Антенна на ровере

13k full reads
19k story viewsUnique page visitors
13k read the story to the endThat's 69% of the total page views
5 minutes — average reading time

В предыдущей части про ровер и другие инопланетные транспортные средства, достаточно много вопросов, обсуждений, ответов вызвала направленная антенна на передней части ровера.

Лёгкое отступление:

Попрошу обсуждающий вести себя корректно. Если есть что обсудить и сказать - хорошо. Если только эмоции - лучше промолчать. И не надо переходить на личности - как собеседников, так и автора.

За все время, как мне стала сколь нибудь интересна эта тема, я стараюсь использовать максимально нейтральные обозначения сторон - например, "скептики" и "защитники".

К сожалению, интернет позволяет реализоваться самым худшим, обычно тщательно скрываемым особенностям человека. Если человек знает, что может встретится с собеседником в реальной жизни и ему придется отвечать за свои, сказанные в виртуальном пространстве слова (просто отвечать, никто его бить не будет), то он сразу становится рассудительным и умным. Если же он уверен в анонимности, то из него лезет вся та субстанция, название которой в приличном обществе мы стараемся не произносить.

Это относится к обеим сторонам - и скептикам и защитникам. Стараюсь никого не банить, но иногда приходится. К слову - первых, кого забанил, были скептики - уж больно развесистый бред несли, совсем не реагируя на мои замечания, прям какие то сектанты.

Вернемся к антенне:

Взглянем на нее (антенну) глазами механика. Это масса (сам зонтик, кронштейн, прицел, излучающая/приемная часть и прочее) закрепленная на штанге на некоторой высоте в передней части ровера:

Антенна на передней части ровера
Антенна на передней части ровера
Антенна на передней части ровера

В процессе движения антенна не складывается и не убирается - это показано на видео:

В процессе движения (как видно на видео) антенна лишь слегка раскачивается - все хорошо.

Сила тяжести на Луне меньше чем на земле, но масса остается та же самая, с ней ничего не происходит. Расчетная механическая схема: штанга (стойка), закрепленная моментно к раме ровера, имеем в верхней части сосредоточенную массу.

Нагрузка на стойку возникает при ускорениях/торможениях этой массы, закрепленной наверху. Линейное ускорение - в процессе разгона ровера, и последующего его торможения - совсем небольшое. А вот вызванное вращательным движением ровера в двух плоскостях - когда он проезжает неровности - очень значительное.

Напомню, что линейная скорость при вращательном движении есть угловая скорость, помноженная на радиус искомой точки от центра вращения. А ускорение - производная от скорости, или вторая производная от перемещения.

Можно рассмотреть все несколько иначе - просто угловое ускорение и момент инерции при вращательном движении. Момент инерции для сосредоточенной массы есть произведение этой массы на квадрат радиуса.

Для того, что бы уменьшить возникающие нагрузки, нужно снижать массу - линейная зависимость, или, что гораздо лучше - высоту - квадратичная зависимость.

Антенна на ровере

Но при данном расположении высоту снижать нельзя - она выбрана такой исходя из обзорности местности - если ее опустить, то она начнет перекрывать обзор вперед.

Может стоило расположить в задней части ровера? Не будет перекрывать обзор камеры, и возможно дальше будет располагаться от не направленных антенн - все это антенное хозяйство очень любит взаимодействовать между собой. Да и суммарное расстояние от центра вращения будет меньше даже при той же высоте штанги - это уже технические моменты, связанные с развесовкой по осям.

Видимо - нельзя. Потому, что пыль. У любого транспортного средства, по нашему житейскому опыту, налипанию пыли и грязи гораздо больше подвержена задняя часть.

Антенна на ровере

Хотя здесь вопрос неоднозначный. На Луне нет атмосферы и даже поднятая пыль (как при посадке) вполне летит себе по своим баллистическим траекториям. Из под передних колес просто не хватит высоты подъема пыли, что бы достать до антенны (установленной сзади), а из под задних просто улетает за пределы возможного места установки.

Напомню эпюру момента от сосредоточенной силы:

Антенна на ровере

Для восприятия этой нагрузки при минимальной массе штанга должна иметь момент сопротивления, соответствующий моменту в каждом сечении.

Для опор лунного модуля, для снижения массы, "тарелки" сделали в виде трехслойной конструкции с сотовым заполнителем, выфрезеровав тонкостенные поверхности двойной кривизны из высокопрочной дюралевой заготовки - кошмар технолога, но про это как нибудь отдельно - а тут так просто и незатейливо, как поставить антенну у себя на даче.

Антенна на ровере

Но может все эти рассуждения ни о чем? Есть видео, скорость приличная, ровер прыгает, как кроссовый автомобиль на гонках, а антенна лишь немного раскачивается?

Конечно, можно поставить такой "лом" (трубу с толстыми стенками или сплошное сечение) что при малом внешнем диаметре он будет держать заданную нагрузку. Но и масса при этом будет то же как у "лома".

"Правила хорошего тона" при конструировании требуют, что если нельзя поставить пространственную конструкцию в виде фермы, раскосов, растяжек, то применяют тонкостенное трубчатое сечение. Для минимизации массы - переменного диаметра, в соответствии с изменением момента. И/или переменной толщины стенки - работа на сжатие цилиндрической оболочки и потеря устойчивости. Если не получается для всей штанги, то хотя бы для ее нижней части. В случае штанги антенны - особенно если смотреть настоящий модуль на Луне - это правило соблюдается очень в малой степени.

Рассмотрим еще один интересный момент. Часто приводят сравнения силы муравья и человека, или даже муравья и слона.

Антенна на ровере

Муравей тащит груз много больше своего веса, а слон поднимает бревно, по весу лишь небольшой процент от собственного.

Или известная фраза про то, почему коровы (лошади) не летают.

Здесь работает всем известный "закон квадрата-куба".

При изменении линейного размера площадь поперечного сечения растет (или уменьшается) в квадрате, а объем и масса - в кубе.

Площадь поперечного сечения мышц - это из сила. При увеличении размеров сила растет медленнее веса, потому "относительная грузоподъемность" всего живого при увеличении размеров уменьшается, а при уменьшении размеров - наоборот, растет.

То же проявляется и в неживой природе, в частности в моделях. При уменьшении размеров все нагрузки, связанные с массами и угловыми скоростями - как у антенны ровера, например - снижаются гораздо быстрее, нежели их прочностные характеристики.

Потому даже значительный груз, будучи закрепленный на тоненькой штанге, нагружаемый ускорениями, ничего не сделает этой штанге в размерах модели. А вот будучи пропорционально увеличенный, уже вызывает сложности в выборе рационального решения.

Антенна на ровере

Модель или настоящий ровер? Что использовалось на Луне? Что использовалось в киносъемках?

И для желающих поразмышлять, пару картинок из нашей повседневной жизни:

Антенна на ровере
Антенна на ровере

Это можно посмотреть, потрогать руками, покататься по асфальту и грунтовке с различными скоростями.

Добавлю.

Антенна на ровере

Основная, "штатная" антенна. По диаметру и площади гораздо больше той, что на ровере.

В комментариях:

!Unified S-Band System и антенна ровера как минимум отличаются по спектру задач - на первой висела связь, картинка, два канала телеметрии и радиомаяки, 5 или 7 диапазонов частот емнип.

причем у стационарной антенны диаметр 2,2 метра, а на ровере 92 сантиметра. Антенна ровера обеспечивала ТОЛЬКО передачу телесигнала, дуплексная речевая связь осуществлялась по другому каналу, с другой антенной, на других частотах."

Размер антенны и мощность сигнала определяет самый "информационно нагруженный" канал - в данном случае передача видеоизображения в реальном времени. Голосовая связь, телеметрия - крохи в сравнении с видеосигналом. Луноходы передавали статичную картинку в течении длительного (относительно) времени, потому обходились меньшей частотой (пропускной способностью) канала, и, как следствие - простой антенной с значительно более широкой диаграммой направленности и меньшей мощностью сигнала.

Фотография, которой нет...