Почему космические вездеходы застревают: инженеры нашли ошибку в тестировании
Когда марсоход или луноход застревает в рыхлом грунте, инженеры с Земли превращаются в виртуальный эвакуатор: посылают команды, которые по миллиметру сдвигают колеса, меняют траекторию движения и пытаются вытащить аппарат из песчаной ловушки. Так было с ровером Spirit, застрявшим на Марсе в 2009 году. С тех пор ученые стараются не допускать подобных ситуаций, но, как выяснилось, стандартные методы наземных испытаний сами по себе вводят в заблуждение.
Инженеры-механики из Университета Висконсин–Мэдисон обнаружили, что распространенный способ испытания планетоходов на Земле дает чересчур оптимистичную картину их проходимости. Проблема в том, что на Луне и Марсе сила тяжести гораздо слабее, чем на Земле. Чтобы учесть это, исследователи традиционно создают уменьшенные копии аппаратов — примерно в шесть раз легче оригинала — и запускают их по песку в пустынях, рассчитывая, что так можно воспроизвести условия на Луне.
Однако такие испытания игнорируют один важный фактор — влияние земной гравитации не только на сам ровер, но и на сам песок. На это обратил внимание профессор Дэн Негрут, руководитель проекта. Его команда показала, что на Земле песок становится плотнее и жестче, чем на других телах с низкой гравитацией. Он сильнее сопротивляется сдвигу, а значит, лучше поддерживает вес машины.
На Луне же, где гравитация слабее, реголит ведет себя как рыхлая пыль: он легко сдвигается, и колеса могут проваливаться глубже, чем предполагалось по результатам наземных испытаний. Это резко снижает сцепление с поверхностью и повышает риск застревания.
Чтобы выявить эту ошибку, ученые использовали физический симулятор Project Chrono. Это открытая программная платформа, разработанная в университете Висконсин–Мэдисон при участии коллег из Италии. Она позволяет воссоздавать сложные механические системы, включая поведение полноразмерных роверов на рыхлой почве. Исследование велось в рамках проекта NASA, связанного с подготовкой миссии лунохода VIPER. При моделировании поведения этого ровера на Луне команда заметила расхождения между данными испытаний на Земле и результатами виртуальных симуляций. Так и была обнаружена основная ошибка.
Результаты работы опубликованы в журнале Journal of Field Robotics. Ученые считают, что их подход поможет не только NASA, но и многим другим структурам, которым приходится учитывать движение техники по мягким или неустойчивым поверхностям. Chrono уже применяется в разных отраслях: от моделирования ювелирных механизмов до тестирования проходимости армейских грузовиков и танков по бездорожью.
По словам Дэна Негрута, особенно важно то, что программа распространяется бесплатно и может использоваться в любой стране. Команда продолжает активно развивать симулятор и консультирует пользователей. Поддержку проекту оказывают NASA, Национальный научный фонд США и DARPA.
Ученые отметили, что конкурировать с крупными коммерческими симуляторами трудно, особенно когда все исходные идеи находятся в открытом доступе. Но именно это, по их словам, и помогает двигаться вперед — в том числе в таких сферах, где решения, предложенные университетской лабораторией, оказываются точнее и гибче, чем продукты крупнейших технологических компаний.
Самое популярное
