - то не смог бы нормально функционировать. Поэтому мы могли разрабатывать его при условии, что он не будет переворачиваться", - рассказывает Цзя Ян.
После того как мы определились с самой подходящей 6-колесной конструкцией для перемещения по рыхлому лунному грунту, основным вопросом, который заставил искать решение разработчиков несколько месяцев - как соединить между собой 3 колеса на каждой стороне лунохода. "У одной конструкции - передний привод был мощным, у второй - слабым. Но для себя я сразу решил, что, естественно, передний привод должен быть мощным", - продолжает Цзя Ян.
Однако расчет, произведенный компьютером, показал, что при сильной передней передаче - понижается возможность движения назад. Конструкторы отметили следующую проблему: "Если луноход вначале преодолеет маленькое препятствие, а впереди столкнется с большим - то уже точно не сможет вернуться назад. Если выбрать конструкцию с усиленной передней передачей - то луноход может легко попасть в "ловушку", из которой он не сможет выбраться. В итоге победил проект с усиленной задней передачей.
Чжан Юйхуа рассказывает: "Когда мы создавали первый китайский луноход, мы не имели представления о лунной поверхности. Изучая американские и советские материалы, мы поняли, что их данные не совпадают, поэтому мы решили использовать самые жесткие требования к конструкции".
Чтобы снизить вес, мы решили использовать для колес лунохода фильтры, для всех конструкций решили использовать защиту от лунной пыли.
Мы использовали против лунной пыли специальную прокладку и провели эксперимент на "живучесть", проделав его только наполовину - мы обнаружили, что лунная пыль все-так проникла внутрь. Мы проделывали эксперимент множество раз - добавляет Чжан Юйхуа.
Уменьшить вес "Нефритового зайца"
Вес "Нефритового зайца" самая большая проблема конструкторов.
На первых порах разработчики надеялись сохранить вес лунохода в пределах 120 кг.
Вес советского лунохода составлял более 700 кг, а американского - более 200 кг, однако "нефритовый заец" приблизился к весу американского марсохода - или около 180 кг Spirit и Opportunity, однако Curiosity достигал 900 кг.
Требования были очень строгими в отношении веса и современных возможностей грузоподъемности китайских ракетоносителей, а также это имело отношение к промышленной базе.
"В начале очень много старых специалистов считали, что данная цель недостижима, даже рассчитывая на такой легкий аппарат, все равно считали такую возможность маловероятной", добавляет Чжан Юйхуа, - "Однако мы храбро надеялись на возможность прогресса в этом вопросе".
"Решая вопрос веса мы рассмотрели очень много возможных способов, речь тогда уже шла не просто о снижение на килограммы, но о каждом грамме", - отмечает Цзя Ян.
Например: соединив мачтовый кран и антенну в одно целое - мы сэкономили несколько килограмм; чтобы преодолеть лунную ночь, мы решили отказаться от накопительской батареи, и решили использовать цепь обратного тока на двухфазном потоке, сократив тем самым вес на несколько десятков килограмм; использовав комплексное электронное оборудование сократили вес на 20 кг...
Кроме этого, выбрав какие-то соединительные кабели, разъемы при сварке каждого из которых мы пытались минимизировать дополнительный вес - каждый раз строго обсуждая эти вопросы.
"Такая работа "с каждым граммом веса", привела к тому, что вес лунохода уменьшился с 200 до 136 кг, "в ходе работы над снижением совокупного веса мы получили много полезного опыта, например, разработали многофункциональные солнечные батареи на "крыльях" лунохода, комплексную систему электроники, структурную минимизацию, которые потом можно будет успешно применять в создании других космических аппаратах" - добавляет Цзя Ян.
Дать "Нефритовому зайцу" хорошенько отоспаться
Контролируя "вес" "зайца" конструкторы решили вопрос лунной ночи, без использования накопительной батареи. Как сохранить в тепле "зайца" во время лунной ночи, когда температура падает ниже 180 градусов по Цельсию. Используя силу гравитации Луны, разработчики создали "обогреватель" на цепи обратного тока на двухфазном потоке.
Мы сделали так, что солнечные батареи "крылья", соединенные вместе, могли многократно раскрываться, во время лунной ночи служить теплым "одеялом" - эта разработка применялась в Китае впервые, отмечает Чжан Юйхуа.
В самом первом проекте нахождения лунохода в условиях лунной ночи, для "сна" "Нефритового зайца" конструкторы поставили высокие требования, для проведения лунной ночи нужно было найти подходящее место сна, так как после прилунения луноход не найдет нужного места для ночевки, так как это имело решающее значение.
На самом деле, решение вопроса о том как луноход будет вырывать яму пришло из решения другой трудной проблемы.
В 2005 году американский марсоход "Opportunity" попал в пески, и у инженеров ушло достаточно много времени перед тем как марсоход сумел выбраться.
"Это вызывало у нас много беспокойства. Рыхлый лунный грунт, колеса попадут в яму - очень вероятная ситуация. Поэтому мы спрятали колеса лунохода на одну треть, или до одной второй - чтобы проверить вездеходность лунохода, добавляет Цзя Ян. Чтобы проверить работает ли этот способ во время лунной ночи, мы проверили способ вращения, чтобы по итогам выбрать наиболее эффективную конструкцию.
Тестирование "Нефритового зайца"
Перед тем как запустить луноход на Луну, его многократно тестировали в самых строгих условиях.
В специальной экспериментальной комнате, которая симулировала лунные условия, уставленной пылью примерно на полметра, похожий на лунный грунт - вулканической пыли,поверхность земли неровная, множество малых и больших камней. Здесь луноход проводил испытания по преодолению препятствий, съемке, передаче данных, анализу лунного грунта и других основных функций.
Американские астронавты по возвращению с Луны говорили, самая большая проблема человечества при исследовании Луны -- это лунная пыль.
В ходе экспериментов по симуляции лунной пыли, разработчики распылили ее по экспериментальной комнате, сложность ее преодоления соответствовала половине ложки соли, распыленной по площади 1 м поверхности. Такая пыль легко может прилипнуть к поверхности или попасть внутрь.
Чжан Юйхуа говорит, что "тогда было лето и в экспериментальной комнате нельзя было включать кондиционер, иначе пыль засорила бы трубы, температура внутри достигла более 40 градусов, но мы были одеты в маски и в специальную обувь - жара была едва переносима".
Специалисты нашли в пустыне еще одно место, разместив там другую экспериментальную площадку, так чтобы разработчики управляли луноходом в неизвестных условиях.
В ходе многомесячных испытаний, разработчики умывались полной инея водой, а днем находились под палящим солнцем, покрываясь с ног до головы потом. Когда поднималась буря, они защищали оборудование, ложась спать, плотно оборачивая все в упаковку, просыпаясь с утра они обнаруживали что все внутри покрыто пылью.
Опасная задача
Создавая первый китайский луноход, разработчики не могли и представить, что им придется преодолевать на своем пути такое количество препятствий. "Луноход вовсе не сложен, я думаю самолет, авианосец - более сложные. Однако из-за непредсказуемой лунной поверхности и невозможности ремонтировать луноход, задача его создания оказалось сложной и рискованной", - рассказывает Цзя Ян.
Китай с целью гарантировать надежность и безопасность космических аппаратов допускает использование новых продуктов на 20-30%, однако в аппарате "Чанъэ-3" этот показатель достигал 80%. Это вызывало большое беспокойство в успешности выполнения задачи у многих специалистов.
"Что касается меня, то успех дела - это та цель, которую мы пытаемся достичь всегда", - говорит Цзя Ян.
Однако, всегда быть успешным и никогда не проигрывать - противоречит науке, и невозможно в принципе. До сего дня человечество запустило более 100 лунных программ, успешных и провальных среди них примерно половина на половину.
Для успеха "Нефритового зайца" разработчики ежедневно решали различные вопросы. Постоянно думая о непредвиденных ситуациях, куда сильнее боялись еще более трудно предполагаемых опасностях, придумали тысячи способов и миллионы решений, искали их словно иголку в стоге сена, которую нельзя было не найти.
Мы решали проблемы всеми силами, решив их - не могли справиться с чувством тревоги за возможные риски, всегда понимали, что когда придет время, могут возникнуть неразрешимые трудности", - делится своими чувствами Цзя Ян, "Стресс был действительно сильным".
Хотя успехи Китая в развитии космической отрасли прекрасны, однако между ними и американскими и российскими разработками сохраняется большая дистанция, однако молодые китайские таланты, все-таки заставили завидовать коллег из США и России. Средний возраст команды разработчиков Чанъэ-3 - 30 с небольшим лет. Сунь Цзэчжоу - генеральному конструктору Чанъэ-3 - всего 37 лет, он самый молодой генеральный конструктор в китайской космической отрасли.
Первый генеральный конструктор китайской программы по исследованию Луны Сунь Цзядун говорит, через 20 лет эти молодые люди приведут китайскую космическую отрасль в золотую эпоху.
Рассказ о появлении "Нефритового зайца" - первого китайского лунохода
Каким должен был быть этот "Нефритовый заец"? Проектировщики без конца предполагали - как должен выглядеть маленький луноход "с крыльями", изображая его на бумаге. Некоторые предлагали 4-х колесный аппарат, некоторые - 6-ти, другие - 8-колесную машину. Квадратная, треугольная, трапециевидная солнечная панель; одни предлагали " серьезный" дизайн, другие - "легкий", третьи делали луноход супер-современным - похожим на роботов из фильма "Трансформеры"...
Первый китайский луноход - "Нефритовый заец", спустя 10 лет после зарождения, наконец-то появился на свет.
"Холодильник на колесах"
В июле 2004 года сотрудник Китайского исследовательского института космических технологий Цзя Ян получил задание на разработку лунохода. Чтобы определить, каким будет аппарат, передвигающийся по Луне, конструктор нарисовал три пересекающихся круга на бумаге - каждый из которых означал - космический аппарат, транспортную машину, робота - на пересечении этих трех кругов и находился луноход.
"Я специально нарисовал круг для "космического аппарата" больше, тем самым я показал, что значение лунохода как космического аппарата равнозначно другим двум его функциям - луноход не просто космический аппарат - он также должен двигаться по земле", - говорит Цзя Ян
В 2004 году Китай официально запустил программу по исследованию Луны - "Движение по орбите, прилунение, возвращение" для космического аппарата "Чанъэ". Более 10 НИИ и ВУЗов Китая предложили свои конструкторские решения для этапа прилунения. Какие-то из конструкторских решений были быстроходными, преимуществом других - была подвижная "рука" лунохода, третьих - вездеходность.
В 2008 году программа по созданию Чанъэ-3 была официально запущена. Китайский исследовательский институт космических технологий и Шанхайская академия по технологии космических полетов совместно с другими крупнейшими НИИ и ВУЗами начали совместную разработку лунохода.
Более 100 китайских организаций приняли участие в разработке "Нефритового зайца", заместитель генерального конструктора зонда Чанъэ-3 Цзя Ян рассказывает: "Изучив зарубежную информацию по данному проекту, мы пришли к принципиальному пониманию основных моментов создания лунохода, однако в иностранных материалах не содержалось информации о деталях, в этих вопросах оставалось рассчитывать только на свои силы."
На самых первых чертежах луноход имел квадратную форму, некоторые, ругаясь назвали его "холодильником на колесах".
Для этого конструкторы начали обдумывать каким должен быть окончательный выбор требуемого проекта.
"Из-за ограничений по весу и других условий, мы лишь могли всеми силами упрощать конструкцию, чтобы гарантировать достижение требуемых функций. Возможно, есть те, кто скажет - луноход не достаточно красив, однако в наших глазах - он был прекрасен - потому что он удовлетворял нужным требованиям. Если рассматривать вопрос только с эстетической точки зрения, то и тогда я бы хотел чтобы конструкция обрела вид трансформеров из кино."
Как сделать так, чтобы "Нефритовый заец" поехал
Что касалось способности "Нефритового зайца" двигаться по Луне, то самым сложным для конструкторов был вопрос, сможет ли луноход продолжить движение, если он вдруг перевернется.
"Мы долго размышляли над этим и пришли к выводу, что это невозможно - на аппарате было много чувствительной техники, солнечные батареи, если бы он перевернулся, то они бы покрылись лунной пылью, даже если бы он встал обратно - то не смог бы нормально функционировать. Поэтому мы могли разрабатывать его при условии, что он не будет переворачиваться", - рассказывает Цзя Ян.
После того как мы определились с самой подходящей 6-колесной конструкцией для перемещения по рыхлому лунному грунту, основным вопросом, который заставил искать решение разработчиков несколько месяцев - как соединить между собой 3 колеса на каждой стороне лунохода. "У одной конструкции - передний привод был мощным, у второй - слабым. Но для себя я сразу решил, что, естественно, передний привод должен быть мощным", - продолжает Цзя Ян.
Однако расчет, произведенный компьютером, показал, что при сильной передней передаче - понижается возможность движения назад. Конструкторы отметили следующую проблему: "Если луноход вначале преодолеет маленькое препятствие, а впереди столкнется с большим - то уже точно не сможет вернуться назад. Если выбрать конструкцию с усиленной передней передачей - то луноход может легко попасть в "ловушку", из которой он не сможет выбраться. В итоге победил проект с усиленной задней передачей.
Чжан Юйхуа рассказывает: "Когда мы создавали первый китайский луноход, мы не имели представления о лунной поверхности. Изучая американские и советские материалы, мы поняли, что их данные не совпадают, поэтому мы решили использовать самые жесткие требования к конструкции".
Чтобы снизить вес, мы решили использовать для колес лунохода фильтры, для всех конструкций решили использовать защиту от лунной пыли.
Мы использовали против лунной пыли специальную прокладку и провели эксперимент на "живучесть", проделав его только наполовину - мы обнаружили, что лунная пыль все-так проникла внутрь. Мы проделывали эксперимент множество раз - добавляет Чжан Юйхуа.
Уменьшить вес "Нефритового зайца"
Вес "Нефритового зайца" самая большая проблема конструкторов.
На первых порах разработчики надеялись сохранить вес лунохода в пределах 120 кг.
Вес советского лунохода составлял более 700 кг, а американского - более 200 кг, однако "нефритовый заец" приблизился к весу американского марсохода - или около 180 кг Spirit и Opportunity, однако Curiosity достигал 900 кг.
Требования были очень строгими в отношении веса и современных возможностей грузоподъемности китайских ракетоносителей, а также это имело отношение к промышленной базе.
"В начале очень много старых специалистов считали, что данная цель недостижима, даже рассчитывая на такой легкий аппарат, все равно считали такую возможность маловероятной", добавляет Чжан Юйхуа, - "Однако мы храбро надеялись на возможность прогресса в этом вопросе".
"Решая вопрос веса мы рассмотрели очень много возможных способов, речь тогда уже шла не просто о снижение на килограммы, но о каждом грамме", - отмечает Цзя Ян.
Например: соединив мачтовый кран и антенну в одно целое - мы сэкономили несколько килограмм; чтобы преодолеть лунную ночь, мы решили отказаться от накопительской батареи, и решили использовать цепь обратного тока на двухфазном потоке, сократив тем самым вес на несколько десятков килограмм; использовав комплексное электронное оборудование сократили вес на 20 кг...
Кроме этого, выбрав какие-то соединительные кабели, разъемы при сварке каждого из которых мы пытались минимизировать дополнительный вес - каждый раз строго обсуждая эти вопросы.
"Такая работа "с каждым граммом веса", привела к тому, что вес лунохода уменьшился с 200 до 136 кг, "в ходе работы над снижением совокупного веса мы получили много полезного опыта, например, разработали многофункциональные солнечные батареи на "крыльях" лунохода, комплексную систему электроники, структурную минимизацию, которые потом можно будет успешно применять в создании других космических аппаратах" - добавляет Цзя Ян.
Дать "Нефритовому зайцу" хорошенько отоспаться
Контролируя "вес" "зайца" конструкторы решили вопрос лунной ночи, без использования накопительной батареи. Как сохранить в тепле "зайца" во время лунной ночи, когда температура падает ниже 180 градусов по Цельсию. Используя силу гравитации Луны, разработчики создали "обогреватель" на цепи обратного тока на двухфазном потоке.
Мы сделали так, что солнечные батареи "крылья", соединенные вместе, могли многократно раскрываться, во время лунной ночи служить теплым "одеялом" - эта разработка применялась в Китае впервые, отмечает Чжан Юйхуа.
В самом первом проекте нахождения лунохода в условиях лунной ночи, для "сна" "Нефритового зайца" конструкторы поставили высокие требования, для проведения лунной ночи нужно было найти подходящее место сна, так как после прилунения луноход не найдет нужного места для ночевки, так как это имело решающее значение.
На самом деле, решение вопроса о том как луноход будет вырывать яму пришло из решения другой трудной проблемы.
В 2005 году американский марсоход "Opportunity" попал в пески, и у инженеров ушло достаточно много времени перед тем как марсоход сумел выбраться.
"Это вызывало у нас много беспокойства. Рыхлый лунный грунт, колеса попадут в яму - очень вероятная ситуация. Поэтому мы спрятали колеса лунохода на одну треть, или до одной второй - чтобы проверить вездеходность лунохода, добавляет Цзя Ян. Чтобы проверить работает ли этот способ во время лунной ночи, мы проверили способ вращения, чтобы по итогам выбрать наиболее эффективную конструкцию.
Тестирование "Нефритового зайца"
Перед тем как запустить луноход на Луну, его многократно тестировали в самых строгих условиях.
В специальной экспериментальной комнате, которая симулировала лунные условия, уставленной пылью примерно на полметра, похожий на лунный грунт - вулканической пыли,поверхность земли неровная, множество малых и больших камней. Здесь луноход проводил испытания по преодолению препятствий, съемке, передаче данных, анализу лунного грунта и других основных функций.
Американские астронавты по возвращению с Луны говорили, самая большая проблема человечества при исследовании Луны -- это лунная пыль.
В ходе экспериментов по симуляции лунной пыли, разработчики распылили ее по экспериментальной комнате, сложность ее преодоления соответствовала половине ложки соли, распыленной по площади 1 м поверхности. Такая пыль легко может прилипнуть к поверхности или попасть внутрь.
Чжан Юйхуа говорит, что "тогда было лето и в экспериментальной комнате нельзя было включать кондиционер, иначе пыль засорила бы трубы, температура внутри достигла более 40 градусов, но мы были одеты в маски и в специальную обувь - жара была едва переносима".
Специалисты нашли в пустыне еще одно место, разместив там другую экспериментальную площадку, так чтобы разработчики управляли луноходом в неизвестных условиях.
В ходе многомесячных испытаний, разработчики умывались полной инея водой, а днем находились под палящим солнцем, покрываясь с ног до головы потом. Когда поднималась буря, они защищали оборудование, ложась спать, плотно оборачивая все в упаковку, просыпаясь с утра они обнаруживали что все внутри покрыто пылью.
Опасная задача
Создавая первый китайский луноход, разработчики не могли и представить, что им придется преодолевать на своем пути такое количество препятствий. "Луноход вовсе не сложен, я думаю самолет, авианосец - более сложные. Однако из-за непредсказуемой лунной поверхности и невозможности ремонтировать луноход, задача его создания оказалось сложной и рискованной", - рассказывает Цзя Ян.
Китай с целью гарантировать надежность и безопасность космических аппаратов допускает использование новых продуктов на 20-30%, однако в аппарате "Чанъэ-3" этот показатель достигал 80%. Это вызывало большое беспокойство в успешности выполнения задачи у многих специалистов.
"Что касается меня, то успех дела - это та цель, которую мы пытаемся достичь всегда", - говорит Цзя Ян.
Однако, всегда быть успешным и никогда не проигрывать - противоречит науке, и невозможно в принципе. До сего дня человечество запустило более 100 лунных программ, успешных и провальных среди них примерно половина на половину.
Для успеха "Нефритового зайца" разработчики ежедневно решали различные вопросы. Постоянно думая о непредвиденных ситуациях, куда сильнее боялись еще более трудно предполагаемых опасностях, придумали тысячи способов и миллионы решений, искали их словно иголку в стоге сена, которую нельзя было не найти.
Мы решали проблемы всеми силами, решив их - не могли справиться с чувством тревоги за возможные риски, всегда понимали, что когда придет время, могут возникнуть неразрешимые трудности", - делится своими чувствами Цзя Ян, "Стресс был действительно сильным".
Хотя успехи Китая в развитии космической отрасли прекрасны, однако между ними и американскими и российскими разработками сохраняется большая дистанция, однако молодые китайские таланты, все-таки заставили завидовать коллег из США и России. Средний возраст команды разработчиков Чанъэ-3 - 30 с небольшим лет. Сунь Цзэчжоу - генеральному конструктору Чанъэ-3 - всего 37 лет, он самый молодой генеральный конструктор в китайской космической отрасли.
Первый генеральный конструктор китайской программы по исследованию Луны Сунь Цзядун говорит, через 20 лет эти молодые люди приведут китайскую космическую отрасль в золотую эпоху.
Комментариев нет:
Отправить комментарий