Лаборатория реактивного движения НАСА разрабатывает заводной вездеход для изучения Венеры

http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/space-robots/jpl-design-for-a-clockwork-rover-to-explore-venus
  • Перевод

Древняя технология вдохновила на создание будущего вездехода, способного годами работать при температуре в 500°C


image

Самый долгий промежуток времени, который космический аппарат смог продержаться на поверхности Венеры – 127 минут. 1 марта 1982 года советский зонд Венера-13 аккуратно спустился на парашюте и смог проработать чуть более двух часов благодаря тому, что все компоненты компьютера были спрятаны в герметичном титановом кожухе, предварительно охлаждённом на орбите. Температура на поверхности Венеры в среднем составляет 464 °C – это больше, чем на поверхности Меркурия (ближайшей к Солнцу планеты), и достаточно горячо для того, чтобы обычная электроника не смогла работать.

Не только температура делает Венеру неприятным местом для компьютеров – давление на поверхности составляет 90 атмосфер, что эквивалентно давлению на глубине в 900 м в земном океане. И если вас успокоит то, что дожди серной кислоты, зарождающиеся в верхних частях атмосферы Венеры, не достигают поверхности, то знайте, что там так темно (как в самый пасмурный день на Земле), что добыча солнечной энергии будет чрезвычайно неэффективной.

image
Фотографии поверхности от советского зонда «Венера-13», спустившегося на Венеру и работавшего там чуть более двух часов

Душная атмосфера, делающая поверхность Венеры такой неприятной, ужасно хорошо справляется с минимизацией количества данных о поверхности, которые мы можем собрать, находясь на орбите – поэтому было бы очень-очень здорово, если бы там внизу оказался робот, высматривающий там всё для нас. Большая часть идей, связанных с исследованием поверхности Венеры, находится примерно в том же ключе, что и советские зонды: засунуть электронику внутрь изолированного контейнера, подключённого к невероятно мощной системе кондиционирования воздуха, и работающего, вероятно, от радиоактивного двигателя Стирлинга с плутонием в качестве топлива. Исследование и разработка такой системы будут стоить миллиарды.

Традиционный подход к вездеходу для Венеры труден, недёшев и опасен. Но команда инженеров из лаборатории реактивного движения НАСА [Jet Propulsion Laboratory, JPL], расположенной в г. Пасадена, шт. Калифорния, придумала инновационную идею для изучения поверхности Венеры. Если проблема в электронике, почему бы не избавиться от неё и не создать механический вездеход?

Получив финансирование по программе НАСА «Передовые инновационные концепции» (NIAC), команда JPL хочет узнать, возможно ли построить вездеход для исследования Венеры без традиционных датчиков, компьютеров и источников питания. Вездеход-автоматон для экстремальных условий [Automaton Rover for Extreme Environments, AREE] мог бы использовать часовые шестерёнки, пружины и другие механизмы для обеспечения большей части функциональности вездехода, включая питание, хранение энергии, зондирование, движение и коммуникации – без всякой электроники. Поддайте жару.

image
Внутренности индикатора местоположения «Глобус», использовавшегося на космическом корабле «Восход»

В перегруженном электроникой мире большинство из нас не понимает, что можно осуществить при помощи механических компьютеров. Две тысячи лет назад, плюс-минус столетие, древние греки сконструировали Антикитерский механизм, способный вычислять положение Солнца и Луны, показывать фазы Луны, предсказывать затмения, отслеживать календарные циклы, и, вероятно, показывать положение пяти планет, используя набор из 30 точно выверенных бронзовых шестерней, движимых валом с рукояткой.

Между XVII и XIX веками Блез Паскаль, Готфрид Лейбниц и Чарльз Беббидж разрабатывали механические компьютеры, способные на различные арифметические вычисления. Ближе к современности, в 1940-х, механические компьютеры активно использовались в таких жёстко практических целях, как управление артиллерийским огнём и сброс бомб.

Русские использовали механический компьютер «Глобус» для подсчёта местоположения их космического корабля до 2002 года, но в целом сейчас всё делается на электронике. И ладно бы, но только не на Венере, где использование большей части электроники будет непрактичным.



Концепция JPL касательно AREE – создать робота с минимальным набором электроники, и по большей части полагаться на механические системы, без проблем способные работать с высокими температурами неделями, месяцами и даже годами. Джонатан Саудер – технолог и инженер по мехатронике в группе введения технологий в JPL, и глава проекта AREE. Мы побеседовали с ним, чтобы лучше понять, как начался этот проект и как всё будет работать.

Как вы придумали идею AREE?


Джонатан Саудер: мы сидели с кучей инженеров и работали на собрании одновременной разработки. Во время одного из перерывов на кофе мы разговаривали о крутых механизмах и компонентах, и как было бы круто сделать полностью механический космический корабль, как бы он выглядел, и где бы его можно было использовать. Мы поняли, что осмысленно нечто подобное было бы использовать в двух местах, где электроника не выживет: одно – это Венера, поскольку самое долгое, сколько мы могли выжить на поверхности Венеры, это два часа, а второе – Юпитер, из-за радиоактивной окружающей среды, нарушающей работу электроники.

Возможно ли построить роботизированный вездеход без электроники?


В фазе I проекта NIAC мы предложили нашу идею построить полностью механический вездеход, вообще не использующий электричество или электронику, и заменить все стандартные электронные подсистемы механическими вычислителями. Начав изучать этот вопрос, мы поняли, что мы не можем построить традиционный вездеход типа Curiosity с централизованным процессором. Нам необходимо было сконцентрироваться на более распределённой архитектуре, в которой в одном устройстве собрано множество простых механизмов, управляющих им, сигнализирующих ему и сообщающих ему, куда идти.

Сначала мы хотели осуществить ряд научных измерений при помощи механики. Мы начали разбираться с этим вопросом и поняли, что у нас не получается добывать данные с достаточной точностью для создания изображений или измерения таких параметров, как температура и давление. Существуют различные варианты высокотемпературной электроники – на основе карбида кремния и галлия – работающие при высоких температурах. Проблема в том, что их очень сложно интегрировать. Получалось, что с их помощью нельзя организовать традиционную электрическую систему, и нельзя сделать ничего такого, что хотя бы близко подходило к требованиям, необходимым для создания вездехода. Поэтому мы решили создать мобильную платформу, способную к перемещению, изучению новых мест и способную работать гораздо дольше, чем существующие системы.

image
Ранний концепт AREE, с ногами

С чего началась разработка AREE?


Основная цель – создать мобильную архитектуру наивысшей возможной надёжности. А уже вторая цель – использовать как можно больше простых, распределённых, реагирующих на внешние воздействия механизмов, способных направлять вездеход по поверхности Венеры. Заметьте, что на ранних изображениях вездеход сильно напоминал Strandbeest — «ходячих животных» Тео Янсена, кинетические скульптуры, расхаживавшие по пляжам Нидерландов. Strandbeest работает с парой простых датчиков, управляющих движением ног вперёд или назад, и встроенной логикой, помогающей избегать мягкого песка и воды.

На ранних этапах выработки концепции мы работали непосредственно с Янсеном: он приехал в JPL на двухдневную совместную работу, и мы получили от него опыт, накопленный за 30 лет работы со Strandbeest. Одним из первых его советов был отказ от ног. И, знаете, когда человек, создавший Strandbeest, говорит вам, что вездеходу на Венере ноги не нужны, это значит, что вам и правда нужно придумать что-то другое. Ключевая проблема в том, что ноги, отлично работающие на плоских мягких пляжах, оказываются нестабильными, когда вы переносите их на более разнообразную поверхность, например, на неизвестное венерианское окружение, что повышает вероятность переворота и повреждения вездехода.

В результате наша архитектура перешла с фазы I в фазу II, от круто выглядящего вездехода с ногами до менее крутой, но более надёжной и практичной версии вездехода, выглядящего как танк времён Первой Мировой войны.

image
Концепция фазы II, с гусеницами и встроенной ветровой турбиной. При возможном перевороте вездеход всё равно сможет двигаться.

Можете ли вы описать, как AREE сможет двигаться по поверхности Венеры?


Мы разрабатываем специализированные системы для обхода препятствий и определения наличия необходимого для движения количества энергии, вместо обычной централизованной системы, позволяющей вездеходу выполнять несколько процессов или перенастраивать вездеход при помощи ПО.

Мы пытаемся максимально упросить эти механизмы, чтобы каждый выполнял свою конкретную задачу, но выполнял её хорошо. Возможно, столкновение вездехода с объектом перекинет рычаг, что заставит его отъехать немного назад, повернуться на 90º, и снова поехать вперёд. Система обхода препятствий у нас может быть только одна, но подобное действие можно повторять множество раз, и в итоге с его помощью можно обойти препятствие.

image

Система избегания препятствий использует бампер, шестерёнки с переключениями и эксцентрик. Она способна отводить вездеход после удара назад, а затем заново включать бампер и переключать передачи, и продолжать движение вперёд. Во время нормального движения вперёд усилие передаётся с входного вала через шестерни в правой части диаграммы на выходной вал. Оставшиеся шестерни будут вращаться свободно. При встрече с препятствием синхронизатор включает заднюю передачу, что приводит к обратному эффекту. После полного поворота эксцентрика он передвинет бампер обратно в переднее положение. Такой же эксцентрик можно использовать для поворота колёс вездехода при заднем ходе двигателя.

Какие возможности AREE уникальны по сравнению с другими проектами венерианских вездеходов?


На сегодня существует несколько концепций венерианских миссий, каждая из которых обойдётся в сумму, сравнимую с Mars Curiosity, и предлагает посадку в одном месте или двух местах. Большая часть предложений очень сложна и рассчитана на работу от 2 до 24 часов на поверхности. Мы планируем работать в течение месяца, и именно тут работает наша ключевая инновация – возможность прозондировать множество мест на поверхности Венеры и понять, как она меняется со временем.

Можете описать, как будет выглядеть идеальный AREE, соответствующий вашим ожиданиям?


Идеальный робот сможет работать на самых сложных поверхностях Венеры, называемых тессерами, представляющих собой грубую, каменистую лаву, сверху похожую на паркет или черепицу. Наша цель – провести вездеход по такой поверхности, взять геологические образцы, которые поспособствуют нашему пониманию эволюции Венеры. Идеальный вездеход должен быть размером немногим более 1,5 м – сейчас это ограничение налагается тепловым щитом. Если бы мы могли, мы бы увеличили его до 2,5 м, чтобы он мог преодолевать более крупные препятствия и получать больше энергии от ветра.

В итоге нужно сделать вездеход, способный преодолевать большую часть препятствий, который бы полз и полз вперёд, медленно но верно, собирал образцы и данные о погоде.

image
Концепция путешествия по равнинам в сторону тессер. Во время основной части миссии, длящейся 116 земных дней (один венерианский суточный цикл) вездеход пройдёт 35 км. Расширенная миссия позволит ему пройти расстояние до 100 км в течение трёх лет.

* * *

К этому моменту вы уже можете начать удивляться – зачем же мы будем посылать заводной вездеход на исследование поверхности Венеры, если мы не сможем получить от него весточек – ведь без электроники, как он сможет отправить нам какие-нибудь данные? Существуют способы механического хранения данных – довольно легко временно хранить числа, а примерно 1 мегабит данных можно занести на металлический фонограф. Ну а что дальше?

Одна из идей, не такая безумная, как кажется на первый взгляд – использовать водородные шары для поднятия металлических записей в верхние слои атмосферы Венеры, где их будет перехватывать высотный беспилотник, работающий от солнечной энергии, читать их и передавать их содержимое на спутник, находящийся на орбите. Исследователи также рассматривают вариант радио на электронных лампах, но хотя эти лампы и способны работать при высоких температурах, они будут уязвимыми в венерианской атмосфере, и им будет грозить потеря герметичности.

Но разработчики AREE придумали другую идею: радарные отражатели. Радарный отражатель, закреплённый на вездеходе, можно будет увидеть с орбиты, и разместив перед отражателем затвор, можно будет передавать порядка 1000 бит информации при каждом проходе спутника. Добавив несколько отражателей с разной отражающей способностью, а также затворы, работающие на разных частотах, можно передавать до 32 уникальных переменных в день. Кроме того, в некоторых случаях можно будет даже не передавать определённые цифры – например, разместив вентилятор перед отражателем, можно будет измерять скорость ветра в разных местах поверхности.

Теперь, создав такой уникальный по возможностям и надёжности вездеход, способный выживать на Венере, нужно понять, какого рода научные изыскания он сможет выполнять – и это особенно сложный вопрос для AREE, как объясняется в предложении фазы I конкурса NIAC:

Одно из главных слабых мест чисто механической системы – возможности для научных изысканий. Кроме коммуникаций, ключевой областью, где пригодилась бы высокотемпературная электроника, служат научные инструменты. Более сложные измерения, особенно геологические, требуют электронных решений.

В конце прошлого года НАСА анонсировала программу HOTTech, программу работающих при высокой температуре технологий, финансирующую «передовые разработки технологий для автоматизированного исследования высокотемпературного окружения, в котором температуры приближаются к 500 градусам Цельсия, или превосходят эту отметку». AREE надеется, что в результате HOTTech появятся научные инструменты, способные выжить на их вездеходе – но и для иного исхода у них есть несколько интересных идей заниматься наукой безо всякой электроники. Например, измерение скорости ветра при помощи турбины, температуры и давления при помощи расширяющихся от температуры материалов, а химических свойств – при помощи стержней, реагирующих на определённые химические соединения.

image
Энергия ветра хранится в композитной пружине. Механическая система на схеме способна измерять хранящуюся в пружине энергию, и использует сцепление для передачи энергии в систему движения, когда её накапливается достаточно. Если вы хотите, чтобы вездеход двигался по прошествии определённого времени, или по достижении других условий, можно добавить механические логические вентили, реагирующие на часы или другие датчики.

Саудер с командой не пытаются создавать всю эту механику просто для развлечения. Исследовать Венеру на промежутке большем, чем день-два – действительно важная задача. «Наша цель – не воспроизвести то, что уже было сделано, или скоро станет возможным в области высокотемпературной электроники, – говорит Саудер, – но создать набор механических решений для тех областей, в которых пока ещё не существует ясных решений».

Разрабатываемая в рамках проекта AREE технология может пригодиться и в других местах Солнечной системы – и не только в таких местах с высоким уровнем радиации, как Европа, одна из лун Юпитера. Здесь, на Земле AREE может пригодиться для сбора образцов близко к активному вулкану или в областях с высоким уровнем радиации. Ещё одно преимущество AREE – его можно полностью стерилизовать при высокой температуре, совершенно не повредив функциональность. Допустим, если под полярной шапкой Марса найдётся озеро с какой-нибудь необычной формой жизни, можно будет отправить туда на сбор образцов стерильный AREE, и не беспокоиться о загрязнении.

Сейчас AREE получил финансирование второй фазы NIAC. Команда работает над более детальной разработкой системы движения, которая, скорее всего, приведёт к замене гусениц на какие-нибудь колёса, что более надёжно. Также они разрабатывают механические часы, способные работать при высоких температурах – одна из основных частей автономного механического компьютера. Саудер говорит, что они ожидают интересных результатов от постройки и проверки радарной системы передачи сигналов в течение года. Нам тоже это очень интересно – это один из самых инновационных роботов, что мы видели, и нам не терпится увидеть, как он попадёт на Венеру.

В команду AREE, управляемую Саудером, также входят Эван Хильгеман, Майкл Джонсон, Аарон Парнес, Берни Бьенсток и Джеффри Холл [Evan Hilgemann, Michael Johnson, Aaron Parness, Bernie Bienstock, Jeffery Hall]. Джесси Кавата и Кэтрин Стек [Jessie Kawata, Kathryn Stack] – дополнительные авторы окончательного отчёта для фазы I.
Поделиться публикацией
Комментарии 89
    +1
    Действительно — в современном мире где так много электроники сложно представить полностью механического робота который отправят на венеру…
      +3
      В этом есть определённый смысл: солнечные батареи — будут выдавать слишком малую мощность (даже для Curiosity от них отказались, хотя на Марсе освещённость больше должна быть), а РИТЕГ — потребуется просто гигантский (за счёт того что температура «холодильника» по циклу Карно — у нас получается 600°+ кельвин, КПД вместо нескольких процентов, вообще стремится к нулю).

      И охлаждение электроники потребует огромной мощности (потому что на один ватт охлаждаемой мощности — получается несколько ватт рассеиваемой, и чем больше разница температур — тем этот показатель всё хуже, и хуже).
        0
        КПД вместо нескольких процентов, вообще стремится к нулю
        А разве это не будет скомпенсировано на столько же градусов возросшей температурой нагревателя?
          0
          Если брать такой же перепад температур в градусах — не скомпенсирует:
          КПД равен (Tmax-Tmin) / Tmax, так что чтобы получить тот же КПД — температуру надо поднимать пропорционально.
            +1
            кпд=(Тг-Тх)/Тг (сори за кривизну формулы)

            Т.е. КПД зависит не только от разницы температур, но и от температуры нагревателя. Чем выше температура, тем хуже КПД цикла Карно, при той же разнице температур.

            Как вариант — привезти холод с собой, в виде охлажденного до пары градусов Кельвина теплоемкого вещества. Но это тоже ненадолго.
            0
            Я в этих вопросах дилетант, но раз появилась идея — лучше спрошу, интересно ведь:
            1) скажите, а что мешает заключить всю электронику в термос?
            2) механически «трясти» этот термос, передавая ему информацию через эти колебания
            3) уже из термоса передавать данные на спутник радиосигналом
              +2
              Термос — это великолепно, но электроника рассеивает туеву кучу тепла при своей работе. И потом, кто на внешней стороне будет принимать колебания? Опять таки электроника?
                0
                1) сама капсула внутри термоса может быть заранее охлаждена так, чтобы электроника проработала определенное время либо работала не постоянно, а включалась только во время передачи (капсул может быть много, так как они простые по функционалу и они могут быть чуть ли не одноразовыми, т.е. сгорать во время импульса передачи данных на спутник)
                2) колебания записываются каким-нибудь электронным устройством внутри термоса, а потом передаются на спутник обычной радиопередачей.

                При этом информативность передач будет просто несравнима с воздушными шарами.
              0
              «И охлаждение электроники потребует огромной мощности» — так это если охлаждать с 600 до 50..60, а может есть варианты электронной начинки которые удовлетворительно будут работать при 300..500..600 градусах. В некоторых радиолампах катод разогревается до 2К градусов. Другими словами — потенциально возможно создать электронную начинку для которой 600 градусов будет нормальный режим работы.
            +1

            Статья наталкивает на мысли, что электронный ИИ, подобно биологическому, имеет свои требования к жизнепригодности среды и эти требования не так уж сильно отличаются от биологических.


            Интересно, возможны ли способы строить/конфигурировать универсальные механические компьютеры так же просто, как электронные (наподобие software)? Печатать их, например?


            И помимо создания прочных, долговечных машин для работы в неблагоприятных средах вроде бы есть (теоретическая) возможность проводить "zerg rush" тысячами более умных, дешёвых, недолговечных машин (по крайней мере, для исследовательских задач). Интересно, что более применимо для Венеры.

              +3
              Статья наталкивает на мысли, что электронный ИИ, подобно биологическому, имеет свои требования к жизнепригодности среды и эти требования не так уж сильно отличаются от биологических.

              Это потому, что пока что ИИ заключён в оптимально подходящую для функционирования в среде обитания биологической формы, его использующей, оболочку.
                0

                Основная беда таких компьютеров — скорость вычислений. Скорость движения электронов всегда будет выше скорости перемещения валика или другого механического элемента.
                Тут вспоминается беда современных ПК: HDD просто физически уже не могут работать быстрее на чтение-запись, а современные SSD менее долговечны, по сравнению с HDD.

                  0
                  А еще скорее всего масса аппарата будет такой, что вывод на орбиту влетит в копеечку
                    0
                    Учитывая грузоподъёмность и стоимость запуска того же «Фалькона 9» и то что на Венеру всё-таки не танк отправить собираются + попутно на НОО можно вывести пару-тройку десятков кубсатов стоимость запуска выйдет не такой огромной, но всё-равно будет измеряться в десятках миллионов долларов.
                    0
                    Не только скорость вычисления. Может помешать физика.
                    Использовать разные металлы в условиях Венеры не позволит температурный коэффициент расширения. И одна заклинившая шестерня сведёт на нет все усилия по доставке теперь уже металлолома на Венеру.
                    Единый материал для шестерёнок и основы — высокий износ и малый срок службы.
                    Но что мешает проанализировать и усовершенствовать опыт Советских инженеров?
                    2 часа проработал аппарат с начинкой 35-летней давности. Стыдно должно быть Саудеру за столь наивный подход к проблемной области.
                      0
                      Тут ещё нюанс есть: чем больше зубчатых колёс-тем меньше КПД механизма, а значит чтобы его провернуть нужен большой крутящий момент. И при проектировании нужно везде учесть температурное расширение частей механизма, чтобы его в условиях Венеры не заклинило.
                      0
                      электронный ИИ, подобно биологическому, имеет свои требования к жизнепригодности среды

                      не требования к жизнепригодности, а требования к мыслепригодности. Потому что электронный ИИ, это просто некая компиляция нашего И.
                      0
                      Интересно, можно ли использовать для передачи данных с Венеры электронику на радиолампах? Температуру в 500 градусов они выдержать смогут. Электронергию для них можно получать от того же ветрогенератора.
                        0
                        > Исследователи также рассматривают вариант радио на электронных лампах, но хотя эти лампы и способны работать при высоких температурах, они будут уязвимыми в венерианской атмосфере, и им будет грозить потеря герметичности.
                          +2

                          Не вижу грандиозных проблем в том, чтобы сделать механику и, по возможности, "силовую" электронику термостойкой, а "мозги" запихать в охлаждаемый теплоизолированный объем. Это лежит разумно "между" тем, чтобы защищать весь объем и тем, чтобы извращаться с механическими компьютерами.
                          Энергия — да, от ветерка — а он там точно есть? Если да — гуд. Я не помню, что наисследовали в свое время… Но плотность такова, что даже слабый ветерок будет крутить турбины, да.
                          А еще с такой плотностью, если меняется давление заметно, можно получать энергию из "барометра".
                          Ну и зачем нам "вечный" ровер? Если не нужен, можно просто кидать "термосы" с жидкостью, которая будет испаряться, сохраняя температуру внутри до полного израсходования, а пар — вращать генератор, давая энергию. За счет атмосферы Венеры.

                            0
                            Охлаждать придется на пару сотен градусов — это, если и реализуемо технически, потребует огромных затрат энергии.
                              0

                              Смотря какой объем охлаждать… В современном смартфоне мощности больше, чем в суперкомпьютере времен программы Венера, т.е. пара дециметров объема вполне достаточна для реализации любого разумного "интеллекта" аппарата даже с учетом многократного дублирования. Приток тепла извне можно минимизировать улучшением теплоизоляции, генерация тепла собственно электроникой — то, что надо отводить. Если вообще стоит задача долговременных исследований столь недружелюбного места — это проблема решаемая.

                            +3
                            Самая туманная фраза из всей статьи. Лампы из ударопрочной керамики выдерживающие близкий ядерный взрыв делали еще в прошлом веке.
                            А это уже электроника, и её можно интегрировать с использованием современных технологий. Например в напечатанный на порошковом 3Д принтере пористый керамический кирпич. Нити накала наверное не понадобятся, эмиссия при такой температуре и так должна быть достаточна.
                              +2
                              Самая туманная фраза из всей статьи. Лампы из ударопрочной керамики выдерживающие близкий ядерный взрыв делали еще в прошлом веке.
                              Не такая уж туманная. Понятно, что речь идет не о прямом ударе ядерной боеголовке, а об ЭМИ. Лампы (даже обычные) намного более устойчивы к нему чем выполняющие аналогичную работу микросхемы.
                                0
                                Понадобятся. Основная идея лампы в том, что катод нагрет гораздо больше анода и ток может течь в одну сторону с гораздо меньшим сопротивлением чем в другую. При равных температурах катода, анода и сетки лампа как диод или транзистор работать не будет.
                                  0
                                  Будет — у разных материалов разная эмиссия электронов.
                                  А нагрев нужен больше для того, чтобы поднять её до приемлемого уровня.
                                    0
                                    Значит там можно будет обойтись без накала?
                                      0
                                      обычные лампы работать не будут.
                                      с автоэмиссей (без нити накала) есть разработки и для земных температур.
                                      для венеры вряд ли подойдут.
                                      нужно либо новые разрабатывать под режим 500 С.
                                      либо использовать обычные с накалом 2000 градусов. должны работать.
                                +1
                                остается вопрос почему?
                                давление слишком высокое?
                                а что насчет реле? или даже микрореле.
                                в статье мало уделено внимания рассмотрению других подходов. кроме механического.
                                который на мой взгляд тоже не особо надежен. неучтенные деформации корпуса при посадке + тепловые могут «заклинить процессор» )
                                  0

                                  Лучше дублирующую электронику венерохода разместить на спутнике-кубсате на орбите, а на самом аппарате иметь простейшие контроллеры на лампах и реле, задача которых — уметь включаться и выключаться ещё и по командам с орбиты. Тогда, когда помрёт экспериментальная высокотемпературная электроника на борту — можно будет спокойно продолжать миссию.

                                    0
                                    люди, похоже, просто играют в клокпанк :-) Ничего цельного из этого, конечно, не выйдет — а вот какое-нибудь удобное частное решение запросто.
                                    В целом высокотемпературную управляющую часть на реле сделать заведомо проще и дешевле, чем механические компьютеры городить. И по надёжности будет — выше, то, что механика будет годами или хотя бы днями работать безотказно — очень и очень сомнительно. Механические компьютеры, на самом деле, требуют высокого уровня обслуживания и не слишком надёжны.
                                +5
                                Клокпанк как он есть, бгг. ;)
                                Но все-таки более реалистичной будет платформа, плавающая в более вменяемых условий слоях атмосферы и скидывающая вниз зонды-расходники. Возможно даже на тросике, с подъемом обратно.
                                  +3
                                  Вменяемые условия там примерно на высоте 50 км. Немаленький тросик понадобится :)
                                    +7
                                    Вообще-то скорее до ~35 км. 180С это конечно не курорт, но все же более-менее посильно для современной электроники и материалов и всяко более реалистично чем заводные роботы. Плюс в атмосфере венеры тросик можно разгружать «поплавками».
                                      0
                                      В целом атмосферная платформа выглядит сейчас гораздо более реализуемой, чем любой из вариантов для работы на поверхности. Атмосфера у Венеры не менее интересна для изучения, чем камешки. Да и опустившись ниже облаков можно поснимать в привычном оптическом диапазоне. Но четких представлений о динамике атмосферы ниже облачного слоя сейчас кажется не так много, чтобы планировать тросовые системы.
                                    +2
                                    При той длине «тросика», который понадобится, том давлении атмосферы которое там есть (а соответственно ее плотности), и тех ветрах, которые там дуют, «тросик» очень быстро превратиться в неуправляемый парус в лучшем случае уносящий платформу, а в худшем он либо оторвется, либо повредит ее при очередном порыве ветра (который в тому же может быть разнонаправленным на разных высотах).
                                      0

                                      Ну так у них практически такой вариант и предложен, только более обдуманный.

                                      –1
                                      Пневматика бы больше подошла. Она еще и охлаждается в процессе работы.
                                        0
                                        С чего бы это она охлаждалась?
                                        Или вы про охлаждение при расширении? А как же нагрев при сжатии?
                                          0

                                          Если её заправлять каким-нибудь жидким азотом, то да, неплохо охлаждается.

                                            0
                                            При совершении работы, газ охлаждается — тепловая энергия (а другой в идеальном газе нет) переходит в механическую. Почитайте про автомобили на сжатом газе — у них была проблема замерзания двигателя.
                                            Сжимать газ надо на Земле. А можно даже не сжимать, а использовать жидкость, которая будет на Венере кипеть.
                                            0
                                            А я поддержу человека. Погуглите логические пневмосхемы советских времен, да и сейчас пневмологика кое-где используется.
                                            0
                                            Что ни сделаешь, лишь бы фотонную электронику (устойчивую к ЭМ помехам и температурам) не развивать.

                                            зы Теперь урезание бюджетов НАСА кажется уже не таким и глупым мероприятием. Они бы там еще паровую телегу изобрели заново.
                                              0
                                              Я общался с людми, которые занимались оптическими компьютеры. Они как раз рассказывали, что были проблемы именно с рассеиваемой мощностью.
                                              +3

                                              А в чем смысл делать долгоиграющий но практически бесполезный венероход, когда можно его зарядить всем необходимым оборудованием, всеми возможными электронными датчиками, балонами азота (или другим активным охлаждением) и за час собрать огромное количество информации и нормально передать его в сторону земли. А если вам надо ветер померить — сбросте флюгер и мониторьте его с орбиты. А лучше несколько флюгеров.
                                              Не очень понятно, что такого специфического может найти такой механический венероход.

                                                +2
                                                За час действительно можно собрать кучу информации. Но только в одном месте.
                                                Меж тем как для изучения геологии нужно приличное расстояние проехать. Чем, к примеру, марсианские роверы занимаются уже несколько лет.
                                                  +2

                                                  Да, только вот основные данные получены при помощи довольно сложной электроники, такой как спектрометры и разного рода камеры(в том числе и рентген). А какие данные может собрать механический зонд?
                                                  Неважно как долго он пробудет на поверхности и сколько пройдет, если не будет возможности анализировать окружающую среду, а с текущим положением вещей даже не предвидится возможность это делать автономно при помощи механики.

                                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                      0
                                                      Да, и кучу же вариантов не рассмотрели на замену роверу. Ту информацию, которую может получить ровер простыми механическими приборами (температура, давление… что еще?) можно получить кучей мелких дешевых одноразовых датчиков, которые можно рассыпать со стратостата пачками. Пока испаряется охлаждаясь оболочка такого датчика он отлично промеряет необходимое и коротким импульсом отправит данные обратно на стратостат. А они зациклились на механике и уже для вулканов их приспособить хотят, и для марсианских полярных озёр…
                                                      Очевидный троллинг же, чего меня бомбит-то от статьи?
                                                +1
                                                О да, были в детстве такие советские машинки, которые при столкновении язычка под бампером со стеной выполняли маневр как на схеме, только там гораздо более простой механизм решал эту задачу.
                                                  0
                                                  Сделали бы венероход в виде термоизолированного паровоза — вода кипит в котле-цистерне, в которой находится электроника, пар крутит колёса, пока вся вода не выкипела — всё работает.
                                                    0

                                                    А в чем смысл? Как это продлит жизнь электроники? В чем отличие от герметичного титанового зонда?

                                                      +1
                                                      Только вот вода будет кипеть при гораздо более высокой температуре нежели на земле. И использовать котел как термостабильное место не получится.
                                                        +1
                                                        По-моему, отличная идея. Регулируя давление в котле, можно разную температуру кипения обеспечивать для той же воды. А эффективно преобразовывая энергию пара в механическую в замкнутом цикле (конденсируя жидкость обратно), можно горы свернуть. Правда смутные воспоминания о термодинамике и цикле Карно заставляют подозревать, что это почему-то «не взлетит».
                                                          +2
                                                          Это мой девиз дилетанта: с помощью бурной фантазии и безграмотности можно придумать гораздо больше технических решений сложных проблем, чем просто с помощью бурной фантазии.
                                                          Изначально там была «поверхностная эрудиция» вместо безграмотности, но я решил себе не льстить. А ваш сарказм я оценил=).
                                                        +3
                                                        Вездеход-автоматон для экстремальных условий [Automaton Rover for Extreme Environments, AREE] мог бы использовать часовые шестерёнки, пружины и другие механизмы для обеспечения большей части функциональности вездехода, включая питание, хранение энергии, зондирование, движение и коммуникации – без всякой электроники.

                                                        Кажется Ганс Форальберг не умер…
                                                          0
                                                          Вопрос: а что мешает заключить всю электронику и агрегаты в химически стойкое стекло и ту же энергию ветра накапливать для перемещения и передачи данных? Не так давно статья была про высокотемпературную электронику.
                                                            +1
                                                            А спустя 1 000 000 лет какие-нибудь инопланетные формы жизни найдут на одних планетах примитивных роботов, напичканых электроникой, а на других — примитивных механических роботов, и будут долго ломать голову (или что там у них будет)
                                                              +2
                                                              Миллион лет спустя робот найдет две ископаемые формы своих предков и будет ломать голову, от которой из них он произошел…
                                                              +1

                                                              Обычное преодоление узости мышления. Взять не ту технологию, которая доминирует, а ту, которая лучше подходит к условиям эксплуатации. Это как наушники для МРТ, которые подключаются не проводами, а трубками-звуководами.


                                                              К барабанам механического счётчика можно приделать вместо цифр резонаторы. Чтобы определять, к какому разряду счётчика относится какой из резонаторов, подведённых к прорези в корпусе, частоты их настройки можно выбрать такими, чтобы последняя цифра перед запятой соответствовала отображаемой цифре, а цифра после запятой — номеру разряда.

                                                                0

                                                                Не проще сбросить несколько дешевых зондов-расходников в разные места в разное время? Информации точно будет больше

                                                                  0

                                                                  Написано же в статье, ну!
                                                                  Зонд расходник стоит как куриосити, а работает пару минут.

                                                                  0
                                                                  С одной стороны собираемся на марс, а с другой стороны собираемся арифмометр на Венеру запускать :) НАСА точно знает чем занять бюджетные деньги, которых и так не много :/
                                                                    0
                                                                    На самом деле, побочный эффект от систематизации знаний по механике и материаловедению в ходе даже таких, казалось бы безнадёжных и бессмысленных исследований вполне может принести пользу и привести к неожиданным прорывам в смежных областях. Не стоит сбрасывать со счетов кумулятивный эффект научного метода. Это недорого оплатить рабочее время и 3д-принтер кучке энтузистов, если действительно сделают что-то новое, а не попилят бюджет на тачки и бухло.
                                                                    +2
                                                                    Была еще другая идея — создать электронику на других компонентах, для которых условия на поверхности Венеры будут оптимальными. При этом данная электроника может совсем не работать в земных условиях. Забрасываем такой аппарат на Венеру, он там прогревается и приходит в работоспособное состояние.
                                                                    Т.е. надо выбрать на роль проводников и полупроводников другие металлы и сплавы, для температуры 460 градусов. Сами транзисторы и микросхемы из них будет сделать уже не проблема, в общих чертах все по аналогии. Гнаться за миниатюрностью не надо. Схемы те же. Испытывать можно в специальной камере-печке.
                                                                    Все так же можно делать и для других планет с другими условиями.
                                                                      0

                                                                      Вот это самая разумная идея для Венеры.

                                                                        0
                                                                        А тепловое расширение на таком прогреве не порвёт соединения?
                                                                        +3
                                                                        Передача информации, похожа на интернет в Африке. Про механику, даже часы смазывают, а там только стрелки в нагрузке, без смазки работать не будет. И кроме этого соприкасающиеся металлические детали будут прилипать друг другу, в таких условиях.
                                                                          0
                                                                          А как на счет применения электронных компонент на основе ламп?

                                                                          А для датчиков использовать материалы которые не разрушаются, либо медленно разрушаются при температурах в 600..800 градусов?

                                                                          Как вариант найти цепочки обратимых химических реакций происходящих в необходимом диапазоне температур, на основании которых можно создать какие либо датчики.

                                                                          Возможно ли всунуть в аппарат РИТЭГ, энергии которого хватит на питание холодильной установки, которая позволит снизить температуру внутри аппарата до допустимых значений?
                                                                            0
                                                                            Исследователи также рассматривают вариант радио на электронных лампах, но хотя эти лампы и способны работать при высоких температурах, они будут уязвимыми в венерианской атмосфере, и им будет грозить потеря герметичности.

                                                                            Боятся разбить керамику об Венеру.

                                                                            0
                                                                            Хм, раз атмосфера есть, значит вероятно можно летать.
                                                                            А как насчет «матки» спутника на высоте с приемлемой температурой, а в отсеке сотня другая расходных квадрокоптеров? У которых на пузе много важных датчиков.
                                                                            Таким образом, спутник пролетая над Венерой, принимает команды от центра с Земли и по команде разбрасывает квадрокоптеры, которые падая на парашютах корректируют свою траекторию, при помощи движков, что бы максимально точно попасть в нужную точку, а перед самым приземлением парашют отцепляется и квадрокоптер приступает к изучению.
                                                                            Квадрокоптер конечно не обязателен, его выбрал просто потому что они сейчас популярны)
                                                                            Может быть получиться заряжать аккумуляторы квадрокоптера во время падения, при помощи винтов.
                                                                            Думаю можно будет подобрать термостойкие и прочные материалы, угле/стекло волокно например.
                                                                              0

                                                                              В статье написано, что там идут дожди из серной кислоты, но они испаряются не долетая до поверхности.
                                                                              В таком месте "расходник" должен быть не летающим, бронированным устройством, без хрупких компонентов внутри.


                                                                              извините

                                                                              Ох постойте, статье же как раз об этом.

                                                                              0
                                                                              Такое чувство, будто кто-то статью к первому апреля готовил и не успел или подумал, что ну совсем уж чушь получается неправдоподобная. А теперь вот в августе она на гиктаймсе и все с серьёзным видом обсуждают механический венероход… без электроники, Карл! На пружинном заводе! От энергии ветра! Будильник на колёсиках!
                                                                              [далее читать с плавно усиливающейся интонацией голоса]
                                                                              Нет, как некий концепт-арт, как инсталляция современного искусства на стыке с технологией, как квинтесценция логической задачи ради задачи, как олицетворение красоты и совершенства логической мысли, как апофеоз интеллекта Человечества, который эдаким гедонистичским порывом бессмысленности и беспощадности прорывает границы возможностей цивилизации смешивая Простоту и Сложность как джин с тоником предвещая бурю в стакане бытия на пороге сингулярности… годится. Даже нравится.
                                                                              Но нет, ну вы серьёзно?
                                                                                +1

                                                                                А что не так-то? Такие проекты хороший способ размять мозги, взять техническую задачу сложно решаемую стандартными методами и попробовать её решить не используя их в принципе или используя минимально, например в Китае не стали ставить дополнительные компрессоры на тяговые тепловозы на высокогорных карьерах (им там воздуха не хватало для нормальной работы), а просто пригнали кучу старых паровозов, они менее зависимы от давления воздуха поступающего в топку, решение красивое, но не очевидное для современного человека.

                                                                                  0
                                                                                  ну вы серьёзно?

                                                                                  Очень! Для расширения гиковского кругозора, для начала посмотрите:
                                                                                  Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам
                                                                                  0
                                                                                  Так, ок, по существу.
                                                                                  На ум сразу приходит мысль о гадолиниевом холодильнике с механическим приводом. В настолько плотной атмосфере можно делать аэрогелевые дирижабли с якорем и вывешивать их на высотах со скоростями ветров, лучше всего подходящими для эффективной ветрогенераторной установки. Ветром крутим приводы гадолиниевых холодильников и обычных генераторов (медь при 100 градусов же плавится где-то?). Тепло отводим хладагентом с подходящим температурным режимом на развесистые радиаторы. Охлаждаем внутренности небольшого вакуумного термоса с электронной логикой и тепловыми трубками с вакуумными стенками разводим живительный холод по периферийным узлам: датчикам и приборам.
                                                                                  Предвижу возражения на счет допустимых температурных режимов гадолиния и постоянных магнитов, но… я же не проверял все эти концепции, однако, как вы думаете, что звучит более правдоподобно, эта вот моя ахинея или красочное описание механического ровера с зеркальцем и пропеллером?
                                                                                    0
                                                                                    Температура плавления меди 1083 градуса.
                                                                                      0
                                                                                      В клавиатуре садится батарейка, а когда заметил поправить уже не смог.
                                                                                    0
                                                                                    Мехатроника, как и пневматроника, имеют свою узкую нишу, конечно — это условия крайне высоких радиационных и магнитных полей (например, в фотосфере Солнца). Но для Венеры достаточно лампового микрочипа в герметичном прочном корпусе — ничто не мешает сделать массив плоских триодов субмикронных размеров тем же травлением меди на стекле по фотошаблону. Оно и для Земли перспективно, ламповый вакуум все же проще заиметь, чем безумной чистоты полупроводники.
                                                                                    Заголовок спойлера
                                                                                    и клепать в гараже свои собственные ASICи для майнинга ;)
                                                                                      0
                                                                                      и достаточно горячо для того, чтобы обычная электроника не смогла работать.
                                                                                      — вот именно что обычная. А как насчет необычной? Я этого не понимаю, но вряд-ли 300К — это какая-то магическая температура, при которой электроника работает а выше или ниже — нет. Понятно, что нужны другие материалы, но ведь принципы известны, и все сводится к тому чтобы подобрать нужный полупроводник — может что-нибудь тугоплавкое и с большей запрещенной зоной, типа карбида углерода или даже алмаза сойдет — я не знаю, но сомневаюсь что высокотемпературных полупроводников не существует в природе. Ок, разработать технологию с нуля — это затратно, но это делается только один раз и не обязательно сразу делать ее 14-нанометровой — старый дешевый техпроцесс сойдет, не смартфоны же делают.
                                                                                        +4
                                                                                        Думаю тут еще несколько проблем с временем жизни аппарата.
                                                                                        1) Механика будет подвержена мощной атмосферной кислотной коррозии.
                                                                                        2) При таких давлениях среды — износ шестерней и механизмов будет катастрофически быстрым, хорошо если на месяц хватит узлов передвижения «ровера».
                                                                                        Сдаётся мне, что при заданных параметрах венерианской среды идеальным будет что-то похожее на подводную лодку, парящее над поверхностью и в верхних слоях за счёт изменяемой «плавучести» — вверху заряжаемся, охлаждаемся, запасаем холод и энергию, и на короткие промежутки опускаемся к поверхности поработать, потом опять «продуваем цистерны» и всплываем повыше.
                                                                                          0
                                                                                          Адекватный вариант выглядит так, построить зонд с очень толстым термостойким корпусом, зонд не сможет двигаться но сможет собирать и обрабатывать образцы грунта.
                                                                                          Зонд с движимыми частями на гусеничной ленте или колесами не проживет и пару дней.
                                                                                          Безымянный.jpg
                                                                                            0
                                                                                            Представители местной фауны ознакомятся с первобытными технологиями инопланетных цивилизаций.
                                                                                              0
                                                                                              Керамика, мне кажется, спасёт проект. Она намного более высокотемпературная, может использоваться как в лампах, так и в механических частях.
                                                                                                0
                                                                                                Не понимаю, чем им не угодила электроника на основе карбида кремния. Да, в данный момент промышленные образцы дают чуть больше 200 градусов, но реально там предел лежит за 500, просто, видимо, нет острой необходимости так повышать температуру. Выйти на уровень 400 градусов будет в рамках привычной электронной модели, думаю, куда проще, чем с нуля создавать какую-то невнятную механическую игрушку, хотя она, конечно, и впечатляет.
                                                                                                  0
                                                                                                  Скорей тем, что разработать на ней адекватный процессор слишком дорого.
                                                                                                  0
                                                                                                  В феврале была новость про чипы на карбиде кремния: Ученым НАСА удалось создать чипы, способные выдержать и сохранить работоспособность на поверхности Венеры. Микросхема проработала больше трёх недель в условиях, имитирующих венерианские. Если в ближайшем будущем это будет доработано до некоторого приемлемого процессора (как там заявлялось), то задача может и упроститься.
                                                                                                    0
                                                                                                    Также они разрабатывают механические часы, способные работать при высоких температурах – одна из основных частей автономного механического компьютера.


                                                                                                    Уже не мало производителей вещей побывавших в космосе сделали этот факт своим маркетинговым преимуществом. Так что думаю отдать разработку какому нибудь швейцарскому или другому производителю будет разумно, а за такую рекламу, и ценник на часы будет приемлемый.
                                                                                                      0
                                                                                                      Прочитал статью наискосок и комментарии к ней. И, как говорится, тут я понимаю, что я чего то не понимаю. Стоимость доставки и ЦУП составит львиную долю всего проекта, что бы туда не отправили. И кто будет платить за то, что бы по Венере ползали скорострельные часы с кукушкой? Пневмо гидро и прочие фотонные (которые кстати жить не могут без обычной электроники) компьютеры выглядят не менее безумно с точки зрения результативности и надёжности. Вся история освоения космоса человеком зиждется на электронике. Лампы, да, но их вклад был минимальным. Кто всю эту экзотику будет отлаживать с нуля в десятках дорогостоящих полетах? Поэтому, только атмосферные зонды. Возможно, со сбрасываемыми/спускаемыми датчиками. Остальное — в кунсткамеру

                                                                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                      Самое читаемое