Email this article 
Разработка концепции интеллектуальных мобильных платформ для международной научной лунной станции
- Authors: Маленков М.И.1, Волов В.А.1, Базилевский А.Т.2, Богачёв А.Н.1, Иванов М.А.2, Гусева Н.К.1, Лазарев Е.А.1
-
Affiliations:
- АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
- Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
- Issue: Vol 59, No 1 (2025)
- Pages: 3-26
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0320-930X/article/view/289364
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X25010014
- EDN: https://elibrary.ru/LQJYKS
- ID: 289364
Cite item
Open Access
Access granted
Abstract
В статье анализируются и развиваются отечественные инженерные разработки концепций создания лунных баз и транспортных средств для их строительства и функционирования. Предложена концепция интеллектуальных мобильных платформ (ИМП), представляющих собой унифицированные самоходные шасси с автоматическими стыковочно-сцепными устройствами (АССУ) и подсистемами локальной навигации. На самоходное шасси ИМП устанавливается различное навесное оборудование, определяющее назначение и технологические характеристики транспортного средства (ТС). Такие ТС могут использоваться как самостоятельные луноходы с гибридным управлением, так и в качестве звеньев многофункционального лунного поезда, предназначенного для специальных операций, включая дальние экспедиции на сотни километров. На основе опубликованных NASA изображений Lunar Reconnaissance Orbiter Camera проложен возможный маршрут экспедиции от места размещения Международной научной лунной станции (МНЛС) в районе массива Малаперт на обратную сторону Луны, учитывающий уровень освещенности и углы подъема местности на всей трассе движения. Цель экспедиции – проведение научных исследований по трассе движения, доставка аппаратуры и развертывание автоматического филиала МНЛС – лунной обсерватории на обратной стороне Луны в тени от радиошумов Земли. На основе расчетно-теоретических исследований и проектно-компоновочных разработок выполнен аванпроект, включающий технический облик ИМП и ее основные тактико-технические характеристики.
Full Text
About the authors
М. И. Маленков
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Author for correspondence.
Email: m.i.malenkov@gmail.com
Russian Federation, Санкт-Петербург
В. А. Волов
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: m.i.malenkov@gmail.com
Russian Federation, Санкт-Петербург
А. Т. Базилевский
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: atbas@geokhi.ru
Russian Federation, Москва
А. Н. Богачёв
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
М. А. Иванов
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
Email: atbas@geokhi.ru
Russian Federation, Москва
Н. К. Гусева
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
Е. А. Лазарев
АО Научно-Технический Центр “РОКАД”
Email: atbas@geokhi.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург
References
- Авотин Е.В., Болховитинов И.С., Кемурджиан А.Л., Маленков М.И., Шпак Ф.П. Динамика планетохода / Ред.: Петров Б.Н., Кемурджиан А.Л. М.: Наука, 1979. 440 с.
- Анисов К.С., Мастаков В.И., Иванов О.Г., Леонидов Л.Н., Николаев Г.Н., Днепров А.Д., Александров А.К., Семенов П.С., Грачев А.Ф., Комаров В.И. и 71 соавтор. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Т. 1 / Ред.: Виноградов А.П. М.: Наука, 1971. 128 с.
- Базилевский А.Т., Маленков М.И., Волов В.А., Абдрахимова А.М., Козлова Н.А., Зубарев А.Э., Надеждина И.Е. Оценка прочности лунного грунта по глубине колеи колес луноходов // Астрон. вестн. 2021. Т. 55. № 4. С. 291–315. (Basilevsky A.T., Malenkov M.I., Volov V.A., Abdrakhimov A.M., Kozlova N.A., Zubarev A.E, Nadezhdina I.E. Estimation of the strength of the lunar soil by the depth of the lunar rover wheel tracks // Sol. Syst. Res. 2021. V. 55. № 4. P. 283–306.)
- Волов В.А., Гусева Н.К., Конколович А.Г., Маленков М.И. Колесно-шагающий движитель с функцией активной подвески // Патент РФ № 2671661. 2017.
- Горбунов В.Л., Воробьев А.В., Егоров А.И., Кучеренко В.И., Маленков М.И., Мишкинюк В.К. Сцепное устройство сочлененного транспортного средства // А.С. SU 1138338 A. Бюл. изобретений. 1985. № 5.
- Громов В.В., Забавников Н.А., Кемурджиан А.Л., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Наумов В.Н., Назаренко Б.П. Рождественский Ю.Л. Передвижение по грунтам Луны и планет / Ред. Кемурджиан А.Л. М.: Машиностроение, 1986. 280 с.
- Иванов О.Г., Рывкина Г.А., Непоклонов Б.В., Леонович А.К., Павлов П.С., Громов В.В., Наумов П.Н., Петров В.Н., Яковлев Ф.П., Гарин И.С. и 80 соавторов. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Т. 2 / Ред. Барсуков В.Л. М.: Наука, 1978. 180 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Матвеев П.Н., Мишкинюк В.К., Петрига В.Н., Розенцвейг И.И. Планетоходы / Ред. Кемурджиан А.Л. М.: Машиностроение, 1982. 319 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Кажукало И.Ф., Маленков М.И., Мишкинюк В.К., Петрига В.Н., Розенцвейг И.И. Планетоходы / Ред. Кемурджиан А.Л. Изд. 2-е, переработанное и дополненное. М.: Машиностроение, 1993. 340 с.
- Кемурджиан А.Л., Громов В.В., Черкасов И.И., Шварев В.В. Космические станции для изучения поверхностного покрова Луны. М.: Машиностроение, 1976. 200 с.
- Корепанов Г.Н., Маленков М.И., Койнаш В.И., Друян Е.Н., Рыков Г.И., Комиссаров В.И., Сологуб П.С. Двухступенчатая коробка передач привода колеса транспортной машины // А.С. СССР 329044. Бюл. изобретений. 1972. № 7.
- Кулова Т. Аккумуляторы, изменившие жизнь // Наука и жизнь. 2019. № 12. С. 2–7.
- Маленков М.И., Богачев А.Н., Волов В.А., Гусева Н.К., Конколович А.Г., Кузьменко Д.Н., Курдзюк В.М., Лазарев Е.А., Федорушков А.Б., Федорушков Д.Б. Новые проектно-компоновочные решения для повышения подвижности и функциональных возможностей планетоходов // Изв. ЮФ У. Технич. науки. 2017. № 3. C. 42–54.
- Маленков М.И., Волов В.А, Богачев А.Н., Гусева Н.К., Лазарев Е.А., Базилевский А.Т. Поисковые разработки проектного облика мобильных платформ для лунной базы // Тр. конф. ЭР-2023. СПб: ЦНИИ РТК, 2023. С. 210-211.
- Маров М.Я., Хантресс У.Т. Советские роботы в Солнечной системе. Технологии и открытия. М.: Физматлит, 2013. 600 с.
- Мержанов А.И. Лунная база “Барминград” // Воздушно-космическая сфера. 2018. № 2. С. 107–117.
- Митин Б.В., Громов В.В. Егоров А.И., Кемурджиан А.Л., Лелюшкин Ю.Г., Маленков М.И. Колесо транспортного средства // А. С. СССР 839740. Бюл. изобретений. 1981. № 23.
- Семенов Ю.П., Александров А.П., Алиев В.Г., Ашмарин Ю.А., Багров В.П., Баканов Ю.А., Благов В.Д., Бобков В.Н., Воробьев П.М., Гальперин В.Е. и 30 соавторов. Лунный экспедиционный комплекс. Ракетно-космическая корпорация “Энергия” им. С. П. Королева. 1946–1996 / Ред. Семенов Ю.П. 1996. С. 281–286.
- Сыромятников В.С. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1984. 215 с.
- Basilevsky A.T., Krasilnikov S.S., Ivanov M.A., Malenkov M.I., Michael G.G., Liu T., Head J.W., Scott D.R., Lark L. Potential lunar base on Mons Malapert: Topographic, geologic and trafficability considerations // Sol. Syst. Res. 2019. V. 53. № 5. P. 383–398.
- Costes N.C., Farmer J.E., George E.B. Mobility Performance of The Lunar Roving Vehicle: Terrestrial Studies – Apollo 15 Results // NASA Techn. Report. TR R401. Washington, 1972. 78 p.
- Ding L., Zhou R., Yuan Y., Yang H., Li J., Yu T., Liu C., Wang J., Li S., Gao H, and 21 co-authors. 2-year locomotive exploration and scientific investigation of the lunar far side by the Yutu-2 rover // Sci. Robotics. 2022. V. 7. № 62. P. 1–13.
- Malenkov M.I., Volov V.A., Basilevsky A.T., Ivanov M.A., Bogachev A.N., Guseva N.K., Lazarev E.A., Gao Haibo, Deng Zongquan. Discussion of the concept of mobile robotic complexes for the International Lunar Research Station. M.: IKI RAS, 2022. P. 116–118. Электронный ресурс: https://ms2022.cosmos.ru/docs/2022/13-MS3_BOOK_18-10-22l.pdf
- Malenkov M.I., Bogachev A.N., Volov V.A., Guseva N.K., Kuzmenko D.N., Lazarev E.A., Nazarov V.N., Rodionov D.S. New technical solutions for increase of quantity and quality of scientific researches with the help of planetary rovers // Proc. 15th Symp. on Adv. Space Technologies in Robotics and Automation (ASTRA–2019). Электронный ресурс: https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Automation_and_Robotics/Proceedings_of_ASTRA
- Malenkov M.I., Volov V.A. Comparative analysis and synthesis of schemes of balanced suspension of planetary rovers with autonomous control // Russ. Eng. Res. 2019. V. 39. № 3. P. 211–219.
- Marov M.Ya., Slyuta E.N. Early steps toward the lunar base deployment: Some prospects // Acta Astronaut. 2021. V. 181. P. 28–39.
- Zhang L., Xiong L, Sun J., Gao S., Wang X., Zhang A. Technical characteristics of the relay communication satellite Quegiao for Chang'e – 4 Lunar farside exploration mission // Scientia Sinica Technology. 2019. V. 49. Iss. 2. P. 138–146.
- Young Anthony H. Lunar and Planetary Rovers. Springer – Praxis Publ., Chichester, UK. 2007. 305 p.
Supplementary files
Supplementary Files
Action
1.
JATS XML
2.
Fig. 1. Running model of a two-section self-propelled chassis of a manned lunar rover (from the author’s archive).
Download (379KB)
3.
Fig. 2. Two-speed automatic transmission. 1 – gearbox spring, 2 – 1st gear solenoid, 3 – planet carrier, 4 – 1st gear brake disc, 5 – 2nd gear spring, 6 – drum, 7 – epicycle, 8 – housing, 9 – sun gear, 10 – disc on engine shaft, 11 – wheel brake disc, 12 – wheel brake solenoid, 13 – engine, 14 – wheel brake spring.
Download (302KB)
4.
Fig. 3. Diagram of a wheel with an elastic profiled metal mesh tire of a two-section model: 1 - hub, 2 - spokes, 3 - right wheel rim hoop, 4 - elastic metal mesh tire, 5 - elastic metal plates, 6 - bandage, 7 - lugs.
Download (94KB)
5.
Fig. 4. Photo of the South Pole of the Moon taken by the Lunar Reconnaissance Orbiter Camera and the Malapert Mons map with the supposed locations of the lunar cosmodrome MNLS at the foot (landing/takeoff site) and elements of the lunar base at the top (solar power station). The numbers along the vertical and horizontal axes on the map are distances in meters. The numbers between the contours on the map are average surface tilt angles in degrees. (The map in the figure on the right and the values of distances and surface tilt angles on it are based on the LDEM80S20M digital surface model, compiled using data obtained by the Lunar Orbiter laser Altimeter (LOLA).)
Download (505KB)
6.
Fig. 5. Distribution of slopes in the area of Mount Malapert and the south pole of the Moon (top); areas where the surface slope is less than the specified limit of the lunar rover's cross-country ability of 10, 15 and 20 degrees are marked in green. Solar illumination of the same area (bottom). Black and yellow lines are recommended driving routes taking into account restrictions on the angles of ascent and illumination of the area. Slope and illumination maps are constructed using topographic data from the LOLA altimeter (spatial resolution of 60 m/px).
Download (548KB)
7.
Fig. 6. Structural diagram of the intelligent mobile platform.
Download (229KB)
8.
Fig. 7. Structural diagram of the self-propelled chassis of the IMP movement system.
Download (284KB)
9.
Fig. 8. Fragment of tests of an experimental model of a self-propelled automatic chassis with adjustment of the relative position of the wheels and the body vertically in the area of the recent eruptions of the Tolbachik volcano in Kamchatka.
Download (178KB)
10.
Fig. 9. Kinematic diagram of the ODM of the IMP self-propelled chassis: 1 - active suspension drive based on a double-lever compressed-type MS (the drive is conventionally shown rotated 90° relative to the 0-0 axis); 2 - mechanical clutch for switching the operating modes of the active suspension and wheel walking; 3 - electric motor; 4 - gearbox; 5 - first lever; 6 - reaction chain transmission (i = 1); 7 - second lever; 8 - summing chain transmission (i = 2); 9 - steering gear; 10, 11 - electric motor and gearbox of the steering gear; 12 - rigid mechanical connection of the output shaft of the active suspension drive with the steering gear; 13 - traction drive of the motor-wheel; 14, 15, 16 - electric motor, two-speed gearbox and gearbox of the traction drive; 17 - wheel.
Download (141KB)
11.
Fig. 10. Simplified layout diagram of the intelligent mobile platform: 1 – self-propelled chassis; 2 – active (left) and passive (right) automatic docking and coupling devices (ADCD); 3 – cameras for local navigation during docking and undocking operations of the lunar train links in the sequence specified by the operator.
Download (63KB)
12.
Fig. 11. Simplified layout diagram of a three-link MRTK (attached equipment is not shown) based on three IMPs: 1, 2, 3 – self-propelled chassis; 4 – ASCS with three degrees of freedom; 5 – cameras of the local navigation system.
Download (209KB)
13.
Fig. 12. Calculation scheme of forces during uniform rolling of the wheel on the lunar regolith: PZ – downforce; Fn – normal soil reaction; Ft – horizontal soil reaction; F – horizontal traction force applied to the wheel axis; k – arm of action of the vertical soil reaction (k = f ‧ r, where r is the wheel radius); l – longitudinal size of the soil deformation area.
Download (67KB)
14.
Fig. 13. Layout diagram of the chassis in the converted position.
Download (110KB)
15.
Fig. 14. Layout diagram of the IMP self-propelled chassis in working position.
Download (81KB)
16.
Fig. 15. Calculation scheme of a four-wheeled IM with a load moving uphill: V is the speed of the machine; PXi is the tractive force of the wheel; PZi is the normal reaction of the wheel; Pfi is the rolling resistance force of the wheel; Mi is the reactive torque of the traction drive; O is the center of mass of the machine; L is the wheelbase; h is the height of the center of mass of the machine; r is the radius of the wheel; α is the angle of ascent; c1 is the suspension stiffness; c is the radial stiffness of the wheels; m is the total mass of the IM with a load; gM is the acceleration of gravity on the Moon; 1 is the front wheel, 2 is the rear wheel; φt is the angle of rotation of the body due to the elasticity of the suspension and wheels under the action of the moment of forces.
Download (195KB)
17.
Fig. 16. Distribution of normal reactions on the wheels of a four-wheel chassis depending on the angle of ascent.
Download (64KB)
18.
Fig. 17. Kinematic diagram of the active suspension drive (a) of the ODM and its double-lever mechanism of the compressed-reaction type (b): 1 - drive housing; 2 - electric motor; 3 - electromagnetic brake; 4 - gearbox; 5 - first lever; 6 - reaction chain transmission (u = 1); 7 - second lever; 8 - chain transmission of the summing gearbox (u = 2); β1 - rotation angle of the first lever; 9 - suspension or chassis frame; 10 - steering gear; 11 - traction drive; 12 - wheel; β1, β2 - angular velocity of the levers; МР1i - torque on the first lever; PZi - vertical force during operation of the double-lever mechanism.
Download (123KB)
19.
Fig. 18. Concept of the IMP. General view and composition of the movement and docking system (attached components of the control, communication, local navigation systems, as well as cable networks are not shown): 1, 9 - motor-wheel with built-in traction drive; 2 - steering mechanism with drive; 3 - bracket of rigid mechanical connection of the active suspension drive with the steering mechanism; 4 - frame of the self-propelled chassis with built-in power supply system and electronic units of the control, local navigation and communication systems; 5, 8 - passive and active mechanisms of the ASCS; 6, 7 - reaction lever and passive suspension balance beam with an elastic element in the form of a torsion bar; 10 - active suspension drive; 11, 12 - levers of the active suspension mechanism.
Download (125KB)
