¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

30 августа 2012

Ќа пути к ћарсу

ћарк  ларксон

ќт редакции isicad.ru: ќпубликованна€ на нашем портале в начале марта коротка€ заметка «ѕр€ма€ трансл€ци€ посадки марсохода, созданного при помощи технологий Siemens PLM Software» стала абсолютным рекордсменом по числу посещений в течение одного дн€. ƒействительно, и само событие, и важна€ роль технологий —јѕ– в его осуществлении — это волнует и привлекает. ћы рады сегодн€ представить вниманию читателей статью, любезно предоставленную российским офисом Siemens PLM Software, в которой событи€, св€занные с успешной реализацией проекта «марсоход», представлены с инженерной точки зрени€.
 ак инженеры JPL создавали и испытывали новейший марсоход

ћарк  ларксон (Mark Clarkson), редактор журнала «Desktop Engineering», специализируетс€ на визуализации, компьютерной анимации и графике, автор книги «Ёлементы Photoshop на примерах». —в€затьс€ с автором можно по электронному адресу de-editors@deskeng.com.

’удожественный рендеринг маневров «небесного крана», призванного м€гко опустить марсоход на поверхность планеты (изображение предоставлено NASA/JPL — Caltech)

Ќедавн€€ неудача российской программы «‘обос-√рунт» еще раз показала, насколько трудно добратьс€ до ћарса. ” Ќј—ј тоже лишь 65% полетов к ћарсу были успешными. » причина заключаетс€ не только в устройстве самих аппаратов.  онечно, марсоход — это фантастически сложна€ машина с огромным количеством бортовых компьютеров, приборов и датчиков, но ведь  адиллак CTS-V или Ѕоинг-777 устроены не менее сложно. ƒело в том, что марсоход сталкиваетс€ с совершенно уникальными трудност€ми.

Ѕольшинство производителей имеет возможность заменить вышедшую из стро€ деталь. ћожно отозвать партию изделий, или просто выдать рекомендацию о замене масл€ного фильтра вашего автомобил€ в рамках планового техобслуживани€.

«ƒл€ нас это — непозволительна€ роскошь», — отмечает Ѕилл јллен, инженер-конструктор Ћаборатории реактивного движени€ Ќј—ј (Jet Propulsion Laboratory — JPL) в г. ѕасадена ( алифорни€, —Ўј). — «” нас нет второго шанса, нет возможности собрать изделие заново, провести техобслуживание или внести изменени€ в конструкцию. ” нас только одна попытка — и, как правило, нам приходитс€ делать то, что мы никогда раньше не делали. ћы стараемс€ примен€ть существующие средства и процессы дл€ создани€ уникальной конструкции».

Ќа другой планете
”никальные конструкции будут работать в не менее уникальных по сложности услови€х. –азумеетс€, между температурой в ќсло зимой и в ‘иниксе летом есть некотора€ разница, но она ничтожна по сравнению с услови€ми в космосе.

« огда вы проектируете изделие дл€ работы на «емле, вам просто не приходитс€ иметь дело с такими диапазонами динамических и тепловых нагрузок, которые испытывает аппарат, покидающий нашу планету и опускающийс€ на поверхность другой», — рассказывает јрт јвила из JPL.— «ћы должны сбалансировать риски, стоимость, объем [и массу] в совершенно ином пространстве поиска, нежели чем при проектировании автомобил€ или самолета». ¬ качестве примера рассмотрим миссию ћарсианска€ научна€ лаборатори€ (Mars Science Laboratory — MSL), в рамках которой на ћарс отправитс€ новейший марсоход Ќј—ј, который должен достичь красной планеты в августе 2012 года.

«—емейный портрет» созданных в JPL марсоходов: Opportunity/Spirit (две миссии Mars Exploration Rover стартовали в июне и в июле 2003 г.); малый марсоход Sojourner (Mars Pathfinder), запущенный в декабре 1996 г.; справа — новый Curiosity (MSL)

“рехмерна€ CAD-модель марсохода в режиме перемещени€ по грунту. –азличные системы аппарата выделены цветом

јрт јвила, проработавший в JPL целых 27 лет, был руководителем группы по работе MSL в услови€х высоких и низких температур. ”частники группы создали систему терморегул€ции марсохода, котора€ поддерживает температуру всех узлов аппарата в допустимых диапазонах на всех стади€х экспедиции.

«ѕодготовительные операции следовало отработать здесь, на мысе  анаверал», — рассказывает г-н јвила.— «Ќа взлете аппарат подвергаетс€ самым разным воздействи€м: нагрев свободными молекулами, падение барометрического давлени€, резкие либо плавные изменени€ температуры. «атем, разумеетс€, путь до ћарса — в открытом космосе».

» сама€ сложна€ часть экспедиции еще впереди.

¬ход в атмосферу, спуск, посадка
јппарат MSL проведет восемь с половиной мес€цев в глубоком вакууме, пронос€сь сквозь лед€ную пустоту открытого космоса. ¬ этих услови€х главной проблемой становитс€ сохранение тепла. ј затем MSL войдет в марсианскую атмосферу. »спар€ющийс€ при этом теплозащитный экран с абл€ционным покрытием будет нагреватьс€ до температуры свыше 1500°—, а перегрузки и вибрации даже превыс€т те, что воздействуют на него при запуске.

 огда десантный комплекс затормозит примерно до двукратной скорости звука, выпускаетс€ парашют, а лобовой теплозащитный экран отстреливаетс€. ¬ результате марсоход и посадочный модуль окажутс€ во власти лед€ных ветров в верхних сло€х атмосферы ћарса, состо€щей из двуокиси углерода (CO2). ѕрошедший сквозь пылающее пекло аппарат будет охлаждатьс€ конвекционными потоками, спуска€сь на парашюте.

«атем оболочка (хвостовой обтекатель) и парашют также отстреливаютс€, и включаютс€ двигатели посадочной ступени. ћарсоход MSL слишком т€жел дл€ того, чтобы его можно было сбросить на пневматической подушке, как это делалось с аппаратами серии миссии Mars Exploration, поэтому его спускают с посадочной ступени на сложной системе тросов («небесный кран»).  огда он касаетс€ грунта, тросы отдел€ютс€, а посадочна€ ступень уходит в сторону и разбиваетс€, оставив на поверхности ћарса готовый к работе марсоход.

CAD-модель MSL (сверху вниз):
1 — перелетна€ ступень (Ø4.5 м, высота 0.9 м) с солнечной батареей и восемью ∆–ƒ т€гой 1.1 кгс;
2 — хвостовой обтекатель десантного комплекса;
3 — посадочный модуль;
4 — марсоход;
5 — лобовой теплозащитный экран десантного комплекса

“олько подумайте: прошло менее 20-ти минут с момента начала свободного падени€ аппарата на планету из вакуума открытого космоса. «абудем на миг про неверо€тную сложность выполн€ющих эту фазу полета механизмов и представим, в сколь различных услови€х марсоход оказываетс€ за столь короткое врем€: вакуум, рост давлени€, ветер, вибрации, ударные волны, перегрузки, испепел€ющий жар и убийственный холод — это просто неверо€тно! «Ёто интересное сочетание абсолютно разных условий», — говорит г-н јвила.— «ќно не только порождает сложные конструкторские задачи, но и предъ€вл€ет очень высокие требовани€ к проверке и валидации характеристик конструкции».
ѕроверка модели
„тобы убедитьс€ в правильности прин€тых проектных решений и тщательно протестировать все узлы, марсоход сбрасывали с подъемных кранов, тр€сли на вибростендах, помещали в вакуум и раскал€ли под лучами искусственного солнца.

ѕроверка работы на этапе полета в дальнем космосе выполн€етс€ в вакуумной камере, охлажденной до −180°—. ”слови€ марсианской поверхности воссоздать столь же точно невозможно: сила т€жести на ћарсе составл€ет 38% от земной. ѕолностью это воспроизвести нельз€, но лаборатори€ JPL сделала всЄ, что могла. ћарсоход помещали в большую камеру, содержащую CO2 под давлением в 8 торр (то есть, 8 мм.рт.ст.). ’олодный пол и стены имитируют марсианские поверхность и небо, в котором вместо —олнца си€ет искусственный источник света.

ѕод тщательным контролем марсоход MSL проходит температурные испытани€. ¬ герметичной камере имитируетс€ марсианска€ атмосфера, солнечное излучение, лед€ной холод поверхности и неба ћарса

«ћы подвергли аппарат р€ду тщательно контролируемых испытаний», — рассказывает јрт јвила. — «ћы создали требуемые температуру, давление и уровень солнечного излучени€ при помощи нашего искусственного солнца. ” марсохода имеютс€ собственные бортовые датчики, к которым мы добавили еще несколько сотен датчиков температуры, чтобы получить более подробные сведени€, необходимые дл€ понимани€ поведени€ систем в испытательной камере».

–езультаты натурных испытаний тщательно фиксируютс€ и на их основе внос€тс€ изменени€ в компьютерные модели марсохода, созданные средствами системы NX от Siemens PLM Software.

« ак только мы добиваемс€ хорошего соответстви€ с нашими математическими модел€ми, мы получаем полную уверенность в том, что сможем имитировать те услови€, которые отсутствуют на «емле. ћы выполн€ем соответствующие корректировки и получаем пригодную дл€ теплового расчета модель», — говорит г-н јвила.

«ћы очень рады тому, что внесли свой вклад, обеспечив JPL такими средствами дл€ работы над проектом марсохода, как CAD/CAM/CAE-пакет NX и система Teamcenter», — за€вил ƒжон ’ейдорн, вице-президент компании Siemens PLM Software по маркетингу (—еверна€ и ёжна€ јмерики).— «—истема NX успешно помогает JPL в создании геометрии и генерации тепловой модели, а Teamcenter эффективно фиксирует проектные данные и управл€ет ими. Ёто обеспечивает гораздо более быструю передачу новых конструктивных решений в среду CAE, где модели обновл€ютс€ и быстро рассчитываютс€».

 омпьютерные модели посто€нно уточн€ютс€ по мере того, как проект развиваетс€ от замысла до проверки и испытаний и, наконец, до самого запуска. “ак, пр€мо сейчас эти модели примен€ютс€ дл€ управлени€ полетом.  роме того, они послужат источником ценных, добытых с большим трудом знаний, которые пригод€тс€ при подготовке следующих экспедиций.

»так, куда же € подевал этот ускоритель?
«¬ ходе всей работы по программе исследований ћарса, начина€ с подготовки полета Mars Pathfinder в середине 90-х годов, мы ориентировались на определенные технологии и подходы к проектированию —отрабатывали их, а затем переносили на следующий полет», — рассказывает г-н јвила.

«ѕроблема состо€ла в том, что на прот€жении почти всего этого времени у нас использовалс€ очень широкий набор средств 3D-моделировани€ и управлени€ данными — в основном, эти данные хранились в личных архивах [сотрудников]», — продолжает он.— «Ќам нужно было покончить с такой ситуацией и перейти в рабочую среду, котора€ сохранит свою ценность и в будущем».

ѕоскольку р€д проектов его группы очень сильно зависит от данных, создаваемых на предыдущих и последующих этапах разработки, то, по словам јрта јвилы, «стало очевидно, что нам нужно очень тщательно подходить к вопросам передачи информации, еЄ преобразовани€ и управлени€ исполнени€ми изделий. ќшибки возникают, когда люди пытаютс€ влезать в такую систему с карандашом и бумагой в руках. Ѕлагодар€ полностью интегрированной архитектуре и большому числу интерфейсов между программными системами, нам удаетс€ лучше контролировать получение и отправку данных — и, будем наде€тьс€, это уменьшит число возгласов «„ерт возьми!»

«¬ рамках сегодн€шнего подхода JPL к 3D-моделированию нам удаетс€ фиксировать все данные по проекту MSL», — по€сн€ет он. — «¬ будущих разработках мы сможем применить массу готовых решений и конструктивных находок: стартовый ускоритель или конкретную теплоотражательную систему. “еперь вс€ информаци€ хран€тс€ в управл€емой базе данных, и именно это действительно помогает повысить эффективность, упрощает управление исполнени€ми изделий и способствует фиксации знаний».

ѕолна€ централизаци€ достигнута?
»так, всЄ программное обеспечение в JPL уже полностью и без «швов» интегрировано? «’отел бы € ответить „да“, — улыбаетс€ Ѕилл јллен.— „÷ентрализаци€ информации — это наша цель, но это всегда непросто. ћы достигли достаточного высокой степени централизации, особенно в плане проектировани€ механических узлов“.

„то касаетс€ программных средств Siemens, то сейчас лаборатори€ JPL переходит с системы Teamcenter Enterprise на Teamcenter Unified Architecture, котора€ будет примен€тьс€ дл€ управлени€ всеми данными проектировани€.

“ем не менее, в организации имеютс€ отдельные зоны, где по каким-либо причинам используютс€ другие средства», — по€сн€ет г-н јллен.— «—кажем, дл€ решени€ какой-то особой задачи требуетс€ специализированный программный инструмент. » эта ситуаци€ динамична: то, что было наилучшим решением вчера, сегодн€ уже может не €вл€тьс€ таковым».

  счастью, JPL хорошо справл€етс€ с происход€щими переменами.

ƒобавить комментарий

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ќбзор новостей:  ќкт€брь

ƒавид Ћевин:

ѕроводишь —јѕ–-форум Ц следовательно существуешь

  • ANSYS: партнЄрство с PTC?
  • јнастаси€ ћорозова жжЄт
  • Ёрик де  ейзер: BricsCAD теперь не клон, а циклон
  • јлександр √оликов: дл€ нашего роста нет никаких ограничений
  • ћаксим Ѕогданов: BIM уверенно мчитс€ по рельсам –ос“»ћ
  • —ергей  ураксин отвечает на вопрос ребром
  • √лава DS SOLIDWORKS: строительству нужен не BIM, а 3DEXPERIENCE
  • NVIDIA: очередной суперкомпьютер с возможност€ми »»

¬се номера       

ѕодписатьс€ на рассылку isicad

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ѕользователь Ц далеко не единственный источник истины дл€ вендора
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2018 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.