Perseverance (Mars 2020 rover) - Atlas V 541 - Canaveral SLC-41 - 30.07.2020

[Бугров]

А как он будет подъезжать к складу на поверхности?

Кажется, я знаю правильный ответ. И не потому, что "шибко вумный", а просто альтернативы нет.

Катиться на колесах с помощью вращающихся пропеллеров

Никогда и ни при каких условиях. Даже при земных условиях - что-то фигуры пилотажа "рулёжка по ВПП" я за вертолётами не примечал. Мягкое приземление - обычное дело. Но на Марсе оно невозможно: атмосфера чересчур разрежена. Только бахкаться с высоты на 4 прямые лапы как собака (но не кошка! кошка пружинить всеми суставами умеет)

На Марсе требует отработки (т.е. написать процедуру для полётного компа) прицеливание. Метод - зависание с переходом к волчкообразному движению вокруг вертикали для выбора "точки завершающего падения".

или на колесах, например на одном, будет мотор?

Вы тоже угадали правильный ответ. Только мотор будет на каждом колесе, о чём говорят и "протекторы" на рисунке. Поворотным каждое шасси не будет; это слишком утяжелит. А поворачивать будут, ставя на тормоз колесо, вокруг которого будут машину вертеть. Хотя и это может не понадобиться- главный поворотный механизм этого аппарата - манипулятор.

И это при том, что даже на нынешнем вертолете (без дополнительных инструментов) вес аппарата критичный.

Он не такой уж и критичный, если на взлёте даётся +30% тяги. Считаем: взлётный вес на Земле 1800 граммов. Увеличиваем прирост тяги на 10%, выходим на 30+3=33%. И смотрим по формулам (не помню, какая там степень берётся), но 1% взлётного веса это уже 18 граммов.

Грузовые вертолёты будут "чуть-чуть" больше, сказала Лори Глейз. Значит, уже рассчитали какие-то новые лопасти и/или набодяжили порошок, из которого можно прессовать винты, более выносливые к перегрузкам.

Но самое главное - миниатюризация двигателя! Я листал предложения к новой 10-летней программе НАСА, где упор на дешевизну. Один микрогеликоптер так и называется Dragonfly - то ли "Овод", то ли "Шершень".

Немцы большие мастаки по миниатюрным электродвигателям. В паровозы 9-мм колеи всовывали - и бегали, жужжали! Так что AeroVironment найдёт умельцев накрутить ротор-колёса минимального веса. Я в эту фирму верю )).

[andr59]

Но самое главное - миниатюризация двигателя! Я листал предложения к новой 10-летней программе НАСА, где упор на дешевизну. Один микрогеликоптер так и называется Dragonfly - то ли "Овод", то ли "Шершень".

Еще есть перевод - Стрекоза. Dragonfly, кажется, из другой оперы, это большой тяжелый вертолет, который в планах должен летать на спутнике Сатурна Титане. Там они откажутся от роверов и основным аппаратом для исследований будет  Dragonfly. Атмосфера плотная, вертолет может быть относительно тяжелым.

[andr59]

Он не такой уж и критичный, если на взлёте даётся +30% тяги.

Но для того чтобы поддерживать эти 30% при уменьшении сезонной плотности атмосферы пришлось на каком то этапе увеличивать число оборотов роторов с 2537 об. в мин до 2700 об. в минуту (сейчас вернулись к 2537), а это с одной стороны энергозатратно, с другой приводит к перегреву двигателя, а при увеличении скорости выше 2800 об в минуту скорость концов лопастей приближается к скорости звука и соответственно к увеличению аэродинамического сопротивления. Так что у марсианских вертолетов все на грани.

[andr59]

Оффтоп. Взгляд художника V Martin (а):

Piece from 2020: "Dragonfly towards the storm"
#SpaceArt #TitanMoon
Картина 2020г. "Стрекоза навстречу буре"
https://mastodon.social/@sharponlooker/108882401376893318


Дело происходит на Титане и там как раз действует вертолет Dragonfly.

[Старый]

Атмосфера плотная, вертолет может быть относительно тяжелым.

А солнечная батарея?  Ветролёт на РИТЭГе часом не перебор? Хотя впрочем... Гравитация маленькая...

[andr59]

А солнечная батарея? Ветролёт на РИТЭГе часом не перебор? Хотя впрочем... Гравитация маленькая...

На Марсе "Граммы решают все!", и поэтому только солнечные батареи и минимальный вес вертолета. Сейчас он 1,8 кг.

На Титане плотность атмосферы в 4 раза больше, чем на Земле, а гравитация составляет 15% от земной, поэтому в проекте Dragonfly для Титана совсем другие характеристики и технические решения. Во-первых будет использоваться РИТЭГ, во-вторых вес вертолета порядка 450кг.

[Бугров]

то ли "Овод", то ли "Шершень".

Еще есть перевод - Стрекоза. Dragonfly, кажется, из другой оперы, это большой тяжелый вертолет, который в планах должен летать на спутнике Сатурна Титане. Там они откажутся от роверов и основным аппаратом для исследований будет  Dragonfly. Атмосфера плотная, вертолет может быть относительно тяжелым.

Поправка к переводу принимается и вообще извините, что смешал переводчицкие хохмы с серьёзной информацией.

В сухом же остатке: я хотел сказать, что есть разработки и микрогеликоптеров. Конкретное название не запомнилось: я листал материалы к обсуждению новой 10-летней директивы, и в одном из них был ровер в окружении в буквальном смысле роя таких букашек.

[Бугров]

Но для того чтобы поддерживать эти 30% при уменьшении сезонной плотности атмосферы пришлось на каком то этапе увеличивать число оборотов роторов с 2537 об. в мин до 2700 об. в минуту (сейчас вернулись к 2537), а это с одной стороны энергозатратно, с другой приводит к перегреву двигателя, а при увеличении скорости выше 2800 об в минуту скорость концов лопастей приближается к скорости звука и соответственно к увеличению аэродинамического сопротивления. Так что у марсианских вертолетов все на грани.

Всё это с одной стороны (т.е. для Ingenuity) верно, а с другой стороны лишь частный случай, так как есть и другие модели.
В изданиях для средне-высшего читателя (habr, та же Википедия) тема раскрыта только для Ingenuity, причём в работу взяты только простейшие источники.

А вот из таких статей, как Generation of Mars Helicopter Rotor Model for Comprehensive Analyses (Witold J.F.Koning et al., 2018) — вот ссылка на закачку pdf — в лучшем случае взято по верхам. Это научные разработки двух других насовских центров, Эймса и Лэнгли (NASA Ames Research Center, NASA Langley Research Center), которые в этом топике, кажется, названы впервые. AeroVironment безусловно молодцы, они всем дают "изделие в металле и всю конструкцию", а вот научным справочником для них были материалы от Ames + Langley, с которыми AV тоже трудилась рука об руку. И вот смотрите начиная со стр. 3, там вверху "общая физика", а внизу табличка от AeroVironment, которая делала и испытывала варианты геометрии крыла. Высчитывала числа Рейнольдса для каждого. Дальше по тексту будут сплошные формулы и графики. Но если ориентироваться только по картинкам, то видно, как вырисовывается оптимальный аэодинамический вариант для данного материала крыла. То есть, всё индивидуально и спесифисськи.

Ни в одной национальной Википедии нет авторов, которые плавали бы в этих материалах как рыба в воде. Поэтому никто, ни в одной стране не раскрыл нам, лохам, тайну так называемого "Марсианского научного вертолёта"— вот ссылка на закачку pdf. Там на 2-й страничке маленький графичек, на котором грузоподъёмность гексакоптера доходит до 1,3 кг, т.е. более 200 г ка каждую из шести машинок.

Резюме: решения, как преодолеть связку ограничений "обороты — скорость звука", на самом деле есть. Но только вот повод прдемонстрировать их не представился: для гексакоптера требуется отдельная ракета, без никаких марсоходов.

[Бугров]

а это с одной стороны энергозатратно, с другой приводит к перегреву двигателя

В этой точке возникает хороший повод безответственно помечтать. Вообразив себя "экономистом" по разработке плана-графика экспедиции.

Главный вопрос: рассчитать максимальное удаление места посадки зонда от сховища (оно же depot) в стандартных 500-метровых рейсах так, чтобы все 15-20 гильз были перетасканы до наступления критических холодов и бурь, т.е. за 200-210 рабочих солов, или примерно к 230-240-му солу экспедиции, из которыз 30 солов отминусованы на простой на период "верхнего соединения". Ведь вся цепочка астрономических событий в новой экспедиции будет повторена - взлетают-то корабли в момент наибольшего сближения планет!

Очень познавательная анимашка из Википедии - если Землю принять за центропуп (гецоентрическая система координат), то по какой орбите "крутится вокруг неё" Марс.

[andr59]

Резюме: решения, как преодолеть связку ограничений "обороты — скорость звука", на самом деле есть. Но только вот повод прдемонстрировать их не представился: для гексакоптера требуется отдельная ракета, без никаких марсоходов.

В возвратной миссии марсоходов не будет, будут два вертолета типа Ingenuity + двухступенчатая твердотопливная ракета и рука манипулятор Леонардо. Зачем им два вертолета, для страховки? 
У 65dBnoise интересные, как всегда, мысли на этот счет. Сейчас выложу. Он что-то подозревает....

[andr59]

65dBnoise еще не знал, что место для склада выбрано и поэтому делает предположения.
https://fosstodon.org/@65dBnoise/109003656584707166

Представьте себе следующее: Вы - команда инженеров-первопроходцев #NASA, которые собираются разместить два вертолета класса "Ingenuity" рядом друг с другом на Марсе, ожидая, когда их вызовут на службу в качестве резервных транспортных средств для забора образцов. Вы также знаете, что на самом деле этого может никогда не произойти, потому что #Perseverance сделает все сам, т.е. "вручную" доставит образцы на посадочную платформу MSR.Что вы будете делать с двумя совершенно новыми и, скорее всего, неиспользуемыми вертолетами и посадочной площадкой на Марсе, *после* того, как MAV с образцами улетит?

Очевидно, что несение руки для захвата образцов и наличие колес для перекатывания на позицию не будет выполняться "почти идентичным" вертолетом Ingenuity. Два вертолета могут использовать одну и ту же механику полета, но они будут иметь гораздо более совершенную электронику и программное обеспечение (по сравнению с нынешним, прим. мое). И они не просто "умрут" от бесполезности после всех хлопот по их доставке в целости и сохранности на Марс. Ни один инженер не удовлетворился бы этим, и конечно, не инженеры НАСА. Поэтому я думаю, что гораздо более вероятно, что мы увидим реальные инновации, примененные в электронике этих вертолетов

Остаются вопросы о том, как вертолеты будут пассивно катиться по земле на своих колесах, используя только лопасти ротора; не столько о начале сближения, сколько о безопасной _остановке_ на очень близком расстоянии от посадочной площадки. Это будет очень интересно увидеть. Я не думаю, что НАСА раскроет гораздо больше информации о своем проекте до встречи с ЕКА в ноябре, хотя, возможно, им будет что сказать примерно во время этой встречи, чтобы сделать свои аргументы более убедительными

Интересные времена!

НАСА и не раскрыло подробностей на брифинге.
Мы тут уже решили, что лопасти при движении использоваться не будут, но будут использоваться моторы.

[andr59]

Очень познавательная анимашка из Википедии - если Землю принять за центропуп (гецоентрическая система координат), то по какой орбите "крутится вокруг неё" Марс.

Птолемей бы обрадовался.

[Бугров]

Резюме: решения, как преодолеть связку ограничений "обороты — скорость звука", на самом деле есть. Но только вот повод прдемонстрировать их не представился: для гексакоптера требуется отдельная ракета, без никаких марсоходов.

В возвратной миссии марсоходов не будет

Это-то я знаю. Моё резюме относилось к необязательной информации о том, что помимо известного нам решения есть энное число разработок, в которых какие-то проблемы решены, либо обходятся. Так, самолёты, кончики лопастей винтов которых давали 1,15 скорости звука, были построены и летали в середине 1950-х. Всё б ничего, но больно уж шумели )).

Зачем им два вертолета, для страховки?

Полагаю что да. Причём страхуются не от поломок, а от того, чтобы не влезть в нелётный период. Типа, на двухсменке работать будут.

У 65dBnoise интересные, как всегда, мысли на этот счет.

Он удивительно близок скорее нам, "неорганизованным мечтателям", чем своим - организованным американцам. Неслучайно онкинулся в те же фантазии, что и мы )).

65dBnoise великолепен во многих своих умениях. Но вот физика у него подкачала. Вертолёт по определению не может создавать горизонтальной тяги своими винтами. Только вертикальный взлёт-посадка. Перемещаться по полю в горизонтальном направлении он может только вприпрыжку. Как лягушка. Или кузнечик.

[andr59]

Он удивительно близок скорее нам, "неорганизованным мечтателям", чем своим - организованным американцам.

По некоторым косвенным данным (время выхода в интернет, например) он европеец, но могу ошибаться. 

[Stanislav.s]

[Stanislav.s]

MastCamZ, Sherloc, SuperCam sol 557,558, клик.

[andr59]

В блоге НАСА опубликована статья  главного инженера по роботизированным операциям в NASA / JPL Ванди Вермы о тонкостях связанных с позиционированием роботизированной руки Perseverance и инструментах на ней.

September 16, 2022
The Perseverance Robotic Arm Tightrope of Abrasion Proximity Science
Written by Vandi Verma, Chief Engineer for Robotic Operations at NASA/JPL
https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/status/405/the-perseverance-robotic-arm-tightrope-of-abrasion-proximity-science/

[Бугров]

По некоторым косвенным данным (время выхода в интернет, например) он европеец, но могу ошибаться.

Может, и так. Но всё равно человек приятный своей любознательностью. С таким не грех и в одной луже оказаться. В общем, пока мы с ним и с вами барахтались в догадках, как новый вертолёт кататься по грунту будет, оказывается, что всё давно уж написано и расписано. У меня мелькала мысль: ведь не из пустой головы художник рисовал. Должен же быть какой-то источник для его фантазий!

Источник этот нашёлся. И конечно же, на AeroVironment. Кому как не им свои конструкции апгрейдить. Ещё в марте они опубликовали:

http://dx.doi.org/10.1109/AERO53065.2022.9843820
https://ieeexplore.ieee.org/document/9843820

Benjamin T. Pipenberg; Sara A. Langberg; Jeremy D. Tyler; Matthew T. Keennon
Conceptual Design of a Mars Rotorcraft for Future Sample Fetch Missions
Publisher: IEEE

Пока зацепил только реферат, полный PDF недоступен. Но и из той выжимки ясно, что поднимать он будет 280 граммов, и что колёсики будут крутиться:

This paper describes a conceptual Mars rotorcraft designed to assist a notional Mars sample return mission by providing high resolution terrain mapping, science images, and sample fetch capability when paired in tandem with a conventional rover or lander. The concept of operations is similar to the Ingenuity Mars Helicopter flown as part of the Mars 2020 mission with the fetch rotorcraft stowed on a lander or rover through entry, decent, and landing at Mars, followed by deployment to the surface and operation as a standalone spacecraft. The payload capability of the rotorcraft is 280 grams when outfitted with a manipulator arm and wheeled mobility system; this payload could take the form of samples being collected for retrieval, stereo camera pairs for terrain mapping, high-resolution cameras for imaging science targets inaccessible to rovers, MEMS sensors such as gravimeters or soil humidity sensors. The concept being presented is a coaxial helicopter based heavily on the system developed and validated through the Ingenuity technology demonstration program; key components are modified based on lessons learned from Ingenuity's flights at Mars to increase the endurance and payload capability of the helicopter while maintaining the majority of the flight heritage. Modifications to the baseline Ingenuity design include an updated battery with higher specific energy, a lighter collective-only upper rotor control system, updates to the propulsion motor, and a larger solar array. To accomplish separation from the lander prior to flight and safe operation around the primary mission assets, the helicopter includes a wheeled mobility system mounted to the landing gear which has been prototyped and tested in representative conditions on Earth. In this paper, the authors will present the concept of operations for the system, the conceptual design for the helicopter, several options for accommodation and egress from the lander or rover, and aerodynamic design and performance estimates for the rotors and power system. In addition, prototypes of the wheeled mobility system and a 90 g robotic arm for sample collection will be presented and discussed.

Может Станислав потом сможет и чего побольше раздобыть ))).

[Stanislav.s]

Мэтью Киннон и компания, как создавался вертолет, перевод Яндекс.

[andr59]

Пока зацепил только реферат, полный PDF недоступен. Но и из той выжимки ясно, что поднимать он будет 280 граммов, и что колёсики будут крутиться:

У вертолетов будут обновленные двигатели, более крупная солнечная батарея, а вес руки-манипулятора для сбора образцов будет весить 90 грамм.