Что сломалось в марсоходе
Уже больше недели марсоход Curiosity стоит неподвижно на подходе к горе Шарпа. Стоит на месте неуклюже подняв руку перед собой. Все системы, кроме одной, работают нормально, но этого сбоя хватило, чтобы задержать всю миссию - заело буровое устройство. Все работы манипулятором остановлены, и инженеры ищут причину неисправности и пытаются дистанционно починить инструмент.
В экспедиции марсохода Curiosity сейчас довольно скучный этап: осталось за спиной живописное нагорье Мюррэя, а до ближайшего утеса горы Шарпа еще пару километров пешком. Их и преодолевал марсоход, оглядывая окрестные темные пески и гипсовые слоистые отложения.
По пути встретил небольшой метеорит и он хоть немного разнообразил впечатления от унылой равнины.
Хотя ученые уже неплохо представляют себе строение и состав грунта этой равнины, но решили провести очередной забор грунта для исследования внутренними лабораторными приборами: газовым хроматографом SAM и рентгеновским дифрактометром CheMin. Выбрали подходящее удобное место, обстреляли его лазерным спектрометром ChemCam, навели манипулятор, и расположили буровое устройство на изготовку.
Проверив марсоход на следующий день, выяснили, что пробной скважины под буром не оказалось. Произошедший сбой не первый для бурового устройства, но раньше были другие проблемы. Чтобы в них разобраться подробнее изучим устройство для забора грунта.
На манипуляторе Curiosity располагается два исследовательских прибора и три рабочих инструмента.
Альфа-протонный спектрометр APXS - это канадский прибор, позволяющий определять химический состав образцов, к которым прижат прибор. Макрокамера MAHLI показывает поверхность с десятикратным увеличением с высочайшим качеством. Она же делает впечатляющие сэлфи марсохода.
Для дополнительной защиты, камера MAHLI обладает механической крышкой объектива от пыли, и светодиодной подсветкой для ночной съемки.
Металлическая щетка DRT очищает от пыли и песка отдельные участки поверхности, которые потом изучают при помощи ChemCam, APXS или MAHLI.
Два инструмента на манипуляторе предназначены для взятия образцов грунта и подготовки их к погрузке во внутренние лабораторные приборы. Чутким приборам требуется ограниченные объемы сыпучих образцов с размерами крупинок не более 1 мм и 0,15 мм. Инструмент CHIMRA осуществляет две смежные функции: собирает грунт ковшом или из грунтосборника бура, и он же просеивает и дозирует образцы перед выгрузкой в воронки на корпусе. CHIMRA это комплекс емкостей, трубок и сит, по которым передвигается сухой грунт, разделяясь на образцы и ненужный шлам. Перемещение и просеивание происходит под действием силы притяжения Марса, движений манипулятора, вибрации от виброгенератора и встряхиваний от ударного механизма дрели.
[Как происходит просеивание грунта в CHIMRA]
Дрель - самый главный, массивный и сложный элемент манипулятора. Его возможности позволяют проникать на глубину 7 см в Марс, и поднимать образцы с такой глубины. Это обеспечивается строением бура в виде полой трубки, через которую проходит сверло с широкой и короткой режущей частью.
Во время буровых работ, манипуляторный блок неподвижен и упирается в грунт двумя “рогами” в передней части. Подача бура и усилие на сверло передается внутренним механизмом.
Для улучшения буровых функций, дрель оборудована “перкуссией” - электромагнитным ударным механизмом создающим возвратно-поступательные движения ударника с частотой 1800/мин, передающимся на основание сверла. Он же помогает в перемещении образцов грунта в CHIMRA. Ударный механизм уже становился источником проблем в манипуляторе - бортовая система неоднократно регистрировала где-то в нем короткие замыкания.
Причина их пока не известна и возникают они не при каждом включении ударника. Но работоспособность бура удалось сохранить только благодаря резервной электросети.
Сегодняшний сбой никак не связан с коротким замыканием ударного механизма.
Как раз за пару дней до последнего происшествия Curiosity провел цикл очистки внутренних полостей CHIMRA используя только свой вибромеханизм - без использования ударника дрели. Это испытание провели заранее, на случай если в дальнейшем придется обходиться без “перкуссии”. Прочистка, вроде бы, прошла успешно, хотя текущий сбой произошел сразу после нее, но пока нет данных, что тут есть причинно-следственная связь.
Когда пришло время новой скважины, буровое устройство уперли в грунт и отдали команду на внедрение, но ничего не произошло. Не сработал механизм подачи бура. Всё выглядит так, что его просто заклинило. Хотя NASA еще надеется, что дело просто в датчике давления.
Подвижная часть инструмента включает в себя буровую головку, систему выведения грунта, электродвигатель, шпиндель с передаточным механизмом, ударный механизм.
Выдвижение подвижной части бурового механизма проходит по системе роликов и направляющих, и осуществляется за счет вращения винтового вала, которое преобразуется в поступательное движение через шариково-винтовую передачу. Двигатель подачи размещен в неподвижном основании бурового устройства и обеспечивает нагрузку в 12 кгс на бур.
Причина сбоя кроется где-то там: возможно проблема с электродвигателем, возможно в шариковой передаче, возможно - на что больше всего надеется NASA - в датчике усилия. Если проблема в датчике, то его отключение или перепрошивка решила бы проблему. Если неисправность в механике, то всё сложнее.
Судя по кадрам, которые передает марсоход, есть опасения, что причина все-таки механическая. Марсоход несколько дней подряд снимал манипулятор, видимо в ходе тестов различных команд, и только на третий день инженерам удалось добиться выдвижение бура, примерно на один миллиметр.
К сожалению, это пока единственный успех.
На марсоходе расположено два пенала с запасными сверлами, но замены ни разу не производилось просто потому, что износ действующего еще не так существенен. В большинстве участков приходилось бурить плотный сухой слежавшийся грунт, и лишь однажды пришлось взяться за довольно твердый песчаник. Возможно, инженеры опасаются какого-либо сбоя при смене сверла и не хотят рисковать.
Если механизм подачи бура не исправить, то функциональность марсохода существенно упадет. По крайней мере, ценность его работы для геологов, сильно сократится. Бур обеспечивает добычу грунта из определенных геологических слоев, который сохранялся без влияния внешних условий несколько миллионов лет. Ранее, в ходе моделирования, ученые получили результаты, что органические соединения в верхних 5 см грунта Марса разрушаются под действием космического излучения в течение 1 млрд лет. Если не будет к ним доступа, то останется только сыпучий результат выветривания, который можно черпать ковшом.
[Как работает ковш]
Собираемый песок сложно привязать к конкретному геологическому слою, а значит определение геологической истории Марса станет затруднено, а это главная цель Curiosity.
Марсоход на сегодня прошел более 15 км, но это расстояние только подхода к главной цели исследования - склону горы Шарпа (Эолиды). Самые любопытные цели с точки зрения поиска возможных свидетельств древней марсианской жизни - Гематитовый хребет и отложения филлосиликатных глин - еще впереди.
Подготовлено для Nplus1.
Zelenyikot
Если интересен космос, подпишитесь в ЖЖ, Facebook или Twitter.
Книги о космосе и науке от издательства "Альпина". - с любой вашей покупки по этой ссылке мне процент, так что ни в чем себе не отказывайте ;)