¿Diferencias en el diseño de un rover comercial de la Luna y un rover comercial de Marte?

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Las noticias anteriores se incluyen como información de fondo que me hizo pensar en la siguiente pregunta.

Para una misión similar de cubrir una distancia significativa llevando un paquete experimental/de observación determinado junto con un brazo robótico para recoger muestras, ¿cuáles serían las diferencias entre un rover construido para la Luna y uno similar construido para Marte?

¿Sería bastante sencillo hacer pequeños cambios en un rover construido para un cuerpo para optimizarlo para que funcione en el otro cuerpo, o hay problemas que terminarían haciendo que uno sea muy diferente del otro?

A los efectos de esta pregunta, llamemos al "rover" el equivalente del autobús de un satélite , y al paquete experimental y la robótica como la "carga útil", y supongamos que las cargas útiles son idénticas o al menos similares. Supongamos también que el terreno es igualmente "amigable para los vehículos móviles" en el sentido de que no hay rocas grandes ni pendientes extremas en ninguno de los casos. Sin embargo, puede haber diferencias en el regolito que no se pueden ignorar, ya que un cuerpo siempre ha tenido mucha más atmósfera que el otro.

Es probable que veamos varios rovers en la Luna y en Marte en la década de 2020 y las similitudes y diferencias en su diseño son realmente interesantes. En lugar de (los dos) votos cerrados silenciosos para "demasiado amplio", ¿por qué no dejar un comentario útil sobre cómo se podría ajustar la pregunta para evitar que sea demasiado amplia desde su punto de vista?

Respuestas (2)

¿Sería bastante sencillo hacer pequeños cambios en un rover construido para un cuerpo para optimizarlo para operar en el otro cuerpo?

¿Pequeña? No. Si diseña con ambos cuerpos en mente, haciéndolo modular donde sea necesario, entonces posiblemente lo sea, aunque el diseño sería subóptimo. Si diseñas para uno, te estás alejando bastante del otro.

En primer lugar, cuestiones de orientación. 3 segundos de ping son bastante manejables después del entrenamiento adecuado, para un control totalmente interactivo. Los minutos a horas en el caso de Mars requerirán una capacidad parcial de autoconducción o largos períodos de espera. De manera similar, el rover lunar en el lado cercano de la Luna puede comunicarse directamente con las estaciones terrestres. El marciano requerirá una radio extrañamente fuerte o un satélite de retransmisión.

A continuación, energía. El invierno marciano aún recibe suficiente luz solar para mantener los calentadores y evitar que las baterías se agoten, aunque en general la cantidad de luz solar es mucho menor. La luna tiene dos semanas de oscuridad total sin ni siquiera la delgada atmósfera para evitar que el espacio profundo absorba el calor de todo. Cambios de temperatura más violentos, noches mucho más profundas y largas, días mucho más brillantes y calurosos. Sistemas de gestión de energía y calor completamente diferentes. (... a menos que vaya con RTG. ¿En una embarcación comercial? ¿Está loco?)

Sorprendentemente, para aterrizar no es tan diferente . No empaques el paracaídas y el escudo térmico para la Luna. Skycrane basado en cohetes tendrá requisitos comparables para ambos. A menos que optes por un aterrizaje con bolsa de aire en Marte, que simplemente no es viable para la Luna.

El rover lunar operará en vacío total, por lo que toda la mecánica debe ser a prueba de vacío. Sin embargo, el rover marciano viajará a través del vacío durante mucho tiempo, por lo que, a menos que elija hacer que la cápsula de aterrizaje (escudo térmico/grúa aérea) sea hermética y esté mínimamente presurizada (¿a niveles marcianos?), tendrá que protegerla contra el vacío, al menos parcialmente. .

El regolito lunar es más abrasivo... pero en la gran escala de las cosas eso no es un problema tan grande a menos que quieras otro rover con más del 5000% de expectativa de vida excedida. Pero sin viento, no cuente con remolinos de polvo que limpien los paneles solares: el polvo OTOH solo volará y se asentará en los paneles si lo despierta. Así que estas consideraciones son bastante diferentes.

Queda por determinar cuánto se dejaría sin cambios, y si valdría la pena; por ejemplo, si un sistema debe ser más robusto para satisfacer las necesidades de un organismo, funcionará bien en el menos exigente, pero será más costoso de lo necesario. ¿Será más caro que desarrollar una versión dedicada más económica? Eso necesitaría un análisis en profundidad.

En resumen, la idea es técnicamente viable, pero su economía es cuestionable, y eso es desarrollar un rover para ambos cuerpos desde el primer momento. Si desarrolla para uno, luego trata de adaptarse para el otro, no obtendrá casi ningún ahorro.

Hay mucho que pensar aquí, ¡gracias! ¿Ha habido alguna vez un rover de Marte que no fuera "a prueba de vacío"? ¿Hay algún rovers lunar propuesto para la década de 2020 que no se suponga que sea autónomo a corto plazo (es decir, irrelevancia del tiempo de ping)? Es importante mantener los satélites de retransmisión de datos que ya utilizan los rovers de Marte. El rover ExoMars tiene alguna tecnología de retención de calor para la noche marciana, pero lograr que dure 14 días en lugar de 12 horas es todo un desafío.
@uhoh: AFAIK, todo desde Spirit tenía autonomía parcial al elegir la ruta, evitando obstáculos; Las actualizaciones posteriores a Opportunity agregaron incluso autonomía para elegir sus propios objetivos científicos (si detecta una roca interesante, se detiene para analizarla en lugar de rodar hacia el destino designado). Lo sentimos, si desea información sobre los rovers que soportan el viaje interplanetario, debe preguntarle a otra persona.
"No empaque el paracaídas y el escudo térmico para la Luna. La grúa aérea basada en cohetes tendrá requisitos comparables para ambos". Si bien la grúa aérea era una tecnología nueva, esto subestima enormemente el papel de las otras partes del EDLS. El escudo térmico y el paracaídas hacen casi todo el trabajo de reducir la velocidad para la entrada a Marte (6000 m/s en la entrada, hasta 500 m/s usando el escudo térmico y luego hasta 120 m/s usando el paracaídas). Un sistema solo de cohetes que puede pasar de velocidades de llegada a un aterrizaje suave es una bestia completamente diferente.
No olvide que la diferencia de 2,5 veces en la gravedad significa que el diseño del tren motriz también será diferente. Más tracción, pero más peso para moverse en Marte.
@djr: para frenar a velocidades de aterrizaje en la Luna, se puede usar el mismo motor/etapa que para la transferencia. Tobera grande, motor grande y eficiente, combustible bipropulsor eficiente. Realícelo un minuto antes de aterrizar después de frenar a una velocidad segura, finalice en una grúa aérea monohélice con motores pequeños que no correrán el riesgo de dañar el rover y permitirán un control mucho más fino de estrangulamiento -> desaceleración.
@LesserHedgehog: creo que este es un punto en el que 'más robusto se adapta a ambos' es la elección correcta. Tendrá que soportar un estrés similar al aterrizar de todos modos, y no se ahorrará mucho haciendo que las ruedas de la Luna sean más endebles.
@uhoh: considerando la velocidad típica de los rovers y el par asociado con dicha velocidad, deberían tener varios cientos de veces el excedente de energía para subir una colina, y la masa de inercia es completamente discutible. El problema principal es el deslizamiento, excavación/hundimiento, etc., pero está relacionado con la densidad/granularidad del regolito y el peso del vehículo; El polvo lunar esponjoso en la gravedad lunar se comportará de manera similar a la arena/grava estándar en Marte bajo la misma masa del rover creando el peso/presión correspondiente.
Tenga en cuenta que los aterrizajes con bolsas de aire en la Luna no solo son viables, sino que, de hecho, la URSS los realizó dos veces con éxito en Luna 9 y 13.

Si bien podría diseñar una sonda espacial modular, considerando los costos de llevarla a la Luna o Marte, creo que sería más inteligente diseñar la sonda con un propósito completo para la misión. en realidad, el único beneficio posible para una sonda modular sería cualquier reducción en la probabilidad de perder una sonda en todas sus misiones debido a un diseño similar, si hay una reducción.

En primer lugar, la masa y el volumen de sus secciones itinerantes tendrán distintas envolventes para cada misión debido a las distancias y los requisitos aerodinámicos de Marte. Para que el costo de llevar el rover a la superficie, la masa y el volumen deben maximizarse, lo que demuestra que es poco probable que los dos puntos óptimos coincidan.

Además, también tendría que considerar cómo las diferentes químicas y la presencia de la atmósfera o las diferentes presiones afectan el tamaño y la masa de los experimentos científicos.

Además, los requisitos de comunicación y energía probablemente serán mayores para Marte. Energía más difícil de obtener en Marte, mayor ganancia y, por lo tanto, una antena más grande y menos eficiente que requiere más potencia.

Son literalmente dos mundos separados. La mejor pregunta puede ser ¿qué se puede lograr con un diseño modular para incluso persuadir a la consideración? Me parece que no se gana mucho más allá de la oportunidad de probar diseños que tienen puntos en común, lo que posiblemente reduzca la incertidumbre en el rendimiento. No creo que haya un beneficio de costo ya que un diseño modular útil puede ser más complejo y tener un desempeño más pobre que un diseño especialmente diseñado.

¡Gracias por tu respuesta! ¿Puedes añadir algunos ejemplos específicos? Si otra respuesta dice algo como que un diseño podría modificarse fácilmente para que funcione como el otro a un costo y tiempo sustancialmente menores que dos esfuerzos independientes, entonces ambas respuestas serían básicamente opiniones. Para una buena respuesta de Stack Exchange, debe respaldar sus declaraciones con un razonamiento detallado o incluso citar algunas referencias de respaldo. Como ha mencionado las antenas, una mirada a cómo Curiosity o los rovers Spirit y Opportunity, mucho más pequeños, ya logran intercambiar información con la Tierra podría ser una buena vía para explorar.
Proporcioné un razonamiento detallado, francamente, ya que no ha definido parámetros de diseño rigurosos y no ha especificado requisitos concretos, solo en la sintaxis en inglés, no limita nada más que la opinión. Además, hay una cantidad sorprendentemente grande de opciones de diseño en los viajes espaciales. Mire SpaceX frente a otras soluciones empresariales espaciales. Ellos muy drásticamente y últimamente todos resuelven el mismo problema, Leo y geo no tripulados. Además, proporcionar pequeños artículos lindos realmente no logra mucho, pero gracias por la opinión.
Pero para dar un ejemplo trivial, considere un diseño modular que tiene un escudo térmico. Claramente, para un alunizaje es inútil y considerando el costo por kg para la órbita lunar, está pagando grandes cantidades para traer un escudo térmico inútil. Ese es un caso trivial pero una elección de diseño discreta. Para muchas cosas, las variables de diseño son conjuntos continuos, que tienen puntos óptimos para otras variables que se mantienen fijas. No es cierto que tanto Marte como el módulo de aterrizaje lunar compartan parámetros de diseño óptimos en general. De hecho, es probablemente raro. Por lo tanto, probablemente sea más fácil buscar casos en los que lo hagan.