Один большой или много маленьких?

[lozga.livejournal.com]

Переживали ли вы когда-нибудь за судьбу межпланетного зонда? Большой аппарат, в который вложили годы труда, начинённый передовыми научными инструментами, входит в атмосферу далёкой планеты, и не факт, что отзовётся с поверхности. Прецедентов хватает - зонды разбивались, разрушались в атмосфере или замолкали по неизвестной причине. И вся миссия пропадала зря. Даже если посадка проходила успешно, всего один аппарат не мог быть в нескольких местах одновременно, и приходилось выбирать между множеством потенциально интересных мест. Также место должно было быть безопасным - риск потери зонда перевешивал научный интерес. Но сейчас на орбите Земли летают десятки микро- и наноспутников, что если применить эту идею для межпланетных станций?

Первый успех

Первой миссией, где вместе с большим зондом летело несколько маленьких, стал "Пионер-Венера-2", запущенный в 1978 году. Большой аппарат садился в районе экватора, а три малых расходились в стороны. Один садился на ~60° северной широты, второй - далеко на ночной стороне, а третий - на дневной. Конструкция аппаратов была простой:


1- антенна, 2 - термометр, 3 - теплозащита, 4 - герметичный контейнер с батареями и электроникой, 5 - нефелометр, 6 - радиометр.

Малые аппараты не имели даже парашюта. "Дневной" аппарат превзошёл ожидания конструкторов, выдержал удар о поверхность и ещё час передавал данные.

Полоса неудач

Следующей станцией, которая несла на себе "обойму" аппаратов, стал сверхамбициозный "Марс-96". Самая тяжелая марсианская станция, кроме орбитального модуля, несла две посадочные станции и два пенетратора:



Посадочные станции в надувной амортизационной оболочке должны были садиться на парашютах, а пенетраторы - стабилизироваться надувным коническим тормозным устройством и втыкаться в Марс на скорости ~80 м/с. После удара передняя часть должна была погрузиться на 5-6 метров, разматывая за собой провода, и передавать данные на хвостовую часть, оставшуюся на поверхности.



Каждый пенетратор нёс 10 научных приборов и обещал собрать уникальные данные о Марсе. До сих пор ни один аппарат не погружался в Марс так глубоко. Очень жаль, что станция не ушла к Марсу с земной орбиты и сгорела в атмосфере спустя несколько часов.

В 90-х годах NASA запустило программу "Новое тысячелетие", в рамках которой вместе с аппаратом Mars Polar Lander к Марсу отправились два малых зонда Deep Space 2. Они размещались в теплозащитной аэрооболочке:



Отделившись незадолго до посадки, они должны были упасть без парашюта, разбить оболочку при ударе и погрузить переднюю часть на полметра в Марс:





Третьего декабря 1999 года аппараты погрузились в атмосферу Марса, но ни большой Mars Polar Lander, ни малые пенетраторы на связь так и не вышли. Причина аварии всех аппаратов так и осталась неизвестной.

Ответвление

В нулевых годах про идею малых аппаратов писали статьи, но реальные межпланетные станции максимум несли один аппарат для спуска на Юпитер, Марс или Титан. Зато концепция простого аппарата, который способен выдержать вход в атмосферу, получила любопытное ответвление. Информацию о прохождении аппаратом плотных слоёв атмосферы предложили записывать в "чёрный ящик", который бы выжил при разрушении основного аппарата и был бы способен передать данные для дальнейшего расследования. Так родился проект Reentry Breakup Recorder (REBR), который уже три раза фиксировал разрушение в плотных слоях атмосферы грузовых кораблей снабжения МКС и успешно передавал данные.


Схема аппарата. Ничего сложного - батареи, устройство фиксации данных и передатчик

На базе технологий REBR предложен проект Pico Re-Entry Probe, очень дешёвого универсального аппарата, способного выдержать торможение в плотных слоях атмосферы и передать данные. Например, предлагается ставить попутной нагрузкой к спутникам:


Орбита спутника-носителя постепенно деградирует, он сгорает в атмосфере, а PREP передает данные сразу на спутник связи, без необходимости поиска и подбора

С помощью PREP предлагается получать данные о поведении подсистем и материалов космических аппаратов, или, например, проводить дешёвые исследования атмосферы.

Новая надежда

В последние годы количество идей применения микро-, нано- и пикозондов резко увеличилось. Летом прошлого года писали про зонды-микросхемы "чипсаты", которые предлагается сбрасывать на спутник Юпитера Европу.
Весной этого года в университете Торонто предложили сбросить рой аппаратов в атмосферу Юпитера (проект SMARA):



А в марте некоммерческая организация Planetary Science Institute предложила проект MARSDROP:



В освоенной аэрооболочке предлагается разместить посадочный зонд с управляемым парашютом-крылом. Такое сочетание, как ожидается, сможет обеспечить точную посадку в интересный с точки зрения науки участок поверхности Марса - свежий кратер, каньон, район вулканической активности, ледник. Разработчики предполагают, что такой зонд будет способен пролететь в атмосфере Марса до 10 км, скомпенсировав неизбежную неточность торможения в атмосфере, и доставить аппарат массой 1 кг точно к цели. Ожидается, что два аппарата MARSDROP, взятые попутным грузом к основной миссии, увеличат её стоимость не более, чем на 5%.

Анализ

Идея использования роя зондов для исследования планет имеет следующие достоинства и недостатки:

Достоинства:

• Новый уровень сбора научных данных. Сетка аппаратов способна дать пространственное представление климата, погоды или геологических данных. Один аппарат принципиально не может этого сделать.


• Большая интегральная надежность миссий - отказ одного аппарата не фатален.


• Возможность пойти на больший риск - можно сбросить несколько аппаратов в долину Маринера, на Олимп или на равнину Эллада.


• Больше научных данных. Случайный промах при посадке китайского лунохода открыл новую информацию о геологии Луны. А если бы высадилась сотня аппаратов?

Недостатки:

• Ограничение массы одного аппарата означает, что на него нельзя поставить сложные и большие научные приборы. Также, аппараты вряд ли смогут передвигаться или существовать годами.


• Малые размеры диктуют небольшую энергетику - орбитальный ретранслятор становится обязателен. Также, к ретранслятору повышаются требования по передаче данных.

На мой взгляд достоинства очевидно перевешивают, надеюсь, в недалеком будущем, рои зондов дополнят привычные нам большие сложные аппараты.

Список использованных источников

Кроме источников, указанных в тексте, использовались:

• Austin R. Howard, MINIATURIZATION OF ATMOSPHERIC ENTRY PROBES: OPTIONS FOR FUTURE PLANETARY EXPLORATION MISSIONS


• William H. Ailor, Vinod B. Kapoor, Gary A. Allen, Jr., Ethiraj Venkatapathy, James O. Arnold and Daniel J. Rasky Pico Reentry Probes: Affordable Options for Reentry Measurements and Testing

Comments

[gascount.livejournal.com]

Орбитальный ретранслятор можно не считать недостатком - носитель группировки все равно будет находиться на орбите. Зато в "малышах" удастся сэкономить место на объеме аппаратуры связи.

[lozga.livejournal.com]

Это не "удастся сэкономить", а "мощная аппаратура просто не влезет".

[gascount.livejournal.com]

Как обычно, промежуточные решения между взаимоисключающими требованиями.

[lozga.livejournal.com]

Мир несовершенен...

[gascount.livejournal.com]

То ли мир, то ли мы со своими хотелками :)

[seploff.livejournal.com]

Рой зондов - это интересно. Выше шанс, что хоть кто-то из роя "прорвется".

[lozga.livejournal.com]

Задачи не такие уж сложные. Скорее, это значит, что 90% долетевших зондов будут означать успех миссии.

[fan-d-or.livejournal.com]

Обсуждение технологий "роя" я вёл ещё в ФИДО.
Вот тут - кусочек мозаики: http://ru-cosmos.livejournal.com/230558.html?thread=1651870#t1651870

Цитатко отсюда: http://fido.mic6090.pp.ru/echo.pl?c=view&e=56&p=3308

"Hесколько лет назад я в этой самой эхе вполне детально описал проект
исследовательской экспедиции на марс или луну, позволяющей двумя-тремя
запускаемыми аппаратами обследовать регион субконтинентального размера.
Разумеется, для этого нужны не "луноходы с экскаваторами", а совершенно иная
система отбора кернов, доставки их к возвращаемому аппарату/универсальной
лаборатории.
Для отбора кернов с поверхности наиболее подходящей является пенетраторная
технология - когда в почву забивается за счет энергии падения трубчатый
"гвоздь", в результате чего внутри оного появляется колонка грунта.

Пачка пенетраторов на борту посадочного аппарата отделяется еще на подлете к
региону и производится рассеивание пенетраторов по региону.
Далее следует доставить керны к посадочному модулю - и делать это следует не
при помощи "лунохода", а керны должны _самостоятельно_ собраться в нужной
точке, рядом с лабораторией/возвратной ступенью.

Для этого следует снабдить каждый пенетратор пороховых движком и простейшей
системой наведения на радиомаяк, установленный на посадочном модуле. По
баллистической траектории отобранные образцы сами слетятся - останется
"луноходом" их собрать и упаковать в возвратную ступень, или сунуть в хорошо
оснащенную автоматическую лабораторию.

Итого, для выполнения такой миссии нужны: орбитальный ретранслятор,
посадочная ступень с лабораторией и/или возвратным модулем, "луноход" и
пачка пенетраторов.
Все это доставляемо одним-тремя рейсами и по массе не превосходит
современные планетные станции.
Систему следует дополнить системой навигаторов - роем наноспутников с
единственной функцией, обеспечивающей топопривязку с сантиметровой
точностью.

Такая экспедиция на три порядка дешевле пилотироемого проекта и даст
информации несоизмеримо больше."


Ну, и т.д., и т.п.

[lozga.livejournal.com]

Симпатично, меня только система доставки керна смущает - хватит ли ей мощности и delta-V вытащить керн и дотянуть его до взлетной ступени?

[fan-d-or.livejournal.com]

Ну, это ж всё считается предварительно - и с учётом значительно меньшей 1КС на луне/марсе дальность баллистического броска может легко достигать тысяч километров.

[fan-d-or.livejournal.com]

Вдогонку...

На луне, ИМХО, реально и вообще на орбиту забрасывать и подбирать орбитальным аппаратом.

Хотя это может оказаться неадекватно расточительным в отношении топлива для орбитальных маневров - так, что надо освоить технологию точного вывода кернов на орбиту с минимальным расходом топлива на маневры.

Но как вариант - в уме держать имеет смысл...

[alex9876543210.livejournal.com]

Достоинства:
Больше научных данных.

Недостатки:
Ограничение массы одного аппарата означает, что на него нельзя поставить сложные и большие научные приборы.


А не "выберите одно из двух"?

Ещё там с окружающей средой в основном фигово, а объем он по кубу растёт, а площадь поверхности по квадрату

А давайте забросаем Марс китайскими смартфонами с камерами?

[lozga.livejournal.com]

Больше сравнительно простой науки. Термометр и барометр могут быть маленькими, а вот анализатор состава грунта как на Curiosity - вряд ли.

[deadmanru.livejournal.com]

>Термометр и барометр могут быть маленькими, а вот анализатор состава грунта как на Curiosity - вряд ли.
Термометру зато наплевать на космическую радиацию, всякие гаммы и прочая. В отличии от электронного устройства, в котором на раз-два дохнут все полупроводники.
Поэтому, 60-70 на лампах там всякое запускали, а то что запускают сегодня тут же дохнет.

Я в курсе, что там специальные микросхемы делают с кучей защиты и дублированием, но всё равно они дохнут быстро.

[lozga.livejournal.com]

Хм, Оппортьюнити уже больше 10 лет пашет на Марсе. И я уж не говорю про Вояджеры.

[z-zwang.livejournal.com]

человечество бодро взялось засыпать своим "научным" мусором окружающие планеты )

интересно, подлежит ли этот спам наказанию по галактическим законам?

[rutinin.livejournal.com]

Лучше один большой)

[lozga.livejournal.com]

:)))) Даже на том рисунке котов три штуки!

[drprog.livejournal.com]

На Марсе же не атмосфера, а одно название, толку там от парашюта?

[lozga.livejournal.com]

Один процент давления - это примерно как на 30 км на Земле. Немного, но парашюты работают, и использовались практически на всех миссиях на Марс.

[egh0st.livejournal.com]

хреново использовались, точность в сотню км. и одних парашютов недостаточно, они на надувные резинки садятся. вот уже курьёз со стоп-краном -- это уже и точнее и суровее, да.