Frage:
Was passiert mit verstorbenen Mond- und Marsrovern? Welche technologischen Barrieren hindern die Menschheit daran, einen ewigen Rover zu schaffen?
stackkeeper
2013-08-03 00:40:15 UTC
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Was passiert mit verstorbenen Mond- und Marsrovern?

snow covered rover

Welche technologischen Barrieren hindern die Menschheit daran, einen ewigen Rover mit Sonnenbatterien oder tragbaren Kernreaktoren für den Einsatz auf Mars, Mond usw. mit täglichen visuellen Übertragungen zu schaffen? Wissenschaftliche Datenübertragung für immer?

Wenn Strahlung das Hauptproblem war, hat die Menschheit jetzt die Technologie, um dies zu überwinden?

Zum Beispiel kann dieses Gerät namens Zephyr theoretisch für immer in der Erdatmosphäre fliegen.

Eine einfache Antwort wäre Entropie: Irgendwann wird sich etwas abnutzen. Ich denke nicht, dass dies eine ausreichend vollständige Antwort ist, aber es ist einer der Hauptgründe. Gute Frage.
Man könnte argumentieren, dass nichts wirklich ewig ist.
Was ist das für ein Foto? Pfadfinder in den Alpen?
Nun, die Gelegenheit ist immer noch groß, also haben wir vielleicht ...
Geist und Gelegenheit sollten ursprünglich nur 90 Mars-Tage funktionieren. Es ist fast ein Wunder, dass sie so lange überlebt haben. Tatsächlich harte kleine Roboter.
@Philipp - Meh. Das war ein JPL-Budget-Trick. Es wurde ursprünglich erwartet, dass diese Rover mehr als 90 Mars-Tage lang arbeiten. Das Budget hatte nur 90 Tage Betriebsgeld. Was würde die NASA tun, wenn sie länger leben würden? JPL bitten, sie auszuschalten? Gerüchten zufolge hat die NASA JPL in Bezug auf Pläne für Curiosity genau damit bedroht. Das Betriebsbudget von Curiosity beträgt zwei Jahre anstatt 90 Tage, und es weist viel weniger Redundanz (viele einzelne Fehlerquellen) auf als das aufwändig überflüssige Spirit and Opportunity.
Die ursprüngliche Frage betraf * alte * Rover. Leider wurde die Frage später von jemand anderem in * eine der möglichen Antworten auf die Frage * geändert: Der Rover ist nicht mehr vorhanden.
Viele Jahre später findet ein verstoßener Astronaut einen Marsrover und verwendet seine verbleibende Batterie, um einen letzten Funkanruf zu tätigen. Dann kriecht er sogar in die Kapsel, um Proben zu holen, und fliegt damit zur Erde zurück!
Drei antworten:
#1
+28
geoffc
2013-08-03 01:22:45 UTC
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Temperaturverschiebungen

Die Temperaturschwankungen der Erde von extrem nach extrem sind recht moderat. Das heißt, die kälteste Temperatur liegt im Allgemeinen bei -40 ° C und die wärmste bei 40-45 ° C.

Der Mond hat zwei Wochen in strahlend heißem Sonnenlicht, viel heißer (abhängig von Ihrem Reflexionsvermögen), aber weit über 100 ° C und zwei Wochen von viel viel kälter. Nicht ganz absoluter Nullpunkt (-273 ° C), aber ziemlich kalt bis etwa -173 ° C.

Das ist ein Unterschied von 273 Grad Celsius. Versus, schlimmster Fall von 80C auf der Erde. Die Dinge dehnen sich über 273 gegenüber 80 viel mehr aus und ziehen sich zusammen. Daher ist es schwierig, Schaltkreise zu entwickeln, die mit den Extremen umgehen können. Die meisten handelsüblichen Leiterplatten reißen allein aufgrund der Wärmeausdehnung. Schweißnähte / Lötmittel sind bei diesen Temperaturschwankungen sehr schwer zu pflegen.

Die meisten Rover und anderen Sonden mit RTG verwenden sie sowohl für Wärme als auch für Strom, um sie über Nacht warm zu halten.

Der Mars ist nicht so schlecht, da er tatsächlich eine Atmosphäre hat, um ihn ein wenig zu moderieren. Die Temperaturschwankungen sind nicht so schlecht, aber immer noch ziemlich schlecht. Von einem Höchstwert von 20 ° C bis -153 ° C (173 Grad gegenüber 273 ° C für den Mond).

Natürlich kann dies durchgeführt werden, wie die aktuellen Rover gezeigt haben, aber es ist schwierig und schwierig. Es erfordert einen Winterschlaf und die Verwendung von Batteriestrom, um die Wärme für einen Teil davon aufrechtzuerhalten.

Strahlung

Der Mond ohne Atmosphäre hat nicht viel vor Sonneneinstrahlung zu schützen. Mars hat ein bisschen besser eine dünne Atmosphäre.

Entfernung

Sachen brechen. Nichts hält ewig. Das Fett muss eventuell ersetzt werden. Da dies nicht behoben werden kann, ist mehr Redundanz erforderlich. Da Starts jedoch so teuer sind, sind Sie durch die Masse begrenzt.

Staub

Sowohl der Mond als auch der Mars haben überraschend feinen Schmutz, der in und auf alles zu gelangen scheint. Die Apollo-Astronauten hatten Probleme, es von den Raumanzügen zu bekommen, nachdem der Mond gegangen war. Mars hat auch viel Staub, wie die verschiedenen Rover gezeigt haben.

Dieses Zeug zerstört bewegliche Teile, wenn es irgendwie dort hineinkommt.

Wenn Sie Solar-Arrays für die Stromversorgung auf dem Mars verwenden, werden auch die Arrays abgedeckt, die die Leistung reduzieren, wenn der Wind sie ablagert. Bei den Opportunity / Spirit-Missionen wurde festgestellt, dass sich der Wind sowohl ablagerte als auch gelegentlich den Staub entfernte.

Jetzt benötigen Sie einen Reinigungsmechanismus für Solaranlagen, um die Stromversorgung aufrechtzuerhalten, und eine weitere mechanische Komponente, die weit entfernt von irgendjemandem zu brechen ist

Batterielebensdauer

Wiederaufladbare Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer, bevor sie die Ladung nicht mehr halten oder bevor sie sich auf ein zu geringes Niveau verschlechtern, um zu überleben.

Lager

Bewegliche Teile können durch Staub beeinträchtigt werden, aber die Lager und irgendeine Art von Fett nutzen sich schließlich ab.

Finanzierung

Dies ist zwar keine technologische Grenze Wenn die Mittel für die Ausführung des Programms aufgebraucht sind, kann die Lebensdauer des Fahrzeugs / Orbiters / der Sonde durch die Programmverwaltung verkürzt werden.

Re: Fett - ich würde Lager im Allgemeinen sagen.
Die Lager sind alle gut und schön, bis der Staub, der vom sich bewegenden Rover aufgewirbelt wird, in einem Lager steckt. Jetzt blockiert der Rover zeitweise, und wenn es eine 15-minütige Hin- und Rückfahrt von hier zum Mars gibt, können die Wackelbewegungen, die der Bediener unternimmt, um den Rover nicht zu blockieren, einen ganzen Tag oder länger auffressen. Jede Buchse oder jedes Lager hält nur so lange, wie ihre Abdichtung gegen Schmutz hält, und diese Dichtung ist in einer Umgebung mit einem Unterschied von fast 200 ° C zwischen Sonnenlicht und Schatten relativ kurzlebig.
Fügen Sie der Mischung Batterien hinzu. Die meisten Akkus haben bis zu ~ 3000 Lade- / Entladezyklen. Entweder du tötest sie irgendwann oder du machst einen Winterschlaf ohne Strom durch die Nacht. Es gibt Designs, die gegen die meisten dieser Probleme resistent sind (denken Sie an Hamsterball), aber dann ist ihre Nützlichkeit begrenzt.
Geld. Ich denke, wir können bereits Rover herstellen, die unsere Aufmerksamkeitsspanne überdauern, gemessen an den Mitteln für den fortgesetzten Betrieb. Es ist verblüffend, dass die NASA die Möglichkeit erwägt, entweder Cassini oder Curiosity wegen Geldmangels abzuschalten.
@KeithS: Das Störungsproblem kann teilweise behoben werden, indem die integrierte Software den Stau erkennt und den Rover automatisch wackelt. Ansonsten aber ein guter Punkt.
"Schweißnähte / Soldaten sind sehr schwer zu warten" - Soldaten wären in diesem Temperaturbereich sicherlich schwer zu warten, aber ich wette, Sie meinten "Lote". 8v)
@FredLarson Ja, ja. Fest. Sie könnten bearbeitet haben, um zu beheben, dass Sie wissen ...
@geoffc: versucht. Ich kann keine 1-Zeichen-Bearbeitung durchführen.
[MOST] (https://en.wikipedia.org/wiki/MOST_%28satellite%29) funktionierte perfekt und weit über seine Lebensdauer hinaus ... bis es defundiert wurde.
#2
+8
Hobbes
2014-06-11 12:48:02 UTC
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Zusätzlich zu Geoffs Antwort enthält der Kommentar von Garan einen Hauptgrund, warum die Dinge irgendwann nicht mehr funktionieren. Jede Maschine mit beweglichen Teilen unterliegt einem Verschleiß. Sie können eine Maschine sehr lange laufen lassen, wenn Sie sie warten. Schauen Sie sich zum Beispiel die Dampfmaschinen in verschiedenen Museen des industriellen Erbes an. Diese Maschinen werden / wurden ständig von einem Mann mit einer Ölkanne überwacht, und Teile wurden bei Bedarf ausgetauscht oder repariert.

Ein Planetenrover ist ein ganz anderes Ballspiel: Wir können es nicht warten oder reparieren. Sobald ein Teil nicht mehr funktioniert, ist es endgültig verschwunden. Durch sorgfältiges Design können Sie Redundanz hinzufügen. Jeder Rover, den wir gebaut haben, verfügt über mindestens zwei Hauptcomputer: Wenn einer ausfällt, kann der andere übernehmen.

Bei mechanischen Teilen ist dies schwieriger. Räder zum Beispiel sind ein Hauptfehlerpunkt: Das Rad selbst wird beschädigt und es gibt viele empfindliche bewegliche Komponenten (siehe Geoffs Kommentare zu Lagern). Wenn Sie eine beschädigte Radbaugruppe entsorgen möchten, fügen Sie mehr bewegliche Teile und mehr Ausfallwahrscheinlichkeiten hinzu. Das Hinzufügen der Mechanik zum Ersetzen beschädigter Teile macht die Dinge noch komplizierter und macht den Rover größer und schwerer, was das Projekt schnell teurer macht.

Das Netzteil hat ein ähnliches Problem. Sonnenkollektoren, radiothermische Generatoren und Spaltanlagen verfallen schließlich. Solarmodule sind in 25 Jahren auf ~ 70% ihrer ursprünglichen Leistung gesunken. In einem RTG werden die Thermoelemente mit der Zeit weniger effizient. Selbst auf der Erde müssen wir Spaltanlagen aufgrund von Korrosion und Zerfall kritischer Komponenten stilllegen. RTGs und Spaltanlagen gehen schließlich auch der Brennstoff aus.

Zusätzlich zu den technologischen Hindernissen gibt es zwei Hauptgründe, Rover nicht für eine sehr lange Lebensdauer zu bauen:

  1. Kosten. Das Hinzufügen von Redundanz erhöht das Gewicht und die Komplexität und erhöht die Startkosten. Man kann sich darauf verlassen, dass ein Rolls-Royce viel länger einsatzbereit ist als ein Ford, aber der Rolls kostet genug, dass Sie es sich leisten können, zehn Fords gegen einen Rolls zu kaufen.

  2. Neue Wissenschaft. Wir machen das erst seit ein paar Jahrzehnten. Jede Planetenmission hat neue und unerwartete Erkenntnisse. Es ist sinnvoll, ein paar Jahre lang einen Rover zu fahren und sich dann hinzusetzen und zu untersuchen, was sich herausgestellt hat, dass weitere Studien mit neuen, verbesserten Instrumenten erforderlich sind. Ein langlebiger Rover beschränkt Sie auf einen Instrumentensatz. Die Wissenschaft schreitet schnell genug voran, dass jeder Rover, den wir gebaut haben, weitaus leistungsfähiger ist als der vorherige.

  3. ol>
Sie sind sich nicht sicher über den Vergleich zwischen Ford und Rolls Royce - was kostet ein Rolls-Royce-Rover im Vergleich zu dem Start / Raumschiff, das erforderlich ist, um ihn auf den Mars zu bringen? Ich bezweifle, dass Sie 10 Ford Rover für das gleiche Geld auf den Markt bringen könnten
Ihr zweiter Punkt ist etwas, an das ich nie gedacht habe. Sonden sind veraltet und eine neue macht mehr für weniger.
#3
+5
Davidmh
2014-06-11 16:22:15 UTC
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Ein weiterer Grund ist, wie viele Daten Sie komprimieren können. Ein Rover ist ein sehr begrenztes Labor und hat nach einiger Zeit alle Daten aus einem bestimmten Bereich gesammelt. Sie sind langsam, daher ist das Reisen in ferne Länder sehr unpraktisch.

Curiosity, der fortschrittlichste Rover, hat auf flachem Land eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 1 cm / s. Unter idealen Bedingungen dauert es mehr als einen ganzen Tag, um einen Kilometer zu fahren. Auf der eigentlichen Oberfläche muss man Felsen meiden und bergauf und bergab klettern; Das wird wahrscheinlich die Geschwindigkeit um einen groben Faktor von 2 reduzieren. Meine Heimatstadt ist ungefähr 200 km von der nächsten geologischen Einheit entfernt, daher würde Curiosity mehr als ein Jahr brauchen, um dorthin zu gelangen, ohne anzuhalten, um Wissenschaft zu betreiben. Bisher hat es, einschließlich wissenschaftlicher Experimente, in fast zwei Jahren etwa 5 km zurückgelegt, sodass die tatsächliche Durchschnittsgeschwindigkeit weniger als einen Millimeter pro Sekunde beträgt.

Natürlich in der Im selben Gebiet gibt es verschiedene Arten von Steinen, und es dauert lange, bis ein Gebiet vollständig beprobt ist, und Sie wissen nie, wann Sie etwas Neues finden werden. Aber selbst dann ist die Investition, die notwendig ist, um das nächste große neue Ding zu bekommen, riesig (weil es weit weg ist). Und bis der Rover dort angekommen ist, hätten wir einen neuen mit empfindlicherer Ausrüstung in einen anderen Teil des Mars schicken können, um nach aufregenderen neuen Dingen zu suchen.

Ich bin nicht sicher, wie dies die Frage (n) anspricht. Ich gebe eine Meinung darüber ab, warum ich es nicht versuchen möchte, gehe aber nicht auf die "** technologischen Hindernisse **" ein, um dies zu tun.
Eine Reise um eine Welt beginnt mit dem ersten Schritt.
@JamesJenkins Fast alle technischen Probleme können gelöst werden, wenn wir genügend Zeit und Ressourcen in ihre Lösung investieren (z. B. [Keramiklager] (http://longnow.org/clock/) können Risse reduzieren und Fett vermeiden). Meine Antwort ist ein Grund, warum wir es überhaupt nicht versuchen. Wir brauchen viel bessere Rover, damit es sich lohnt.
Unser Gespräch hier hat diese Art von verwandter Frage inspiriert: http://space.stackexchange.com/questions/4778


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