Статья опубликована в рамках: CII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 10 июня 2021 г.)
Наука: Технические науки
Секция: Космос, Авиация
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции
дипломов
ВЫБОР НАИБОЛЕЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА МАРСОХОДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ КРАСНОЙ ПЛАНЕТЫ
Данная работа направлена на определение наиболее предпочтительного варианта марсохода для покорения планеты Марс.
Марсоход (англ. Mars rover) — планетоход, предназначенный для изучения Марса, как правило, способный к перемещению по его поверхности, и доставляемый на Марс с помощью спускаемых аппаратов. Марсоходы представляют собой аппараты, оборудованные различными приборами, тем самым являющиеся не только беспилотными машинами, но и научными лабораториями, служащими для исследования Красной планеты. [1]
1) Марсоход «Соджорнер»
«Соджорнер» (англ. Sojourner, Пришелец) — марсоход космического агентства НАСА, запущенный в рамках программы «Марс Патфайндер».
Название марсохода Соджорнер дословно означает «временный житель» или «проезжий», оно было дано победителем голосования — 12-летним мальчиком из штата Коннектикут, США. Марсоход назван в честь женщины-борца с негритянским рабством — Соджорнер Трут. [2]
2) Марсоход «Кьюриосити»
«Кьюрио́сити» (англ. Curiosity, МФА: [ˌkjʊərɪˈɒsɪti] — любопытство, любознательность) — марсоход третьего поколения, разработанный для исследования кратера Гейла на Марсе в рамках миссии НАСА «Марсианская научная лаборатория» (Mars Science Laboratory, сокр. MSL). Марсоход представляет собой автономную химическую лабораторию в несколько раз больше и тяжелее предыдущих марсоходов «Спирит» и «Оппортьюнити». [3]
3) Марсоход «Чжужун»
«Тяньвэ́нь-1» (кит. трад. 天問一號, упр. 天问一号, пиньинь Tiānwèn yīhào, палл. Тяньвэ́нь иха́о , «Вопрошающий Небо номер один») или Китайская миссия на Марс (англ. Mars Global Remote Sensing Orbiter and Small Rover) (HX-1) — китайская автоматическая межпланетная станция (АМС), состоящая из орбитального аппарата (спутника Марса) и спускаемого аппарата, полезной нагрузкой которого является шестиколёсный марсоход Чжужун («кит. 祝融, пиньинь Zhùróng, палл. Чжужу́н» — бог огня). [4]
4) Марсоход «Персеверанс»
«Персеве́ранс» (англ. Perseverance, американское произношение: [ˌpɜːrsəˈvɪrəns]; в переводе на русский язык — «Настойчивость») — марсоход, разработанный для исследования кратера, озеро на Марсе в рамках миссии НАСА «Марс-2020». Был изготовлен Лабораторией реактивного движения НАСА и запущен к Марсу 30 июля 2020 года [5].
Необходимо провести анализ оценочных показателей (характеристик) марсоходов и выбрать марсоход, исходя из характеристик, приведенных в таблице. [2, 3, 4, 5]
Таблица 1.
Характеристики марсоходов
|
Марсоходы |
Передача данных, (Мб/сутки) |
Максимальная скорость, (см /сек) |
Производительность, (MIPS) |
Масса, кг |
Энергопотребление, (кВт/сол.)
|
Количество научных приборов, (шт) |
Память, (Мб) |
|
Соджорнер |
20 |
2 |
0,1 |
11,5 |
15 |
4 |
0,5 |
|
Чжужун |
65 |
9 |
20 |
5000 |
310 |
5 |
712 |
|
Кьюриосити |
32 |
4 |
400 |
899 |
125 |
10 |
256 |
|
Персеверанс |
48 |
6 |
50 |
1050 |
250 |
7 |
513 |
В данной работе максимум предпочтения отдается производительности и энергетическим характеристикам представленных марсохода. Однако, в случае смены приоритетных характеристик оптимальное значение может смениться в пользу другого типа, с наибольшими параметрами, соотносящимися с максимальным возможным значением в приоритете.
Ниже приведена сводная таблица весовых коэффициентов характеристик, вычисленных методами ранжирования, балльных оценок, допустимых относительных отклонений, попарных приоритетов.
Таблица 2.
Сводная таблица весовых коэффициентов характеристик
|
Методы задания предпочтении |
Передача данных, (Мб/сутки) |
Максимальная скорость, (см /сек) |
Производительность, (MIPS) |
Масса, кг |
Энергопотребление, (кВт/сол.)
|
Количество научных приборов, (шт) |
Память, (Мб) |
Сумма |
|
Метод ранжирования |
0,15 |
0,129 |
0,157 |
0,143 |
0,086 |
0,171 |
0,164 |
1 |
|
Метод балльных оценок |
0,146 |
0,125 |
0,154 |
0,141 |
0,118 |
0,157 |
0,155 |
1 |
|
Метод относительных отклонений |
0,139 |
0,165 |
0,135 |
0,131 |
0,140 |
0,154 |
0,132 |
1 |
|
Метод попарных приоритетов |
0,146 |
0,124 |
0,183 |
0,099 |
0,102 |
0,120 |
0,130 |
1 |
|
Сумма |
0,581 |
0,543 |
0,629 |
0,514 |
0,446 |
0,602 |
0,581 |
4 |
Среднее значение весовых коэффициентов:
;
;
;
;
;
;
;
Определим максимум каждого локального критерия.
Таблица 3.
Характеристики марсоходов с определенными максимальными элементами
|
Марсоходы |
Передача данных, (Мб/сутки) |
Максимальная скорость, (см /сек) |
Производительность, (MIPS) |
Масса, кг |
Энергопотребление, (кВт/сол.)
|
Количество научных приборов, (шт) |
Память, (Мб) |
|
|
Соджорнер |
20 |
2 |
0,1 |
11,5 |
15 |
4 |
0,5 |
|
|
Чжужун |
65 |
9 |
20 |
5000 |
310 |
5 |
712 |
|
|
Кьюриосити |
32 |
4 |
400 |
899 |
125 |
10 |
256 |
|
|
Персеверанс |
48 |
6 |
50 |
1050 |
250 |
7 |
513 |
|
, 
; 
; 
; 
; 
.
При решении задачи минимизируются четвертый, пятый критерии (масса, энергопотребление и ), а остальные критерии максимизируются.
Таблица 4.
Нормализованные характеристики марсоходов
|
Марсоходы |
Передача данных, (Мб/сутки) |
Максимальная скорость, (см /сек) |
Производительность, (MIPS) |
Масса, кг |
Энергопотребление, (кВт/сол.)
|
Количество научных приборов, (шт) |
Память, (Мб) |
|
Соджорнер |
0,307 |
0,222 |
0,0002 |
0,997 |
0,951 |
0,4 |
0,0007 |
|
Чжужун |
1 |
1 |
0,05 |
0 |
0 |
0,5 |
1 |
|
Кьюриосити |
0,492 |
0,444 |
1 |
0,820 |
0,596 |
1 |
0,359 |
|
Персеверанс |
0,738 |
0,666 |
0,125 |
0,79 |
0,193 |
0,7 |
0,720 |
Определим обобщенную функцию цели по каждому варианту техники:
; 
; 
; 
.
Наиболее полно удовлетворяет заданным предпочтениям группы экспертов марсоход «Кьюриосити», т.к. Fmax = F3 = 0,665. Основные характеристики «Кьюриосити» представлены в таблице 5.
Таблица 5.
Характеристики марсохода «Кьюриосити»
|
Марсоходы |
Передача данных, (Мб/сутки) |
Максимальная скорость, (см /сек) |
Производительность, (MIPS) |
Масса, кг |
Энергопотребление, (кВт/сол.)
|
Количество научных приборов, (шт) |
Память, (Мб) |
|
Кьюриосити |
32 |
4 |
400 |
899 |
125 |
10 |
256 |
В ходе данной работы было выбрано четыре марсохода, среди которых с помощью данного метода был определен наиболее полно удовлетворяющий заданным предпочтениям группы экспертов: «Кьюриосити», так как Fmax = F3 = 0,665. Марсоход «Кьюриосити» является наиболее полно удовлетворяющим требованием по совокупности характеристик из четырех марсоходов, потому чтот имеет высокую производительность, а также имеет больше приборов для исследования красной планеты.
Список литературы:
- Планетоходы / А. Л. Кемурджиан, В. В. Громов, И. Ф. Кажукало и др.; под ред. А. Л. Кемурджиана — М., Машиностроение, 1993.
- https://mars.nasa.gov/MPF/rover/name.html
- https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html
- https://www.ixbt.com/news/2021/04/26/k-amerikanskomu-marsohodu-perseverancevskore-prisoedinitsja-kitajskij-bog-ognja-pervyj-rover-iz-podnebesnoj-poluchil.html
- https://esquire.ru/articles/196563-marsianskie-hroniki-pochemu-marsohod-nasa-perseverans-mozhet-sovershit-revolyuciyu-v-issledovanii-kosmosa-dazhe-esli-ne-naydet-na-marse-zhizn/#part0
дипломов
Оставить комментарий