Учебный проект "Автономный бульдозер"

ПРОЕКТ АВТОНОМНЫЙ БУЛЬДОЗЕР Руководитель Николаев Олег Николаевич Соликамск 2023 Тохтуева

ОГЛАВЛЕНИЕ

	Аннотация………………………….................................................................. Введение………………....................................................................................	3 4
	Содержание…................................................................................................... Выводы и практические рекомендации......................................................... Заключение………………………...................................................................	8 9 10
	Список источников и используемого программного обеспечения………	11
	Приложение 1...................................................................................................	12
	Приложение 2...................................................................................................	13

Аннотация

Представленная работа состоит из 13 страниц и содержит перечень свободных источников (адресов сайтов в сети Интернет), также свободного рассуждения на тему космических систем, которые могут понадобится при колонизации Марса.

Работа содержит описание реализованного и действующего проекта в условиях планеты Земля на базе конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 и при помощи программного обеспечения LEGO MINDSTORMS Education EV3LabVIEW. Работа нашего прототипа представлена в видеоролике на канале в сети Интернет по ссылке

https://rutube.ru/video/e80b4e75337895130f6f3fc0f46ee293

В Приложениях представлена фотография (внешний вид прототипа), а также программа для реализации простейших функций прототипа таких как движение по заданному маршруту, обнаружение и уборка препятствий (мусора) с маршрута движения.

Введение

В научно-фантастических фильмах и книгах колонизация других планет кажется простой. Все, что вам нужно, это совершить прыжок в «гиперпространство» на вашем звездном крейсере, и — вуаля — вы пробиваете сложенное пространство-время и мгновенно прибываете в пункт назначения. На самом деле, мы будем колонизировать космос не крупными прыжками, а серией небольших шагов, начиная с успешного проживания на низкой околоземной орбите, а также колонизируя Луну и Марс.

Но чтобы успешно колонизировать Луну и Марс там нужно создать эффективную транспортную инфраструктуру, которая будет предназначаться для доставки важных образцов. Ведь на данных планетах очень сложный рельеф, состоящий из разломов и каньонов.

Таким образом целью нашей работы будет:

разработка робототизированной космической системы для очистки маршрута от препятствий, по которым будут передвигаться беспилотные аппараты-исследователи на Луне и Марсе.

Задачи:

1. разработка самоходной устойчивой платформы;

2.  разработка системы идентификации «препятствий»;

3. разработка концепции патрулирования.

Сегодня это трудно представить, но в первые дни после запуска «Спутника» ученые даже не подозревали, что люди смогут выживать в течение длительных периодов времени в космосе. Первые полеты в космос осуществлялись силами животных, а не астронавтов, и только в 1961 году Юрий Гагарин взмыл на пылающей ракете в космос. Исторический полет Гагарина длился всего 108 минут, но заложил основу для более длительных миссий. К середине 1970-х годов астронавты успешно осели в орбитальных космических станциях. Первыми стали «Салют» и «Скайлэб», затем появилась «Мир». На станции «Мир» космонавты продолжали бить рекорды проживания в космосе. Муса Манаров и Владимир Титов провели год на борту советской станции в конце 80-х годов, а в 1995 году Валерий Поляков преодолел их рекорд, завершив 438-дневное дежурство в космосе.

Освоение Луны

С тех пор как программа «Аполлон» поместила Луну в пределах нашей досягаемости, создание базы на Луне казалось следующим логическим шагом. Естественный спутник Земли имеет ряд преимуществ по сравнению с более экзотическими лунами вроде Титана, спутника Сатурна. Во-первых, он находится относительно близко, а значит, экипажи могут сменяться в течение нескольких дней. Также это подразумевает хорошую связь между колонистами и командирами миссии на Земле, то есть без существенных задержек. Луна могла бы стать идеальным космопортом, потому что ракеты могли бы покидать ее низкую гравитацию без особых затрат энергии. Наконец, лунная обсерватория существенно облегчила бы изучение Вселенной и поиск мест, куда можно было бы отправиться в дальнейшем.

Правда, жизнь на Луне будет непростой. В отсутствие атмосферы можно добавить существенные перепады температур, от 134 градусов по Цельсию в полдень до минус 170 градусов по Цельсию в ночь. Поверхность Луны постоянно шлифуется микрометеоритами и космическими лучами. Чтобы пережить это, колонистам придется обустраивать свои жилища под лунной почвой или в лунных кратерах.

Также возникает вопрос касательно еды и воды. Ученые знают, что на Луне имеется довольно много воды, но нужны специальные устройства, чтобы ее извлечь. И выращивание растений в течение длинных лунных ночей, не имея насекомых для опыления, будет весьма сложным.

Несмотря на эти трудности, некоторые страны разрабатывают возможности освоения Луны. Не так давно стало известно о планах России по созданию лунной базы. Также в 2010 году была приостановлена американская программа Constellation, в рамках которой на Луну должны были отправиться космические аппараты нового поколения. В любом случае можно констатировать, что внимание общественности сейчас обращено по большей части на колонизацию Марса.

Колонизация Марса

Некоторые ученые считают, что нам нужно пропустить Луну и отправиться прямо на Марс. Одним из самых горячих сторонников этой стратегии является Роберт Субрин, основатель и президент MarsSociety. В 1996 году он изложил подробности миссии MarsDirect, которую можно назвать образцовым планом для пилотируемых поездок на Красную планету.

Вот как это будет выглядеть. Первый запуск будет включать беспилотный EarthReturnVehicle, или ERV, который отправится на Марс. ERV должен быть оснащен ядерным реактором, с помощью которого можно будет изготовить топливо, используя элементы марсианской атмосферы. Двумя годами спустя будет запущен второй беспилотный ERV, который отправится в новое место для посадки. В то же время будет отправлен пилотируемый космический корабль, который должен будет приземлиться рядом с первым ERV. Экипаж будет находиться на Марсе в течение 18 месяцев, исследуя планету и проводя эксперименты, пока не наступит время возвращаться на Землю, используя топливо, добытое прямо на Марсе. После того как первая команда отправится на Землю, прибудет вторая группа исследователей, и весь процесс повторится.

Долгосрочное проживание в марсианских колониях, однако, потребует преобразования планеты, так называемого терраформирования. Терраформирование включает подъем температуры на Марсе до земных условий. Единственный реалистичный способ сделать это — построить блоки обработки почвы, которые будут накачивать сверхпарниковые газы вроде метана и аммиака в атмосферу Марса. Эти газы будут абсорбировать солнечную энергию и согревать планету, запуская выброс диоксида углерода из почвы и полярных ледяных шапок. По мере того как диоксид углерода будет увеличиваться в атмосфере, давление будет падать, обеспечивая дополнительное тепло и образование океанов. В конце концов колонисты начнут обходиться без скафандров, хотя будут вынуждены носить кислородные баллоны.

После нескольких десятилетий терраформирования, Красная планета будет выглядеть практически так же, как и наша родная. Спустя еще несколько десятилетий она будет практически неотличима от Земли. Если это произойдет, Марс может стать вторым домом для людей.

Содержание

В качестве платформы мы предлагаем использовать гусеничную самоходную платформу, так как платформа будет двигаться по заранее исследованной местности (маршруту), а гусеницы позволяют реализовать максимальную грузоподъемность и вес для уборки препятствий при минимальном давлении на грунт.

Так же необходимо разработать систему движения комплекса по заданному маршруту как по заданным координатам так и по радиомаякам.

Кроме того необходима система обнаружения препятствий (в том числе и с орбитальной станции или искусственных спутников) иначе комплексу будет сложно или невозможно выбраться из разлома.

Мы предлагаем свой прототип реализации данного комплекса, выполненный при помощи конструктора EV3 движущегося по линии и идентифицируя препятствия при помощи ультразвукового датчика. Программировать наш прототип будем в LEGO MINDSTORMS Education EV3 LabVIEW (Приложение 1).

Уборка препятствий осуществляется при помощи бульдозерного ножа, который имеется на роботе.

Работа нашего прототипа представлена в видеоролике на канале https://rutube.ru/

Ссылка на ролик

https://rutube.ru/video/e80b4e75337895130f6f3fc0f46ee293/

Выводы и практические рекомендации

  Наш прототип получился рабочим и удачным, очистка маршрута движение проходит без ошибок. Но мы понимаем, что на исследуемых планетах будут отличными от земных притяжение (гравитация), сопротивление атмосферы исследуемой планеты, грунт.

  Поэтому при разработке конкретных платформ необходимо проведение подробных исследований, при этом даже конструкция робототехнических комплексов для Луны и Марса будут различны гравитация Луны составляет 17% от гравитации Земли, а гравитация на Марсе составляет 38% от Земной гравитации.

Заключение

У нас получился очень хороший и доступный прототип который мы смогли сделать своими руками. Выступление прототипа очень эффектное и зрелищное, считаю, что его можно использовать для популяризации вопросов колонизации Луны и Марса.

Список источников и используемого программного обеспечения

1.https://hi--news-ru.turbopages.org/turbo/hi-news.ru/s/eto-interesno/vse-chto-vam-nuzhno-znat-o-vozmozhnoj-kolonizacii-marsa.html

2.https://vseonauke.com/1338356210949949601/13-samyh-bolshih-problem-v-issledovanii-kosmosa/

3.https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Колонизация_Марса

4.https://kosmolog.ru/kolonizaciya-marsa.html

5.LEGO MINDSTORMS Education EV3 LabVIEW.

Приложение1

Программа на LEGO MINDSTORMS Education EV3 LabVIEW

Приложение2

Внешний вид Автономного бульдозера