ПЛАНЕТСУ
ХОДЫ
Под редакцией
профессора
А. Л. КЕМУРДЖИАНА
Москва
Машиностроение
1982

ББК 39.62
П37
УДК 629.787.523
Авторы: A. JI. Кемурджиан, В. В. Громов, И. Ф. Кажукало, М. И. Мален¬
ков, П. Н. Матвеев, В. К- Мишкинюк, В. Н. Петрига, И. И. Розенцвейг
Редактор д-р. техн. наук проф. A. JI. Кемурджиан
Рецензент канд. техн. наук А. Ф. Евич
В книге рассмотрены особенности условий эксплуатации планетоходов;
различные способы их передвижения; информационные системы и наземные испы¬
тания. Приведены конструкции луноходов, работавших на поверхности Луны.
Книга предназначена для специалистов, связанных с созданием космической
техники, а также может быть полезна для разработчиков наземных транспортных
машин.
%
П37 Планетоходы/Под ред. А. Л. Кемурджиана.—М.: Ма¬
шиностроение. 1982. — 319 с., ил.
В пер.: 3 р. 40 к.
ББК 39.62
6Т6
© Издательство «Машиностроение», 1982 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Интенсивные исследования космического простран¬
ства, Луны, планет и их спутников представляют собой одну
из фундаментальных задач современной науки и техники.
Отличительной особенностью советской программы космиче¬
ских исследований Луны и планет является широкое исполь¬
зование автоматических аппаратов. Среди них важное место зани¬
мают аппараты, способные передвигаться по поверхности Луны,
планет и их спутников — планетоходы.
Успешная работа на Луне советских аппаратов «Луноход-1»
и «Луноход-2», а также американского лунохода в составе экспе¬
диций «Аполлон» показали их высокую эффективность как при
проведении научных исследований на обширной территории в те¬
чение длительного времени, так и при выполнении транспортной
функции для перемещения космонавтов.
Накопленный опыт использования луноходов позволяет рас¬
сматривать планетоходы как достаточно перспективный тип
космических аппаратов для дальнейших исследований Луны и
использования на планетах и их спутниках.
В настоящей книге изложены вопросы, связанные в основном
с обеспечением передвижения планетоходов. Важной задачей
авторы считают изложение накопленного опыта по конструи¬
рованию отдельных элементов системы передвижения, проведе¬
нию наземных испытаний, получению данных для оценки про¬
ходимости планетохода в реальных условиях, выбору конструк¬
ционных материалов, обеспечению высокой работоспособ¬
ности.
Идея создания данной книги принадлежит профессору
А. Л. Кемурджиану, возглавившему авторский коллектив.
Основой для книги послужили работы советских и зарубеж¬
ных ученых и специалистов.
Материалы по проектированию отдельных систем планетохо¬
да, вошедшие в книгу, подготовлены М. И. Маленковым, В. К.
Мишкинюком, а в части обеспечения работоспособности и ис¬
пытания узлов трения —И. И. Розенцвейгом. Вопросы управле¬
ния — П. Н. Матвеевым и В. К. Мишкинюком. Проблемы по
1*

4
планетоход ы
использованию шагающего и колесно-шагающего способов пере¬
движения— И. Ф. Кажукало, данные по условиям работы
планетоходов и наземным испытаниям, описанию луноходов и
результатам их эксплуатации —В. В. Громовым, В. К. Мишки-
нюком и В. Н. Петригой.
Авторы надеются, что книга будет полезна как для
инженерно-технических работников и специалистов, связанных
с созданием космической техники, так и в ряде случаев для раз¬
работчиков наземных транспортных машин.
Авторы приносят благодарность канд. техн. наук А. Ф. Еви-
чу, внимательно ознакомившемуся с рукописью книги и сделав¬
шему ряд ценных замечаний.

ВВЕДЕНИЕ
Двадцатый век, богатый крупными достижени¬
ями в науке и технике, ознаменовался в пятидесятых годах со¬
бытием огромного значения — человечество вышло в космическое
пространство.
Начало космической эры было положено 4 октября 1957 г.,
когда в Советском Союзе был запущен первый искусственный
спутник Земли. 12 апреля 1961 г. состоялся первый полет
человека в космос, им был гражданин СССР Ю. А. Гагарин.
С тех пор продолжается методическое изучение и освоение
космоса, расширяется фронт научных исследований, космическая
техника все больше используется для нужд народного хозяй¬
ства, для изучения и защиты природы Земли.
Очевидно, что человечество и дальше будет расширять сферу
своей деятельности в космосе и все больше осваивать его.
Многие авторы рассматривают различные направления этой
деятельности — и посылку автоматических станций и экспедиций
с людьми к различным планетам, их спутникам и к другим косми¬
ческим телам, и создание поселений (в первую очередь на ближай¬
шей нашей соседке —Луне), и создание искусственных спутни¬
ков и планет с базами для жизнедеятельности человека.
Представляется, что в этой перспективе незаменимыми в ряде
случаев окажутся планетоходы различного назначения — и как
технические средства для работы с различного рода механизмами,
и как'средства для проведения научных исследований. Особенно
планетоходы-автоматы для исследований планет, малодоступных
или вовсе недоступных для человека либо в силу их удаления
и вытекающей из этого большей длительности экспедиции, либо
в силу особо тяжелых условий существования на планете.
В будущем проникновении человека в космос роль планетохо¬
дов представляется весьма существенной, но создание их связано
с рядом сложных технических проблем.
Ныне уже имеется некоторый опыт по созданию планетоходов:
советский и американский луноходы были доставлены на поверх¬
ность Луны и успешно там работали. Часть проблем была решена

6
планетоходы
при разработке этих луноходов, часть решалась в последующих
работах и по некоторым из них найдены инженерные решения.
Важно закрепить этот опыт, обобщить и сохранить разрозненные
сведения, опубликованные в различных источниках, и сделать
их достоянием инженеров и ученых.
Литература о планетоходах немногочисленна, хотя и имеется
ряд статей в журналах и тематических сборниках, в трудах науч¬
ных конференций и симпозиумов, отдельных разделов в книгах.
Впервые некоторые сведения о конструкции лунохода были
опубликованы в книге «Передвижная лаборатория на Луне —
«Луноход-1» (1971 г.). В книге «Автоматические станции для изу¬
чения поверхностного покрова Луны» (1976 г.) были помещены
материалы по конструкции и методам испытаний луноходов, рас¬
сматривались особенности их движения по лунному грунту и
некоторые методы наземной отработки и испытаний. Книга «Ди¬
намика планетохода» (1979 г.) посвящена одному из направлений
теории движения планетохода.
В предлагаемой книге делается попытка собрать и изложить ма¬
териалы по проектированию и испытанию планетоходов, которые
могут представлять интерес в практической деятельности по их
разработке.
Книга построена таким образом, чтобы дать исходный материал,
носящий порой справочный характер, для решения указанных
проблем. Не все проблемы рассматриваются в книге одинаково
глубоко. Это связано прежде всего с тем, что и уровень решения
этих проблем в настоящее время неодинаков. И если, например,
достаточно глубоко разработаны задачи, относящиеся к созданию
луноходов, то с марсоходами дело обстоит иначе. Что же касается
других планет, то в опубликованных материалах излагаются'
лишь ориентировочные прогнозы.
С другой стороны, некоторые аспекты расчета и конструиро¬
вания планетоходов не рассматриваются в предлагаемой книге
или рассматриваются в ограниченном объеме, так как они либо
достаточно подробно изложены в других работах по космической
технике, либо хорошо разработаны для аналогичных конструк¬
ций наземных транспортных машин.
Планетоходы — понятие, сложившееся в технике не так давно
и еще не имеющее устоявшегося определения. Но, конечно, для
того чтобы определить, что такое планетоход, недостаточно ориен¬
тироваться только на созданные луноходы.
В будущем планетоходы будут различны не только по внешнему
облику, но и по принципиальным техническим решениям, которые

ВВЕДЕНИЕ
7
будут определяться как условиями работы, так и их назначением.
Так, Луна, Марс, Венера резко отличаются и по времени полета
к ним, и по атмосфере, и по температуре на поверхности, и по уско¬
рению силы тяжести, и по рельефу, и по несущей способности
грунта. И все это, конечно, найдет отражение в конструкциях
планетоходов.
С другой стороны, планетоходы могут быть автоматами, а мо¬
гут управляться космонавтами. Они могут предназначаться для
обработки грунта, строительства и обслуживания баз, стартовых
площадок, производственных цехов, энергетических систем; пона¬
добятся планетоходы — перевозчики грузов, планетоходы — тя¬
гачи, дорожные и строительные машины на базе планетоходов,
подвижные средства механизации работ, автономные самоходные
шасси с лаучным и изыскательским оборудованием. И это тоже
приведет к отличиям в конструкции планетоходов.
Известно, что самым характерным качеством планетохода яв¬
ляется его способность передвигаться по поверхности планеты.
Но как передвигаться? Каким способом? Какой принцип движе¬
ния следует использовать и какова соответственно этому дол¬
жна быть схема и конструкция движителя?
Несмотря на индивидуальность различных видов пла¬
нетоходов, решение этих вопросов во многом носит общий
характер.
Для планетохода могут рассматриваться как привычные на
Земле способы передвижения на гусеницах или на колесах,
так и другие принципы, которые могут оказаться целесообразными
с учетом особенностей его работы. Так, в силу тихоходности
планетоходов открывается возможность улучшения их проходи¬
мости и экономичности путем использования шагающего или
колесно-шагающего принципов движения.
Характерным для конструкции узлов планетохода является
применение легких сплавов, ажурность конструкции, оптималь¬
ность форм отдельных узлов, позволяющая весь материал конструк¬
ции включить в силовую схему нагружения.
Свойства поверхностного слоя грунта и пониженная гравита¬
ция накладывают особые требования к характеристике тягового
двигателя, а конструкции движителя и подвески должны обеспе¬
чить в этих условиях достаточную проходимость.
Сложной проблемой является обеспечение работы узлов трения
в вакууме и в атмосфере планет. Пути ее решения различны:
применение уплотнений и создание микроклимата в замкнутых

8
планетоходы
объемах, использование различных покрытий и смазок, создание
специальных конструкционных материалов и др.
Не менее сложной задачей является управление движением.
Причем, если для луноходов реальным оказалось применение
метода дистанционного управления с некоторыми элементами
автоматизации безопасности движения, то для удаленных планет,
как, например, Марс, возникает необходимость создания авто¬
номной автоматической системы управления с периодическим,
достаточно редким вмешательством с наземного пункта управле¬
ния. Этому должен соответствовать также и измерительно-инфор¬
мационный комплекс.
Множество нелегких проблем возникает при наземной отработ¬
ке конструкции планетоходов. Это и способы имитации темпера¬
турных условий, и моделирование процессов взаимодействия дви¬
жителя с грунтом, и имитация атмосферных условий (в том числе
высокого вакуума), и моделирование гравитации, и. создание
методов ускоренных ресурсных испытаний, и ряд других проблем.
В книге рассматриваются вопросы проектирования плането¬
ходов в связи с различными аспектами их назначения и исполь¬
зования, условия работы планетоходов, особенности конструирова¬
ния узлов и систем, включая выбор способа передвижения. Рас¬
смотрены также проблемы обеспечения работоспособности узлов
трения в условиях космического вакуума и атмосферы планет
и пути их решения. Изложены вопросы управления движением и
методы наземных испытаний планетоходов, а также их узлов и
систем. В конце книги дано описание советских и американских
луноходов.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ
ПЛАНЕТОХОДОВ
Одними из основных факторов, определяющих возможность,
целесообразность и эффективность использования планетоходов, являются физи¬
ческие, климатические условия на поверхности планеты или ее спутника, а также
строение, рельеф и физико-механические свойства верхних слоев грунта. По¬
этому подобная информация является основополагающей при оценке возможности
передвижения и при разработке планетоходов. В настоящее время наиболее воз¬
можными областями для использования планетоходов являются Луна, Марс,
Меркурий, Венера, спутники Марса и Юпитера, астероиды.
1.1.	Общие сведения
о некоторых планетах и их спутниках
Все рассматриваемые небесные тела входят в состав Солнеч¬
ной системы. В табл. 1.1 и 1.2 приведены данные о наиболее общих характери¬
стиках указанных выше планет и их спутников [3, 96, 98, 100, 111], предста¬
вляющие интерес при проектировании планетоходов. Из табл. 1.1, 1.2 следует,
что характерными моментами для работы на поверхности планет и их спутников
являются большая удаленность от Земли и в связи с этим значительное время
прохождения радиосигналов и уменьшенное по сравнению с Землей ускорение
силы тяжести. Исключением является Луна, для которой время прохождения
радиосигнала составляет 1,2 с.
Таблица 1.1	Некоторые	общие	сведения	по	планетам
Параметр
Меркурий
Венера
Марс
Юпитер
Средний радиус, км
2450
6050
3397
71 600
Средняя плотность, г/см3
5,54
5,27
3,95
1,314
Среднее расстояние от
57,9
108,2
227,8
778
Солнца, млн. км
Период обращения вокруг
87,97
224,7
686,98
11,862 г.
Солнца
су г
сут
сут
Наименьшее расстояние от
77
38
56
589
Земли, млн. км
Наибольшее расстояние от
221
261
400
968
Земли, млн. км
Ускорение силы тяжести
3,8
8,7
3,72
22,88
на поверхности, м/с2

10
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 1.2	Общие	сведения	по	спутникам	планет
Земля
Марс
Юпитер
Параметр
Луна
Фобос
Деймос
Ио
Евро¬
па
Гани-
мед
Кал¬
листо
Средний радиус, км
1738
13,5х
X 10,7Х
Х9,5
7,5х
Хб.ОХ
Х5,5
1818
1990
2635
2500
Средняя плотность,
г/см3
3,34
1,9
—
3,54
3,51
1,94
1,63
Ускорение силы тя¬
жести на поверхности,
м/с2
1,62
0,005
0,001
1,8
1,46
1,43
1,14
Среднее расстояние
от планеты, тыс. км
384
9,378
23,458
422
671
1071
1184
Период обращения,
сут
27,3
0,32
1,26
1,77
3,55
7,16
16,7
Альбедо поверхно¬
сти
0,07
0,05
0,07
0,63
0,64
0,43
0,17
1.2.	Климатические условия
на поверхности планет
и их спутников
Климатические условия на поверхности планет и их спут¬
ников определяются температурой у поверхности грунта, наличием и составом
атмосферы, суточными и сезонными изменениями, потоком солнечной радиации,
динамикой атмосферных явлений.
В табл. 1.3 приведены некоторые данные по климатическим условиям [3,
93, 96, 111]. В зависимости от конкретных условий (широты, долготы, высоты
над средним уровнем поверхности) значения параметров могут изменяться.
Условия на планете могут быть осложнены такими явлениями как вулканическая
деятельность, захват пылевых частиц с поверхности, фазовые превращения ком¬
понентов атмосферы. Так, на Марсе отмечено существование пылевых бурь.
Количество поднятой пыли при этом может быть весьма значительным. Во время
пылевой бури на Марсе в 1971 г. наблюдение поверхности планеты было за¬
труднительным. Отмечалось также некоторое изменение температуры атмосферы.
На Венере параметры атмосферы достаточно стабильны. Суточные изменения
температуры весьма малы (—1°). На спутниках Юпитера обнаружены действу¬
ющие вулканы. Это должно приводить к заметному изменению климатических
условий в зоне активной вулканической деятельности.
Следует отметить, что информация о климатических условиях на поверх¬
ности планет непрерывно пополняется. Наиболее изучены климатические усло¬
вия на поверхности Луны, Марса, Венеры. По спутникам Юпитера получены
лишь первые ориентировочные представления и, несомненно, по мере получения
новых данных будут уточнены условия работы на их поверхности. Климати¬
ческие условия работы планетоходов можно разделить на несколько типичных
ситуаций (табл. 1.4).

Таблица 1.3 Климатические условия на поверхности планет и их спутников
УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
11
Г ани-
мед
167
Вязкое
течение
в верх¬
ней коре
Кал¬
листо
II ||Й I III
Евро¬
па
123
о и
Следы
8-КГ3—
10"8
290
135
so2
Актив¬
ная вул¬
каниче¬
ская
деятель¬
ность
Фобос
Нет
300
170
Нет
Метео¬
ритная
бомбар¬
дировка
Марс
Есть
5—6
300
153
210
С02 — 95 %
n2-
2-3 %
о2-
0,1—0,4 %
Есть
40—100
Метеорит¬
ная бом¬
бардировка,
пылевые
бури,
образова¬
ние льда
Венера
Есть
99-103
750
С02 - 97 %
N2 — 2 %
Н20 и др.
1 %
Нет
До 1-2
Химическое
взаимодей¬
ствие ат¬
мосферы
с поверх¬
ностью
Мерку¬
рии
Следы
ю-12
670
110
Гелий
Есть
Метео¬
ритная
бомбар¬
дировка
Луна
Нет
400
120
Нет
Метеорит¬
ная бом¬
бардировка,
возможна
вулканиче¬
ская дея¬
тельность
Параметр
Наличие
атмосферы
Давление
атмосферы
у поверхности,
гПа
Температура
у поверхности,
К:
максимальная
минимальная
средняя
Состав
атмосферы
Наличие
сезонных
изменений
Скорость ветра
у поверхности,
м/с
Характерные
процессы на
поверхности и
в атмосфере

12
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 1.4	Климатические	условия	работы	планетоходов
Параметры атмосферы
Температура,
К
Область распространения
Сильно разреженная атмосфера (ва¬
123—400
Луна
куум)
170—300
Фобос, Деймос
110—670
Меркурий
110—160
Спутники Юпитера
Разреженная атмосфера из С0.2, дав¬
ление около 6 гПа
150—300
Марс
Плотная атмосфера из СОо, давление
90—100-103 гПа
730—750
Венера
1.3. Строение, рельеф и физико-механические
свойства поверхностного слоя
грунта планет и спутников
1.3.1.	Методы изучения поверхности планет и спутников.
Поскольку передвижение планетохода осуществляется по поверхностному слою
грунта, то эти данные оказывают весьма существенное влияние на его характе¬
ристики. Свойства грунта, рельеф поверхности определяют проходимость пла¬
нетохода, т. е. наиболее важные его параметры, которые в конечном счете
определяют целесообразность использования планетохода как транспортного
средства.
Учитывая важность информации о свойствах поверхности для разработки
планетоходов, рассмотрим не только конечные результаты исследований, но
и методы их получения. Это необходимо для того, чтобы более глубоко понимать
существо полученных данных и соответственным образом использовать их на
практике.
Характеристика основных методов получения данных о поверхности планет
и их спутниках приведена в табл. 1.5 [90, 100, 111, 163, 165]. При этом в за¬
висимости от конкретных условий на планете (расстояние от Земли, атмосфера
и др.) могут быть свои особенности. Например, поверхность Венеры из-за плот¬
ной атмосферы не может быть сфотографирована с орбиты и с Земли, поэтому
особое место при изучении ее рельефа занимают радиолокационные методы.
Степень изученности свойств поверхности различных планет и их спутников
в настоящее время неодинакова. Например, по поверхности Луны имеется до¬
статочно обширная информация, относительно хорошо изучен рельеф Марса,
имеются фотоснимки, полученные с поверхности Венеры и Марса, фотографии
спутников Юпитера позволяют получить данные о глобальных характеристиках
их поверхности.
Одним из относительно новых направлений в изучении и прогнозировании
свойств поверхности планет и спутников является выявление‘общих законо¬
мерностей в их природе и строении, что позволяет распространять уже получен¬
ные данные на другие планеты. Например, наличие кратерных форм рельефа
на Марсе, Меркурии, Венере, спутниках Юпитера позволяет использовать дан¬
ные, полученные для лунной поверхности, для оценки физических и механиче¬
ских характеристик на этих небесных телах.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
13
Таблица 1.5	Основные	методы	получения	информации
о свойствах поверхности планет и их спутников
Метод изучения
Технические средства
Получаемые результаты
Получение сним¬
ков поверхности с
Земли
Получение сним¬
ков поверхности с
космического аппа¬
рата
Получение сним¬
ков с поверхности
планет и их спутни¬
ков
Радиофизические
методы исследований
Оптические методы
исследований
Прямые исследова¬
ния физико-механи¬
ческих свойств грунта
Доставка образцов
грунта на Землю
Моделирование
грунтовых, климати¬
ческих и физических
условий планет на
Земле
Телескопы
Система космиче¬
ского телевидения,
возврат на Землю
фотоснимков с помо¬
щью возвращаемого
аппарата
Посадочный аппа¬
рат
Радиотелескопы,
радиолокаторы
Фотометры, спек¬
трофотометры
Посадочный ап¬
парат и специальные
приборы (плотномер,
пенетрометр и др.)
Устройства забора
грунта. Возвращае¬
мый аппарат
Климатические ка¬
меры, стенды для
имитации уменьшен¬
ной силы тяжести.
Грунты-аналоги
Крупномасштабные снимки,
дающие общее представление о
планете и ее спутнике. Для Лу¬
ны возможно разрешение до
100 м
Детальные снимки поверхно¬
сти с разрешением до нескольких
метров, в том числе и для райо¬
нов, не доступных для наблюде¬
ния с Земли
Детальные снимки в месте по¬
садки с разрешением до милли¬
метра
Данные о физических свой¬
ствах поверхности. Толщина изу¬
чаемого слоя до нескольких ме¬
тров
Оптические свойства верхнего
слоя грунта, по которым могут
быть оценены его структура и
состав
Данные о физико-механиче¬
ских свойствах грунта в месте
посадки
Детальные сведения о составе
грунта, гранулометрии, физиче¬
ских и механических свойствах
Основные закономерности по
образованию и формированию
поверхностного слоя грунта. По¬
лучение и уточнение исходных
данных для проектирования пла¬
нетохода. Обоснование методов
стендовых и ходовых испытаний
макетов планетоходов
1.3.2.	Луна. На поверхности Луны можно выделить два наиболее характер¬
ных типа районов: морские и материковые. Морские районы отличаются не¬
сколько более темным цветом и ровной поверхностью и занимают около 15 %
площади. Материковые районы имеют более светлую окраску и сложный рельеф.
Обратную сторону Луны занимают в основном материковые районы. Вид лунной
поверхности в районах работы «Лунохода-1» и «Лунохода-2» показан на рис. 1.1
и 1.2.

Рис. 1.1. Лунная поверхность в районе работы «Лунохода-1»
Рис. 1.2. Лунная поверхность в районе работы «Лунохода-2»

16
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 1.6 Характеристики основных типов лунных кратеров
Параметр
Тип кратера
А
АВ
в
вс
с
Относительная глубина
(отношение глубины к диа¬
метру кратера)
1 1
4 5
1 1
6 7
1
8
1
10
1
14
Наличие вала
Есть
Есть
Есть
Следы
Нет
Угол наклона стенки кра¬
тера, градус
35—45
30—40
20—25
65
8—10
Угол наклона внешней
кромки вала, градус
10—20
10—15
5
Наиболее характерными элементами лунного рельефа являются кратеры,
образуемые, в основном, в результате ударов метеоритов и имеющие размеры от
нескольких сотен километров до десятков сантиметров.
Основные типы кратеров, имеющих наибольшее распространение на Луне,
приведены в табл. 1.6 [123, 124].
Распределение кратеров на лунной поверхности в зависимости от их раз¬
мера подчиняется равновесной функции [124]
N = Ю10’9-1>~2,	(1.1)
где N — количество кратеров диаметром более D на площади 106 км2; D — диа¬
метр кратера, м. Приведенная зависимость характерна для кратеров с диаметром
до 100 м. Для больших диаметров наблюдается несколько иная зависимость.
Кратеры представляют наиболее характерный вид препятствия для движения
планетохода.
Другим характерным элементом рельефа лунной поверхности являются
камни и каменные гряды. Камни наиболее часто встречаются вблизи кратеров
типа А, АВ и В. При этом чем больше кратер, тем больше вокруг него камней.
Особенно резко возрастает число камней у кратеров диаметром более 20 м. Зна¬
чительная часть камней сосредоточена в пределах вала кратера. Форма камней
разнообразная. Наличие камней вблизи кратеров зачастую объясняется тем,
что при образовании последних происходят выбросы скального основания под¬
стилающих пород, т. е. когда глубина залегания мелкозернистого грунта со¬
измерима с глубиной кратера.
Для количественного описания распределения камней на поверхности мо¬
жет быть использовано следующее соотношение [124]:
n = kdl,	(1.2)
где п — количество камней размером более dk на площади 100 м2; d — размер
камня, м: k и у — константы, зависящие от геоморфологической ситуации
(табл. 1.7).
Наряду с камнями иногда встречаются камневидные образования, внешне
похожие на камни, но являющиеся крупными комками из слипшегося мелко¬
зернистого материала, которые легко разрушаются колесами лунохода. Пример
такого камневидного образования приведен на рис. 1.3.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
17
Таблица 1.7	Коэффициенты	для	оценки	распределения	камней
Тип поверхности
и
V
Кратеры класса А
8-103
—2
Кратеры класса В
104
—2,5
Кратеры класса С и межкратерное
2-101
—3,5
пространство
На лунной поверхности имеются также более сложные элементы рельефа —
сочетание уклонов большой протяженности, усложненных кратерами и камнями,
террасы, гряды, осыпи на крутых склонах и др.
Подобные ситуации применительно к движению планетоходов могут быть
представлены некоторой обобщенной функцией распределения уклонов. На¬
пример, в районе работы «Лунохода-1» плотность распределения уклонов в рай¬
оне Моря Дождей хорошо описывается законом распределения Рэлея [123, 124]
/ (а) = 1 бОехр (—80а2),	(1.3)
где f (а) — плотность вероятности; а — угол наклона, рад.
Рис. 1.3. Камневидное образование

18
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 1.8	Свойства	лунного грунта по результатам изучения
образцов, доставленных станциями «Луна-16»
и «Луна-20»
Коэффициент
пористости
грунта
Основной вид
деформации
Коэффициент
уплотнения,
1/МПа
Сцепление,
кПа
Угол
внутреннего
трения,
градус
>1,3
1,3—1,0
Уплотнение
Уплотнение и местный
>10
20
<1
1—1,5
10
10—15
0
1
О
СО
сдвиг
Уплотнение и общий
8
1,5—2,5
10—20
<0,9
сдвиг
Общий сдвиг
<3
>2,5
>20
Изучение физико-механических свойств лунного грунта, выполненное в зем¬
ных лабораториях на образцах, доставленных с поверхности Луны, позволило
установить основные закономерности для его прочностных и деформационных
характеристик в зависимости от степени уплотнения.
Приведенные в табл. 1.8 данные о физико-механических свойствах грунта
отражают отдельные параметры, которые являются количественной мерой иде¬
ализированных схем нагружения.
Основные особенности процессов деформации лунного грунта применительно
к решению задач по передвижению планетоходов заключаются в следующем:
основная деформация грунта происходит во время первого цикла загру-
жения;
восстанавливающиеся деформации в лунном грунте малы по сравнению
с остаточными;
вид и характер деформации грунта под движителем планетохода в сильной
мере зависят от степени уплотнения грунта в естественном залегании;
параметры сжимаемости и сопротивления сдвигу находятся в сложной зави¬
симости от состояния грунта и условий нагружения. В процессе воздействия дви¬
жителя на грунт имеют место процессы дополнительного уплотнения и разуплот¬
нения, приводящие, в свою очередь, к изменению механических свойств;
изучение влияния вакуума на механические свойства образцов лунного
грунта показало, что в вакууме происходит некоторое увеличение сцепления
и внутреннего трения. Однако эти изменения проявляются в меньшей степени
по сравнению с влиянием уплотнения [163, 164, 165];
влияние уменьшенной силы тяжести на физико-механические свойства
грунта проявляется двояким образом. Во-первых, в условиях малой силы тя¬
жести возможно образование более рыхлых структур, следствием чего являются
более низкие значения механических показателей. Во-вторых, в условиях умень¬
шенной силы тяжести механические показатели грунта снижаются из-за умень¬
шения составляющих сопротивления грунта, обусловленных его весом. Наи¬
более существенное влияние проявляется для сыпучих грунтов, не имеющих
сцепления между частицами. Например, для однородного кварцевого песка на¬
блюдается пропорциональная зависимость между его прочностными показате¬
лями при воздействии местной нагрузки и ускорением силы тяжести [165].
Определение свойств лунного грунта в естественном залегании, выполненное
£ помощью подвижных аппаратов «Луноход-1» и «Луноход-2», позволило по-

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
19
Таблица 1.9	Основные	физико-механические	свойства	лунного	грунта
в естественном залегании
Показатель
Значение показателя
Коэффициент пористо¬
>1,3
1,3—1,0
0
1
о
'со
0
со
1
о
ОО
<0,8
сти
Несущая способность,
<7
7—25
25—36
36—55
>55
кПа
Сцепление, кПа
<1,3
1,3—2,5
2,5—3,2
3,2—4
>4
Угол внутреннего тре¬
<10
10—15
15—18
18—22
>22
ния, градус
Относительная частота
—
0,25
0,3
0,3
0,15
распространения
Характерные участки
Отдель¬
На
На эле¬
Межкра-
В местах
на поверхности Луны
ные бу¬
бровке
ментах
терное
с малой глу¬
горки и
свежих
сильно
про¬
биной пере¬
неболь¬
крате¬
эроди¬
стран¬
работанного
шие гря¬
ров не¬
рован¬
ство
грунта.
ды из
большо¬
ных кра¬
Камневид¬
мелко¬
го раз¬
теров
ные образо¬
зерни¬
мера, на
вания, от¬
стого ма¬
крутых
дельные
териала
склонах
камни
строить обобщенную модель грунта. При этом было установлено, что различие
в геоморфологической обстановке в районах работы луноходов оказывает малое
влияние на физико-механические свойства грунта. Поэтому можно рассматри¬
вать средние, наиболее типичные параметры лунного грунта в естественном за¬
легании для достаточно обширных районов Луны (табл. 1.9) [3, 90, 122, 123].
Наиболее часто встречаются участки грунта с несущей способностью 25—
55 кПа. Такое значение несущей способности характерно для относительно
ровных участков со спокойным рельефом. Более низкая несущая способность
встречается на участках с ярко выраженными следами процессов образования
кратеров и других форм рельефа и сочетается со значительными уклонами по¬
верхности.
Наиболее сложными участками лунной поверхности, с точки зрения обеспе¬
чения передвижения транспортных средств, являются отложения рыхлого грунта
в сочетании с большими уклонами на склонах кратеров. Было отмечено, что в не¬
которых местах с глубиной возрастают показатели механических свойств, осо¬
бенно сопротивление вращательному срезу. Неоднородность строения и механи¬
ческих свойств лунного грунта по глубине связана с выходами твердого осно¬
вания, скоплениями камней, особенно вблизи кратеров, а также, возможно,
наличием выраженной слоистости.
1.3.3.	Марс. Почти половина поверхности Марса занята кратерными фор¬
мами рельефа, в значительной мере напоминающими лунную поверхность.
Больше всего кратеров в южном полушарии. В этих районах плотность кратеров
примерно такая же, как в материковых районах Луны. Основная часть кратеров
на Марсе метеоритного происхождения,характерным для них является заметная

20
ПЛАНЕТОХОДЫ
эрозия под воздействием ветров. В большинстве случаев поле выброса материала
из кратера разрушено и засыпано более поздними отложениями. Это приводит
к тому, что марсианские кратеры имеют менее крутые склоны и меньшую относи¬
тельную глубину по сравнению с лунными кратерами. Наиболее характерные
марсианские кратеры показаны на рис. 1.4.
На поверхности Марса имеется целый ряд образований, имеющих вулкани¬
ческое происхождение. Это гигантские вулканические горы, наибольшая из
которых имеет высоту 25 км над уровнем окружающей местности и диаметр
в основании около 600 км. Для этих образований характерно наличие основных
признаков вулканической деятельности: расположенная на вершине кальдера,
вторичные кальдеры, следы лавовых потоков и застывшей магмы. Значительное
место на Марсе занимают также вулканические образования в виде лавовых
равнин. Принципиально новой формой рельефа на Марсе по сравнению с Луной
является система каньонов протяженностью в несколько тысяч и шириной до
сотен километров. Причиной их образования являются, по-видимому, разломы
в марсианской коре. Стенки каньонов высотой до 2 км имеют хорошо выражен¬
ные следы оползней и обвалов. При этом нижние слои оползней имеют вид отно¬
сительно подвижного материала, обладающего малым сцеплением. Дно каньонов
относительно ровное. Крутизна и характер склонов показывают, что верхняя
часть стенок образована из грунта, обладающего заметным сцеплением и вну¬
тренним трением [111].
Наличие атмосферы на Марсе приводит к образованию эоловых отложений.
Типичными представителями таких форм рельефа являются скопления дюн, пр
внешнему виду похожих на земные песчаные дюны.
В местах перехода от относительно гладких низменных равнин к возвышен¬
ностям, покрытым кратерами, находятся области с хаотическим рельефом, пред¬
ставляющим собой сочетание образований неправильной формы. Причиной
образования хаотического рельефа, по всей видимости, является разрушение
поверхности грунта под воздействием грунтовых льдов и воды и последующим
ветровым переносом частиц грунта [111].
На поверхности Марса обнаружены извилистые каналы, весьма напомина¬
ющие высохшие русла рек и овраги. Наиболее вероятной причиной их образо¬
вания считается наличие на Марсе в прошлом интенсивных водных потоков, вы¬
званных оттаиванием вечномерзлых грунтов в периоды потепления [196]. Есть
предположения о существовании некоторого количества жидкой воды в пони¬
жениях рельефа и в грунте. Наличие же больших водных бассейнов на поверх¬
ности Марса в данных климатических условиях считается невозможным [111].
Для оценки условий движения планетоходов представляют особый интерес
данные о поверхности с разрешением от нескольких до десятков метров, что воз¬
можно получить в основном с помощью посадочных аппаратов.
Общий характер местности в месте посадки космического аппарата «Ви¬
кинг-1» похож на участки земных каменистых пустынь. Поверхность предста¬
вляет собой наносы из мелкозернистого материала, образующие слабохолмистую
поверхность. Отмечаются характерные для наносных образований четко выра¬
женные переходы между отдельными сторонами и округлость форм, существен¬
ная разница уклонов на наветренной и подветренной сторонах. На поверхности
мелкозернистого материала находится большое количество камней. Плотность
распределения камней подчиняется примерно такой же зависимости, как и для
лунной поверхности. Однако в месте посадки аппарата их количество соответ¬
ствует сильно каменистым участкам лунной поверхности. Вокруг камней имеются
четко выраженные следы выдувания мелкозернистой части грунта. Камни имеют
разнообразную, как правило, неправильную форму, с острыми гранями. Обна¬
ружены пористые, шлаковидные камни.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
21
Рис. 1.4. Кратеры на Марсе

22
ПЛАНЕТОХОДЫ
Информация о свойствах грунта в месте посадки была получена по телеви¬
зионным изображениям поверхности, характеру вдавливания опор, с помощью
манипулятора для отбора проб грунта, воздействия газовых струй от двигателя
и ветровых потоков. Было отмечено заметное отличие по гранулометрическому
составу грунта для различных участков. Значительная часть верхнего слоя
грунта состоит из мелкодисперсных частиц, размеры которых оценивают в де¬
сятки и сотни микрон. На некоторых участках наблюдается присутствие значи¬
тельного количества более крупных частиц размером до 5 см, образующих каме¬
нистую поверхность [196].
Полученные по этой информации данные о физико-механических свойствах
грунта дают значения плотностей 1...1,6 г/см3 для мелкозернистого грунта,
1,8 г/см3 для каменистой поверхности и соответственно угол внутреннего трения
в пределах 20...40° и 40...45°, сцепление оценивается величиной порядка
0,1... 1,0 кПа [94, 111, 196]. При анализе этих данных следует отметить, что
они получены для весьма ограниченных участков поверхности, хотя и могут
иметь значительное распространение на поверхности. Учитывая большое разно¬
образие процессов формирования рельефа поверхности, образования и пере¬
работки грунта, существующих на Марсе, рассмотренные грунты отражают
лишь часть из всего их многообразия на Марсе.
Авторами]была сделана попытка применять некоторые обобщения на основе
имеющейся информации о процессах переработки и переноса грунта и формиро¬
вания рельефа по данным изучения физических характеристик поверхности
Марса с помощью оптических и радиометрических методов исследований, изуче¬
ния свойств лунного грунта и земных аналогов. Результаты этих обобщений
приведены в табл. 1.10. Естественно что приведенные данные в некоторой части
носят гипотетический характер и, по всей видимости, не отражают всего много¬
образия грунтовых условий. Однако они могут в какой-то мере служить ориен¬
тиром для оценки возможности передвижения по поверхности Марса.
Спутники Марса — Фобос и Деймос. Фобос и Деймос
являются относительно малыми телами и имеют на поверхности весьма низкую
силу тяжести. Этим обстоятельством в значительной мере объясняется их внеш¬
ний облик, и они выглядят как тела неправильной формы. Поверхности Фобоса
и Деймоса покрыты большим числом кратеров, плотность распределения которых
соответствует лунным материкам. Обнаружены длинные борозды, которые,
возможно, являются засыпанными разломами [98].
Поверхность Фобоса покрыта слоем мелкораздробленного материала по типу
лунного грунта, толщина которого может достигать 100 м [111]. Причиной
образования мелкораздробленного слоя грунта является метеоритная бомбарди¬
ровка. Предполагается, что при этом часть материала при взрыве выбрасывается
и оказывается на орбите Марса, а затем постепенно захватывается спутником.
Так как параболическая скорость у Фобоса около 10 м/с, то захваченные частицы
будут падать со скоростями такого же порядка. Это должно приводить к до¬
вольно интенсивному уплотнению грунта. Ожидаемая несущая способность
подобных образований будет около 100 кПа. На Фобосе и Деймосе, очевидно,
действуют и такие механизмы, как осыпание грунта на крутых склонах, движе¬
ние частиц грунта на крупных склонах, движение частиц грунта под воздействием
изменений температуры. Учитывая малую силу тяжести на спутниках, можно
считать, что на таких участках местности могут формироваться слои грунта
с весьма малой несущей способностью.
Для поверхностей Фобоса и Деймоса характерно заметное отклонение век¬
тора силы тяжести от нормали к поверхности вследствие неправильной формы.
Это соответствует наличию значительных (до 7... 10е) генеральных уклонов, на
которые наложены местные элементы рельефа (кратеры, борозды).

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
23
Таблица 1.10 Ожидаемые физико-механические свойства
поверхностного слоя грунта Марса
Тип грунта
Параметр
Мелкозер¬
нистый с
широким
грануло¬
метрическим
составом
Среднезерни¬
стый с узким
грануломе¬
трическим
составом
Выходы
скальных
пород
Грунты
с Оолыпим
содержа¬
нием
льда
Плотность, г/см3
1,0—1,6
1,4—1,7
>2
1,5-2,0
Средний размер частиц,
мкм
10—100
100—300
—
—
Несущая способность, кПа
10—100
7—50
>103
100
Сцепление, кПа
0,5—5,0
1
>100
10
Угол внутреннего трения,
градус
10—30
25—40
—
—
Коэффициент сжимаемо¬
сти, 1/МПа
2—50
<5
—
Характерные участки
Осыпи,
Дюнные и
Обнажен¬
Поляр¬
местности
стенки и
барханные
ные скаль¬
ные
днища кра¬
теров и
каньонов,
затененные
от ветра
участки,
понижение
рельефа
образования
ные поро¬
ды, камни
области
1.3.4.	Венера. Наличие непрозрачной атмосферы у Венеры исключает воз¬
можность наблюдения ее поверхности с помощью орбитальных аппаратов. По¬
этому до настоящего времени не получено визуальной информации о рельефе
поверхности этой планеты. Главным источником информации о рельефе Венеры
являются радиолокационные методы. С их помощью было установлено наличие
кратеров диаметром в десятки километров, которые имеют малую относительную
глубину, примерно на порядок меньшую, чем кратеры такого же размера на
Луне. Обнаружены участки с заметным перепадом высот (до 3 км). В целом
поверхность Венеры более ровная по сравнению с Луной и Марсом. Например,
для участков длиной порядка 1 м среднеквадратичный угол наклона для Венеры
составляет 6...8°, а для Луны около 10° [122]. Среднее значение плотности для
верхних слоев грунта составляет 2,3	0,4 г/см3 [100], что выше средней плот¬
ности лунных и марсианских грунтов.
Особое место в изучении поверхности Венеры имеют данные, полученные
с помощью аппаратов, совершивших посадку на ее поверхность. Снимки поверх¬
ности, полученные с помощью советских станций «Венера-9» и «Венера-10», поз¬
воляют получить представление о строении поверхности и грунта, сделать не¬
которые заключения о физико-механических свойствах грунта. На рис. 1.5
показаны панорамы, переданные «Венерой-9» (а) и «Венерой-10» (б) в октябре
1975 г.

24
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 1.5. Панорамы поверхности Венеры:
а — в месте посадки станции «Веиера-9»; б — в месте посадки станции «Венера-10»

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
25

26
ПЛАНЕТОХОДЫ
Станция «Венера-9» после посадки имела наклон около 30, а «Венера-10» —
несколько градусов. Одним из отличительных признаков поверхности, наблюда¬
емых на панорамах, является высокая каменистость. В месте посадки «Венеры-9»
на поверхности грунта находятся россыпи камней, имеющих, в основном, пла¬
стинообразную форму, часто сколы ступенчатого вида. Грани камней довольно
острые. Пространство между камнями заполнено раздробленным грунтом. Раз¬
мер частиц грунта, в основном, меньше, чем разрешающая способность телеви¬
зионной аппаратуры, т. е. меньше 1 см. Для некоторых участков была отмечена
комковатая структура грунта. Однако доля тонких фракций грунта, очевидно,
невелика. По всей видимости, основная часть грунта представляет собой доста¬
точно крупнозернистый материал типа мелкого щебня.
Панорамы, переданные «Венерой-10», отличаются от снимков «Венеры-9».
Главным отличием является несколько иной характер каменистости. В месте
посадки «Венеры-10» наблюдаются крупные каменные глыбы, поверхности
которых покрыты углублениями, возможно, присыпанными мелкозерни¬
стым грунтом. Камни, видимые на панорамах, имеют более округлые
формы. Поверхность между глыбами заполнена зернистым материалом с раз¬
мерами частиц меньше 1 см. Измерение плотности каменных глыб с по¬
мощью радиационного плотномера станции «Венера-10» дало значение 2,8 —
± 0,1 г/см3 [128].
Косвенная оценка ожидаемых свойств грунта на поверхности Венеры может
быть сделана на основе определения осредненной плотности. Учитывая, что
значительная часть поверхности (до 30...40 %) на полученных снимках занята
камнями и каменными блоками с плотностью порядка 2,8	0,1 г/см3, а средняя
плотность грунта Венеры равна 2,3	0,4	г/см3, можно оценить плотность зер¬
нистого материала. Расчеты дают значение 2	0,6	г/см3. Такую плотность мо¬
гут иметь грунты, содержащие значительную долю крупнозернистого щебенча¬
того материала, составляющего механический скелет грунта. Пространство ме¬
жду крупными частицами заполнено более мелкозернистой фракцией, содержа¬
ние которой убывает на поверхности грунта вследствие выдувания. Подобные
грунты могут иметь место при вулканических выбросах. Примером подобной по¬
верхности являются, например, периферийные отложения выбросов вулкана
Шивелуч на Камчатке. Несущая способность крупнозернистых грунтов доста¬
точно высока: порядка 50...200 кПа.
1.3.5.	Меркурий. Общий вид поверхности Меркурия, снятый с помощью
аппарата «Маринер-10», показан на рис. 1.6. Заметно большое сходство поверх¬
ности Меркурия с лунной поверхностью [154]. Основные элементы рельефа —
кратеры и относительно ровные участки, подобные лунным морям. Кратеры на
Меркурии во многом похожи на лунные. Главное отличие состоит в заметно
меньшей дальности выброса материала из кратера и более близком расположении
вторичных кратеров по отношению к основному. Мелкие кратеры имеют чаше¬
образную форму. У более крупных наблюдается центральная горка. На склонах
многих из них имеются террасы.
Специфическим элементом рельефа для Меркурия являются уступы высотой
около трех и длиной в сотни и тысячи километров. Уступы пересекают на боль¬
шом протяжении кратеры и межкратерное пространство.
Учитывая большое сходство в процессах формирования рельефа и пере¬
работки грунта на поверхности Меркурия и Луны, можно сделать вывод и о сход¬
стве основных физико-механических свойств грунта. Подтверждением этому
являются достаточно близкие средние значения плотностей, электрических
и тепловых характеристик. Поэтому для оценки условий передвижения плането¬
ходов по поверхности Меркурия можно, в первом приближении, ориентироваться
на данные, полученные для Луны.

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
27
Рис. 1.6. Поверхность Меркурия
1.3.6.	Спутники Юпитера. Среди спутников Юпитера особый интерес пред¬
ставляют Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Информация о поверхности этих
спутников была получена станциями «Вояджер-1, 2» [3].
И о. На снимках поверхность Ио имеет коричневато-красный цвет, на кото¬
ром выделяются голубовато-белые образования. Обнаружены кратеры, вокруг
которых наблюдаются следы потоков длиной в сотни километров. На спутнике
происходит активная вулканическая деятельность, обнаружено несколько дей¬
ствующих вулканов, а также повышенная температура для ряда деталей рельефа.
Предполагается, что поверхность Ио покрыта серой или ее содержаниями,
а также, возможно, силикатными породами. В результате вулканической де¬
ятельности поверхность Ио перерабатывается со скоростью около 1 мм/г. Рельеф
Ио относительно ровный, напоминающий в некоторых деталях рельеф
Марса.
Европа. На поверхности этого спутника обнаружено небольшое число
кратеров, а также длинные узкие образования, по всей видимости крупные раз¬
ломы. Поверхность Европы очень светлая и есть предположения, что она пред¬
ставляет собой ледяную корку.
Ганимед. По внешнему виду несколько напоминает Луну. Имеются
области, содержащие большое число кратеров, которые имеют несколько более

28
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 1.11. Некоторые возможные типичные ситуации
по условиям движения планетоходов
Тип грунтовой поверхности
Основные типы элементов
рельефа
Область
распространения
Мелкозернистый грунт
с широким грануломе¬
трическим спектром (по
типу лунного грунта,
молотого базальта)
Среднезернистый грунт
с узким гранулометри¬
ческим спектром
Крупнозернистый об¬
ломочный грунт
Вечномерзлые грунты
Выходы скальных по¬
род
Уклоны, кратеры, кам¬
ни
Уклоны, камни, осыпи
с углом естественного
откоса
Камни, кратеры тре¬
щины, уступы
Трещины, уступы,
крутые склоны, камни,
кратеры
Камни, осыпи, трещи¬
ны, уступы, небольшие
кратеры
Луна, Марс, Меркурий,
Фобос, Деймос, возмож¬
но, Венера, Каллисто
Марс, возможно, Вене-
ра
Марс, Венера
Марс, Каллисто, Гани¬
мед
Луна, Марс, Венера,
Меркурий, Фобос
темную окраску. Светлые области покрыты кратерами в меньшей степени. В этих
областях выделяются системы параллельных борозд шириной 5... 15 и длиной
10... 100 км. Светлый тон этих борозд обусловлен наличием льда. Считается, что
Ганимед покрыт ледяной коркой мощностью до 10 км.
Каллисто. Поверхность его покрыта кратерами и похожа на мате¬
риковые области Луны. Имеются также крупные кольцевые образования. Общий
диаметр этих образований 1000...3000 км. Верхняя кора состоит из смеси сили¬
катных пород и льда и имеет толщину около 200 км. Предполагается наличие
вязкостного движения верхних слоев грунта, являющееся одним из возможных
механизмов формирования рельефа поверхности.
1.3.7.	Типичные ситуации по условиям движения планетоходов. Как видно
из приведенных выше данных о рельефе планет и их спутников и данных
о физико-механических свойствах грунта, условия движения являются весьма
сложными и многообразными. Но несмотря на это, представляется возможным
выделить некоторые наиболее типичные ситуации движения планетоходов. При
этом можно исходить из того, что независимо от природы образования тех или
иных форм рельефа на процесс движения оказывают влияние в основном гео¬
метрическая форма и физико-механические свойства верхнего относительно не¬
глубокого слоя грунта (десятки сантиметров). При этом имеют значение не только
абсолютные размеры элементов рельефа, но и их соотношение с размерами дви¬
жителя планетохода. Это означает, что многие формы рельефа могут быть пред¬
ставлены в виде отдельных идеализированных препятствий и их сочетаний.
Например, кратеры, имеющие размеры, существенно больше размеров плането¬
хода, могут быть представлены в виде чередующихся уклонов, спусков, косогоров

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛАНЕТОХОДОВ
29
и относительно ровных участков. То же самое может быть отнесено и к различ¬
ным линейным образованиям — бороздам, каньонам, оврагам. При этом основ¬
ной характеристикой всех этих форм рельефа может служить величина преодо¬
леваемого уклона. Камни и обломки горных пород могут быть разделены на две
основные категории — преодолеваемые и непреодолеваемые. Преодолеваемыми
следует считать такие, размеры которых не превышают клиренса машины или,
в первом приближении, радиуса колеса. Выделение типичных ситуаций для
описания условий движения планетоходов позволяет конкретизировать исход¬
ные данные и требования к конструкции планетохода, существенно облегчить
их отработку и испытания. При этом все многообразие условий движения по
реальной поверхности может быть представлено как статистическая совокупность
типовых ситуаций. В табл. 1.11 сделана попытка обобщить данные о типичных
ситуациях движения планетоходов на основе имеющейся информации.

2
НАЗНАЧЕНИЕ
Глава	ПЛАНЕТОХОДОВ
Не вызывает сомнения, что использование тран¬
спортных средств при исследовании планет, их естественных
спутников, а также других космических тел при освоении чело¬
веком ближайших к Земле планет Солнечной системы в существен¬
ной мере позволит расширить возможности направляемых на их
поверхность экспедиций и автоматических лабораторий. Плането¬
ходы, несущие на борту автоматические исследовательские лабо¬
ратории или космонавтов, позволяют существенно увеличить
объем и повысить достоверность получаемой информации, увели¬
чить эффективность производственных затрат на проведение экс¬
периментов или экспедиций в сравнении со стационарными аппара¬
тами. А ряд операций и видов работ вообще немыслимы без при¬
менения транспортных средств, например различные виды работы
с грунтом: бульдозерование и экскавация, нивелирование площа¬
док, рытье котлованов, бурение; кроме того, строительные и по¬
грузочно-разгрузочные работы, транспортировка грузов. Очень
важной функцией планетоходов может быть проведение спаса¬
тельных операций в случае аварии спускаемых аппаратов с кос¬
монавтами на борту и необходимости их перемещения к другому
кораблю.
2.1.	Характерные особенности
Планетоходы —вид транспорта, ряд характерных
особенностей которого позволяет выделить его из общей массы
транспортных средств. К первой особенности следует отнести то,
что они являются транспортными средствами высокой проходи¬
мости для движения по неподготовленной поверхности планет,
их естественных спутников и других космических тел при грави¬
тации, резко отличающиеся от земной.
Другой особенностью является то, что к месту эксплуатации
планетоходы доставляются космическими кораблями, а это опреде¬
ляет несколько специфических требований к их конструкции.
Прежде всего ограниченность объема космических кораблей
требует весьма компактной укладки планетохода, что приводит

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
31
к необходимости конвертировать элементы ходовой части, а ино¬
гда и машину в целом, либо устанавливать его таким образом,
чтобы совпали продольные оси планетохода и космического ко¬
рабля. Это приводит к необходимости введения в состав плането¬
хода устройств для крепления его элементов на космическом ко¬
рабле и для развертывания планетохода в рабочее положение.
Во многих случаях требуется установка устройств, обеспечиваю¬
щих отстыковку планетохода от спускаемого аппарата и спуск
его на поверхность. Кроме того, конструкция планетохода дол¬
жна сохранять работоспособность после воздействия больших
виброперегрузок, а также линейных и ударных перегрузок на
разных этапах работы космического корабля: при старте, разгоне,
выходе на орбиту искусственного спутника Земли или при необ¬
ходимости на орбиту искусственного спутника исследуемой пла¬
неты, торможении, входе в атмосферу исследуемой планеты (при
ее наличии), посадке на поверхность. Как правило, указанные
нагрузки, возникающие при транспортировании планетоходов
космическими кораблями, существенно превышают нагрузки,
действующие при эксплуатации его на поверхности планеты.
Таким образом, планетоходы должны обладать стойкостью
к широкому диапазону вибрационных, ударных и линейных пере¬
грузок. В ряде случаев необходима разработка специфических,
характерных только для планетоходов устройств конвертирования
ходовой части и спуска планетохода с корабля на поверхность
исследуемой планеты.
Планетоходы должны сохранять работоспособность в различ¬
ных, подчас резко изменяющихся по свойствам физических сре¬
дах. Причем сохранение работоспособности должно обеспечива¬
ться после длительного пребывания в космической среде во время
перелета.
Следует ожидать, что в будущем будут созданы также и обита¬
емые планетоходы с герметичной кабиной, в которых будут созда¬
ваться нормальные климатические условия для существования
человека в течение длительного времени. Это потребует изменения
эргономических характеристик наружных систем планетохода,
поскольку вне кабины экипаж вынужден работать в скафандрах.
Кроме того, для обеспечения выхода из кабины необходимы шлю¬
зовые камеры. Герметичные отсеки с нормальными климатическими
условиями могут разрабатываться и для необитаемых плането¬
ходов.
Еще одной характерной для планетоходов особенностью явля¬
ется то, что за время их эксплуатации на планете не должны про¬

32
ПЛАНЕТОХОДЫ
водиться ремонтно-регламентные работы. При наличии космонав¬
тов на борту можно допустить некоторый объем работы по обслу¬
живанию систем планетохода, но из-за дефицитности рабочего
времени космонавтов эта работа не может планироваться в ско¬
лько-нибудь заметных масштабах.
Можно перечислить и еще ряд менее типичных и не всегда при¬
сутствующих особенностей, свойственных планетоходам, например
высокий уровень автоматизации операций; наличие бортовой
вычислительной техники либо наличие обширных каналов связи
с вычислительными устройствами на наземном пункте управления
или на спускаемых и орбитальных аппаратах; наличие несколь¬
ких дублирующих друг друга типов систем вождения (управления
движением), высокая эффективность использования массы уз¬
лов, систем и агрегатов планетохода; низкие значения коэффици¬
ентов запасов прочности и другие признаки.
Таким образом, планетоход можно охарактеризовать как
транспортное средство преимущественно высокой проходимости,
приспособленное для доставки к месту эксплуатации космиче¬
скими кораблями и предназначенное для работы на поверхности
планет, их естественных спутников и других небесных тел в■ спе¬
цифических климатических условиях при гравитации, отличаю¬
щейся от земной, а также при условии ограниченного объема
либо полного отсутствия ремонтно-регламентных работ.
2.2.	Классификация и требования
В научно-популярной, научной и технической
литературе представлено множество вариантов технических идей,
конструктивных схем, конструкций планетоходов и их агрегатов.
Степень их технической проработки и возможность реализации
различна. Одни находятся на стадии формирования идей, другие
прошли проектную оценку, по некоторым из них выполнены кон¬
структорские проработки и созданы макетные образцы, прошед¬
шие экспериментальную проверку в условиях, имитирующих
реальные условия эксплуатации, и, наконец, были созданы и до¬
ставлены на поверхность Луны первые действующие планетоходы.
С целью выявления наиболее целесообразных и перспективных
технических решений, а также определения основных требований
к вариантам планетохода целесообразно рассмотреть основные
схемы, реализацию которых можно ожидать в ближайшие двад¬
цать—двадцать пять лет.
Для этого воспользуемся упрощенной классификацией воз¬
можных схем планетоходов, предусматривающей разделение пла-

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
33
Таблица 2.1. Классификация планетоходов по функциональному
назначению и признаку обитаемости
Функциональное назначение
Возможность пребывания
экипажа
Исследо¬
вательские
Транспорт¬
ные
Строитель¬
ные
Г рунтором-
ные
Передви ж-
ные ретран¬
сляторы
Передвиж¬
ные убежи¬
ща
Необитаемые:
с дистанционным или автоматиче¬
В
В
В
В
В
ским управлением
с выносным пультом управления

В
в
в


Обитаемые:
с открытой кабиной

в
в
в


с герметичной кабиной
в
в
~
В
нетоходов по признакам их функционального назначения и воз¬
можности пребывания экипажа на борту. Указанные признаки
относятся к важнейшим на этапе формирования требований
технического задания на планетоход. Разделение возможных схем
планетоходов представлено в табл. 2.1, в которой индексами В
обозначены реальные или предположительно наиболее вероятные
варианты схем планетоходов.
Деление по функциональному назначению достаточно условно,
поскольку четких границ между указанными вариантами плането¬
ходов может и не быть в силу того, что возможно как специализи¬
рованное, так и комбинированное их исполнение. Независимо от
назначения общей задачей транспортного средства при выполне¬
нии работ является обеспечение перемещений с одного места на
другое. В ряде случаев эта задача может быть связана с времен¬
ными ограничениями, вытекающими или из характера выполня¬
емых работ, или из располагаемого ресурса работы отдельных
систем.
Основной задачей исследовательских планетоходов является
получение, хранение и представление максимального объема ин¬
формации в соответствии с целевым назначением научной аппара¬
туры, находящейся на борту планетохода. Это может быть инфор¬
мация о поверхности планеты, ее недрах, о физических условиях
окружающей среды и о космическом пространстве. Важным свой¬
ством планетохода с этой точки зрения является возможность
поиска объектов исследования в различных точках поверхности,
2 А. Л. Кемурджиан и др.

34
ПЛАНЕТОХОДЫ
подчас удаленных на многие километры друг от друга. Другое
важное свойство — возможность точного ориентирования по от*
ношению к исследуемым объектам. В некоторых случаях для про¬
ведения исследований требуется механический контакт приборов
с объектами исследований, который обеспечивается посредством
специальных выносных устройств. Последние могут быть необ¬
ходимы для удаления датчиковой части некоторых типов прибо¬
ров на расстояние, достаточное для устранения влияния помех
от систем планетохода. Кроме этого, планетоход, при необходи¬
мости, должен быть оснащен устройствами для свертывания вынос¬
ной аппаратуры.
Можно представить, что исследовательский планетоход в ряде
случаев может перевозить автономно действующие приборы, кото¬
рые устанавливаются на поверхность планеты и от которых он
удаляется на значительное расстояние. В этом случае плането¬
ход должен быть оснащен аппаратурой для поиска оставленных
приборов. Таким образом, наличие на борту аппаратуры для про¬
ведения научных исследований — характерная особенность ис¬
следовательских планетоходов.
Размеры, масса и сложность устройства планетохода зависят
от объема выполняемых работ, срока службы и в существенной
мере —от возможности пребывания на нем человека. Длительное
пребывание человека на борту планетохода требует введения комп¬
лексных систем для обеспечения нормальных условий жизни,
установки надежных систем навигации и ориентации, а также для
обеспечения необходимого ресурса работы. Тем не менее, даже при
необходимости выполнения этих требований удельный вес научной
аппаратуры в исследовательских планетоходах остается достаточно
высоким. Так, в проектах подвижной лаборатории MOLAB *,
разработанных фирмами «Boeing» и «Bendix» [192] по программе
ALSS, при общей массе 2900 кг масса научной аппаратуры состав¬
ляет 340 кг, т. е. около 12 %. Это обеспечивается тем, что масса
элементов ходовой части, тягового привода, энергоустановки
и многих других систем на машинах с большей общей массой ис¬
пользуется более рационально, чем на машинах с меньшей массой.
С позиций наибольшей эффективности использования плането¬
хода, как представляется, наиболее рациональными вариантами
могут быть необитаемые планетоходы с дистанционным или авто¬
матическим управлением, либо обитаемые с герметичной кабиной
и комплексом систем, обеспечивающих длительное пребывание
* MOLAB (Mobile Laboratory) — подвижная лаборатория.

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
35
экипажа. Оба варианта могут обеспечить выполнение обширной
программы исследований и могут быть рассчитаны на длительный
срок работы, чем обеспечивается большая эффективность затра¬
чиваемых на экспедицию средств. Следует отметить, что эксплуата¬
ция необитаемых планетоходов не связана с риском для жизни
людей. Это одно из основных преимуществ необитаемых плането¬
ходов с автоматическим или дистанционным управлением, по
крайней мере, на первоначальных, рекогносцировочных фазах
исследования планет. Кроме того, к преимуществам этих плането¬
ходов относятся и более широкие возможности по исследованию
удаленных от Земли планет. Доставка необитаемых планетоходов
на расстояния, требующие перелета в течение времени, исчисля¬
емого годами и даже десятками лет, в настоящее время представля¬
ется достаточно реальной, в то время как доставку экспедиций
с экипажем космонавтов на подобные расстояния пока нельзя счи¬
тать технически осуществимой. Характерными представителями
исследовательских планетоходов являются «Луноход-1»	[123]
и «Луноход-2».
Использование необитаемых планетоходов с выносным пультом
или обитаемых с открытой кабиной для проведения исследователь¬
ских работ менее рационально, поскольку время их эксплуатации
ограничено ресурсом работы системы жизнеобеспечения экипажа.
Независимо от схемы общим требованием к исследовательским
планетоходам является обеспечение максимально возможной
в пределах конкретных геометрических размеров и массы плането¬
хода профильной и опорно-тяговой проходимости. Выполнение
этого требования обеспечивается выбором типа движителя, схемы
подвески его опорных и тяговых элементов типа несущей кон¬
струкции и режимов вождения.
В задачу транспортных планетоходов входит перевозка космо¬
навтов и грузов на различные расстояния. Целевым назначением
подобных перевозок может быть, например, спасение экипажа
потерявшего подвижность исследовательского планетохода, до¬
ставка космонавтов к месту проведения исследовательских работ
на незначительном удалении от стационарного аппарата, расста¬
новка автономных стационарных приборов или радиомаяков,
перевозка грузов, доставленных транспортным космическим ко¬
раблем на базы, буксировка специализированных машин, прице¬
пов, передвижных убежищ и т. д.
Как и исследовательские, транспортные планетоходы должны
быть оснащены движителями, обладающими высокой профильной
и опорно-тяговой проходимостью, однако в отличие от них транспо¬
2*

36
ПЛАНЕТОХОДЫ
ртные планетоходы должны обладать более широким скоростным
и силовым диапазоном работы движителя, обеспечивающим при¬
способление планетохода к разнообразным условиям работы.
Варьирование размеров и масс у транспортных планетоходов
ощутимо меньше нежели у исследовательских. Это объясняется
специфичностью требований к конструкции планетохода по раз¬
мещению космонавтов и габаритных грузов. По опубликованным
проектам масса транспортных планетоходов находится в диапазоне
от 250 до 3500 кг. Большинство известных транспортных плането¬
ходов предназначено для непосредственного управления челове¬
ком, однако существуют проекты, предусматривающие перемеще¬
ние при дистанционном управлении [199]. По всей видимости,
выполнение транспортных операций без участия человека нельзя
считать нереальным. Оснащение машины манипуляторами или
работа транспортного планетохода совместно со специализирован¬
ными автоматическими погрузочно-разгрузочными устройствами
позволит выполнить указанную работу.
Характерным для транспортных планетоходов является нали¬
чие мест для размещения перевозимого груза или людей. Типич¬
ным примером транспортного планетохода может служить амери-'
канский луноход LRV* фирмы «Boeing», впервые доставленный
на поверхность Луны для обслуживания космонавтов экспедиции
«Ар oil о-16».
Планетоходы, предназначенные для выполнения строитель¬
ных работ, а также резания и перемещения грунта, нивелирова¬
ния площадок, рытья котлованов, возведения насыпных укрытий
и т. д., пока не получили сколько-нибудь значительного разви¬
тия. Необходимость их разработки и изготовления в значитель¬
ной мере связана с планами создания долговременных обитаемых
баз на поверхности планет. Поскольку эта проблема еще не вышла
из стадии обсуждения и поиска основных принципов построения,
то и проблема создания специализированных строительных и
грунторойных устройств на подвижных шасси находится в той
же стадии.
Среди опубликованных выделяется проект дистанционно
управляемого планетохода французского национального центра
по исследованию космического пространства [194] (рис. 2.1
и 2.2). Конструкцией аппарата предусматривается возможность
выполнения различных операций, связанных с проведением ис¬
следований совместно с каким-либо стационарным аппаратом.
* LRV (Lunar Rover Vehicle) — лунный движущийся аппарат,

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
37
Рис. 2.1. Луноход Фран¬
цузского национального
центра исследования кос¬
мического пространства
Рис. 2.2. Схема преодоле¬
ния препятствий фран¬
цузским луноходом

38
ПЛАНЕТОХОДЫ
По замыслу авторов, предложенный для планетохода комбиниро¬
ванный движитель, составленный из гусениц и управляемой пары
колес, а также ломающаяся рама обеспечат максимальную при¬
способляемость аппарата к любой местности. Аппарат оснащен
мощным манипулятором, являющимся универсальным устрой¬
ством, возможности которого по выполнению различного рода ра¬
бот несопоставимо широки в сравнении со специализированными
устройствами. Особое значение приобретает использование мани¬
пулятора при проведении погрузочно-разгрузочных и строитель¬
ных работ на этапах освоения Луны и планет человеком. Основ¬
ное значение проекта французского лунохода состоит именно
в том, что предусматривается механизация любых видов работ,
непосредственно относящихся к предполагаемой широкой деяте¬
льности человека на поверхности планет. Среди других проектов
отметим проработку лунохода «MULE» [178], на котором пред¬
полагалась установка подъемного крана и манипулятора.
Второй признак, по которому можно подразделять плането¬
ходы, — это возможность пребывания экипажа космонавтов на
борту планетохода. Этот признак имеет принципиальное значение
для формирования внешнего облика машины. Условия жизни,
работы и отдыха человека на борту планетохода, необходимость
выполнения экипажем различных работ как вне планетохода, так
и на его борту предъявляют к его конструкции множество осо¬
бых требований, которые не предъявляются к необитаемым плането¬
ходам. Морфологические признаки (т. е. определяющие форму и
размеры) обитаемых планетоходов главным образом зависят от
способов удовлетворения требований, связанных с пребыванием
человека на их борту. К основным требованиям можно отнести:
эргономические требования к органам управления; необходимость
установки иллюминаторов и шлюзов; наличие прочного корпуса
для создания нормальных климатических условий и защиты эки¬
пажа от излучений и микрометеоритов; эргономические требования
к внешним системам и устройствам планетохода; обеспечение ки¬
слородом, водой, санитарно-гигиенических норм; удаление от¬
ходов; создание условий для сна, отдыха, приготовления и при¬
ема пищи членами экипажа; решение навигационных задач и задач
ориентирования на местности; обеспечение возможности возвраще¬
ния на станцию в случае аварии планетохода; плавность хода с по¬
зиций обеспечения комфорта езды; радиосвязь со станциями и
другими планетоходами на поверхности планеты; обеспечение
возможности выполнения всех функций экипажем ограниченного
состава в случае заболевания одного цз космонавтов,

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
39
Рис. 2.3. Луноход «Pack
Mule»
Как было выше от¬
мечено, участие чело¬
века позволяет упро¬
стить решение одних
вопросов и усложняет
решение других. Наи¬
более простым вариан¬
том машины является необитаемый^ планетоход, управляемый
идущим рядом с ним космонавтом с помощью выносного
пульта либо специальных органов управления. В крайнем
случае для размещения космонавта может быть предусмотрена
элементарная площадка (рис. 2.3). Обязательным условием эк¬
сплуатации подобного планетохода является работа в составе
экспедиции с космонавтами, что имеет свою позитивную сторону,
поскольку при его разработке нет необходимости учитывать фактор
пребывания на нем людей. С другой стороны, имеется возможность
проведения регламентных и ремонтно-восстановительных работ.
При разработке необитаемых планетоходов с дистанционным и
автоматическим управлением приходится сталкиваться с решением
таких сложных проблем, как обеспечение необходимого ресурса
работы систем, разработка специализированных устройств для
выноса приборов, системы развертывания и свертывания ходовой
части, автоматизация процесса вождения, создание комплекса
информационных систем и др. Естественно, что решение этих
вопросов в какой-то мере определяет и облик самого планетохода.
Планетоход с открытой кабиной (например, LRV) в конструк¬
тивном отношении сложнее планетоходов, управляемых космо¬
навтом с выносного пульта, но существенно проще как автомати¬
ческих или дистанционно управляемых, так и обитаемых плането¬
ходов с герметичной кабиной. Это обусловлено тем, что, с одной
стороны, радиус действия этих аппаратов относительно мал, что
облегчает решение вопросов навигации и ориентации на местно¬
сти. С другой стороны, не существует проблем, связанных с дли¬
тельным пребыванием человека. И, наконец, менее острыми пред¬
ставляются проблемы, связанные с необходимостью разверты¬
вания аппарата в рабочее положение и проведения регламентных
работ. Появляется возможность выполнения ремонтных работ.
Практика эксплуатации лунохода LRV на Луне, а также орби¬

40
ПЛАНЕТОХОДЫ
тальных космических станций показала, что присутствие человека,
его универсальные способности выполнять восстановительные
работы, работы по замене вышедших из строя или выработавших
свой ресурс узлов и агрегатов позволяют в несколько раз увели¬
чить срок службы аппарата.
Планетоходы с герметичной кабиной приспособлены для вы¬
полнения наиболее сложных и продолжительных во времени опе¬
раций на стадии освоения планет. Как уже отмечалось, они обору¬
дуются всеми необходимыми средствами обеспечения жизнедея¬
тельности космонавтов, включая запасы кислорода, воды, пищи,
средства личной гигиены, удаления углекислого газа и продук¬
тов жизнедеятельности. Необходимо решение проблем выхода
космонавтов на поверхность, визуального обзора местности при
движении вперед, реверсе движения, спуске на поверхность
планеты, сбора данных при исследовании местности и т. п. Решение
этих вопросов отражается на компоновке планетохода, его внеш¬
нем облике, технических характеристиках его систем. Характер¬
ным является наличие кабины, выполненной в виде монокока, или
полумонокока. Кабина может быть несущей либо устанавлива¬
ться на несущую раму. Поскольку габариты герметичного кор¬
пуса исчисляются метрами, то требование обеспечения приемле¬
мых параметров профильной проходимости (просвет, углы по¬
перечной и продольной проходимости, углы въезда) приводят
к необходимости размещения корпуса, а следовательно, и шлюзо¬
вых камер на значительной высоте над уровнем грунта. Это, в свою
очередь, усложняет проблему выхода космонавтов на поверхность
и подъема их на борт, поскольку скафандр ограничивает подвиж¬
ность человека.
Время активного существования планетоходов в значитель¬
ной степени зависит от участия человека в их эксплуатации. Как
уже отмечалось выше, способность человека выполнять регла¬
ментные и восстановительные работы позволяет рассчитывать
на длительный срок существования. Решение вопроса сводится
в данном случае к диагностике машины и определению путей
доставки запасных частей. Естественно, что подобный подход
не снимает необходимости предельно возможного увеличения на¬
дежности аппаратов, предназначенных для перевозки людей.
Это имеет принципиальное значение для первых этапов освоения
космического пространства, когда экспедиции будут носить пери¬
одический характер.
Для обеспечения длительного активного существования необи¬
таемых планетоходов, с одной стороны, требуется большой ресурс

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
41
работы агрегатов и узлов, а с другой стороны, предельно возмож¬
ная адаптация, т. е. удовлетворение соответствия уровня функ¬
циональных возможностей планетоходов именно той внешней среде,
в которой предполагается эксплуатация. Это обеспечивается
высокой опорно-тяговой и профильной проходимостью движителя,
запасом по мощности тягового привода и энергоустановки, нали¬
чием совершенной системы вождения и высокой информативностью
комплекса информационно-измерительных систем. Таким образом,
планируемое время активного существования в заметной мере
определяет требования к конструктивным параметрам плането¬
хода, которые рассматриваются ниже.
2.3.	Программа работы,
время активного существования
Ресурс работы и продолжительность функциони¬
рования планетохода являются важнейшими характеристиками,
определяющими возможность выполнения определенного объема
работ и соответственно программу работы. В общем случае про¬
грамма работы планетохода зависит от его функциональных
характеристик и технических параметров, в частности, от возмож¬
ности пребывания на нем космонавтов, размеров, массы, степени
его автономности, проходимости и т. п. Например, очевидно, что
планетоход с ограниченными массой и размерами будет обладать
и меньшими функциональными возможностями, худшей прохо¬
димостью. Зона работы планетохода, имеющего кабельную связь
со стационарным аппаратом, ограничена сектором или кругом,
размеры которых зависят от длины кабеля. Условие прямой радио¬
видимости со стационарным аппаратом или наземным пунктом
управления при некоторых вариантах системы управления также
может служить ограничивающим фактором при функционировании
планетохода.
Если программа работы строительных и грунторойных плането¬
ходов, ретрансляторов или убежищ полностью определяется их
назначением, то программа работы исследовательских плането¬
ходов может быть весьма разнообразна. По наиболее распростра¬
ненным представлениям в нее должны входить:
проведение топографической съемки местности;
изучение геологического строения поверхности;
изучение геологического строения подповерхностного слоя;
геофизическое исследование планет с помощью гравиметриче¬
ских приборов и магнитометров;

42
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 2.2. Планируемые продолжительность функционирования
и дальность хода некоторых планетоходов (по проектам)
Наименование планетохода
Масса, кг
Продолжитель¬
ность функци¬
онирования
Дальность
хода, км
MOLAB разработки фирмы
3175—4535
14 сут
400
«Grumman Aircraft» [197]
LSSM * разработки фирмы
544
3—6 Ч.
25—50
«Bendix»
(с экипажем)
Луноход фирмы Grumman
—
6 мес.
1200
Aircraft [186]
«Луноход-1»
760
3 мес.
—
«Луноход-2»
840
3 мес.
—
Луноход LRV фирмы «Boe¬
590
54 ч
—110
ing»
(с экипажем)
Марсоход лаборатории ре¬
526
2 г.
1600
активного движения [192]
Луноход SLRV **
45,5
14 сут
5
Луноход «Pack Mule» [200 ]
117
6 ч
10
(одна ездка)
(одна ездка)
Марсоходы научно-иссле¬
довательского центра NASA
Langley [199]:
автономный
—180
—
100
большой
85
—
10
средний
60
—
1,0
малый
30
—
0,1
мини
—
—
0,05
* LSSM (Local Scientific Survey Module) — научно-исследовательский модуль
местного значения.
** SLRV — Small unmanned Lunar roving vehicle — малый беспилотный лунный
подвижный аппарат.
геохимические исследования поверхностных и коренных
пород;
сбор геологических образцов на поверхности и из скважин
различной глубины;
размещение и установка сейсмометров, телескопов и других
приборов на поверхности.
Этот ориентировочный перечень может быть существенно рас¬
ширен в зависимости от целей экспедиции. Продолжительность ра¬
боты, исходя из опубликованных материалов, может быть от не¬
скольких дней до нескольких лет (табл. 2.2).

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
43
2.4.	Проблемы унификации
Проблема унификации при разработке и изго¬
товлении планетоходов предстает не менее остро, чем для назем¬
ных транспортных средств. Поскольку планетоходы изготавлива¬
ются единичными экземплярами, в лучшем случае мелкой
партией, стоимость их изготовления чрезвычайно высока.
Использование имеющихся разработок машин, агрегатов и даже
деталей в принципе должно дать заметный экономический и орга¬
низационный эффект на стадии проектирования. Помимо этого
унификация может дать заметный эффект и на стадии производ¬
ства.
Как представляется, наиболее целесообразным решением могло
бы стать создание универсальных планетоходов, предназначенных
для работы на различных планетах. Однако диапазон условий ра¬
боты на Луне, планетах, их спутниках и других космических телах
настолько широк, что возможность создания подобных плането¬
ходов довольно сомнительна. В то же время для различных плане¬
тоходов имеется ряд одинаковых проблем, решение которых может
носить общий характер. Как одну из них можно выделить обес¬
печение работоспособности при температуре от — 150 до +400 °С,
давлении от нуля до десятков и сотен тысяч Па, освещенности
от единиц до тысяч люкс. Эта проблема решается выбором конст¬
рукционных материалов, разработкой покрытий и смазок, а так¬
же использованием специфических типовых конструкторских ре¬
шений. Применительно к этой проблеме целесообразность унифи¬
кации несомненна. Что же касается унификации планетоходов в це¬
лом, то с позиций максимальной эффективности это представляется
совершенно нецелесообразным.
Рассмотрим для примера единый, унифицированный плането¬
ход хотя бы для Марса и Луны. Напомним, что главными парамет¬
рами, характеризующими транспортную машину заданной массы,
являются мощность, потребная на движение, опорно-тяговая
проходимость, профильная проходимость и плавность хода.
Поскольку вес на Луне и Марсе отличается в 2,38 раза, то раз¬
работка планетохода применительно к одной из этих планет не
позволит эксплуатировать его в оптимальных режимах на другой
планете. Как известно, мощность, потребная на движение, оп¬
ределяется скоростью и весом машины. Поэтому мощность тя¬
говых двигателей и размеры основных частей силового привода
зависят от веса планетохода, который на Луне и на Марсе будет
различным. То же самое можно сказать и о величине и форме опор¬

44
ПЛАНЕТОХОДЫ
ной поверхности движителя, которые в существенной мере оп¬
ределяют величину среднего удельного давления на грунт, которое
в свою очередь характеризует в первом приближении опорно¬
тяговую проходимость транспортного средства.
Эксплуатация на Луне марсохода приведет к перетяжелению
элементов ходовой части, подвески, несущей конструкции и
соответственно к повышенному удельному расходу энергии из-за
работы тяговых электродвигателей на неэкономичных ре¬
жимах.
Кроме того, совершенно очевидно, что отправка на космиче¬
ском корабле планетохода перетяжеленной конструкции в редких
случаях может быть признана разумной, так как одна из главней¬
ших трудностей при проектировании космического аппарата —
это ограничения по допустимым массам его составных частей.
В обратном случае, если использовать луноходы для работы
на Марсе, будет иметь место понижение надежности работы, от¬
носительное повышение уровня нагрузок и соответственно напря¬
жений в элементах конструкции, повышение нагрузок на грунт
и ухудшение опорно-тяговой и профильной проходимости. Помимо
этого отметим недостаточную мощность приводов, недостаточную
мощность и электрическую емкость источников питания. Правда,
в некоторой степени эти недостатки нивелируются тем, что рас¬
четная схема силового нагружения планетоходов определяется
не только их весом, но и их массой.
Например, плавность хода и профильная проходимость по
неровностям рельефа зависят от динамических явлений, возника¬
ющих при движении и в значительной мере определяющих схему
силового нагружения ходовой части, а соответственно и корпуса
планетохода. Напомним, что эти силы зависят от уровня кинети¬
ческой энергии машины, определяемого скоростью движения v
и массой т планетохода.
Если унификация планетоходов для всех планет в целом нецеле¬
сообразна, то для их отдельных групп целесообразность этого
не вызывает сомнений. Существуют группы планет, их спутников,
астероидов, которые по основным физическим условиям отлича¬
ются незначительно (см. табл. 1.1 и 1.2). Вероятно, создаваемые
в будущем планетоходы могут быть унифицированы по группам
планет и их спутников, например, следующим образом: 1) Марс,
Меркурий; 2) Луна, Титан, Ио, Ганимед, Европа.
Для каждой из этих групп при необходимости целесообразна
унификация конструкции планетоходов применительно к ожида¬
емым условиям работы.

НАЗНАЧЕНИЕ ПЛАНЕТОХОДОВ
45
Поскольку унификация планетоходов в целом весьма пробле¬
матична, целесообразно рассмотреть возможность их унификации
на более низком уровне, т. е. унификацию частичную.
Узловая и агрегатная унификация. Работоспособность некото¬
рых систем планетохода, особенно если они работают в герметич¬
ных контейнерах с нормальными климатическими условиями, мало
зависит от условий на поверхности планеты. К таким системам
могут быть отнесены энергоустановка; радиокомплекс; контакт¬
ные немеханические информационные системы; пульты управле¬
ния; телевизионные устройства; системы крепления и разгрузки
и др.
По этим системам могут быть созданы типовые агрегаты, узлы,
возможность использования которых на различных планетоходах
будет определяться техническими требованиями к ним (например,
точность измерений, масса, энергопотребление и т. д.).
Более сложно обстоит дело с такими агрегатами, как движитель,
рама, тяговый электромеханический привод, подвеска, система
управления. В этой области целесообразно иметь типовые агрега¬
ты, отличающиеся по показателям их параметров. Это позволит
ценой незначительной потери эффективности использовать одни
и те же типы колес, подвески, тягового электропривода, системы
управления электроприводом, информационных систем с меха¬
ническими датчиками и другие системы на планетоходах, разли¬
чающихся по массе и планируемых к использованию на планетах
с различной гравитацией.
Некоторые агрегаты, функционирование которых зависит от
физических условий планеты, например от освещенности Солн¬
цем, наличия магнитного поля, атмосферы и др., а также от дру¬
гих условий, например от уровня гравитации и размеров пла¬
нетохода, вообще унифицировать нецелесообразно.
Возможность унификации на уровне деталей и несложных
узлов не вызывает сомнения и не отличается от таковой в других
областях техники.

3 ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ
ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
И ДВИЖИТЕЛИ ПЛАНЕТОХОДОВ
Едва ли не главной и достаточно сложной зада¬
чей, которую приходится решать конструкторам планетоходов,
является выбор типа движителя и его размеров.
Помимо требований, предписываемых конструкцией космиче¬
ского корабля, а также служебным назначением планетохода, необ¬
ходимо учитывать и требования, связанные с обеспечением мак¬
симально возможной проходимости по неорганизованной поверх¬
ности, априорная информация о которой,как правило, отсутствует.
В лучшем случае сведения о поверхности представляются набором
типовых препятствий, в какой-то степени отражающим реальную
обстановку. Поскольку планетоходы вынуждены работать только
в условиях бездорожья, главная функция их движителя — органи¬
зация системы внешних сил для перемещения планетохода —
должна выполняться в широком диапазоне условий взаимодейст¬
вия движителя с поверхностью. Этот диапазон определен разно¬
образием грунтов и рельефа, а также перераспределением нормаль¬
ных нагрузок на элементах движителя под действием реактивных
моментов, поперечных и продольных составляющих веса, динами¬
ческих нагрузок при преодолении препятствий.
Помимо выполнения главной задачи по созданию тяговых сил
для перемещения планетохода, движитель одновременно выполняет
также функции элементов:
поддерживающих, передающих нормальные и поперечные на¬
грузки от корпуса на грунт;
демпфирующих, обеспечивающих гашение энергии колебаний
планетохода;
упругих, частично или полностью заменяющих упругую под¬
веску;
направляющих для изменения направления движения.
В некоторых схемах планетоходов движитель может исполь¬
зоваться в качестве опорных элементов при посадке на поверх¬
ность.
За непродолжительный период разработки планетоходов пред¬
ложены и рассмотрены десятки вариантов движителей. Большая
их часть предназначалась по замыслу авторов для использова¬

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
47
ния на автоматических или дистанционно управляемых плането¬
ходах. Из множества предлагаемых движителей основное внима¬
ние уделяется различным вариантам колесного и гусеничного.
Несколько меньшее внимание уделено шагающему движителю.
И существенно меньшее —другим типам. Причины этого кроются
в характерных особенностях их конструкций. Ниже рассмотрены
некоторые из этих движителей.
Роторно-винтовой движитель. Известны движители, выполнен¬
ные по схеме 2x2, 4x4 и сочлененные —2x2—2x2. В земных
условиях машины с таким движителем имеют неоспоримое пре¬
имущество по проходимости на заснеженных поверхностях, а
также болотистых, заболоченных и переувлажненных грунтах.
На сухих песчаных, глинистых, каменистых грунтах основную
долю потерь составляют затраты на трение, уровень которых дости¬
гает затрат мощности на совершение полезной работы в экстремаль¬
ных условиях. Кроме того, такому движителю трудно удовлетво¬
рить противоречивым требованиям легкости конструкции, обеспе¬
чения низких удельных нагрузок на грунт, высокой местной проч¬
ности и износостойкости.
Прыгающий движитель. Имеет преимущества в условиях
низкого уровня гравитации, в десятки и сотни раз ниже земной.
Машина с прыгающим движителем сложна в управлении. Сущест¬
вует большая вероятность аварии из-за невозможности предвари¬
тельной точной оценки свойств грунта, а иногда и форм рельефа в
местах контакта, характеризуется значительными динамиче¬
скими нагрузками на грунт и системы машины [82, 182].
Кувыркающийся движитель с двумя опорными створками
является вариантом шагающего. Обладает низкой скоростью пере¬
мещения, сложен в конструктивном исполнении и управлении
[150].
3.1.	Колесный и гусеничный движители
Конструктивное исполнение этих движителей
чрезвычайно разнообразно. В целом это говорит об отсутствии
единства взглядов конструкторов на обеспечение подвижности
планетоходов в условиях, существенно отличных от земных. Это
говорит и о продолжении извечного спора, что лучше: колесо
или гусеница.
Колесные планетоходы в сравнении с гусеничными характери¬
зуются такими качествами: обладают большим коэффициентом
полезного действия движителя и более широким набором типов

48
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.1. Характерный вид зависимо¬
сти коэффициента продольной силы
колесного (1) и гусеничного (2) движи¬
телей от буксования
грунтов, на которых возможна
эксплуатация планетохода; обе¬
спечивают возможность созда¬
ния тягового усилия в веду¬
щем и тормозном режимах ра-
0	0,2	0,4	0,6	0,8	S боты; позволяют отключать
часть приводов колес и тем
самым выводить электропривод на оптимальный по КПД ре¬
жим работы; обеспечивают меньшие динамические нагрузки
при преодолении выступающих препятствий, возможность про¬
гнозирования недопустимого буксования, преодоление высту¬
пающих препятствий больших размеров; обладают более простой
конструкцией; вследствие отсутствия незащищенных трущихся
рабочих поверхностей обладают большим сроком службы. При этом
планетоходы с колесным движителем обладают примерно равной
с гусеничными маневренностью и поворотливостью и обеспечивают
примерно равный дорожный просвет.
Преимущества гусеничных планетоходов: более низкое удель¬
ное давление на грунт; более высокие показатели по запасу
силы тяги на слабонесущих грунтах; более низкая нагрузка на
катки; меньшая масса при равной проходимости.
Характерным свойством гусеничного движителя является
получение высоких тяговых показателей даже при малых значе¬
ниях буксования (рис. 3.1). Причем тяговое усилие мало изменя¬
ется с ростом буксования. Однако это качество имеет и отрицатель¬
ную сторону: представляется достаточно сложным прогнозирова¬
ние опасности застревания; незначительное изменение внешних
условий может привести к полному буксованию и застреванию
машины.
В то же время практика работы земных машин показывает,
что гусеничный движитель обладает таким существенным недо¬
статком, как расклинка его камнями и сброс гусеницы. Эти явле¬
ния можно считать типичными для гусеницы даже для условий,
когда водитель имеет информацию о потенциальной опасности
попадания камней и грунта между ведущим или на¬
правляющим колесами и гусеничным обводом. Очевидно, что гу¬
сеничные планетоходы, выполненные по классическим схемам,

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
49
не застрахованы от подобной опасности. Более того, анализ усло¬
вий работы планетоходов показывает, что попадание деформи¬
руемого слабонесущего грунта, а также отдельных камней в гу¬
сеничный движитель следует считать характерным для его ра¬
боты. При этом в гусеничном обводе, несущей конструкции, под¬
веске и других элементах ходовой части могут возникать усилия,
превышающие расчетные, по крайней мере на легких планетохо¬
дах, что может привести к необратимым деформациям элементов
ходовой части и даже полной потери работоспособности. Увели¬
чение массы планетохода и соответственно массы гусеницы при¬
водит к относительному выравниванию предельных допустимых
и возможных нагрузок при расклинке гусеничного движителя.
Это обстоятельство говорит о том, что гусеница как движитель
имеет меньше недостатков в случае ее применения на тяжелых
планетоходах с силой тяги свыше 10000 Н. Использование ее на
планетоходах с более низкой тягой может быть оправдано только
в случаях возможности проведения ремонтно-восстановительных
работ. Альтернативой этому следует считать проведение комплекса
мероприятий по исключению попадания больших масс грунта и
отдельных камней в гусеницу. Возможным вариантом можно
считать и поиск таких конструктивных решений гусеничного
движителя, которые бы исключали возможность возникновения
сколько-нибудь опасных усилий при расклинке гусеницы.
На первых планетоходах, доставленных на Луну, предпочте¬
ние было отдано колесному движителю. И хотя выбор того или
иного варианта движителя во многом зависит от субъективных
взглядов авторов разработок, все же можно считать, что колесные
движители для планетоходов предпочтительнее. Опорно-тяговая
проходимость колесных планетоходов за счет некоторого усло¬
жнения конструкции может быть приближена к проходимости гу¬
сеничных. Однако и гусеничный движитель постоянно совершен¬
ствуется. Известен ряд конструкций, нивелирующих преимущест¬
ва того или иного варианта движителя. Они рассмотрены в
гл. 4.
Рассматривая недостатки и достоинства схем движителей
с различным числом функциональных элементов, таких как от¬
дельное колесо или гусеница, следует помнить, что изменение
числа колес или гусениц не приводит к качественным изменениям
основных показателей планетоходов. Исключением могли бы быть
многосекционные планетоходы — поезда, позволяющие поднять
на качественно новый уровень проходимость машины. Однако их
использование связано с необходимостью решения серии техни-

50
ПЛАНЕТОХОДЫ
-- ■■
а)	6)	б)	г)
Рис. 3.2. Различные варианты колесного и гусеничного движителей
ческих задач по доставке и стыковке секций, управлению движе¬
нием и других не менее сложных, что в настоящее время не поз¬
воляет говорить о подобных конструкциях.
Отметим основные особенности, связанные с изменением числа
функциональных элементов движителя.
Двухгусеничный движитель (рис. 3.2, а). Достоинствами
являются простота и максимальная отработанность схемы дви¬
жителя в земных условиях. Детально разработана также и тео¬
рия движения двухгусеничных машин. К недостаткам следует
отнести малую высоту преодолеваемых выступающих препятствий
с резким нарастанием крутизны (отдельные камни, выступы),
а также большие динамические нагрузки при преодолении этих
препятствий. Кроме того, усложнено обеспечение номинальных
тепловых режимов тяговых двигателей с большой установочной
мощностью и тормозов.
Трехгусеничный движитель (рис. 3.2, б). Достоинствами схемы
в сравнении с предыдущим являются лучшая профильная про¬
ходимость, более широкие потенциальные возможности прогно¬
зирования профильной и опорной проходимости планетохода
в сложных условиях. Из недостатков следует отметить усложне¬
ние конструкции, необходимость введения управляемой пово¬
ротной гусеницы и увеличение минимального радиуса поворота и,
как следствие, ухудшение маневренности.
Четырехгусеничный движитель (рис. 3.2, в). При равной
с двухгусеничным движителем опорной поверхности планетоход
с четырехгусеничным движителем имеет худшую поворотливость,
преодолевает рвы и трещины меньшей ширины, более сложен по
конструкции. К преимуществам следует отнести уменьшение ди¬
намических нагрузок при преодолении выступающих препятст¬
вий, некоторое увеличение преодолеваемых выступов, уменьшение
теплонапряженности работы тяговых двигателей. В случае огра¬

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
51
ничений габаритной длины планетохода установка двух гусениц
по борту машины приводит к уменьшению опорной поверхности
и соответственно ухудшению опорно-тяговой проходимости.
Колесный движитель (рис. 3.2, г), выполненный по формуле
4 х4, как и двухгусеничная схема, характеризуется предельной
простотой конструкции. Недостатки схемы: низкая профильная
проходимость (по ширине рва, высоте выступов, наличию ограни¬
чений, характеризуемых радиусом продольной проходимости);
необходимость установки колес большого диаметра для обеспе¬
чения опорной проходимости; наличие значительного реактив¬
ного момента, обусловленного большим диаметром колес и при¬
водящего к значительному перераспределению нормальных нагру¬
зок по колесам; большая теплонапряженность тяговых электро¬
двигателей и тормозов; худшая поворотливость при использова¬
нии бортовой схемы поворота; увеличение габаритов плането¬
хода, обусловленное большим диаметром колес, при равной с дру¬
гими схемами продольной статической устойчивости, либо умень¬
шение продольной устойчивости при сохранении габаритов; слож¬
ность обеспечения достаточной осевой жесткости колес большого
диаметра.
Колесный движитель, выполненный по формуле 6 хб
(рис. 3.2, д) и 8x8. Увеличение числа колес приводит к усложне¬
нию конструкции, что вызывает определенные организационные и
технические трудности при ее изготовлении. В то жевремя ликвиди¬
руются недостатки, свойственные четырехколесным планетоходам.
В частности, увеличивается профильная проходимость, представ¬
ляется возможность использования колес меньшего диаметра, что
приводит к уменьшению габаритных размеров планетохода и
уменьшению величины суммарного реактивного момента, дейст¬
вующего на машину, улучшается поворотливость при использо¬
вании бортовой схемы поворота и т. д. Однако появляются и недо¬
статки. К ним можно отнести необходимость увеличения запаса
по динамическому фактору тягового привода отдельных колес и,
как следствие, большая вероятность работы тяговых электродви¬
гателей в неоптимальном режиме, а также усложнение конструк¬
ции узлов управления поворотом в случае использования поворот¬
ных управляемых колес. Увеличиваются, кроме того, динамиче¬
ские нагрузки при преодолении препятствий.
Что касается сравнения преимуществ и недостатков движителей
с колесными формулами 6 хб и 8 х8, то они обусловлены, главным
образом, возможностью использования колес различного диаметра
с вытекающими отсюда последствиями, перечисленными ранее.

52
ПЛАНЕТОХОДЫ
Кроме того, преимуществом схемы 8 х8 является более высокий
уровень проходимости, обусловленный возможностью преодо¬
ления рвов и трещин большей ширины.
3.1.1.	Оценочные параметры опорно-тяговой и профильной
проходимости планетоходов. Известно, что движение всегда свя¬
зано с преодолением сопротивления внешней среды. В случае
перемещения транспортного средства по деформируемому грунту
мощность, подводимая к ведущим колесам, затрачивается на со¬
вершение полезной (тяговой) работы, а также на деформацию
грунта и на работу проскальзывания опорных элементов движителя
по грунту. Очевидно, чем большая часть мощности, подведенной
к ведущим колесам от двигателя, будет преобразована в тяговую
мощность транспортной машины, тем эффективнее будет его ра¬
бота. С другой стороны, чем большая часть мощности затрачива¬
ется на деформацию грунта и проскальзывание движителя,тем ниже
его эффективность. Тем не менее в практике эксплуатации тран¬
спортных машин, а особенно планетоходов, могут быть случаи,
когда эффективность работы движителя, его экономичность не
имеют большого значения. Речь идет о случаях, когда альтерна-’
тивсй эффективности является полная потеря подвижности,
т. е. лучше иногда двигаться даже с малой эффективностью и не
экономично, чем застрять в условиях, когда помощь со стороны
исключена.
В теории транспортных машин для оценки опорно-тяговой и
профильной проходимости используется система безразмерных
коэффициентов: сцепления ф; сопротивления движению фдв; со¬
противления качению колеса или сопротивления перекатывания
для гусеницы /; продольной силы Кт\ буксования s6. Эти коэф¬
фициенты, отражая особенности взаимодействия движителя ма¬
шины с грунтом, в обобщенной форме позволяют выявить су¬
щественные стороны этого процесса. В частности, условие воз¬
можности самопередвижения машины по слабонесущему грун¬
ту при достаточной мощности двигателя записывается следующим
образом:
Ф cos ап > фдв;
Фдв = / cos au + sin au;	(3.1)
so 1 >
где an —угол подъема поверхности.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
Здесь в качестве коэффициента сцепления принимается, как
и у некоторых других авторов [9], отношение окружной силы
на ведущем колесе движителя к нормальной нагрузке G
Ф = MaJrnG,	(3.2)
где УИДВ —момент на ведущем колесе от двигателя; гв —радиус
ведущего колеса.
Коэффициент продольной силы Кт — отношение продольной
силы Тх движителя к нормальной нагрузке Кт = TJG.
Коэффициент сопротивления качению определен как разность
между ф и Кт: f = q> — Кт-
Точность расчета тяговой и тормозной динамики планетохода,
опорной проходимости, мощности, силовой схемы нагружения
в значительной мере определяется точностью определения без¬
размерных параметров Кт, /, Ф, фдв и s6. Как уже отмечалось,
возможность движения по слабогесущим грунтам — характерная
особенность эксплуатации планетоходов. Движение по слабо-
несущим грунтам характеризуется значительной просадкой дви¬
жителя в грунте, особенно при расположении твердой подложки
на глубинах, превышающих ширину движителя. Безразмерные
параметры /Ст, /, Ф, фдв и s3 полностью определяются условиями
взаимодействия движителя с грунтовым основанием. Точное
математическое описание процессов, происходящих в грунте
в зоне пятна контакта движителя, позволит эффективно разре¬
шить проблему проектирования систем планетоходов, определения
и выбора их параметров. В конечном счете правильность определе¬
ния безразмерных параметров для любого движителя определя¬
ется соответствием математической модели и реального процесса.
В области математического представления процесса взаимо¬
действия движителей наземных транспортных машин с деформи¬
руемым грунтовым основанием достигнуты определенные успехи.
Однако большая часть работ посвящена методам, основанным на
эмпирическом определении коэффициентов сцепления грунта /Сс,
коэффициента трения грунта Кц> и показателя физических свойств
грунта /г, характеризующих в данном случае не только грунт,
но и штамп, с помощью которого они определяются. Особенности
разработки и проектирования планетоходов в ближайшем буду¬
щем исключают возможность априорного определения этих коэф¬
фициентов для грунтов естественных космических тел. Запуск
космических аппаратов для получения предварительных данных
о грунте не всегда возможен. В силу этого для ранних этапов
проектирования могут быть применены методики, использующие

54
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.3. Параметры профильной проходимости планетохода
физические константы грунта, определяемые радиофизическими,
или астрономическими методами исследований. Такими кон¬
стантами являются плотность грунта р, объемный вес у, параметры,
характеризующие грунт в стадии разрушения при сдвиге: внутрен¬
нее сцепление с, угол внутреннего трения ф0. В какой-то мере к
ним может быть отнесена и несущая способность грунта q,
которая хотя и зависит от размеров и формы штампа, однако
в ряде случаев с некоторым приближением может считаться посто¬
янной величиной.
В теории движения транспортных средств по бездорожью пока
не создана методика комплексной оценки профильной проходи¬
мости. Профильная проходимость планетоходов не составляет
исключения. В силу этого оценку проходимости будем произво¬
дить по детерминированным геометрическим показателям
(рис. 3.3): просвет Я, углы въезда ав и съезда ас, угол боковой про¬
ходимости рб, габаритная ширина &гб, радиусы продольной р11Р
и поперечной рпп проходимости.
Определение показателей профильной проходимости может
производиться либо аналитически [73], либо путем геометриче¬
ского построения [57 ] и наложения профиля планетохода на
профиль препятствия. Следует помнить, что сравнение профиль¬
ной проходимости по перечисленным показателям производится,
как правило, в статическом положении планетоходов. В процессе
движения вследствие колебания корпуса эти показатели меняются
в зависимости от жесткости и динамических качеств подвески и

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
55
движителя, а также геометрии направляющих элементов под¬
вески. Если для сравнительной оценки проходимости вариантов
планетоходов это обстоятельство не имеет решающего значения,
то при разработке информационных систем профильной прохо¬
димости планетоходов его необходимо учитывать.
3.1.2.	Поворотливость, маневренность, управляемость. Они
относятся к тем качествам планетохода, которые наряду с про¬
ходимостью определяют степень совершенства планетохода как
средства передвижения.
Напомним, что под статической поворотливостью понима¬
ется способность планетохода осуществлять равномерные пово¬
роты с малыми радиусами кривизны. Статической —в силу того,
что скорости движения большинства планетоходов невысоки и
влияние сил инерции незначительно. Оценочными параметрами
статической поворотливости являются: минимальный радиус по¬
ворота, характеризующий площадь, необходимую для выполне¬
ния разворотов машины; потребная удельная сила тяги при по¬
вороте, характеризующая тяговые возможности планетохода при
движении по криволинейной траектории; коэффициент запаса
силы тяги движителя при повороте пСя т, определяющий способ¬
ность планетохода выполнять поворот с минимальным радиусом;
пс. т определяется как отношение разности между потенциально
возможной на данном грунте силы тяги по сцеплению Ттах и
фактической силы 7ф, действующей со стороны грунта на движи¬
тель, к величине потенциально возможной силы тяги пс, т =
= (^шах —Тф)/Тшах• Статическая поворотливость тем выше, чем
меньше минимальный радиус поворота и потребная удельная сила
тяги при повороте, чем больше коэффициент запаса силы тяги
движителя при повороте.
Для некоторых категорий планетоходов, например обитаемых
транспортных или исследовательских, способных перемещаться
с относительно высокими скоростями (свыше 10 км/ч) и предна¬
значенных для работы в условиях пониженной гравитации, не¬
обходима оценка динамической поворотливости. Дело в том, что
при пониженной гравитации ухудшается соотношение сил, ста¬
билизирующих машину, и сил, стремящихся опрокинуть ее при
повороте или привести к заносу. Поскольку сила инерции и
количество движения не зависят от сил гравитации, то ухудше¬
ние динамической поворотливости обусловлено только изменением
ускорения свободного падения. Критерием оценки динамической
поворотливости может служить коэффициент снижения скорости
движения планетохода /гдн при повороте, определяемый как от¬

56
ПЛАНЕТОХОДЫ
ношение фактической скорости при повороте (до значения ко¬
торой необходимо снизить скорость движения по соображениям
безопасности работы) к максимальной скорости планетохода
^тах-^-дн — ^ф/^тах*
При повороте планетохода на каждое из колес вдоль его оси
действует боковая сила, вызываемая центробежной силой. В не¬
которых случаях боковая сила вызывается составляющей веса,
а также наличием касательных реакций на управляемых ведущих
колесах планетохода. Указанные боковые силы вызывают увод
планетохода. Это в ряде случаев приводит к тому, что фактиче¬
ская и заданная траектории движения не совпадают.
Под управляемостью понимается способность планетохода
двигаться строго по траектории, задаваемой водителем или си¬
стемой вождения планетохода. Критериями управляемости можно
считать поворачиваемость и курсовую устойчивость.
Различают недостаточную, нейтральную и избыточную пово¬
рачиваемое™. Недостаточная поворачиваемость характеризуется
тем, что радиус поворота планетохода возрастает с ростом скорости
движения при неизменном положении управляемых колес или
взаимного положения секций сочлененного планетохода. При
нейтральной поворачиваемости радиус поворота не зависит от
скорости движения, а при избыточной —радиус поворота умень¬
шается. Следует заметить, что возможны случаи, когда в зависи¬
мости от характеристики боковой жесткости колес планетохода
и перераспределения нагрузок на элементах движителя при по¬
вороте с ростом скорости или при изменении радиуса поворота
поворачиваемость будет меняться. Кроме того, из теории автомо¬
биля известно, что наличие тяговой силы на управляемой секции
или колесах усиливает склонность транспортной машины к из¬
быточной поворачиваемости.
Курсовая устойчивость — это способность планетохода со¬
хранять заданное направление движения. Характеристикой курсо¬
вой устойчивости движения может служить величина угла от¬
клонения от заданного курса движения 6Л.. у на единицу пути
«К. У = (бо - 6«)/S,	(3.3)
где 60 и 6К —углы начального и конечного, курса движения на
участке пути длиной S. Поскольку, исходя из целей транспорти¬
ровки, планетоход существенно большую часть времени движется
В прямолинейном направлении, то на его курсовую устойчивость
в большей степени, нежели на поворачиваемость, оказывают вли¬
яние особенности конструкции, свойственные именно планете)-

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
57
Рис. 3.4. Параметры маневренности плане¬
тохода
ходам. К ним относится наличие
индивидуального электромеханиче¬
ского привода. В частности, тяго¬
вые электродвигатели всех колес по
своим характеристикам могут подби¬
раться до какой-то определенной
степени приближения. Элементы дви¬
жителей левого и правого бортов пе¬
ремещаются из-за наличия неровно¬
стей по траекториям разной длины.
Наличие перераспределения нагру¬
зок по элементам движителя вызывает необходимость работы ин¬
дивидуальных электродвигателей на точках тяговой характери¬
стики, которые отличаются величинами скоростей вращения.
Все это обусловливает, с одной стороны, ужесточение требова¬
ний к подбору тяговых двигателей и, с другой стороны, требует
введения информационной системы, позволяющей контролировать
уводы планетохода от заданного курса движения.
Маневренность — это способность транспортной машины вы¬
полнять все необходимые в процессе эксплуатации движения,
повороты и развороты на площадках ограниченных размеров.
В целом размеры площадок определяются габаритами плането¬
хода в плане и его минимальным радиусом поворота. К маневрен¬
ности предъявляются высокие требования, поскольку процесс
эксплуатации планетоходов зачастую связан с необходимостью
объезда препятствий и вписывания в коридоры и террасы разной
ширины и кривизны. Для случаев, когда центр поворота находится
за пределами опорного прямоугольника, маневренность характе¬
ризуется величинами радиусов окружностей, описываемых
наиболее удаленной от центра поворота точкой планетохода Ramu
(рис. 3.4) и наиболее близкой к центру поворота точкой RBHT .
Для случаев, когда центр поворота находится внутри опорного
прямоугольника, достаточно знать величину RBUU1. Разность
величин RBнш и /?внт определяет минимальную ширину кори¬
дора £пр, который способен преодолеть планетоход при повороте
с минимальным радиусом Rm{n.
3.1.3.	Схемы изменения направления движения планетоходов.
Современное состояние развития транспортных машин характе¬

58
ПЛАнётоХоДы
ризуется многообразием систем изменения направления движения.
Теория поворота транспортных машин разработана достаточно
полно, решены проблемы тяговой динамики поворота, вопросы
силового нагружения элементов ходовой части, устойчивости
движения по криволинейной траектории [79, 126, 160]. При¬
менение в планетоходах схем поворота, аналогичных используе¬
мым в наземных транспортных средствах, в полной мере позво¬
ляет использовать имеющийся теоретический задел и накопленный
опыт проектирования систем изменения направления движения.
Однако не вызывает сомнения, что появление новых транспортных
средств со своими характерными особенностями и предъявляемыми
к ним требованиями определяется приданием этим машинам но¬
вых качеств вообще, а способов изменения направления движе¬
ния в частности. Использование термина изменения направления
движения здесь вполне оправдано, поскольку в последующем
анализе показано, что понятие поворот не охватывает все возмож¬
ные способы изменения курса движения.
Из теории движения транспортных средств известны следую¬
щие схемы поворотов:
путем изменения соотношения величин скоростей элементов
движителя левого и правого бортов, так называемый бортовой
поворот (рис. 3.5);
путем принудительного изменения направления скоростей эле¬
ментов движителя передней секции относительно задней;
с помощью управляемых колес передних осей, задних осей,
либо их комбинацией (рис. 3.6).
Возможны также комбинации указанных схем поворота.
Кроме перечисленных схем представляют интерес способы из¬
менения направления движения путем разворота всех колес в одну
сторону (см. рис. 3.7, а)у а также путем предварительного разво¬
рота колес правого и левого бортов в положение минимального
сопротивления повороту.
При выборе схемы устройств изменения направления движения
конструктору приходится рассматривать, по крайней мере, три
основных аспекта. С одной стороны, это вопросы тяговой дина¬
мики поворота, а также силового нагружения элементов ходовой
части, с другой стороны, сохранение высокой средней скорости
движения, и наконец, с третьей, вопросы логики управления
планетоходом. Первый определяет геометрию движителя с пози¬
ций организации системы сил, гарантирующих возможность пере¬
мещения в новом заданном направлении на всех типах грунтов,
на которых машина может двигаться прямолинейно. Второй и

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
59
I
Рис. 3.5. Схема выполнения борто- Рис. 3.6. Схема выполнения поворота
вого поворота	с помощью управляемых поворотных
колес
третий аспекты определяют степень сложности алгоритмов управ¬
ления и надежность выполнения основной транспортной задачи.
В зависимости от роли человека в управлении планетоходом
оптимальные варианты схемы изменения курса движения будут
различны. Для случаев непосредственного (ручного) управления
перемещение транспортного средства вариант с поворотными
колесами в большей степени, нежели другие, удовлетворяет
упомянутым требованиям. Прежде всего он предпочтителен вслед¬
ствие своей отработанности на наземных транспортных средствах.
Абсолютное большинство колесных автомобилей, тракторов и
других транспортных средств имеют управляемые колеса и руле¬
вое управление. Другими преимуществами варианта с поворот¬
ными колесами являются простота конструкции, легкость разме¬
щения, широкий диапазон радиусов поворота для любых вари¬
антов планетоходов.
К недостаткам следует отнести прежде всего следующие:
достаточно большой минимальный радиус поворота; наличие до¬
полнительных зон за счет ширины машины для размещения по¬
вернутых колес; относительная сложность алгоритмов управления
при автоматизации процесса вождения либо при использовании
дистанционного управления. Последнее объясняется тем, что по¬
ворот машины с управляемыми поворотными колесами характери¬
зуется одновременным изменением трех параметров; перемещением

60
ПЛАНЕТОХОДЫ
в продольном и поперечном направлениях и переориентацией ма¬
шины по курсу (см. рис. 3.6). Это требует также и определенного
обеспечения информационными системами измерения перемещений
планетохода.
В американском планетоходе LRV применена схема с поворот¬
ными колесами передней и задней оси, позволяющая уменьшить
минимальный радиус поворота по сравнению со схемой, в которой
поворотными выполнены колеса одной из осей. В некоторых слу¬
чаях эта схема ограничивает проходимость планетохода, напри¬
мер не позволяет машине отойти от стенки в случае сползания
вплотную к ней. Тем не менее применение схемы следует считать
оправданным, поскольку конструктивно несложно выполнить
приводы и управление поворотом передних и задних колес
независимыми, что значительно расширяет возможности машины
и увеличивает ее надежность (одну из управляемых осей можно
рассматривать в качестве резервной).
Для сочлененных машин более приемлем вариант с принуди¬
тельным изменением направления скоростей элементов движителя
передней секции относительно задней. Теория поворота сочленен¬
ных машин разработана менее детально. В силу меньшего распро¬
странения сочлененных машин, а также из-за большего разнооб¬
разия вариантов схем их поворота последние исследованы в мень¬
шей степени, чем схемы с поворотными колесами. В целом рассма¬
триваемая схема может характеризоваться теми же признаками,
что и предыдущая, с той лишь разницей, что вместо ниш для раз¬
мещения колес необходимо предусматривать зоны для складывания
секций при повороте машины.
Поворот путем изменения соотношения величин скоростей
элементов движителя левого и правого бортов машины, т. е.
бортовой поворот в основном применяется для гусеничных машин.
Имеется лишь относительно небольшое число колесных машин,
в которых использован этот способ. В частности, он применен
на советских аппаратах «Луноход-1» и «Луноход-2» [123].
Основным достоинством бортового метода поворота является
возможность осуществления поворота с предельно малым радиу¬
сом вплоть до нулевого, считая по центру опорного четырехуголь¬
ника. В качестве другого достоинства следует отметить его про¬
стоту. Для осуществления поворота могут использоваться те же
агрегаты, что и для изменения скорости движения аппарата.
Правда, для этого необходимо кинематически развязать приводы
правого и левого бортов.
В определенных пределах, по крайней мере при эксплуатации

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
61
планетоходов на уклонах до 14 ... 16°, бортовой метод поворота
позволяет полностью отвечать требованию простоты логики уп¬
равления автоматических или телеуправляемых машин. Это
объясняется возможностью осуществления бортового поворота
с нулевым радиусом по центру машины, т. е. поворота относите¬
льно центра опорного четырехугольника. Рассматриваемый спо¬
соб поворота требует определенного соотношения длины базы ма¬
шины к ширине ее колеи, называемого коэффициентом базы Kl-
Для большинства гусеничных машин величина Kl не превышает
1,5, для двухосных колесных машин Kl ^ М [160], для мно¬
гоосных величина Kl может быть несколько выше. С учетом ши¬
рины опорных элементов движителя можно считать, что длина
машины довольно близка к ее ширине. Следовательно, при поворо¬
те с нулевым радиусом планетоход будет занимать практически
туже площадку, что и до поворота. Это с большой вероятностью
позволяет утверждать, что при повороте машины обстановка су¬
щественно не изменится и не возникнет аварийная ситуация из-
за наезда на непреодолимое препятствие или изменения несу¬
щих свойств грунта. Из этого следует практический вывод о
возможности уменьшения объема информации об окружающей
обстановке и упрощении информационных систем. Это упроще¬
ние достигается отсутствием, по крайней мере, запланирован¬
ных продольных и поперечных перемещений в процессе пово¬
рота, что требует только информации о курсе машины.
Однако схема имеет эти преимущества при ограничении условий
эксплуатации уклонами 14 ... 15° (см. рис. 5.3). В случае пре¬
вышения этой величины поворот сопровождается более интенсив¬
ным сползанием вниз под уклон, причем величина сползания про¬
грессивно растет с ростом крутизны склона. Более детально это
явление рассмотрено в гл. 5. В этом случае схема свои преимуще¬
ства по простоте теряет, и, более того, на сегодня неизвестна мето¬
дика компенсации сползания машины под уклон в процессе пово¬
рота.
Само по себе при малых скоростях движения явление спол¬
зания не опасно, однако последствия его могут быть непредвиден¬
ными: возможное падение с обрыва, наваливание корпусом или
навешенными на него приборами на выступы скал, кроме того,
оно приводит к потере скорости движения, увеличению пройден¬
ного пути, усложнению логики управления. В ряде случаев спол¬
зание может привести к необходимости отмены заданной програм¬
мы движения, дополнительным затратам времени и расходованию
ресурса работы.

62
ПЛАНЕТОХОДЫ
а)	в)	О	*)
Рис. 3.7. Схемы изменения направления движения:
а — с синхронным поворотом управляемых колес; б — с предварительным разворотом
колес; в — со сферическими колесами; s — комбинированным роторно-колесным дви¬
жителем
К недостатку этого варианта следует отнести и более высокие
энергетические затраты на осуществление поворота с малыми ра¬
диусами поворота. Мы подробно не рассматриваем эту сторону,
поскольку она детально освещена в технической литературе
[126, 160].
При наличии малых скоростей движения планетохода, харак¬
терных для автоматических либо телеуправляемых планетоходов,
требованию обеспечения высокого уровня маневренности могут
удовлетворять схемы с предварительным разворотом колес, дви¬
жители со сферическими колесами, комбинированные движители.
Они представлены на рис. 3.7. Путем логических рассуждений
можно прийти к выводу, что эти схемы должны также характери¬
зоваться минимальным сползанием при изменении направления
движения. Сползание помимо прочего зависит от величины бук¬
сования (см. разд. 5.1). Поочередный и раздельный предваритель¬
ный разворот колес в критических ситуациях до предела позволяет
уменьшить буксование. А движители, позволяющие перемещаться
в двух направлениях, не требуют выполнения и подготовительных
операций. Следует отметить, что эти рассуждения все же чисто
логические. Эта проблема еще не получила теоретического ос¬
вещения, поэтому требует, по крайней мере, экспериментальной
проверки.
3.1.4.	Пути повышения эффективности колесного и гусенич¬
ного движителей. Основными показателями работы любого дви¬
жителя являются наибольшая экономичность расходования под¬
веденной к нему энергии в наиболее типичных, характерных
условиях работы и максимальная продольная сила при движении

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ Й ДВЙЖИТЁЛЙ
63
в экстремально плохих условиях. Очевидно, что совершенствова¬
ние движителей должно вестись прежде всего в направлении увели¬
чения именно этих показателей.
Таких направлений несколько и целесообразность их обуслов¬
лена закономерностями взаимодействия движителя с грунтом.
Если рассматривать зависимость тягового усилия Т от механиче-1
ских параметров грунта и характеристик машины, то в наиболее
общем виде ее можно представить следующим выражением:
Т = Асу1 + АГфоУ2,	(3.4)
где А —площадь поверхности, по которой происходит сдвиг
грунта; с —внутреннее сцепление грунта; N —нормальная сум¬
марная нагрузка на поверхность сдвига грунта; ф0 —коэффици¬
ент внутреннего трения грунта; ух и у2 —передаточные функции.
В уравнении (3.4) параметры грунта с и ф0 в первом прибли¬
жении можно считать константами. Функции уг и у2 определяют
соответственно эффективность использования фрикционных сил
и сил сцепления с грунтом, значения их находятся в пределах
от 0 до 1. Таким образом, величина тягового усилия или продоль¬
ной силы движителя Т зависит от переменных факторов: А, N,
Уъ У2- Заметим, что с ростом значений указанных факторов воз¬
растает и величина Т. Этим и определяются направления повы¬
шения эффективности работы движителя, к которым можно от¬
нести: увеличение площади поверхности, по которой в зоне кон¬
такта движителя с грунтом может происходить сдвиг грунта;
увеличение суммарной нормальной нагрузки на поверхность,
по которой может происходить сдвиг грунта в зоне контакта дви¬
жителя с грунтом; увеличение коэффициента использования
фрикционных сил и сил сцепления в зоне пятна контакта. Рас¬
смотрим каждое из этих направлений.
1.	Увеличение площади поверхности, по которой может про¬
исходить сдвиг грунта в зоне пятна контакта, в первую очередь,
обусловливается соответствующим увеличением площади пятна
контакта. Достигается это различными путями: увеличением ге¬
ометрических размеров движителя, деформацией опорной части
движителя, применением уширителей и т. д. Наибольшую эффек¬
тивность этот прием может дать на связных грунтах, в меньшей
степени —на фрикционных. Если на связных грунтах эффек¬
тивность приема проявляется через увеличение первого члена
уравнения (3.4), то на фрикционных —вследствие уменьшения
просадки движителя в грунте и соответственно лучшей организа¬
ции элементарных сил в зоне контакта — через величину у2.

64
ПЛАНЕТОХОДЫ
Этот прием в транспортной технике широко распространен, од¬
нако возможности его довольно ограничены в силу ряда конструк¬
тивных ограничений. Ниже в гл. 4 будет рассмотрено использова¬
ние этого приема для движителей планетоходов.
2. Увеличение нормальной нагрузки на поверхность сдвига
грунта на первый взгляд кажется нереальным. Действительно,
вес машины в конкретных условиях — величина постоянная. Од¬
нако при организации кинематики перемещения опорной части
движителя относительно корпуса по дуге большого радиуса или
даже радиуса бесконечной длины, т. е. поступательно, движитель
взаимодействует с грунтом как отдельный грунтозацеп, смещая
его массив. Массив этот имеет сложную форму, профиль которой
определяется отрезком логарифмической спирали и прямой.
Сдвиг грунта происходит по поверхности, характеризуемой ука¬
занным профилем. При этом вес массива грунта имеет определяю¬
щую роль в формировании напряженного состояния в зоне сдви¬
гов и соответственно реакции отпора движителю. Помимо увели¬
чения нормальной реакции за счет веса массива сдвигаемого грунта
в данном случае имеет место и увеличение поверхности сдвига
грунта. Это способствует тому, что эффект возрастания тяги будет
наблюдаться на любых грунтах, в том числе на чисто фрикционных
и на чисто связных.
Недостатком является необходимость затрат энергии на внед¬
рение элементов движителя в грунт на большую глубину.
Рассматриваемый прием использован при разработке колесно-
шагающего движителя, комбинированного катково-гусеничного
движителя типа «Аэрол» и др.
3. Увеличение коэффициента использования фрикционных сил
и сил сцепления в зоне пятна контакта. Из условия равновесного
состояния машины или движителя следует, что продольная сила
движителя равна сумме проекций элементарных сил, действующих
в зоне пятна контакта, на продольную ось машины Т — tL х
i
X cos ah где tL —элементарная сила, а а,- —угол между векто¬
ром элементарной силы и продольной осью машины. При этом
если в направлении элементарной силы происходит деформация
грунта, то на это необходимо затратить энергию, подводимую
к движителю. Из этого следует, что если деформация элементар¬
ного объема грунта в зоне пятна контакта происходит в направле¬
нии, противоположном перемещению машины, то реакция от¬
пора положительна. При попутной деформации —реакция отри¬
цательная. Направление реакции отпора при деформации эле¬

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
65
ментарных объемов грунта под каким-либо углом к продольной
оси определяется величиной и знаком этого угла. Очевидно, чем
больше элементарных участков будут иметь положительные ре¬
акции и чем больше величины этих реакций на продольную ось,
тем больше будет суммарная тяговая и продольная сила дви¬
жителя.
С другой стороны, независимо от направления для деформации
элементарных объемов грунта требуется затрата энергии. Энергия,
затрачиваемая на деформацию объемов грунта в попутном и бо¬
ковом направлениях, должна рассматриваться как энергия чистых
потерь. В отличие от затрат на деформацию в противоположном
перемещению машины направлении эти потери нельзя считать
неизбежными и от них следует освобождаться. При конструирова¬
нии движителя, особенно с эластичной опорной поверхностью, не¬
обходимо контролировать направления упругих деформаций и дру¬
гих видов перемещений всех элементов, находящихся в контакте
с грунтом. Всякого рода возвратно-поступательные или возврат¬
но-вращательные движения элементов конструкции за период
входа в контакт с грунтом и выхода из него говорят о наличии па¬
разитных потерь в движителе, уменьшенной эффективности исполь¬
зования фрикционных и сцепных свойств грунта. Коэффициент
сопротивления движению подобного движителя неизбежно будет
иметь повышенные значения.
Рассматриваемый прием по улучшению использования фрик¬
ционных и сцепных свойств грунта использован в конструкциях
металлоэластичных эллиптических колес (см. разд. 4.2).
3.2.	Принцип шагания в движителях
транспортных машин
3.2.1.	Некоторые методы реализаций шагающего
способа передвижения в транспортных машинах. Интерес к ша¬
гающему способу передвижения с целью использования его в дви¬
жителях транспортных средств проявлялся уже давно. Еще в про¬
шлом столетии русский математик П. Л. Чебышев одним из первых
занимался вопросами создания шагающих машин. Однако наи¬
более интенсивные исследования этого способа передвижения
начались в конце 50-х годов нашего столетия.
В общем случае шагающий способ передвижения может быть
реализован как в собственно шагающих движителях или маши¬
нах, так и в комбинации с другими способами передвижения.
В свою очередь, собственно шагающие движители или шагающие
3 А. Л. Кемурджиан и др.

66
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.8. Стопоходящая
П. J1. Чебышева
машина
машины можно классифициро¬
вать на следующие категории,
характеризуемые способом по¬
строения траектории опоры или
управления ею: на основе жестких рычажных систем; с моделиро¬
ванной траекторией; с педипуляторным управлением; адаптивные.
Шагающие машины на основе жестких рычажных систем обес¬
печивают жесткую траекторию опоры и характерны тем, что
в качестве механизма шагания используется какой-либо готовый
механический преобразователь или по выбранной оптимальной
траектории синтезируется нужный механизм. Родоначальником
этого направления является П. Л. Чебышев, а прообразом этого
класса машин является его стопоходящая машина (рис. 3.8),
которая состоит из четырех прямил, имеющих общий привод
к кривошипам, и шарнирно соединенных с ними опорных стоек.
При вращении кривошипов корпус перемещается горизонтально
и равномерно.
К характерным недостаткам этого класса машин можно от¬
нести следующее: в большинстве случаев неравномерность вра¬
щения ведущего вала привода; отсутствие управления высотой
машины; отсутствие возможности выбора точки опоры.
Желание обеспечить более эффективное передвижение привело
к созданию шагающих машин с гибкой моделированной траекто¬
рией. В этом случае выбранная номинальная траектория может
изменяться оператором по нужным параметрам. Примером этого
класса машин является шагающая машина Шигли, созданная на
основе копирующего пантографного механизма (рис. 3.13, в).
Конструктивно шагающая машина состоит из 16 пантографных
механизмов, по четыре в каждой угловой части машины 153].
Использование гидравлики устранило некоторые недостатки при¬
вода. Характер траектории опоры и структура движителя обеспе¬
чивали достаточную уравновешенность инерционных сил, что
позволяло передвигаться ей со скоростью до 9 м/с. Однако реали¬
зация имеющихся возможностей по изменению траектории оказа¬
лась затруднительной, так как в этом случае оператору при¬
шлось бы одновременно управлять 16-ю опорами. Таким образом,
создание конструкции без обеспечения простого способа управле¬
ния оказалось невозможным.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
67
Поиски эффективной системы управления передвижением шага¬
ющей машины привели к идее использования естественных способ¬
ностей человека управлять своим движением. Это привело к соз¬
данию шагающих машин с так называемым педипуляторным управ¬
лением. Этот принцип основан на использовании обратной сило¬
вой связи. В этом случае человек контролирует свои физические
действия посредством нескольких органов чувств, а основной
механизм шагания реагирует на усилие и перемещение конечно¬
стей человека. При этом часть усилия на механизме шагания в виде
отраженного сигнала через обратную силовую связь воздействует
на органы чувств человека, воспроизводя в соответствующем мас¬
штабе реальную физическую картину внешнего воздействия.
С целью отработки системы обратной силовой связи был создан
ряд механизмов такого типа [185 ] под общим названием «киберне¬
тические антропоморфные системы», фирма-изготовитель «Дже-
нерал электрик Ко». По мере отработки системы управления с об¬
ратной силовой связью «Бронетанковое и автотракторное управ¬
ление армии США» совместно с фирмой «Дженерал электрик
Ко» впервые изготовило четырехопорную шагающую машину,
в которой оператор управлял опорами машины с помощью руч¬
ных рычагов и ножных педалей, причем правая рука оператора
управляла правой передней опорой, правая нога — правой зад¬
ней опорой и т. д. Машина может двигаться вперед и назад, повора¬
чиваться, преодолевать препятствия высотой 1,2 м, транспорти¬
ровать груз массой 200 кг, максимальная скорость 4,5 м/с, длина
опоры 2 м, собственная высота 3,3 м. Система привода и управ¬
ления выполнена так, что может быть достигнуто увеличение силы
оператора в 120, а перемещения —в 4 раза.
Несмотря на то, что шагающие машины с педипуляторным
управлением имеют весьма благоприятные предпосылки по реали¬
зации возможностей шагающего способа передвижения, они имеют
существенный недостаток, заключающийся в том, что движение
осуществляется при непосредственном участии человека и при
этом интенсивность работы машины определяется физическими
возможностями оператора.
Другим направлением является создание так называемых
адаптивных шагающих машин, в которых человеческие возмож¬
ности, с точки зрения мышления и органов чувств, заменяются
соответствующими датчиками адаптации и вычислительной тех¬
никой. Продолжающиеся успешные разработки систем управле¬
ния и адаптации позволяют говорить о возможности создания
подобных шагающих машин, представляющих практический ин¬
3*

68
ПЛАНЕТОХОДЫ
терес. Машины этого направления имеют много общего и развива¬
ются параллельно с промышленными роботами и манипуляторами,
управляемыми от ЭВМ.
Машины, в которых используется комбинация шагания с дру¬
гими способами передвижения, будут рассмотрены несколько ниже.
Несмотря на большое разнообразие конструктивных решений
реализации способа шагания в машинах, практически нет примера
его удачного воплощения, который мог бы быть использован
конструкторами транспортных машин. Как показывают исследо¬
вания, использование способа шагания в движителях транспорт¬
ных машин дает качественный рост основных показателей пере¬
движения по сравнению с обычными распространенными движи¬
телями, причем в том, как и каким методом осуществлять шагание,
заложены большие потенциальные возможности по улучшению
этих показателей.
3.2.2.	Кинематика шагающего движения. Наличие определен¬
ного количества ног у животного, или механизмов шагания у
шагающей машины, дают возможность использовать различные
способы передвижения, зависящие в общем случае от характера
поверхности и желаемой скорости передвижения. Эти способы,
или походки, различаются последовательностью перемещения
ног или механизмов шагания по опорной поверхности и их вза¬
имным положением во времени и пространстве. Параметры, ха¬
рактеризующие их, могут быть определены в результате анализа
траекторий опор механизмов шагания и взаимодействия опор
как между собой, так и с опорной поверхностью.
На рис. 3.9 показаны характерные участки общего случая
номинальной траектории, описываемой опорами механизма шага¬
ния, и даны некоторые обозначения.
В общем случае для шагающего движения следует различать
два принципиально разных по методам реализации способа пере¬
движения: непрерывное передвижение корпуса машины, что опре¬
деляет непрерывные походки, и прерывное передвижение корпуса
машины, что определяет так называемые прерывные походки.
Применительно к непрерывным походкам основные параметры
взаимодействия механизмов шагания определим по совмещенной
траекторной диаграмме шагающего движителя (см. рис. 3.9),
образованной совмещением проекцией на продольную плоскость
машины номинальных траекторий опор каждого механизма шагания
с фиксацией их положений в данный момент времени. Анализ
проведем исходя из следующих условий: перемещение происхо¬
дит по ровному участку поверхности прямолинейно; механизмы

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
69
Рас. 3.9. Совмещенная траекторная диаграмма опор механизмов шагания:
1 — механизм шагания; 2 — опора механизма шагания; 3 — траектория опоры меха"
низма шагания относительно опорной поверхности; 4 — траектория опоры механизма
шагания относительно корпуса машины; Н — высота траектории; hx — высота подго¬
товительного участка траектории; Vn — скорость переноса опоры; V0 — скорость от¬
талкивания; VB — скорость опускания опоры; SR — шаг относительно корпуса машины;
SH — используемый шаг; SQn — опорный шаг; SQ — шаг относительно опорной поверх¬
ности; SM — путь перемещения машины за один цикл; 5Ю — путь юза опоры по грунту;
2 — вертикальная ось машины; х — продольная ось машины; ДА — этап переноса;
АБВГД — этап отталкивания; kit k2, k3 — коэффициенты перекрытий
шагания работают в установившемся^ ритме и с одинаковой часто¬
той; движение происходит без кинематических рассогласований
скоростей всех опор на этапе отталкивания.
Если общее количество механизмов шагания обозначить через
/г0, то на совмещенной траекторной диаграмме (см. рис. 3.9) об¬
разуется п0 позиций, характеризующих положение опор механиз¬
мов шагания на своих траекториях в данный момент времени, или
п01р0 позиций, где р0 — количество механизмов шагания, занима¬
ющих одинаковые положения, т. е. находящихся в одинаковой
фазе. Экстремальным случаем является р0 = 0,5п0. Назовем эту
походку фазной непрерывной. Для дальнейших исследований при¬
мем р0 = 1, а случай, когда р0 > 1, будет оговорен особо.
В соответствии с геометрией, представленной на рис. 3.9,
обозначим
^ВГ —	(1	^1	^2	Йз),
(3.5)

70
ПЛАНЕТОХОДЫ
где Sn — используемый опорный участок траектории отталкива¬
ния или используемый шаг, характеризуемый тем, что на этом
участке находится гарантированное число г0 опор механизмов ша¬
гания, контактирующих с опорной поверхностью; k3 — коэффи¬
циент перекрытия, характеризующий нормальные условия пере¬
хода с одного многоугольника опор на другой.
Соответственно обозначим время этапа отталкивания t0, время
этапа переноса /п, а отношение этих величин обозначим у. Подоб¬
ное отношение в теории локомоций животных носит название
ритма работы конечностей [67], а в теории механизмов с возврат¬
но-поступательными перемещениями — коэффициента производи¬
тельности [92]. Практика создания шагающих машин может
привести к синтезу механизмов шагания, сильно отличающихся
от кинематики ног живых организмов, поэтому для вышеуказан¬
ного отношения удобно принять название — коэффициент произ¬
водительности шагания или просто производительность шагания
2 “Ь
С=\
%
Vi
I 'П. ср I	1*=1	/о	а\
у =	=	ТСТ7Г	=	—	’	(3-6)
и
где Уп,ср = —— [ Уы dt — средняя скорость переноса; V0.,
*0
= Vnidt — средняя скорость отталкивания; ka = kx +
° 0
+ k2 + k3 — суммарный коэффициент перекрытия; — интер¬
вал времени между моментами приземления последовательных
опор или временной интервал между последующими опорами ме¬
ханизмов шагания на совмещенной траекторной диаграмме.
Отношение этих интервалов для двух последующих опор
в теории локомоций животных носит название ритма локомоций.
Нетрудно убедиться, что для обеспечения постоянного макси¬
мального числа опор г09 контактирующих с опорной поверхностью,
необходимо, чтобы At± = At2 = • • • = AtL. Этому условию соот¬
ветствуют равномерные походки, для которых коэффициент про¬
изводительности шагания имеет довольно простое выражение
v-m.-Vv	<3'7»

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
71
С помощью коэффициента производительности шагания у,
ритма локомоций AtL и последовательности перемещения опор
механизмов шагания можно описать любую походку. Выбор и
изменения параметров походки животными зависят от общего
количества ног, внешних условий и желаемой скорости пере¬
движения. Применительно к равномерным походкам для четверо¬
ногих теоретически существует шесть последовательностей пере¬
мещений конечностей [67], которые наиболее предпочтительны
для использования в шагающих машинах, причем последователь¬
ность (1—4—2—3) * примечательна тем, что обеспечивается
статическое равновесие при минимальной производительности
шагания (у = 3). Для шестиногих имеется значительно большее
разнообразие походок, однако для обеспечения статического рав¬
новесия при минимальной производительности шагания наиболее
рациональны следующие: у = 1, (1, 4, 5—2, 3, 6); (у = 1), (1 —
4—5—2—3—6); у = 2 (1,6—5,2—3,4); у = 2 (1—6—5—2—3—4).
Коэффициент юза — показатель проскальзывания опор
механизмов шагания относительно грунта
0	  Vo	VK	/Q	Q\
5Ю —	— Г/	>	(^-°/
^оп	v	о
где 5Ю — путь скольжения опоры за полный цикл движения;
VK — скорость передвижения шагающей машины.
Шаг опоры механизма шагания относительно опорной поверх¬
ности S0 (см. рис. 3.9) можно представить в виде
So = SK [1 -!- (1 - s„)/y - 5Ю (k, + fe2)].	(3.9)
Путь, проходимый шагающей машиной за один цикл SM, опре¬
деляется выражением
SM = SK(1	~~	sk>)	=	S„	-у-	(1	-Sj.	(3.10)
г	zo
Скорость передвижения шагающей машины
vK = sK (1 - kB) *±I (1 - Sj j-,	(3.11)
Г	1	ц
где Тц — время одного цикла передвижения.
В процессе взаимодействия опор механизмов шагания с опор¬
ной поверхностью образуется следовая дорожка, которая харак-
* Цифрами обозначены опоры по часовой стрелке, начиная с передних:
через запятую записаны опоры, находящиеся в одной фазе.

п
планетоходы
Рис. 3.10. Схема взаимо¬
действия механизмов ша¬
гания с опорной поверх¬
ностью
теризуется располо¬
жением отпечатков
опор на опорной по¬
верхности.
Рассмотрим взаи¬
модействие двух ме¬
ханизмов шагания,
переднего МШ1 и
заднего МШ2, укрепленных на корпусе шагающей машины
на расстоянии L (рис. 3.10); причем опора МШ1 занимает
крайнее положение на используемом опорном участке траек¬
тории отталкивания, а опора МШ2 любое положение на своей
траектории со сдвигом по фазе относительно МШ1 против хода
Дем¬
движения по траектории на величину i0 = п0
* ц
Тогда из геометрии, представленной на рис. 3.9 и 3.10, учиты¬
вая, что S' — путь, который прошла точка корпуса машины
с момента отрыва от опорной поверхности опоры МШ2, расстоя¬
ние между следами рассматриваемых опор определяется выра¬
жением
AS = SK [»o(E-.D + <o (1 _ 5ю) (1 _ ka) + Sl0 (1 - К - k2)] - L.
(3.12)
Уравнение (3.12)—основное уравнение, отражающее кине¬
матику взаимодействия шагающего движителя с опорной поверх¬
ностью. При AS = 0 уравнение (3.12) отражает связь параметров
шагания в режиме движения след в след. В общем случае сохра¬
нение постоянной величины AS при изменении коэффициента
юза требует либо изменения походки (параметры z0, t0, kn), либо
изменения шага SK. При неизменных параметрах шагания ша¬
гающая машина может входить в нужный режим движения, на¬
пример режим движения след в след, дискретно за счет измене¬
ния числа циклов £ перемещения опоры сзади стоящего до по¬
падания в след опоры впереди стоящего механизма шагания.
Вышесказанное относится к условиям движения шагающей
машины в режиме так называемых равномерных непрерывных
походок, когда опоры механизмов шагания в определенной по¬

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
73
следовательности равномерно совершают возвратно-поступатель¬
ные перемещения относительно корпуса машины и обеспечивают
непрерывное ее передвижение.
К достоинствам равномерных непрерывных походок относится
следующее: вследствие их равномерности и постоянства легко
поддаются анализу и синтезу; обеспечивают статическую устой¬
чивость при минимальной производительности шагания; ввиду
простоты они хорошо подходят для применения в реальных ма¬
шинах.
Кроме непрерывных следует отметить класс так называемых
прерывных походок, которые могут найти эффективное исполь¬
зование в реальных машинах. В этом случае в начале цикла все
опоры механизмов шагания при неподвижном корпусе машины
в определенной последовательности перемещаются вперед на
величину шага, устанавливаются на грунте, а затем относительно
неподвижных опор на грунте перемещается вперед корпус машины.
Затем цикл передвижения повторяется. Скорости перемещения
опор механизмов шагания и корпуса могут быть любыми, и они
не имеют какой-либо взаимной зависимости. Основные параметры
шагания имеют тот же физический смысл, что и для непрерывных
походок, но определяются по другим зависимостям.
3.2.3.	Проходимость шагающих машин. Для шагающих ма¬
шин сопротивление движению определяется работой Аг на псев¬
доцикл ическое прессование грунта механизмами шагания, а коэф¬
фициент сопротивления движению /г выражается соотношением
[4, 57]: / = ^r./GSM, где G — вес машины; SM — путь переме¬
щения машины.
Определим коэффициент сопротивления движению, приняв
следующие допущения: машина движется прямолинейно, по го¬
ризонтальному участку поверхности, юз отсутствует, т. е. 5Ю = 0;
опоры механизмов шагания плоские и параллельны опорной
поверхности; соотношение между вертикальной силой и дефор¬
мацией соответствует q = chгде q — удельное давление на
грунт; h — глубина погружения опоры в грунт; ц, с — пара¬
метры грунта.
Тогда работа на деформацию грунта за полный цикл передви¬
жения, т. е. на пути SM, определяется выражением
%
л _	1	V	pdH-u/n
((i+i)(CB)V» 2j	’
где Pzi — нормальная реакция, а В — площадь опоры.

74
ПЛАНЕТОХОДЫ
В процессе передвижения шагающей машины происходит
постоянное изменение формы многоугольника опор, образуемого
движителем при контакте с опорной поверхностью, и его поло*
жения относительно центра тяжести машины. Этот факт вызывает
постоянное изменение нормальных реакций, воспринимаемых
каждой опорой. Работа на деформацию грунта должна опреде¬
ляться максимальным значением нормальных реакций (без учета
скорости изменения и времени действия силы). Тогда коэффициент
сопротивления движению /г определяется выражением
жающий отношение максимальной реакции опоры за цикл к но¬
минальной; kc, с — коэффициент, учитывающий режим движения
след в след. Для походок, указанных в подразд. 3.2.2, при ц = 1,
что соответствует сухому кварцевому песку, knx = 2,25. Коэф¬
фициент kc, с в общем случае зависит от физико-механических
свойств грунта и соотношения общего числа опор и числа опор,
перемещающихся след в след.
Таким образом, коэффициент сопротивления движению за¬
висит от следующих параметров шагания: от используемого
шага (SH), причем, чем он больше, тем меньше энергозатраты;
от числа опор механизмов шагания, одновременно воспринима¬
ющих нормальную реакцию грунта (z0). Чем больше z0 (или, что
равносильно, чем больше производительность шагания у), тем
меньше энергозатраты; от использования режима движения след
в след (kc, с), причем, чем больше опор перемещается в этом
режиме, тем меньше энергозатраты; от использования походок,
обеспечивающих минимальное изменение формы многоугольника
опор (knx) и его положения относительно центра тяжести ма¬
шины.
Сила тяги по сцеплению, которую способны развить опоры
механизмов шагания, имеет те же физические основы, что и у дви¬
жителей качения. Однако шагание позволяет более качественно
использовать потенциальные возможности грунта по реализации
тяги. Так, при отсутствии юза сила тяги Th развиваемая одной
опорой, равна Tt = Р2[Вс0.
В случае появления скольжения опоры механизма шагания
относительно грунта эта формула должна быть преобразован^
(3.13)
коэффициент, выра-

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
75
в соответствии с выражением деформации сдвига грунта, которая
является пределом по возможной реализации тяги, например
в виде [4, 57 ]
Tt = Рг[В (С0 + g tgccr) (1 - e-VV),	(3.14)
где В — суммарная площадь опор; с0, аг, kx — параметры грунта.
Учитывая схему внешних сил, действующих на ма¬
шину, без учета сил инерции, коэффициент тяги kT шагающего
движителя определяется выражением k.: = срш — tg а, где
zo
cos а— результирующий коэффициент сцеп-
i=o
ления движителя с грунтом; фш/ — коэффициент сцепления i-и
опоры; а — угол продольного уклона.
Таким образом, для шагающего движителя коэффициент
удельной свободной силы тяги без учета сил инерции численно
равен коэффициенту сцепления движителя с грунтом, в то время
как для колесного движителя kT = ф — /, где / — коэффициент
сопротивления качению колес; ф — коэффициент сцепления ко¬
леса с грунтом.
Это и есть одно из замечательных свойств шагающего дви¬
жителя, заключающееся в том, что грунт не является для него
препятствием для передвижения, во всяком случае до момента
осадки днища корпуса машины на грунт, а требует лишь неиз¬
бежных энергозатрат на его деформацию, происходящую в про¬
цессе передвижения.
Учитывая вышесказанное, можно записать
го
К = Е PziKilG cos а,	(3.15)
;=i
где k,ri — коэффициент тяги i-и опоры механизма шагания.
На рис. 3.11 представлены экспериментальные зависимости
коэффициента тяги k.H прямоугольной пластины, как опоры
механизма шагания от пути сдвига 5Ю.
Как следует из рисунка сила тяги (или коэффициент тяги kTi),
развиваемая одной опорой движителя, представляет собой воз¬
растающую функцию от пути сдвига, причем при определенных
значениях сдвига kTi достигает максимальной величины. Исполь¬
зование повторных сдвигов, когда последующий сдвиг совершается
после установки опоры движителя в конечное место предшеству¬
ющего сдвига, указывает, что при каждом последующем сдвиге kTi
быстрее достигает своего максимального значения.

76
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.11. Зависимость коэффи¬
циента тяги kTi от пути
сдвига 5Ю прямоугольной пласти¬
ны размером OJ X 0,1 м.
Грунт — сухой кварцевый пе¬
сок:
1 — непрерывный сдвиг; 2 — по¬
вторные сдвиги
О ,	0.02	0,04	0,06	0,08	0,10	SW,M
Как следует из уравнения (3.15), коэффициент удельной сво¬
бодной силы тяги движителя kr зависит от коэффициента тяги kTi1
реализуемого каждой опорой, и нормальной реакции Рzi, которые
соответствующими расчетами могут быть определены в зависимо¬
сти от пути юза, и при известной зависимости kTi = k (5Ю) в итоге
определяется kT по уравнению (3.15).
Для простоты выкладок исследование тягово-сцепных свойств
шагающего движителя проведем для случая движения, когда
используются походки, которые обеспечивают минимальное из¬
менение нормальных реакций опор, т. е. Рп = Pz2 = • • • =
— р — ... pt
Тогда выражение коэффициента можно записать в виде
го
<ЗЛ6)
° *=1
Для фазной походки, ввиду того, что все отталкиваемые опоры
механизмов шагания находятся в одной фазе, а значит, имеют
одинаковый путь юза, обеспечивается коэффициент тяги
(3.17)
т. е. характер распределения результирующей тяги движителя
от пути юза такой же, как и для одной опоры.
В случае равномерных походок это означает, что величина kTi
для каждой опоры имеет равномерно расположенные значения
от пути юза по характеристике k,?i = k (5Ю) в соответствии с по¬
следовательностью перемещения опор. Тогда при достаточно
большом гп, переходя к другим пределам суммирования, коэффи¬
циент свободной силы тяги запишется в виде

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
77
На рис. 3.12 представлены зависимости коэффициента сво¬
бодной силы тяги шагающего движителя для различных походок,
определенные по уравнениям (3.17) и (3.18) с использованием
экспериментальных данных, представленных на рис. 3.11. Из
представленных результатов следует, что при фазной походке
обеспечиваются более высокие тяговые свойства, чем при равно¬
мерной, а использование фазной походки с режимом движения
след в след обеспечивает максимальные тяговые свойства.
Влияние производительности шагания на тягово-сцепные свой¬
ства шагающего движителя не имеет явно выраженного харак¬
тера. Однако для равномерных походок изменение производи¬
тельности шагания у, а значит, и числа опор z0, удерживающих
вес машины [см. уравнение (3.7)], обеспечивает изменение удель¬
ного давления на грунт или суммарной площади опор В [см.
уравнение (3.14)1, которые должны изменяться в соответствии
с физико-механическими свойствами поверхности передвижения.
Увеличение длины шага способствует увеличению прохо¬
димости, во-первых, возможностью реализовать максимальную
силу тяги каждой опорой, а во-вторых, при той же силе тяги
обеспечивается минимальный относительный коэффициент про¬
скальзывания ,<>ю элементов движителя относительно грунта, что
указывает на повышение эффективности передвижения. После¬
довательность перемещения опор механизмов шагания не оказы¬
вает влияния на проходимость.
Как показывает анализ, профильная проходимость машины
с шагающим движителем находится не столько в количественной
зависимости от параметров шагания, сколько от возможности их
изменения в процессе движения, причем в наибольшей степени
от возможности изменения высоты траектории опоры механизма
шагания.
3.2.4.	Энергозатраты. Для определения энергозатрат на пе¬
редвижение машин с шагающим движителем удобно рассмотреть
Ч
0,4
Рис. 3.12. Зависимость коэффи¬
циента тяги &т шагающей ма-	Q2
шины от пути юза 5Ю каждой	'
опоры для различных походок:
1 — равномерная; 2 — фазная; 3 —
васледЯ С режимом Движения слеД Q 0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	SW,M

78
ПЛАНЕТОХОДЫ
их составляющие по характерным участкам номинальной траек¬
тории опоры механизма шагания (см. рис. 3.9). Нетрудно убе¬
диться, что общая работа на передвижение складывается из сле¬
дующих составляющих: работа динамических сил Лд (этап пере¬
носа), работа на деформацию грунта Аг. (этап отталкивания),
работа на подъем опоры механизма шагания Ат (подготовитель¬
ные участки траектории отталкивания) и дополнительной ра¬
боты на опорном участке траектории отталкивания А0.
Если работа определяется за один цикл, то, поделив все сла¬
гаемые на GSM, перейдем к безразмерным коэффициентам удель-
ных энергозатрат: /д, /г, fm, f0.
Работу динамических сил для одного механизма шагания
можно определить по зависимости AAi = mVl (1 + у2Я2)/2, где
т — условная масса механизма шагания, приведенная к опоре;
к — коэффициент, равный отношению максимальной скорости
на этапе переноса к средней.
Работа всех механизмов на пути SM равна
Аа = fhVlrio (1 +f^2)/2.	(3.19)
Как видно из уравнения (3.19), работа динамических сил про¬
порциональна квадратам скорости передвижения, производи¬
тельности шагания и коэффициента к. Нетрудно убедиться, что
для уменьшения к необходимо перемещать опору механизма
шагания с максимальным ускорением. Так, если ускорение
близко к бесконечности, то к = 1, для синусоидального измене¬
ния скорости переноса к = 1,57, для равноускоренного переме¬
щения к = 2. Однако применение максимальных ускорений
опоры ограничивается величиной допустимых инерционных сил.
Это указывает на то, что задача синтеза оптимальной траекто¬
рии опоры относится к теории оптимального управления.
Приспособление параметров шагания для увеличения ско¬
рости у животных [67 ] производится таким образом, что с уве¬
личением скорости используются походки с меньшей произво¬
дительностью шагания. Кроме того, увеличение скорости живот¬
ные обеспечивают за счет увеличения частоты шагания и неко¬
торого увеличения шага. Увеличение последнего ограничено дли¬
ной ноги и тем, что с увеличением шага увеличиваются колеба¬
ния тела животного.
Действительно, по уравнению (3.11) подобное изменение па¬
раметров шагания приводит к изменению скорости, кроме того,
увеличение шага Sn и уменьшение производительности шага¬
ния у приводят к уменьшению работы динамических сил [см.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
79
уравнение (3.10)1, и если для механизмов шагания длина шага
ограничена габаритами механизма шагания, то у ограничено
числом z0 [см. уравнение (3.7)].
В соответствии с уравнениями (3.7), (3.19) и (3.10) коэффи¬
циент удельных энергозатрат на работу динамических сил опре¬
деляется выражением
,	™vln0(l-kn)(l+y\2)y	/Qf)m
'я-	2GS,, (1 — sw) (Y + 1)	•	’
Энергозатраты на деформацию грунта складываются из энер¬
гозатрат на вертикальную [см. уравнение (3.13)1 и горизонталь¬
ную деформации грунта. Работа на деформацию грунта в гори¬
зонтальном направлении, необходимая для реализации полезной
по
силы тяги, за цикл определяется выражением Аю = £ Рг,Фш15ю.
i=i
Тогда, учитывая уравнение (3.13), общие удельные энерго¬
затраты на деформацию грунта определяются из зависимости
/ю = -ь т—гтгг, г(-тгУ/1А + (*T + tga)-i-5s-. (3.21)
ю -kc. с(р+ 0(1— Sjo) \ Z0Bc J I VT I Ь 1 — SI0 V '
Аналогично определим удельные энергозатраты fm на подъем
опоры механизма шагания
^фг^м. ш^тУ
fm =
(Y + 1) (1 — sio) ’
где k;n = M/m — относительная масса механизма шагания; т —
масса механизма шагания; М — масса шагающей машины; kM, ш —
коэффициент, определяющий соотношение между подъемом опоры
Н и вертикальным перемещением центра тяжести механизма
шагания Яц; 6ф2 == H/SK.
Для определения затрат энергии на опорном участке траекто¬
рии отталкивания рассмотрим несколько характерных меха¬
низмов шагания: механизм шагания на основе жестких рычаж¬
ных систем (см. рис. 3.8) и механизмы шагания с двумя степенями
свободы (рис. 3.13).
Вначале рассмотрим случай, когда движитель должен обес¬
печивать прямолинейные горизонтальные перемещения корпусу
машины, т. е. опорный участок прямолинеен и горизонтален.
При этом для простоты выкладок допустим, что &3 = 0, т. е,
So Ц = S„.

80
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.13. Кинематиче¬
ские схемы механизмов
шагания:
1 и 2 — исполнительные
элементы привода; Р2 —
нормальная реакция опо¬
ры; &кл — условный кли¬
ренс механизма шагания;
S„ — шаг
И
Тогда для механизмов шагания, показанных на рис. 3.8 и
3.13, в, исполнительные механизмы привода не находятся под
действием нормальных сил Pzh а поэтому энергозатраты на этапе
отталкивания определяются только внутренними потерями в ме¬
ханизмах.
Для механизмов шагания, показанных на рис. 3.13, а, б,
исполнительные механизмы привода загружены силой веса ма¬
шины, а суммарные затраты энергии складываются из работы,
совершаемой приводами / и 2, т. е. А0 = Ао1 + А02. Так как
перемещение перпендикулярно линии действия силы Pzh то
S А0 = 0, а это значит, что Ао1 = —Ло2. Таким образом, один
привод потребляет энергию, а другой — выделяет.
Допустим, что между обоими приводами нет силовой связи,
т. е. нет возможности рекуперации энергии, тогда суммарная
работа за цикл определяется работой, совершаемой одним из
приводов.
Тогда для механизма шагания (рис. 3.13, а) удельные энерго¬
затраты, характеризуемые этапом отталкивания, определяются
выражением
'•-п^Йк-|п(1+4г)- (ЗИ)
по
где kDX1 = £ P2iz 0/n0G — коэффициент походки, имеющий тот же
i'=i
физический смысл, что и knx в уравнении (3.13).
Энергозатраты для механизма шагания (см. рис. 3.13, б)
имеют тот же физический смысл, примерно равны количественно,
но имеют более сложную зависимость?.
а)
б)

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
81
Для механизмов шагания (см. рис. 3.13, а, б) может быть
обеспечен весьма интересный способ передвижения, если на опор¬
ном участке траектории отталкивания привод 1 застопорен.
В этом случае движение напоминает качение многоугольника по
жесткому основанию, а энергопотребление определяется работой
на подъем корпуса машины при каждом шаге. Для этого случая
удельные энергозатраты /оэ определяются выражением
Подобную траекторию отталкивания, т. е. по дуге окружности,
назовем экономичной и заметим, что при этом имеются большие
возможности по рекуперации энергии помимо привода: за счет
использования походок, при которых колебания отдельных
точек корпуса машины не вызывают колебания центра тяжести
машины, а также путем использования перехода потенциальной
энергии подъема центра тяжести шагающей машины в кинема¬
тическую энергию поступательного движения.
На рис. 3.14 представлены графические зависимости удель¬
ных энергозатрат для случая прямолинейной траектории (кри¬
вая 2) [уравнение (3.22)] и экономичной траектории (кривая 1)
[уравнение (3.23)], из которых следует, что прямолинейная
траектория отталкивания требует больших энергозатрат, чем по
дуге окружности; энергозатраты резко увеличиваются при умень¬
шении клиренса; при существенном уменьшении шага энерго¬
затраты стремятся к нулю. Последнее физически означает, что
в этом случае режим движения начинает соответствовать качению
жесткого колеса по недеформируемому основанию.
Эти выводы подтверждаются практикой передвижения живот¬
ных. Так, животные с по-
добной кинематикой ног на f°
опорном участке траектории
|^0*25 +
(3.23)
отталкивания передвигаются
Рис. 3.14. Удельные энергозатраты
fo на этапе отталкивания для
различных траекторий
на прямых ногах с колеба¬
ниями центра тяжести, таким
образом приспосабливаясь
О 0,3	0,6	0,9	1,2	1,5	1,8ЬНЛ/5И

82
ПЛАНЕТОХОДЫ
к экономичной траектории. Кроме того, мы замечаем, насколько
затруднительно движение с прямолинейной траекторией оттал¬
кивания, особенно при малых Акл (гусиным шагом).
Таким образом, общая величина энергозатрат fu определится
суммой характерных составляющих, определяемых по зависи¬
мостям (3.20), (3.21), (3.22), (3.23). Ввиду того, что большинство
составляющих носит знакопеременный характер, т. е. зависит
от возможности рекуперации энергии, оценим общие энерго¬
затраты, потребные на передвижение машин с шагающим дви¬
жителем по нескольким вариантам, классифицируя каждый по
общим признакам привода и особенностям механизмов шагания.
Оценку энергозатрат проведем при следующих исходных усло¬
виях:
шагающая машина движется по горизонтальному основанию,
прямолинейно, с равномерной непрерывной походкой и при сле¬
дующих значениях параметров: яю = 0, kT = 0, kn = 0, fh =
= 0,33 m;
величина суммарной рекуперируемой энергии всегда меньше
общей потребляемой. Вследствие этого рекуперация энергии не
зависит от способности привода аккумулировать энергию. Это
условие относится к конкретным схемам привода. Методика
расчета учитывает возможную аккумуляцию энергии. Таким
образом, это условие несколько занижает возможные действи¬
тельные энергозатраты;
все силы, действующие на механизм шагания, реализуются
приводом. Это условие несколько завышает возможные дей¬
ствительные энергозатраты вследствие того, что в процессе дви¬
жения шагающей машины к одному управляемому элементу
может быть приложено несколько противоположно направленных
сил, результирующая которых оказывает меньшее воздействие
на привод, чем каждая в отдельности. Методика расчета для
привода без рекуперации энергии полностью не учитывает этот
факт, а для схемы с рекуперацией энергии погрешность зависит
от величины КПД привода.
Рассмотрим следующие варианты шагающих машин.
Вариант I. Кинематика механизмов шагания в соответствии
с рис. 3.13, а, б, прямолинейная траектория отталкивания, при¬
вод с КПД ц = 0,6 и коэффициентом рекуперации kp = 0, на¬
пример гидропривод с регулированием по давлению. Тогда
суммарные удельные энергозатраты определяются по зависимости
/п = — (/го + fm + /д + / о)!	(3.24)

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
83
а)
6)
Рис. 3.15. Зависимость суммарных удельных энергозатрат /п нескольких вари¬
антов шагающих машин от скорости передвижения Ук и производительности
шагания у:
а — I вариант (уравнение 3.24); II вариант (уравнение 3.25); б — III вариант (урав¬
нение 3.26); IV вариант (уравнение 3.27); 1 (	)	—	энергозатраты	для человека
Вариант II. То же самое, что и вариант I, но привод с КПД
т] — 0,8 и коэффициентом рекуперации kp = г]2, например гидро¬
привод с регулированием по расходу. Тогда суммарные удельные
энергозатраты определяются по зависимости
fn = — /г Н —(/д + fm)-
(3.25)
Вариант III. Кинематика механизмов шагания в соответствии
с рис. 3.8 и 3.13, в, а также приближенно рис. 3.13, а, б, но с эко¬
номичной траекторией, привод с т] = 0,6 и ka = 0. Тогда имеем
/п = ~ (/г + /д + /т).
(3.26)
Вариант IV. То же самое, что и вариант III, но привод
с т] = 0,8 и = г\2. Тогда имеем
(3.27)
На рис. 3.15 представлены зависимости удельных энергоза¬
трат на передвижение рассматриваемых вариантов шагающих
машин от скорости передвижения и производительности шагания.

84
ПЛАНЕТОХОДЫ
Как следует из рисунка, энергозатраты на передвижение шага¬
ющих машин могут достигать больших значений, особенно при
увеличении скорости передвижения VK и производительности
шагания (кривые I). Применение гидропривода с рекуперацией
энергии (кривые II) позволяет значительно снизить удельные
энергозатраты.
Использование специальных механизмов шагания (см.
рис. 3.13, в) или экономичных траекторий уменьшает общие
энергозатраты, и особенно, с использованием привода с рекупе¬
рацией энергии. Экспериментальные данные энергозатрат на пере¬
движение для человека подтверждают характер изменения энер¬
гозатрат от скорости
При любой скорости передвижения шагающей машины ми¬
нимум энергозатрат может достигаться применением оптималь¬
ных величины шага и производительности шагания.
Таким образом, шагающий движитель обладает большими
возможностями по проходимости, причем использование фазной
походки с режимом движения след в след обеспечивает макси¬
мальное использование потенциальных возможностей грунта по
реализации необходимой силы тяги.
Однако в силу причин, заложенных в самом способе передви¬
жения, шагающие машины имеют значительное ограничение по
скорости передвижения из-за динамических перегрузок в дви¬
жителе. Именно это, а также чисто конструкторские слож¬
ности препятствуют широкому его использованию.
В случае, когда скорость передвижения не является опреде¬
ляющим фактором, а подвижный аппарат обладает малой массой,
шагающий движитель может оказаться самым рациональным.
3.3.	Колесно-шагающий движитель
3.3.1.	Основные предпосылки. Одним из направ¬
лений конструкторского поиска является выбор таких схем дви¬
жителей планетоходов, которые позволили бы в зависимости от
конкретных условий реализовать различные принципы пере¬
движения.
Необходимость создания движителя транспортного средства
для разнообразных условий на поверхности планет с непре¬
менным сохранением высокой эффективности и надежности его
использования во всем диапазоне этих условий наводит на мысль
о создании движителя, воплощающего в себе положительные ка¬
чества колеса и шагания.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
85
Мысль о сочетании в одном движителе и качения, и шагания
не нова. Попытки разрешить подобнукГ'задачу предпринимались
некоторыми исследователями, что привело к созданию неско1Ьких
вариантов так называемых колесно-шагающих движителей. Не¬
которые из них нашли воплощение в реальных макетах.
Так, фирмой Вагнер (США) был изготовлен опытный образец
колесно-шагающего движителя типа Го-девиль (рис. 3.16). Отли¬
чительной особенностью [4] является то, что продольные рычаги
подвески, на которых установлены колеса, могут поворачиваться
относительно корпуса машины на 360°. Имеются раздельные
силовые приводы к колесам и рычагам подвески. При использова¬
нии привода к колесам движитель ничем не отличается от обыч¬
ного колесного. При вращении рычагов подвески корпус машины
перемещается по траектории, описываемой рычагами, и таким
образом происходит своеобразное «шагание». Машина образована
из двух шарнирных секций, что обеспечивает ее поворот.
Несмотря на достаточно высокую проходимость, колесно¬
шагающий движитель типа Го-девиль имеет существенные недо¬
статки, заключающиеся в том, что режим шагания связан с боль¬
шими сложностями управления и неравномерностью движения.
К другой разновидности колесно-шагающего движителя можно
отнести движитель типа Пади-вагон [4], осуществленный в везде¬
ходе «Террастар» (США). Движитель (рис. 3.17) состоит из че¬
тырех трехкатковых колес. Привод вращения с помощью зубчатой
передачи и соединительной муфты может осуществляться или
к колесам, или к каткам. При заторможенных колесах вездеход
перемещается за счет вращения катков и ничем не отличается
от обычнвй колесной машины. При заторможенных катках и
вращающихся колесах машина передвигается в режиме шагания.
Недостатком движителя можно считать его громоздкость.
Лаборатория новейших систем при «Бронетанковом и авто¬
тракторном управлении армии США» спроектировала и разрабо¬
тала экспериментальный макет с колесно-шагающим движителем
[191 ]. На рис. 3.18 показан общий вид макета, представляющий
собой четырехколесное шасси, состоящее из двух секций, соеди¬
ненных друг с другом механизмом с двумя степенями свободы.
Гидрообъемные мотор-колеса приводятся от двух главных насосов,
а третий насос обеспечивает гидравлическую систему перемещения
колес и управления машиной. Система подвески состоит из шар¬
нирных рычагов (механизмов шагания), расположенных по краям
машины. Верхний рычаг механизма шагания укреплен шарнирно
на корпусе, а колесо с индивидуальным приводом крепится

86
ПЛАНЕТОХОДЫ
к нижнему рычагу. Положение верхнего рычага относительно
корпуса и другого рычага регулируется отдельными управляе¬
мыми гидроцилиндрами. Управление движением осуществляется
вручную с помощью рукояток для каждого управляемого эле¬
мента. Движение в режиме шагания осуществляется за счет
поочередного переноса колес вперед относительно корпуса, а затем
переноса корпуса вперед относительно неподвижных колес. При

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
87
включении привода вращения колес машина ничем не отличается
от обычной колесной.
Известен колесно-шагающий движитель [571, в котором колеса
с индивидуальными приводами вращения укреплены на раме
транспортного средства с помощью двух гидроцилиндров, один
из которых исполняет роль элемента подвески, а второй создает
продольные перемещения колеса (рис. 3.19). Передвижение в ша¬
гающем режиме осуществляется следующим образом: в первый
период колеса одного борта передвигаются в ведущем режиме на
длину шага, затем они блокируются, а корпус машины при по¬
мощи гидроцилиндра перемещается вперед на величину шага.
Рис. 3.18. Экспериментальный макет
с колесно-шагающим движителем
Рис. 3.19. Колесно-шагающий движи¬
тель

88
ПЛАНЕТОХОДЫ
Колеса обоих бортов передвигаются попеременно: если колеса
одного борта движутся в ведущем режиме, то колеса второго борта
в это время блокированы и, упираясь в грунт, создают упоры для
перемещения корпуса машины вперед. При застопоренных гидро¬
цилиндрах и включенных приводах вращения колес машина
ничем не отличается от обычной колесной.
Как следует из вышеприведенных примеров, реализация
принципа шагания в колесно-шагающих движителях хотя в основ¬
ном и соответствует схеме чистого шагания, однако в то же время
имеются некоторые особенности.
3.3.2.	Особенности колесно-шагающего движения. В общем
случае колесно-шагающий движитель можно представить как
обычный шагающий, у которого опоры механизмов шагания вы¬
полнены в виде колес, связанных с приводами вращения. В про¬
цессе передвижения в шагающем режиме механизмы шагания
с помощью привода шагания обеспечивают возвр.атно-поступа-
тельное перемещение осей колес, при котором оси колес то пере¬
мещаются относительно корпуса машины против движения, то
выносятся вперед по определенной траектории, причем в зависи¬
мости от характера переноса можно получить различные качества
колесного шагания. Перенос колес может осуществляться следу¬
ющими способами: с разгрузкой переносимого колеса от веса
машины; без разгрузки от веса машины.
Способ передвижения при переносе колес по второму варианту
имеет некоторые преимущества перед первым, так как при этом
решается часть проблем, возникающих при чисто шагающем
способе передвижения, а именно:
в этом случае требуются прямолинейные или приближенно
прямолинейные перемещения осей колес, а такой характер траек¬
тории позволяет применять простейшие по кинематике механизмы;
для чистого шагающего способа передвижения отрыв опоры
механизма шагания от грунта, представляя некоторые возмож¬
ности по увеличению проходимости, вызывает в то же время боль¬
шие трудности по обеспечению необходимых условий при после¬
дующем восприятии опорной поверхности;
в колесно-шагающем движителе, в котором колеса переносятся
без разгрузки от веса машины, колесо может достаточно хорошо
исполнять роль адаптируемого элемента, а поэтому проблема
приспособления опор к опорной поверхности в режиме шагания
решается более просто;
при переносе колеса без разгрузки форма и положение много¬
угольника опор меняются незначительно, что исключает значи^

СПОСОБЫ ПЁРЕДВИЖЕНИЯ И ДЁИЖИТЁЛЙ
89
тельное ограничение шагания по устойчивости передвижения
и позволяет обеспечить колесное шагание в малоопорных транс¬
портных машинах (практически начиная с трехопорных);
ввиду того, что колеса перемещаются безотрывно от опорной
поверхности, переходить на колесный режим можно практически
в любых положениях механизмов шагания.
Чисто шагающий способ передвижения невозможно классифи¬
цировать по способу переноса опор. Он отличается лишь вели¬
чиной некоторых параметров траектории этапа переноса. Возмож¬
ность переноса колес в колесно-шагающем движителе различ¬
ными способами и представляет собой основную отличительную
особенность совместной реализации принципа качения и шагания
в одном движителе.
Учитывая вышеуказанное, наибольший интерес представляет
колесно-шагающий движитель, у которого колеса в режиме ша¬
гания перемещаются по опорной поверхности безотрывно. Отме¬
тим, что при движении с отрывом переносимых колес от опорной
поверхности основные показатели передвижения аналогичны
обычному шагающему и в этом случае имеет место не колесно¬
шагающий принцип, сочетающий одновременное шагание и каче¬
ние колес, а принцип колесного шагания, когда в процессе
шагания колеса выполняют лишь роль опор, но не движи¬
теля.
3.3.3.	Кинематика колесно-шагающего движения. В колесно¬
шагающем движителе, так же как и в шагающем, наличие опре¬
деленного количества колесно-шагающих механизмов позволяет
использовать различные способы шагания, или походки, выбор
которых зависит в общем случае от характера поверхности и
цели передвижения. Эти способы, или походки, различаются
последовательностью перемещения колес по опорной поверхности
и их взаимным положением во времени и пространстве.
Таким образом, колесно-шагающий движитель можно пред¬
ставить как обычный шагающий, у которого опоры механизмов
шагания выполнены в виде колес, которые в определенной после¬
довательности то выносятся вперед по опорной поверхности на
величину шага (этап переноса колес), то останавливаются на опор¬
ной поверхности и с помощью механизмов шагания перемещают
корпус транспортного средства вперед на величину шага (этап
отталкивания колес). В зависимости от характера перемещения
корпуса транспортного средства следует различать два прин¬
ципиально разных по методам реализации способа передвижения:
способ непрерывного передвижения корпуса транспортного сред-

90
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.20. Схема передвижения в режиме
непрерывных походок:
SM — шаг; 1 — исходное положение; 2 — пере¬
нос первого колеса; 3 — перенос второго ко¬
леса; 4 — перенос третьего колеса
ства (непрерывные походки) и спо¬
соб прерывного передвижения кор¬
пуса транспортного средства (пре¬
рывные походки).
На рис. 3.20 изображена схема
передвижения транспортного сред¬
ства в режиме непрерывной походки
[40], при которой колеса совершают
возвратно-поступательные перемеще¬
ния относительно корпуса машины,
оказываясь то на этапе переноса, то на этапе отталкивания, причем
чередование этих этапов происходит непрерывно, что обеспечи¬
вает непрерывное передвижение корпуса транспортного сред¬
ства.
Что касается последовательности перемещения колес движи¬
теля, то, так же как и для шагающего, можно отметить два край¬
них по сущности состояния. Если все колеса движителя переме¬
щаются так, что они фиксируют одноименные положения на своих
траекториях через одинаковые интервалы времени, то это равно¬
мерная непрерывная походка. Если все колеса движителя разде¬
лены на две группы, перемещающиеся в противофазе, то это
фазная походка. Все остальные возможные последовательности
перемещений колес можно представить как комбинации выше¬
указанных.
Применительно к равномерным походкам независимо от спо¬
соба переноса колес основные параметры шагания в колесно¬
шагающем режиме имеют тот же физический смысл й определяются
по тем же зависимостям, что и для шагающего движителя с учетом
того, что отсутствует отрыв опор механизмов шагания от опорной
поверхности во всех фазах перемещения.
В чисто шагающем движителе передвижение осуществляется
при наличии лишь одного вида перемещения —шагания. В ко¬
лесно-шагающем кроме шагания существует еще и вращение
колес. Наличие этих двух видов перемещений накладывает не¬
которые дополнительные ограничения на параметры движителя
для обеспечения эффективного передвижения.
а
ш -ф- ф
‘хЛУШ’ УУЛУ.ГЪ-
Q -Q
ЛЛлТ’.У.Ух'. '■ ■'У'хК"'	.УххХ
'О О ;0
Уууу//х//хх.хх х . ■' /у-у/	х'у г-"л
-w -ф- '-ф-4

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
91
Так, при осуществлении указанного выше способа непрерыв¬
ного колесно-шагающего передвижения колеса будут перекаты¬
ваться по опорной поверхности с различными угловыми скоро¬
стями в соответствии с этапами перемещения. Очевидно, что для
реализации эффективного передвижения в качестве первого
условия необходимо, чтобы колеса перемещались по опорной
поверхности без излишних юзов и буксований.
Если скорость шагания определяется по зависимости
Vmi = ®J,	(3.28)
где со ш- и / — угловая скорость и длина условного звена ме¬
ханизма шагания, по которому в таком виде определяется ско¬
рость шагания, то скорость передвижения запишется так:
Vk = 0)к/к +	(3.29)
Условие (3.29) должно соблюдаться для всех колес, находя¬
щихся на различных этапах перемещения. Тогда скорость корпуса
на этапе отталкивания определяется по зависимости
VK ==: Voi +’а)к^к — wuiil (1 —5Ю) + СОк£Тк,	(3.30)
где o)mt и coki —угловые скорости условного звена механизма
шагания и колеса на этапе отталкивания; Voi — скорость шагания
на этапе отталкивания.
Скорость корпуса на этапе переноса
Ук = <*&гк — Vnt = ©>к - ©шil.	(3.31)
Таким образом, так как скорость шагания за цикл меняется
как по величине, так и по знаку, то для обеспечения условий
(3.30) и (3.31) необходимо, чтобы угловая скорость колеса соответ¬
ственно изменялась от значения на этапе отталкивания (Ок* до
значения на этапе переноса (о^-. Обеспечение вышеуказанных
условий и является основной задачей при проектировании ко¬
лесно-шагающих движителей с кинематикой непрерывного дви¬
жения. Некоторые методы синтеза колесно-шагающих движителей
с вышеуказанным способом передвижения будут рассмотрены
несколько ниже.
Обеспечение эффективного передвижения в конкретных усло¬
виях определяется соответствующим выбором значений параме¬
тров шагания и движителя. Так, в некоторых случаях наиболее
рациональным оказывается использование режима колесно-шага¬
ющего движения с максимальной производительностью шагания,
которая достигается тогда, когда в любой момент времени пере-

92
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.21. Схема передвижения в режиме
прерывных походок:
5М — шаг; 1 — исходное положение; 2 — пере¬
нос первого колеса; Я — перенос второго колеса;
4 — перенос третьего колеса; 5 -- этап оттал¬
кивания всех колес или перенос корпуса
носится только одно колесо, т. е.
z0 = п0 —1. Тогда в соответствии
с уравнением (3.7) при ka = 0 имеем
Ymax “ П0 1.
Таким образом, в этом случае
должен реализоваться такой режим
движения, когда скорость шагания
на этапе переноса в (п0 — 1) раз
больше таковой на этапе отталкива¬
ния. В большинстве случаев, и особенно для многоопорных
транспортных средств, это условие является серьезным огра¬
ничением при синтезе оптимальных механизмов шагания и при¬
вода.
Эти ограничения отсутствуют при использовании способа
передвижения в режиме так называемых прерывных походок.
На рис. 3.21 представлена схема передвижения транспортного
средства в режиме прерывных походок [46]. В этом случае сна¬
чала все колеса движителя в определенной последовательности
перемещают вперед по опорной поверхности на величину шага
(этап переноса колес), а затем относительно неподвижных колес
перемещают с помощью механизмов шагания корпус машины на
величину шага (этап отталкивания колес, или переноса корпуса).
Далее цикл передвижения повторяется. При этом корпус машины
перемещается прерывно, на величину шага за каждый цикл пере¬
движения.
Для прерывного способа передвижения, так же как и для
непрерывного, особое значение имеют две последовательности
перемещения колес. Так, если перенос колес осуществляется
последовательно по одному колесу, то это равномерная прерыв¬
ная походка. Если все колеса движителя разделены на две рав¬
ные группы, перемещающиеся попеременно, то это фазная пре¬
рывная походка.
Соотношение кинематических параметров для прерывных по¬
ходок определяется так же, как и для непрерывных походок,
по уравнениям (3.28) ... (3.31).

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
93
Тогда в соответствии с уравнением (3.31) для этапа переноса,
учитывая, что VK = 0, имеем
Уп, = <*/ = айг(1 -s6).	(3.32)
В	соответствии	с уравнением (3.30) для	этапа	отталкивания
при С0°; = 0
Кк = V0i == co^il (1 -8ю).	(3.33)
Средняя	скорость передвижения машины в режиме прерывных
походок определяется по зависимости
V0dtJ,	(3.34)
где Тц—время одного цикла перемещения.
Обеспечение кинематики движения в соответствии с уравне¬
ниями (3.32) и (3.33) и является основной задачей при синтезе
механизмов колесно-шагающего движителя.
3.3.4.	Некоторые методы синтеза колесно-шагающих движи¬
телей с непрерывным движением. Кинематика непрерывного ко¬
лесно-шагающего движения может быть осуществлена различными
способами. Учитывая, что колесно-шагающий движитель должен
обладать приводами шагания и вращения колес, некоторые из
этих способов можно классифицировать по общим признакам
используемых схем приводов: несвязанная, дифференциальная
и интегральная схемы.
Несвязанная схема привода предполагает отсутствие силовой
связи между приводами вращения колес и шагания. Следует за¬
метить, что для способа непрерывного движения независимо от
используемой общей схемы привода движителя, учитывая необ¬
ходимость четкой синхронизации перемещения колес, наиболее
предпочтительно, чтобы привод шагания имел центральную меха¬
ническую раздачу. На рис. 3.22 представлена принципиальная
схема несвязанного привода колесно-шагающего движителя. Ме¬
ханизм шагания (МШ) от привода шагания (ПШ) сообщает не¬
обходимые перемещения оси колеса со скоростью Кии-, Привод
вращения колеса (ПВ), отслеживая эти перемещения, на этапе
переноса колеса включается и приводит его во вращение. На
этапе отталкивания ПВ отключается, а колесо блокируется,
например с помощью тормоза.
J Vndt + J

94
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 3.22. Принципиаль¬
ная схема несвязанного
привода колесно-шагаю¬
щего движителя:
/ — тормоз; &>пш — угло¬
вая скорость привода ша¬
гания; со
ПК
угловая ско¬
рость привода колеса;
Ущ— скорость шагания
Тогда скорость передвижения на этапе отталкивания в соответ¬
ствии с уравнением (3.30) при со°; = 0 можно записать в виде
Ук = <0ш*/(1 -S»).	(3.35)
Скорость передвижения на этапе переноса, предполагая рав¬
номерность скорости отталкивания и переноса и учитывая урав¬
нения (3.5) и (3.31), можно определить так:
VK =з со"/ (1 — s6) — уо)Ш1/.	(3.36)
Совместное решение уравнений (3.35), (3.36) определяет урав¬
нение связи основных параметров движителя
  1 + У — SK)
С0° /	1	-	S6
(3.37)
Из этого уравнения следует, что реализация оптимальных
параметров взаимодействия отталкиваемых и переносимых колес
с грунтом, определяемых коэффициентами буксования s6 и юза sro,
может достигаться выбором соответствующего отношения ско¬
ростей вращения колеса на этапе переноса со"; и шагания сощ.
Теоретическая скорость передвижения в колесно-шагающем
режиме, т. е. при 5Ю = 0 и sf) = 0, определяется так: VK =
= со"г/(1 + у). Откуда следует, что при той же скорости вращения
колеса скорость передвижения в колесно-шагающем режиме
в ( 1 + У) Раз меньше, чем в колесном.
К недостаткам несвязанной схемы привода движителя можно
отнести сложность совмещения ритма работы опор механизма
шагания с работой привода вращения колес, а также наличие
старт-стопного режима работы привода вращения колес.
В дифференциальной схеме привода осуществляется автома¬
тическое приспособление угловых скоростей колес к необходимому

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
95
режиму непрерывного шагания и предполагается наличие диффе¬
ренциального привода вращения колес и отсутствие кинематиче¬
ской связи между приводами вращения и шагания колес [48].
На рис. 3.23 представлена принципиальная схема дифференциаль¬
ного привода колесно-шагающгго движителя. Механизмы шага¬
ния обеспечивают необходимые скорости оси колеса Кш,:.От привода
вращения через блок механических (электрических) дифферен¬
циалов или блок гидравлических распределителей [БД (Р)] обес¬
печивается вращение колес с угловой скоростью (ок.-. Единствен¬
ное требование к блоку — соблюдение условия
"о
Б ®к; = «„к-	(3.38)
1=1
Скорость машины в колесном режиме, т. е. при отключенном
приводе шагания, определяется по зависимости Ук = о)кгк =
Если нужно обеспечить режим колесного шагания с произво¬
дительностью шагания, соответствующей числу колес на этапе
отталкивания, равным z0 (уравнение 3.7), то это может быть до¬
стигнуто путем принудительного затормаживания в определенной
последовательности указанного числа колес. Тогда обеспечиваются
следующие угловые скорости колес: на этапе отталкивания со^ =
= 0; на этапе переноса в соответствии с условием (3.38) и диф-
ференциальностью привода сок* — <йпк/(^о 2°)-
Для обеспечения нужного режима движения машины необхо¬
димо, чтобы механизмы шагания от своих приводов обеспечивали
синхронные и в той же последовательности перемещения осей
колес со следующими значениями скоростей:
на этапе отталкивания V0 = со1ЬКгк/п0;
на этапе переноса (уравнение 3.38) Vn = усоп. кгк//г0.
Рис. 3.23. Принципиаль¬
ная схема дифференци¬
ального привода колесно¬
шагающего движителя:
1 — тормоз

96
ПЛАНЕТОХОДЫ
Учитывая уравнения (3.7), (3.35), (3.36) и (3.38), зависимость
параметров движителя определяется соотношением
gsjjsl = (n -Z) l|T’-sV	(3.39)
0)0 / v 0 и/ 1 — s6	v '
Из соотношения (3.39) следует, что реализация оптимальных
параметров взаимодействия с грунтом переносимых и отталкивае¬
мых колес определяется выбором соответствующего соотношения
между скоростями привода вращения колес а)п.к и шагания сош*
Из совместного решения уравнений (3.35), (3.36) и (3.39)
получаем, что теоретическая скорость в колесно-шагающем ре¬
жиме равна скорости в колесном режиме, т. е. VK = о)п. кгк/я0.
К недостаткам дифференциальной схемы привода следует
отнести то, что совмещение ритмов работы и скоростей меха¬
низмов шагания и вращения колес требует создания специального
управляющего устройства.
Принципиальная схема интегрального привода колесно-шага¬
ющего движителя изображена на рис. 3.24. Сущность этой схемы
заключается в том, что приводы шагания и вращения колеса
имеют определенную кинематическую связь [24, 37].
Действительно, как следует из уравнения (3.29), скорость ко¬
леса cow в режиме шагания зависит не только от скорости привода
вращения колес оок. п, но и от скорости шагания Уш. Если ско¬
рость шагания определяется выражением (3.28), то вышеуказан¬
ное условие можно записать в следующем виде:
= «Оп. к - Нш,	(3.40)
где а и b —постоянные суммирования.
Видно, что в общем случае это уравнение планетарного ряда.
Механизм, который выполняет это условие, назовем механизмом
сумматора.

способы пёрёдвижения и движители
91
Тогда в соответствии с уравнениями (3.28), (3.29) и (3.40)
скорость транспортного средства запишется в виде
Если параметры колесно-шагающего механизма и механизма
сумматора (С) выбираются так, что
т. е. в этом случае скорость транспортного средства не зависит
от скорости шагания и определяется только приводом вращения
колес. Переход на режим шагания связан просто с включением
привода шагания. При этом скорость возвратно-поступательных
перемещений осей колес, т. е. скорость шагания, может изме¬
няться в любом диапазоне, необходимом для реализации нужных
условий движения, например условий взаимодействия колес
с грунтом. В случае, когда соотношение скоростей шагания и
привода вращения колес начинает соответствовать условию (этап
отталкивания) сс& = 0, а затем (этап переноса) со"i ф 0, дости¬
гается такой режим движения, когда колеса в определенной
последовательности оказываются неподвижными на опорной по¬
верхности, а затем ускоренно выносятся вперед. При этом корпус
машины перемещается равномерно со скоростью, равной скорости
колесного режима. Неподвижность колес на грунте обеспечивается
путем соответствующего выбора составляющих скоростей приво¬
дов вращения колес и шагания. Благодаря этому тормоз, как
элемент управления режимами движения, отсутствует.
Ввиду того, что параметр гк, определяемый по уравнению
(3.42), представляет собой отношение постоянных параметров
колесно-шагающего механизма и сумматора, он сам является
величиной постоянной и независимой от внешних условий пере¬
движения. Назовем этот параметр расчетным радиусом гр колесно¬
шагающего механизма. В соответствии с уравнением (3.42) имеем
Тогда для любых условий передвижения скорость в колесно¬
шагающем режиме с учетом уравнений (3.41) и (3.44) опреде¬
ляется зависимостью
Ук — к ф (Ош(- (/	Ьг{.).
(3.41)
Ъ = 1/гю
то, решая уравнения (3.41) и (3.42), получим
VK “ к»
(3.42)
(3.43)
(3.44)
1/к = агксоп. к + сош/ (1 - rjrp).
4 А. Л. Кемурджиан и др.
(3.45)

98
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таким образом, равенство скорости передвижения в шагающем
и колесном режимах зависит от выбранных параметров колесно¬
шагающего механизма и конкретных условий передвижения.
Учитывая, что передвижение машины в режиме шагания опре¬
деляют два этапа или два состояния колес, совместное решение
уравнений (3.40), (3.44) и (3.45) после некоторых преобразований
приводит к выражению, определяющему связь параметров ко¬
лесно-шагающего движителя:
5»==5б.‘^‘^1 + 7д)“К1 -гТд)^ — 77) ~^ГГ’	(3-46)
где уд = —сошг/сош —действительный коэффициент отношения
скоростей; Эб.ю = (Ок/оС —условный коэффициент буксования
колеса на этапе отталкивания.
Если используются механизмы шагания, для которых у = уд
(это соответствует тому случаю, когда скорость на этапе переноса
постоянная, а переход с этапа на этап совершается достаточно
быстро), a s6. ю = 0, т. е. отталкиваемые колеса не вращаются,
имеем
s» = s6-f-(l+y) + (l+y) 0-77)'	С3-47)
Из уравнений (3.46) и (3.47) следует, что реализация оптималь¬
ных параметров взаимодействия колес с грунтом определяется
соответствующим выбором параметров шагания и механизма
сумматора.
Таким образом, из анализа рассмотренных схем привода
можно заключить, что интегральная схема имеет преимущества
перед остальными как по обеспечению режима колесного шага¬
ния, так и управления им.
При проектировании колесно-шагающих движителей для любой
схемы привода основной задачей является синтез механизма
шагания, который был бы конструктивно прост, имел достаточно
большой шаг и обеспечивал оптимальные параметры шагания.
Применительно к несвязанной схеме привода структура меха¬
низма достаточно ясна из принципиальной схемы (см. рис. 3.22).
Привод шагания — предпочтительно центральный или групповой
с жесткой кинематической раздачей. Привод вращения колес
индивидуальный с устройством индивидуальной блокировки ко¬
леса. Кинематика механизма шагания —в соответствии с выше¬
указанными требованиями.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
99
Рис. 3.25. Кинематическая схема колесно-шагающего механизма с интеграль¬
ной схемой привода:
1 — колесо; 2 — мотор-редуктор; 3 — цапфа; 4, 5,6 — рычаги подвески; 7 — рама кор¬
пуса машины; 8 — торсион; 9, 10 — конические шестерни механизма сумматора; 11 —
привод шагания
Методы проектирования колесно-шагающего движителя по
дифференциальной схеме также достаточно ясны из принципиаль¬
ной схемы (см. рис. 3.23). Следует заметить, что существующие
колесные машины высокой проходимости имеют все элементы,
входящие в колесно-шагающий движитель по этой схеме. Имеется
центральный привод вращения колес, колесные тормоза. Тре¬
буется лишь обеспечить привод шагания, тормоза снабдить инди¬
видуальным управлением и создать устройство управления ре¬
жимами работы привода шагания и вращения колес [48].
Для интегральной схемы привода, кроме решения выше¬
указанных задач при проектировании, необходимо синтезировать
механизм шагания, который должен иметь характерное звено,
реализующее скорость шагания в соответствии с уравнением
(3.28)	[24,	37].
На рис. 3.25 представлены сечения схемы движителя в попереч¬
ной плоскости (а) и в плане (б), отличительной особенностью
которого является то, что подвеска выполнена в виде поперечных
рычагов [37].
Движитель работает следующим образом.
При отключенном приводе шагания (сблокирован гидроци¬
линдр) и включенном мотор-редукторе 2 вращения колеса осуще¬
ствляется обычный колесный режим. Подрессоривание рамы 7
осуществляется с помощью торсиона <9, который воспринимает
нагрузку от колеса через рычаг 6. Реактивный момент, возника¬
4*

100
ПЛАНЕТОХОДЫ
ющий на корпусе мотор-редуктора 2, через конический редуктор,
рычаг 6 и привод 11 передается на раму 7. Рычаги 4 и 5 незави¬
симо от их положения удерживают колесо 1 в положении, при
котором продольная его плоскость параллельна продольной оси
машины. При вертикальных перемещениях колеса 1 ввиду того,
что рычаг 6 и рычаги 4 и 5 образуют в поперечной плоскости
шарнирную трапецию, колесо перемещается без излишних боко¬
вых юзов. При этом боковые перемещения шарниров рычагов 4,
5 и 6 относительно рамы компенсируются боковым наклоном
плоскости колеса.
При включенных приводах вращения и шагания колесу обес¬
печивается вращение и возвратно-поступательные перемещения
относительно рамы 7 транспортного средства. При этом, так же
как и при вертикальных перемещениях, колесо перемещается
по опорной поверхности без излишних боковых юзов благодаря
соответствующему изменению угла бокового наклона колеса.
Вращение рычага 6 относительно вертикальной оси машины
с помощью конического редуктора, конических шестерен 9 и 10
преобразуется в соответствующие возвратно-вращательные пере¬
мещения корпуса мотор-редуктора 2, что, в конечном счете, при¬
водит к ускорению или замедлению вращения колеса 1. Работа
подвески при этом аналогична описанной выше, с той лишь раз¬
ницей, что восприятие усилий осуществляется при движущихся
звеньях механизма.
Если передаточное отношение механизма сумматора обознат
чить k = z9/z10, где Zg — число зубьев шестерни 9; z10 — число
зубьев шестерни 10, то уравнение механизма сумматора имеет
вид cow- = соп. к + &сош;, где соаи- —[ угловая скорость рычага 6,
который является характерным звеном механизма шагания.
Расчетный радиус с учетом уравнения (3.44) определяется
из выражения rp = Ilk, где I — приведенная длина рычага 6
шагания.
Соотношение длины рычага 6, радиуса колеса 1 и параметра k
определяется по уравнению (3.47), причем при = 0 и s6 =0
имеем k = rll.
Достоинством этого движителя является то, что продольные
перемещения колеса осуществляются рычагами, вращающимися
в горизонтальной плоскости, в результате чего вертикальные
перемещения колеса и транспортного средства в режиме шагания
при этом практически отсутствуют.
Однако при проектировании колесно-шагающего движителя
по рассматриваемой схеме, кроме задач по обеспечению необхо¬

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
101
б)
Рис. 3.26. Расчетная схема механизма шагания и подвески:
а — вид в поперечной плоскости; б — вид в плане
димой кинематики, существует И: задача синтеза механизма ша¬
гания (или элементов подвески), не создающего бокового юза
колес при их перемещениях. Кроме того, боковые силы не должны
вызывать деформацию подвески. Необходимость этих требований
очевидна и легко объяснима.
На рис. 3.26 представлена расчетная схема такого механизма
шагания и подвески. Синтез оптимального шарнирного четырех-
звенника, образованного элементами движителя в проекции на
поперечную плоскость zy (рис. 3.26), а именно рычагами 4, 5 {АО),
рычагом 6 {ВО), частью цапфы 3 (АВ) и рамы корпуса (ООх) про¬
изводится из тех соображений, что работа боковой силы Ру,
приложенной к колесу, должна быть равна нулю при любых
перемещениях колеса. Это условие является необходимым и до¬
статочным для того, чтобы отсутствовал боковой юз колес и отсут¬
ствовал прогиб подвески от боковой силы Ру.
Допустим, что четырехзвенный механизм составлен так, что
в любом положении механизма сила Ру уравновешивается каким-то
моментом М, приложенным к рычагу 4 или 5. Тогда, учиты¬
вая, что сила Ру приложена к ободу колеса, можно представить
ее как силу Ру, приложенную в точке А, и момент от этой силы
Му = Руг. При перемещении рычага 4 из какого-то исходного
положения в любое другое работа движущих сил равна работе
сил сопротивления:
х	ф	а
J Ру dxa + J Му dap = j М da,
X}	Фо	“о
(3.48)

102
ПЛАНЕТОХОДЫ
где ха = a cos a cos Р; а —длина рычага 4\ а —угол между
рычагом 4 и горизонтальной плоскостью; р — угол между рыча¬
гом 4 и вертикальной плоскостью; ср —угол между плоскостью
колеса и вертикальной плоскостью.
Обозначим	М	=	dHJda.	(3.49)
После соответствующих подстановок и преобразований с учетом
необходимого требования М = 0 уравнение (3.48) примет вид
Руа (cos a cos р — cos а0 cos ро) + Му (<р — ср0) = Fa — Fao = 0. (3.50)
Исходное положение механизма, обеспечивающее М = 0,
наиболее оптимально соответствует положению ОАВОъ где па¬
раллельность осей рычагов 4 и 6 обеспечивает равновесное состоя¬
ние	механизма под	действием	силы Ру.
Если новое положение механизма при повороте рычага 4 на
углы аир соответствует положению 0Л1В101, то из условия
ОгВ = 01В1 и уравнения (3.50) с учетом того, что а0 = 0 и ро =0,
после соответствующих преобразований и подстановок имеем
а! с —Ыг = 1 + Д,	(3.51)
где	Д	= -^(1 -cosoccosp) sina — ~ +
I , , / о2 а2с	\ (1 — cos a	cos Р)2 1	a sin2 a sin2 ($
+ 1 "г" V г2 ~ r3	)	6	J ~ 2c (1-cos a cos P) ’
b	= AB\ с—длина	рычага 6.
Запишем уравнение (3.51), выражающее соотношение длин
звеньев элементов подвески, в виде
а/с — Ыг = 1 + б,	(3.53)
где б — любое вещественное число.
Значения функции (Fa — Fao), определяемой принятым до¬
пущением Д = б, будет равно разности ее значений при г, опре¬
деленному по формуле (3.51) и (3.53). Тогда из уравнений (3.50),
(3.51) и (3.53), учитывая, что а0 = 0 и р„ =0, имеем
Fa MuFa° =* ~Г (1 ~ cos a cos ^ (A ~	(3‘54)
Продифференцировав это выражение и учтя выражение (3.49)
и необходимое условие М = 0, получим
(Д — б) sin (a + р) + (1 —cos a cos p) (dk/d<% + dA/dP) = 0.
(3.55)

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЁЛЙ
103
Mill
БМ
тд
Рис. 3.27. Принци¬
пиальная схема совме¬
щенного привода колес¬
но-шагающего движи¬
теля
Решая совместно уравнения (3.52), (3.53) и (3.55) и подстав¬
ляя несколько значений аир, лежащих в рабочей области рыча¬
гов механизма шагания, определяем соотношения основных
звеньев колесно-шагающего механизма, при которых обеспечи¬
вается минимальное боковое скольжение колес относительно
грунта при их перемещениях. Синтез подобных механизмов шага¬
ния приводит к общей закономерности, где всегда а > Ь.
3.3.5.	Некоторые методы синтеза колесно-шагающих движи¬
телей с прерывным движением. Методы синтеза колесно-шагаю¬
щих движителей с прерывным движением определяются некото¬
рыми особенностями проектирования привода шагания и враще¬
ния колеса. Рассмотрим несколько вариантов возможных схем
привода такого движителя.
Раздельная схема привода предполагает наличие раздельных
индивидуальных приводов вращения и шагания колес. Принци¬
пиальная схема привода аналогична несвязанной схеме для не¬
прерывного колесно-шагающего движителя (см. рис. 3.22). При
использовании этой схемы этап переноса колеса осуществляется
при одновременном включении приводов шагания и вращения
колеса. Параметры взаимодействия колес с грунтом определяются
соответствующим выбором соотношения скоростей шагания и вра¬
щения колеса [см. уравнение (3.32)]. При включении только
привода шагания всех колес осуществляется этап переноса кор¬
пуса [см. уравнение (3.33)]. При включении только привода
вращения всех колес осуществляется обычный колесный режим.
Совмещенная схема привода. На рис. 3.27 представлена прин¬
ципиальная схема совмещенного привода колесно-шагающего
движителя. Сущность этой схемы заключается в том, что шагание
и вращение колеса производятся от одного тягового двигателя
(ТД) через блокирующий механизм (БМ), предназначенный для
обеспечения необходимой кинематики движения во всех режимах

104
Планетоходы
Рис. 3.28. Кинематическая схема колесно-шагаю¬
щего механизма с жесткой блокировкой:
1 — колесо; 2 — рычаг шагания; 3 — корпус машины;
4 — выходной вал тягового привода; 5 — редуктор; 6 —
центральный диск муфты блокирующего механизма;
7 — полумуфта шагающего режима; 8 — полумуфта
колесного режима
работы движителя. В соответствии с функциональным назначе¬
нием следует отличать блокирующие механизмы, которые обеспе¬
чивают жесткую блокировку между приводами шагания и враще¬
ния колеса на этапе переноса колеса (т. е. соотношение между
о)ш и со" (3.32) сохраняется либо постоянным, либо изменяется по
определьному закону), и механизмы, которые обеспечивают ча¬
стичную блокировку между приводами шагания и вращения колес
в зависимости от внешних условий передвижения.
На рис. 3.28 в качестве примера представлена схема колесно¬
шагающего механизма движителя с жесткой блокировкой привода
шагания и вращения колес [31 ].
Движение в колесном режиме осуществляется при блокировке
центрального диска 6 и полумуфты 8 в таком положении, когда
геометрическая ось колеса 1 совпадает с осью вращения рычага 2
в корпусе 3. В этом случае при вращении вала 4 тягового привода
ходовое колесо 1 начинает вращаться совместно с рычагом 2 как
единое целое, обеспечивая передвижение в обычном колесном
режиме.
Движение в колесно-шагающем режиме осуществляется при
блокировке центрального диска 6 и полумуфты 7 в таком поло¬
жении, когда рычаг 2 перпендикулярен продольной плоскости
транспортного средства, а геометрическая ось ходового колеса 1
совпадает с осью вращения рычага 2 в корпусе 3. В этом случае
при вращении вала 4 колесо 1 и рычаг 2 вращаются с угловыми
скоростями, равными по величине, но противоположными по знаку,
а геометрическая ось колеса 1 совершает прямолинейные возвратно¬
поступательные перемещения (для случая, когда передаточное
отношение редуктора 5 равно двум, а величина эксцентриситета
колеса равна длине рычага 2).
Для этапа переноса соотношения параметров определяются
по зависимости г (1 —s6) + 21 sin Р = 0, где I — длина рычага 2\

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
105
Р —угол между осью рычага 2 и горизонтальной плоскостью.
Как следует из этого выражения, на этапе переноса колесо пере¬
мещается с переменным буксованием в зависимости от положения
механизма шагания (угол Р).
Задаваясь допустимым значением коэффициента буксования s6,
из этого выражения можно определить рабочий диапазон изме¬
нения угла Р для этапа отталкивания. При этом величина г вы¬
бирается близкой к 21. В общем случае для этапа переноса 180° <
< р < 360°.
Остальной диапазон изменения Р относится к этапу отталки¬
вания, при котором теоретическая скорость корпуса машины
определяется по зависимости VK = сол (г + 21 sin Р).
Таким образом, для рассматриваемого механизма в колесно¬
шагающем режиме колесо вращается с постоянной угловой ско¬
ростью на всех этапах перемещений, а необходимая кинематика
движения достигается за счет изменения скорости шагания.
Наряду с конструктивной простотой рассматриваемый меха¬
низм имеет и недостатки. Так, на этапе отталкивания колеса не
неподвижны, а приведены во вращение и, кроме того, для дви¬
жителя данной схемы существуют определенные ограничения при
переходе с колесного режима на колесно-шагающий, так как
требуется установка всех колесно-шагающих механизмов движи¬
теля в однозначное положение.
На рис. 3.29 представлена кинематическая схема колесно¬
шагающего механизма с частичной блокировкой [41 ], работа¬
ющего следующим образом.
При включении тормоза 10 эпицикл блокирующего меха¬
низма 8 соединяется с корпусом тягового двигателя 4. В этом слу¬
чае вся мощность от выходного вала тягового двигателя 4 через
планетарный ряд блокирующего механизма и тяговый редуктор
привода вращения колеса, расположенный в обоих рычагах ме¬
ханизма шагания, передается к колесу. Движитель работает
в колесном режиме. Тормоз 9 при этом выключен.
Для осуществления этапа переноса колеса при работе движи¬
теля в колесно-шагающем режиме выключаются оба тормоза 9
и 10. Между эпициклом и водилом блокирующего механизма 8
и, следовательно, между соединенными с этими звеньями рыча¬
гом 1 механизма шагания и колесом 6 устанавливается диффе¬
ренциальная связь так, что вращается и первый рычаг, и колесо.
Колесо перемещается как ведущее от момента на колесе и толкае¬
мое от силы на конце второго рычага, причем, чем больше сила

106
ПЛАНЕТОХОДЫ
5 4	1	3	9	8	10	11	12	2	12	6
Рис. 3.29. Кинематиче¬
ская схема колесно-шага¬
ющего механизма с ча¬
стичной блокировкой:
1 — первый рычаг меха¬
низма шагания; 2 — вто¬
рой рычаг механизма ша¬
гания; 3 — стакан; 4 —
корпус тягового двигате¬
ля; 5 — корпус машины;
6 — ступица колеса; 7 —
суммирующий редуктор вра¬
щения рычагов механизма
шагания; 8 — планетарная
передача блокирующего
механизма; 9 — тормоз ша¬
гающего режима; 10 — тор¬
моз колесного режима; И —
редуктор привода шагания;
12 — редуктор привода вра¬
щения колеса
сопротивления качению, тем больше момент на колесе и тем больше
толкающая сила. При вращении рычага У, благодаря кинемати¬
ческим связям суммирующего редуктора 7 с передаточным отно¬
шением равным двум, и для случая, когда плечи обоих ры¬
чагов механизма шагания равны, ось колеса совершает прямо¬
линейные перемещения относительно корпуса транспортного
средства.
Для осуществления этапа отталкивания при работе движи¬
теля в колесно-шагающем режиме тормоз 10выключается, а 9 вклю¬
чается. Водило блокирующего механизма и, следовательно, вход¬
ной вал тягового редуктора 12 привода вращения колеса оказы¬
ваются соединенными с корпусом тягового двигателя 4, т. е.
неподвижно. Вся мощность двигателя 4 через блокирующий меха¬
низм и тяговый редуктор привода шагания передается на враще¬
ние рычагов, что вызывает перемещение корпуса 5 транспортного
средства относительно оси колеса.
Торможение колесно-шагающего движителя осуществляется
одновременным включением тормозов 9 и 10.

СПОСОБЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ДВИЖИТЕЛИ
107
Основное уравнение кинематических связей звеньев колесно¬
шагающего механизма движителя записывается в виде
®дв = (1 — k) «2«1®к + ®ш 1Ьиш — (\—k) (2их — «^2— 1 )], (3.56)
где (одв — угловая скорость ведущего вала тягового двигателя 4\
k — внутреннее передаточное отношение планетарного ряда бло¬
кирующего механизма; иг и и2—передаточные отношения ча¬
стей редуктора тягового привода вращения колеса, располо¬
женных соответственно в первом и втором рычагах механизма
шагания; сок —угловая скорость колеса; сош —угловая скорость
первого рычага механизма шагания; иш—передаточное отно¬
шение редуктора механизма шагания.
Связь кинематических параметров звеньев блокирующего
механизма определяется зависимостью
®дв =	+ ®12 (! — k),	(3.57)
где со12 — угловая скорость входного вала редуктора 12 привода
вращения колеса.
При осуществлении этапа отталкивания, учитывая, что звенья
тягового редуктора привода вращения колеса при вращении
рычагов совершают планетарные перемещения, состояние колеса
на этом этапе будет зависеть от выбора передаточных отношений
частей редуктора привода вращения колеса, расположенных в ры¬
чагах механизма шагания. Учитывая, что при включенном тор¬
мозе 9 со12 = 0, условие неподвижности колеса на этапе оттал¬
кивания (о)к = 0) из уравнений (3.56) и (3.57) запишется в виде
1 4“ UiU2 —2Ui =0.	(3.58)
При достаточно большом иг можно считать и2 = 2.
Теоретическая средняя скорость передвижения в колесно¬
шагающем режиме при SK = 1г + 12 и соблюдении условия (3.58)
определится по зависимости
у _ 	^дв (/j 4~ ^2) г
к* ср Г (п0 + 1) nkum + п0 (1± + /2) (1 — к) ихи2 9
где и /2 —длины рычагов 1 и 2.
В заключение отметим, что рассмотренные схемы движителей
всего лишь примеры возможных вариантов. Они раскрывают сущ¬
ность подхода в конструкторском поиске оптимальных схем дви¬
жителей. Могут быть другие варианты, причем и более совершен¬
ные. Возможности по увеличению эффективности передвижения,
заложенные в колесно-шагающем движителе, должны быть ис¬
пользованы в соответствии с условиями и целью передвижения.

4 ОСОБЕННОСТИ
КОНСТРУИРОВАНИЯ УЗЛОВ
И СИСТЕМ ПЛАНЕТОХОДОВ
Планетоходы являются транспортными сред¬
ствами, и поэтому наибольший интерес представляют конструиро¬
вание и характеристики узлов и систем, обеспечивающих движе¬
ние. Иногда совокупность этих узлов и систем объединяют поня¬
тием самоходное шасси. В состав самоходного шасси обычно
включают: ходовую часть, состоящую из движителя и подвески,
трансмиссию, тормозную систему, бортовую энергетическую уста¬
новку, органы и блоки управления движением, механизмы сочле¬
нения секций и другие механизмы, а также несущую конструкцию,
на которой устанавливаются перечисленные узлы. Первым эта¬
пом их проектирования является выработка технических требова¬
ний, вытекающих из задач космической экспедиции. Параллельно
с уточнением и детализацией этих требований проводится проект¬
ный поиск схемных решений и предварительный расчет основных
характеристик будущей конструкции.
В транспортном машиностроении накоплен огромный опыт
проектирования самоходных шасси наземных средств передви¬
жения. Однако он не всегда может быть использован в полной
мере. Поэтому ниже основное внимание уделяется тем техниче¬
ским решениям и конструкциям, которые были специально раз¬
работаны применительно к условиям эксплуатации планетохо¬
дов. Наиболее подробно рассмотрены конструкции металлических
колес планетоходов, электромеханическая трансмиссия, вклю¬
чая систему ее регулирования, встроенный привод перспектив¬
ного колесно-шагающего движителя, сведения о котором в ли¬
тературе крайне ограничены.
4.1.	Особенности схем несущей
конструкции
Несущая конструкция служит для установки и
крепления механизмов, агрегатов и узлов планетохода. Общим
требованием к ней является простота монтажа и демонтажа уста¬
навливаемых на ней устройств. Кроме того, в ряде случаев могут
предъявляться требования высокой жесткости и неизменности

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
109
относительного положения установленных механизмов или аппа¬
ратуры.
По типу несущего элемента конструкция может быть рамной
(LRV) или с несущим корпусом («Луноход»). По традиционному
для автомобилей подходу рама включается в состав шасси, а не¬
сущий корпус, например у легковых автомобилей, автобусов,
в состав шасси не включается. В этом случае под термином шасси
следует понимать всю совокупность агрегатов и систем плането¬
хода, собранных на основании корпуса.
Рамная конструкция обладает меньшей жесткостью, однако
целесообразность ее применения может быть оправдана как це¬
левым назначением планетохода, так и способом его доставки,
а кроме того, простотой конструкции и снижением металлоемкости.
Применение корпусной несущей конструкции оправдано, если на
планетоходе необходимо установить герметичную кабину или
контейнер с габаритами, соизмеримыми с габаритами машины.
На «Луноходе-1» и «Луноходе-2» несущим элементом являлся
контейнер в форме вертикального усеченного конуса. Герметич¬
ные кабины обитаемых планетоходов могут иметь различные
формы. Помимо функции несущей конструкции, они могут быть
предназначены для тепловой и метеорной защиты экипажа и аппа¬
ратуры, защиты от солнечной радиации, размещения пультов
управления, рабочих мест и мест экипажа, размещения систем
жизнеобеспечения с расходуемым запасом воды, пищи, кисло¬
рода и т. д.
По наличию шарниров в несущих конструкциях они могут
разделяться на односекционные (бесшарнирные), односекционные
с ломающейся рамой (с горизонтальным поперечным шарниром),
двухсекционные (с одним вертикальным шарниром), трехсекцион¬
ные (с двумя вертикальными шарнирами), многосекционные
(более чем с двумя вертикальными шарнирами).
Применение сочлененных вариантов машины с введением еще
одной степени свободы за счет установки между секциями про¬
дольного шарнира позволяет существенно или полностью разгру¬
зить несущую конструкцию от скручивающих моментов [109].
Это приводит не только к снижению массы несущей конструкции,
но и к повышению надежности всего планетохода.
К преимуществам сочлененных машин следует отнести: более
равномерную загрузку тяговых элементов движителя; возмож¬
ность упрощения и даже исключения подвески; упрощение кон¬
структивно-компоновочной схемы планетохода за счет исключе¬
ния рулевой трапеции и поворотных колес; большие возможности

110
ПЛАНЕТОХОДЫ
по унификации и агрегатированию; увеличение профильной и
опорно-тяговой проходимости.
К недостатку сочлененных машин следует отнести снижение
запаса устойчивости к опрокидыванию вследствие уменьшения
ширины опорного контура при складывании секции. Особое
значение это приобретает для случаев разворота на косогорах.
Другим недостатком является ограничение компоновочных воз¬
можностей из-за необходимости размещения элементов конструк¬
ции на разных секциях. В частности, габариты кабины для раз¬
мещения экипажа ограничены габаритами одной из секций.
Применение односекционного планетохода с ломающейся ра¬
мой дает определенные преимущества по профильной проходи¬
мости [140]. Подобная конструкция позволяет машине преодоле¬
вать выступающие препятствия с крутым передним фронтом, по
размерам намного превышающие диаметр колеса, правда ценой
усложнения конструкции.
4.2.	Движитель
4.2.1.	Колесный движитель. Конструкция колеса
«Лунохода» приведена на рис. 4.1. Колесо представляет собой
достаточно жесткую конструкцию. Его обод образован тремя ти¬
тановыми обручами, соединенными между собой с помощью грун-
тозацепов, изготовленных также из титанового сплава. Крайние
обручи имеют несколько меньший диаметр, чем средний. Таким
образом, на твердом основании обод колеса имеет практически
точечный контакт. Однако на мягких грунтах в формировании
колеи участвуют и периферийные поверхности обода благодаря
деформации грунта под средним обручем. Каждый обод соединен
стальными велосипедными спицами с двумя поясками, выполнен¬
ными на ступице, изготовленной из алюминиевого сплава. Наруж¬
ная поверхность обручей обшита стальной сеткой. Крепление
грунтозацепов к обручам осуществляется титановыми заклеп¬
ками. Диаметр колеса (по грунтозацепам) составляет 0,51 м,
ширина обода — 0,2 м [123].
Конструкция колеса соответствовала требованиям, предъяв¬
ляемым к движителю для случаев прямолинейного движения
и бортового поворота, когда колеса проскальзывают в направле¬
нии своей оси (поперечном направлении). Благодаря отсутствию
диска, соединяющего обод и ступицу колеса, обеспечивается
свободное перетекание грунта по внутренней поверхности обручей
и сетки. Не создают больших сопротивлений сдвигу грунта в по-

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
111
Рис. 4.2. Колесо лунохода LPV
Рис. 4.4. Металлоупругое колесо с ароч¬
ными ленточными пружинами

112
ПЛАНЕТОХОДЫ
перечном направлении и тонкие грунтозацепы, закрепленные на
обручах под углом примерно 20° к поперечной оси машины. На¬
личие свободного пространства во внутренней полости колеса,
отсутствие каких-либо замкнутых объемов способствуют хоро¬
шему очищению обода от грунта даже при его большом буксова¬
нии, когда глубина колеи увеличивается.
При минимальной массе и ажурности конструкции колесо
выдерживает удар в случае наезда на непреодолимое препятствие,
когда радиальное усилие достигает 4000 Н. Однако при увеличе¬
нии скорости движения энергоемкость колес с жестким ободом
оказывается недостаточной для поглощения энергии удара. Воз¬
можными направлениями решения задачи поглощения энергии
удара являются применение механизмов внутреннего подрессо-
ривания жесткого обода либо упругой шины по типу колеса LRV
(рис. 4.2). С целью увеличения опорно-тяговой проходимости эти
колеса выполнены с упругодеформируемыми тороидальными ши¬
нами, изготовленными из металлической сетки с ячейками ква¬
дратной формы [95]. Сетка изготовлена из стальной проволоки
диаметром 0,84 мм с цинковым покрытием для увеличения корро¬
зионной стойкости при хранении и транспортировании на Земле.
В свободном состоянии колесо имеет диаметр около 0,8 м. При
статической нагрузке на колесо, примерно равной 28даН, шина
прогибается на 75 мм. При динамической нагрузке шина проги¬
бается до внутреннего кольцевого упора, исключающего воз¬
можность пластической деформации сетчатой шины. Кольцевой
упор связан с колесным диском кольцевыми ленточными пру¬
жинами из титана. Кольцевые пружины установлены в радиаль¬
ном направлении поперек продольной плоскости колеса. На бе¬
говой поверхности шины установлены титановые полосы, шар¬
нирно связанные друг с другом. Полосы установлены елочкой под
углом 90° друг к другу и занимают более 50 % опорной поверх¬
ности. Их назначение — защита проволочной сетки от истира¬
ния. Кроме этого, в какой-то мере они играют роль грунтозацепов,
улучшающих тяговые возможности колеса. Предполагается, что
колесо остается работоспособным при выходе из строя до 10 %
проволочных элементов. Колесо рассчитано на пробег 120 км.
Испытания на прочность показали, что допускается наезд на камни
диаметром до 0,3 м при скорости 14 км/ч без разрушения колеса.
Главным требованием к конструкции колеса планетохода с вну¬
тренним подрессориванием является минимальная масса меха¬
низма подрессоривания при обеспечении заданной энергоем¬
кости. Механизм должен быть надежен в работе и не требовдть

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
ИЗ
технического обслуживания при эксплуатации, для повышения
показателей плавности хода его упругая характеристика должна
быть нелинейной: с увеличением прогиба жесткость должна
увеличиваться.
Перечисленным требованиям в некоторой степени удовлетво¬
ряет известный механизм подрессоривания, содержащий ряд
спиц, выполненных в виде цилиндрических пружин растяжения,
расположенных между ступицей и ободом колеса. Однако в этом
случае одновременно работают не более 40 ... 50 % пружин, что
снижает эффективность конструкции.
В большей степени перечисленным требованиям удовлетво¬
ряет схема колеса, показанная на рис. 4.3. Механизм подрессо¬
ривания состоит из нескольких пар цилиндрических винтовых
пружин растяжения, расположенных вдоль оси колеса. Пружины
связывают фланцы ступицы и промежуточное кольцо, которое
может быть жестко соединено спицами или диском с жестким
ободом, представляя единый узел, подвижный относительно
ступицы. Заделка концов пружины во фланцах ступицы и про¬
межуточном кольце осуществляется с помощью шаровых опор,
что обеспечивает нормальные условия работы пружин [20].
При перемещении обода под действием радиальной силы, при¬
ложенной в любой его точке, работают все пружины. Регулирова¬
ние упругой характеристики может осуществляться изменением
не только жесткости пружин, т. е. их заменой, но и их количе¬
ства, а также величины предварительного усилия растяжения.
Испытания макета колеса при одновременном нагружении ра¬
диальной, окружной и осевой силами показали его работоспособ¬
ность. Механизм подрессоривания такого колеса обеспечивает
необходимую энергоемкость и может быть выполнен в приемлемых
габаритах. Наличие дополнительных элементов, не участвующих
в организации беговой дорожки, таких как промежуточное кольцо,
пружины, увеличивает, однако, массу колеса.
Очевидно, что минимальная масса колеса может быть полу¬
чена в том случае, когда пружины будут являться элементами
обода колеса. Фактически в этом случае организуется упругая
металлическая шина. Параметры упругой характеристики такой
шины могут варьироваться изменением толщины проволоки
сетки и размерами ее ячейки. Однако сетчатая шина не позволяет
организовать на наружной поверхности достаточно развитые
грунтозацепы.
Другим недостатком сетчатой шины является сравнительно
невысокая жесткость в осевом направлении, что в случае борто¬

114
ПЛАНЕТОХОДЫ
вого поворота приводит к уводам беговой дорожки. Это явление
может быть сравнимо с движением автомобиля при недостаточном
давлении внутри шины. Поэтому к металлоупругому колесу
предъявляется требование обеспечения высокой боковой жест¬
кости, которая была бы достаточной для сохранения формы ко¬
леса при бортовом повороте.
Металлоупругое колесо с арочными ленточными пружинами,
изображенное на рис. 4.4, в значительной степени удовлетворяет
этому требованию. Колесо состоит из сравнительно жесткой и
упругой частей. Упругая часть колеса собрана из ленточных
пружин, соединенных упругими обручами, и имеет в поперечном
сечении форму арки. Достаточно высокие тягово-сцепные свой¬
ства колеса на различных грунтах обеспечиваются упругой ме¬
таллической сеткой, обтягивающей ленточные пружины, и грун-
тозацепами [19]. Жесткая часть колеса состоит из двух внутрен¬
них ободов, соединенных пространственным набором спиц со сту¬
пицей колеса. Попадание во внутренний объем шины частиц
грунта с размерами, превышающими размеры ячейки сетки,
исключается.
Применение упругой металлической сетки предоставляет не¬
которые возможности для формирования заданного профиля бе¬
говой дорожки. В частности, возможна организация металличе¬
ской шины, напоминающей в поперечном сечении двухскатную
автомобильную шину (рис. 4.5). Причем в этом случае в централь¬
ной части профиля могут быть установлены грунтозацепы, вступа¬
ющие в работу при определенном прогибе упругой части шины [47 ].
Что касается совершенствования конструкции колеса в на¬
правлении увеличения его тягово-сцепных качеств, то наиболее
простыми и широко распространенными приемами могут считаться
увеличение ширины и эффективного радиуса колеса.
Среди колес с увеличенным эффективным радиусом можно
отметить колесо планетохода по проекту фирмы «Bendix» (рис. 4.6)
[188]. Внешняя опорная поверхность колеса выполнена из упру¬
гой металлической ленты, связанной с диском колеса набором
малых металлических колец, установленных в шахматном порядке.
К недостаткам такой конструкции следует отнести невозмож¬
ность обеспечения защиты от расклинки грунтом участков малых
колец, контактирующих с внешней упругой лентой, в местах
их крепления. Постоянное попадание грунта ведет к поломкам
малых колец.
Колесо планетохода фирмы «Grumman Aircraft», также пока¬
завшее высокие тягово-сцепные качества, имеет форму колокола

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
115
4
Рис. 4.5. Схема металлоупругого колеса:
1 — ступица; 2 — спица; 3 — жесткий обод; 4 — ме¬
таллическая сетчатая шина; 5 — упругий буфер; 6 —
бандаж; 7 — грунтозацепы
Рис. 4.6. Металлоупругое колесо фирмы «Bendix»
или половины яйца. Выполнено из стеклотекстолита переменной
толщины. К недостаткам конструкции относятся сложность
технологии изготовления, низкие показатели усталостной
прочности пластических материалов и громоздкость [188].
Известны колеса [33, 26], эффективный радиус которых может
быть увеличен за счет деформации упругого обода посредством
различного рода механизмов. На рис. 4.7 представлены схемы
четырех вариантов колес. Колесо а состоит из упругого металли¬
ческого обода и ступицы, связанных друг с другом двухзвенными
цепями. Одно из звеньев представляет собой двуплечий рычаг
с роликом на свободном конце, опирающийся на кулак, профиль
которого задает форму колеса. Положительным качеством колеса
является возможность сглаживания пиков ударных нагрузок
в продольном направлении, например в случае наезда на высту¬
пающее препятствие. Недостаток конструкции заключается в слож¬
ности колеса: наличии высших кинематических пар, требующих
герметизации.
Колеса г и е в свободном, без нагрузки, состоянии имеют круг¬
лую форму. Под действием нагрузки на ось колеса обод деформи-

116
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.7. Схемы колес с увеличенным эффективным радиусом кривизны в зоне
контакта с грунтом с различными устройствами формирования обода:
а — с рычажно-кулачковым механизмом и односторонним кулачком; б — с рычажно-
кулачковым механизмом и двусторонним кулачком; в — с гидростатической передачей;
г — с рычажным механизмом
руется. При этом симметрично установленные рычажные меха¬
низмы или гидрообъемные передачи, связывающие обод со ступи¬
цей, трансформируют вертикальные деформации в продольные,
вследствие чего колесо принимает форму, близкую с эллиптиче¬
ской. Радиус кривизны в зоне пятна контакта может быть выпол¬
нен равным и даже превышать диаметр колеса в свободном поло¬
жении. Колеса могут выполнять функцию упругого элемента
подвески и демпфера продольных ударных нагрузок. В сравнении
с предыдущим вариантом они имеют более простое устройство.
Колесо б отличается от колеса а тем, что ролики устанавливаются
в направляющем профилированном пазу. Наличие этого паза
лишает рычажные механизмы колеса, связывающие ступицу и
обод, одной степени свободы. В результате этого независимо

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
117
от действующей на колесо нагрузки рычаги и связанный с ними
обод движутся при вращении ступицы по строго определенной
траектории.
Одной из главных причин сложности проектирования всех
рассмотренных выше конструкций является то, что в настоящее
время практически отсутствуют методики предварительного рас¬
чета их основных характеристик. Даже прочностные расчеты
металлических колес с пространственными связями несущих эле¬
ментов могут быть выполнены только при значительных допуще¬
ниях. Что касается упругих характеристик колес, в частности
с упругой металлосетчатой шиной, то с необходимой точностью
они могут быть определены только экспериментальным путем.
Весьма затруднительна также расчетная оценка характеристик
взаимодействия колес с грунтом, даже если физико-механиче¬
ские свойства последнего хорошо изучены.
В этих условиях возрастает значение макетирования колес,
а их испытания чаще являются не заключительной стадией,
а промежуточным этапом проектирования. Главные задачи стен¬
довых испытаний заключаются в определении радиальной, осевой
и тангенциальной жесткостей колес, их энергоемкости при удар¬
ных взаимодействиях с препятствиями, а также зависимостей
коэффициента сцепления колеса ср, коэффициентов сопротивления
его качению / и боковому сдвигу р от величины его относитель¬
ного скольжения в продольном s и поперечном направлениях.
О величине поперечного (бокового) скольжения можно судить
по углу у, составленному вектором поступательной скорости
колеса и его проекцией на плоскость вращения колеса.
Упругие характеристики, а также прочность колес опреде¬
ляются на стендах статического нагружения, энергоемкость
можно оценить на динамических стендах типа маятниковых коп¬
ров. Характеристики вида ф (s, у); f (s, у); р (s, у) определяются
при испытаниях колес в грунтовых каналах. Они могут быть
использованы для оптимизации конструктивных параметров ко¬
леса, прогнозирования опорной проходимости планетохода,
а также математического моделирования его движения с учетом
свойств грунта [73].
Некоторые из перечисленных функций приведены на рис. 4.8.
Тягово-сцепные свойства определялись при нормальных условиях
на сухом кварцевом песке. Методика определения этих свойств
изложена в гл. 7.
4.2.2.	О гусеничном и колесно-гусеничном движителях. Среди
схем, которые применительно к планетоходам позволяют устра-

ш
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.8. Упругие (а) и тя¬
гово-сцепные (б) характе¬
ристики колес на сухом
песке:
 колесо с арочными
ленточными пружинами
диаметром 0,75 м; — — —
«двухскатное» колесо диа¬
метром 0.62 м; 1 — в ра¬
диальном; 2 — в осевом
направлении
Рис. 4.9. Схема петлевого
хд			 движител я и изменение
формы петли при дефор-
мации
нить некоторые недостатки традиционных конструкций гусенич¬
ных движителей при сохранении их основных достоинств, следует
отметить так называемый петлевой движитель. Схемы располо¬
жения элементов этого движителя представлены на рис. 4.9.
Основу движителя составляет эластичное кольцо из ленты двой¬
ной кривизны. Посредством двух колес (ведущего и нагрузоч¬
ного), подвешенных на раме, кольцу придается форма вытянутой
петли, нижняя ветвь которой является опорной. Ведущие и на¬
грузочные колеса попарно подвешены на общем рычаге подвески,
дополнительно связанном с рамой через амортизирующее устрой¬
ство. Одно из ведущих колес может быть заменено на направ¬
ляющее. Помимо равномерного распределения нагрузки на грунт
эластичная петля выполняет роль упругого элемента подвески
планетохода. Зона контакта ведущего и направляющего колес

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
119
с упругой лентой значительно уменьшена по длине, поскольку
радиусы кривизны ленты и колеса не совпадают. Это уменьшает
опасность расклинки движителя грунтом. На решение этой же
задачи направлено и размещение зоны контакта на верхней ветви
петли, попадание грунта на которую маловероятно [156, 198].
Как и обычный гусеничный, колесно-гусеничный движитель
типа «Аэрол» имеет ведущее и направляющее колеса, связанные
звенчатой цепью. Однако в отличие от него опорными элементами
являются не траки, а катки или колеса, оси которых закреплены
на звенчатой цепи. Корпус опирается непосредственно на опорные
колеса нижней ветви цепи. При вращении ведущего колеса цепи
перемещают установленные на них опорные колеса относительно
корпуса. Под действием нормальной нагрузки опорные колеса
нижней ветви цепи прижимаются к грунту. В соответствии с ки¬
нематикой качения колеса корпус, опирающийся на верхние уча¬
стки колес, движется в сторону перемещения центров колес
с удвоенной скоростью (рис. 4.10). При движении машины по
слабонесущим грунтам колеса погружаются в грунт. Вследствие
увеличения сопротивления качению их вращение прекращается.
Колеса в этом случае выполняют роль траков. Звенчатая цепь
превращается в обычную гусеницу. Корпус опирается на колеса
нижней ветви, скользя по ним [4].
Сравнивая работу рассматриваемого колесно-гусеничного дви¬
жителя в режиме скольжения корпуса по каткам с колесным или
гусеничным, следует отметить, что запас силы тяги по сцеплению
у него выше. Это следует из того, что колеса могут погружаться
на любую глубину без ущерба для машины и тем самым подклю¬
чать большие массы грунта, которые нужно сдвигать по поверх¬
ностям значительных размеров. Вследствие того, что при этом
образуется не колея, а лишь лунки под колесами, доля сопротив¬
ления движению также уменьшена. Вместе с тем потери энергии
^кол ^гус
Рис. 4.10. Кинематиче¬
ская схема колесно-гусе¬
ничного движителя типа
«Аэрол» (а) и планы скоро¬
стей, в колесном (б) и гу¬
сеничном (в) режимах
работу
гЩЩ:
ШШШШ.
а)
б) в)

120
ПЛАНЕТОХОДЫ
внутри движителя больше, нежели у колесного или гусеничного
из-за значительного трения корпуса о поверхности колес. Сниже¬
ние коэффициента трения скольжения в то же время нецелесооб¬
разно, так как его величина лимитирует максимальное значение
тяги при работе в режиме качения колес по недеформируемым
поверхностям.
Недостатками этого движителя являются также большие за¬
траты энергии на перемещение в гусеничном режиме, громоздкость
и сложность обеспечения плавности хода из-за отсутствия эластич¬
ной подвески и амортизаторов.
Еще одним направлением совершенствования гусеничного
движителя является создание комбинированного движителя, сов¬
мещающего свойства гусеничного движителя и некруглого ко¬
леса [1531. Положительные его качества заключаются в возмож¬
ности увеличения силы тяги в режиме качения за счет значитель¬
ного заглубления на слабонесущих грунтах вершин треугольных
колес. Однако в отличие от традиционных схем гусеничных дви¬
жителей конструктивные особенности рассматриваемого движи¬
теля позволяют выполнить его опорную поверхность существенно
меньше габаритной длины машины.
4.3.	Подвеска
К подвеске планетохода, так же как и подвеске
наземных машин, относятся узлы и детали, соединяющие оси
колес с несущей конструкцией — рамой или корпусом. В общем
случае подвеска включает направляющие механизмы, упругие
элементы и амортизаторы.
Несмотря на многообразие отработанных конструкций узлов
подвески наземных транспортных машин [74, 159], проектирова¬
ние подвески планетоходов имеет свои особенности, зачастую
исключающие возможность использования апробированных ре¬
шений.
Подвеска планетохода должна не только обеспечивать необ¬
ходимую плавность хода, но и наилучшим образом приспособлена
к движению по препятствиям различного типа. Последняя задача
возникает, в первую очередь, для многоопорных транспортных
средств, например с колесными формулами 6x6, 8x8, движу¬
щимися со сравнительно невысокими скоростями.
О совершенстве подвески с позиций ее приспосабливаемое™
и проходимости транспортного средства можно судить по нали¬
чию контакта каждого колеса с грунтом при движении с малой
скоростью по неровностям рельефа. При этом колебания непод-

Конструирование узлов и систем
121
рессоренных масс могут быть пренебрежимо малы, так что отрыв
колеса по этой причине нереален. Известно, что указанному
требованию в наибольшей мере соответствуют индивидуальные
независимые подвески колес. Причем жесткость подвесок отдель¬
ных колес по длине планетохода может отличаться по своему
численному значению. Так, жесткость подвесок средних колес
целесообразно выбирать меньше, чем крайних. Это благоприятно
отражается на процессе преодоления одиночного препятствия, не
позволяя планетоходу «вывешиваться» на средних колесах.
Однако желательно обеспечить не просто постоянный контакт
колес с грунтом во всех фазах преодоления препятствия, но и
примерное равенство нормальных реакций грунта, действующих
на колеса. Для планетохода с мотор-колесами это способствует
работе двигателей в оптимальных режимах. Следовательно, в опре¬
деленных ситуациях полезно наличие связей между подвесками
отдельных колес, обеспечивающих рациональное перераспреде¬
ление нормальных реакций. Так, на затяжном подъеме такие
связи должны обеспечивать увеличение нагрузки передних колес
за счет некоторой разгрузки кормовых.
Поскольку высота одиночных препятствий, которые может пре¬
одолеть планетоход, определяется главным образом радиусом ко¬
леса, подвеска планетохода должна иметь достаточно большой ход,
соизмеримый с этим радиусом.
Существенное влияние на конструкцию подвески планетохода
может оказать требование конвертирования ходовой части, т. е.
ее компактной укладки внутри посадочного блока и развертыва¬
ния в рабочее положение. Причем в некоторых случаях конструк¬
тивные элементы подвески, в частности упругие элементы, шар¬
ниры, могут выполнять функции механизма конвертирования.
Совмещение функций снижает суммарную массу конструкции.
Подвеска планетохода должна быть проста по конструкции,
не требовать регулировки и обслуживания при эксплуатации.
Все ее узлы, и в первую очередь трущиеся пары, должны обес¬
печить нормальную работу при наличии пыли.
Схемы направляющих механизмов. В конструкциях «Луно¬
хода» и LRV нашли применение индивидуальные независимые
подвески с рычажными направляющими механизмами. Рычаги
подвесок «Лунохода» качаются в продольной (относительно кор¬
пуса) плоскости, a LRV — в поперечной (рис. 4.11 и 4.12)
[123, 95].
Каждая из схем рычажных механизмов имеет свои достоин¬
ства и недостатки. Выбор подвески с поперечным качанием ры¬

122
Планетоходы
чагов в конструкции LRV, по-видимому, в большой степени свя¬
зан с необходимостью конвертирования ходовой части. Использо¬
вание для этой цели шарниров подвески приводит к более компакт¬
ной укладке ходовой части в случае применения поперечных ры¬
чагов. Чтобы так же сложить ходовую часть с продольными ры¬
чагами, необходимы дополнительные шарниры, которые должны
обеспечивать возможность поворота только во время конверти¬
рования. В полете и рабочем положении шарниры выключаются.
Другим достоинством подвески с поперечным качанием рыча¬
гов может оказаться расположение торсионов вдоль корпуса пла¬
нетохода, так как при этом сами они и узлы их крепления к кор¬
пусу не ограничивают дорожный просвет.
Недостатком схемы с поперечным качанием рычагов является
некоторое изменение колеи планетохода при колебаниях подрес¬
соренной части. При подобном изменении могут возникать допол¬
нительные поперечные силы в местах контакта колес с грунтом.
Рычаги этой подвески должны выполняться предельно короткими,
что может ограничить ход под¬
вески.
Качание рычагов в продоль¬
ной плоскости приводит к незна¬
чительным изменениям базы, т. е.
2
1	2	3
5 6	2	7
Рис. 4.11. Схема индивидуальной не¬
зависимой подвески мотор-колеса с про¬
дольным качанием рычагов:
/ — корпус (рама); 2 — рычаг (балансир);
3 — реактивная тяга; 4 — реактивный ры¬
чаг; 5 — ступица колеса; 6 — опоры балан¬
сира; 7 — опоры заделки балансира; в —
упругий элемент; 9 — мотор-редуктор
Рис. 4.12. Схема индивидуаль¬
ной независимой подвески мо¬
тор-колеса с поперечным кача¬
нием рычагов:
1 — мотор-редуктор; 2 — шкво¬
рень; 3 — ступица колеса; 4 — ры¬
чаги; 5 — корпус (рама)

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
123
к перемещениям колес в направлении своего качения. При наличии
сцепления колеса с грунтом это приводит к ускорению или за¬
медлению вращения колеса и индивидуального привода в целом.
Выполнение направляющего механизма в виде рычажно-шар¬
нирного параллелограмма исключает загрузку упругого элемента
реактивным крутящим моментом, возникающим на корпусе мотор-
колеса при движении (см. рис. 4.11). Реактивная тяга работает
только на напряжения сжатия—растяжения. Весьма нагружен¬
ным рычагом является балансир, работающий на сжатие—растя¬
жение, а также изгиб и кручение [7].
Упругий элемент подвески является наиболее ответственным
ее узлом. В качестве упругих элементов подвески планетохода
наиболее целесообразным представляется применение пружин,
работающих на кручение, —торсионов. Они экономичны по массе,
не требуют ухода и при достаточной конструктивной и техноло¬
гической отработке надежны в работе. Недостаток этих элементов
заключается в сложности обеспечения нелинейной упругой харак¬
теристики.
Упругий элемент подвески «Лунохода» выполнен в виде трех¬
стержневого пучкового торсиона. Отсутствие центрального
стержня способствует уменьшению диаметрального габарита
пучка, что снижает вредное влияние напряжений изгиба в пери¬
ферийных стержнях. Заделка стержней в пучке осуществляется
с помощью соединительной шлицевой муфты, охватывающей
шестигранник, образованный головками стержней [123]. Воз¬
можны и более технологичные способы заделки стержней в соеди¬
нительной муфте, позволяющие заменить шестигранник окруж¬
ностью [29, 39]. Шлицы могут быть выполнены и непосредственно
на цилиндрических поверхностях головок, сопрягающихся между
собой плоскими гранями [8]. Это упрощает конструкцию, так
как позволяет отказаться от соединительной муфты. Схемы за¬
делок приведены на рис. 4.13.
Подвеска каждого колеса LRV снабжена двумя одностержне¬
выми торсионами, расположенными в верхней и нижней частях
рамы и соединяющимися соответственно с верхними и нижними
треугольными рычагами направляющего механизма.
Известны также другие конструкции торсионных упругих
элементов. Представляет интерес, в частности, кинематическая
связь упругих элементов подвесок соседних колес многоопорного
планетохода [16]. Такая связь исключает жесткие удары рычагов
подвески в ограничители хода при преодолении препятствий и
повышает надежность ее работы.

124
ПЛАНЕТОХОДЫ
'Г а)	1Т	6>
-И	1-^
А	Б
В)
I-
А г)
Рис. 4.13. Схемы заделки стержней пучкового торсиона:
а — с помощью соединительной муфты с внутренним многогранником; б — с помощью
соединительной муфты с внутренними отверстиями; в — с помощью стягивающего кольца
и соединительной муфты с внутренними отверстиями; г — без соединительной муфты;
1 — стержневой торсион; 2 — соединительная муфта; 3 — ограничительное кольцо;
4 — стягивающее кольцо
В качестве материала стержней, так же как и шлицевых муфт
пучка, а также рычагов подвески использованы титановые сплавы.
Положительный эффект замены стальных торсионов титановыми
связан с меньшей удельной массой титана, меньшим его модулем
упругости при расчете на кручение в сравнении со сталью. Таким
образом, при равных допустимых напряжениях и идентичной
геометрии элементов подвески титановый торсион обеспечивает
значительно больший ход. Поскольку прочность современных
торсионных сталей выше, чем у титановых сплавов, выигрыш
титана по массе упругого элемента уменьшается. Однако и с уче¬
том более высоких прочностных свойств стали применять титановые
торсионы при рабочих температурах не выше 400 ... 450 °С оказы¬
вается целесообразным. При более высоких температурах, харак¬
терных, например, для Венеры, следует использовать жаропроч¬
ные сплавы.
Прочность титановых упругих элементов можно повысить
с помощью специальных технологических приемов таких, как на¬
катка поверхности, заневоливание, определенная термическая
обработка [12].

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
125
Амортизатор подвески, предназначенный для рассеяния (демп¬
фирования) энергии упругих колебаний подрессоренной части,
может быть выполнен в виде фрикционных, электромагнитных
и других устройств. Применение гидравлических амортизаторов,
широко используемых в автомобилях, затруднено вследствие
больших колебаний температуры окружающей среды.
В конструкции LRV амортизаторы входят в состав подвески
каждого колеса. Демпфирование колебаний подрессоренных ча¬
стей «Лунохода-1» и «Лунохода-2» осуществляется естественным
путем за счет трения в шарнирах направляющего механизма, ги-
стерезисных потерь в упругом элементе и потерь в приводе в ре¬
зультате угловых перемещений колеса при качании рычагов
подвески направляющего механизма.
Вопросы исследования колебаний планетоходов, базирующиеся
на применении методов математического и физического модели¬
рования, рассмотрены в работе [73].
Главными задачами стендовых испытаний подвески являются
определение упругой характеристики и коэффициентов рассеяния
энергии колебаний, а также оценка циклической стойкости
торсионов при знакопеременном нагружении крутящим мо¬
ментом.
4.4.	Трансмиссия
Трансмиссия планетохода предназначена для пре¬
образования электрической энергии бортового источника в ме¬
ханическую движения транспортного средства. Она должна обес¬
печить необходимую частоту вращения или линейную скорость
движителя и соответственно необходимые тяговые моменты или
усилия, определяющие характер движения планетохода.
В зависимости от назначения планетохода, конструкции дви¬
жителя и типа бортовой энергоустановки состав и внутренние
связи элементов трансмиссии могут быть различными. Ниже
будет рассматриваться только электромеханическая трансмиссия,
как наиболее перспективная для планетоходов с электрическими
источниками энергии. В состав электромеханической трансмиссии
входят системы и узлы, участвующие в распределении, преобра¬
зовании и передаче энергии от источника к движителю. Это си¬
ловая кабельная сеть и коммутаторы, тяговые электродвигатели
(ТЭД) или тяговые электроприводы (ТЭЛ), включающие в себя
ТЭД и систему их регулирования, тяговые редукторы и другие
механические узлы,

126
ПЛАНЕТОХОДЫ
Основные требования к электромеханическим трансмиссиям
планетоходов, учитывающие особенности их эксплуатации, сво¬
дятся к следующему.
Трансмиссия должна быть наилучшим образом приспособлена
для движения планетохода вне дорог, по неподготовленной мест¬
ности со сложным рельефом и разнообразными грунтами. Причем
аварийный выход из строя отдельных узлов трансмиссии не дол¬
жен полностью лишать планетоход подвижности. При исполь¬
зовании колесного движителя указанным требованиям в наи¬
большей степени удовлетворяет схема трансмиссии с приводом
каждого колеса.
Неизбежное в этих условиях различие нормальных сил, дей¬
ствующих на отдельные колеса, сопротивлений их качению и
другие локальные факторы должны в наименьшей степени сказы¬
ваться на формировании результирующих тяговых и тормозных
характеристик многоприводного планетохода и его курсовую
устойчивость.
Трансмиссия должна обеспечивать примерно равноценные
по тяге и скорости прямой ход и реверс планетохода, что повышает
возможности его маневрирования.
Принципиальная схема и конструкция трансмиссии должны
обеспечить реализацию тяговыми электродвигателями их уста¬
новочной мощности во всем диапазоне скоростей движения пла¬
нетохода. Недогрузка двигателей снижает КПД планетохода,
а длительные перегрузки ухудшают тепловой режим и увеличи¬
вают опасность выхода из строя отдельных узлов и элементов.
Конструкция этих узлов должна гармонично сочетаться с кон¬
струкцией движителя и соответствовать общей компоновке пла¬
нетохода с учетом возможного конвертирования.
Необходимо, чтобы трансмиссия и ее узлы удовлетворяли тре¬
бованиям агрегатирования и унификации для удобства замены
отдельных узлов, систем, агрегатов в период подготовки к запуску
и с целью ограничения их номенклатуры.
Для уменьшения общей массы планетохода желательно ис¬
пользовать отдельные узлы трансмиссии для выполнения функ¬
ций, прямо не связанных с задачей движения, например для
развертывания планетохода в рабочее положение, производства
измерений и т. п.
4.4.1. Принципиальные схемы электромеханической транс¬
миссии. Электромеханические трансмиссии планетоходов раз¬
личают в зависимости от типа их основных элементов — распре¬
делителей и преобразователей энергии [73]. Так, независимо

КОНСТРУЙРОВАНЙЁ УЗЛОВ И СИСТЕМ
127
от типа движителя —колесного, гусеничного, шагающего —
трансмиссии могут быть выполнены с электрическими, механи¬
ческими, а также с теми и другими распределителями энергии.
В случае применения только распределителей электрической
энергии говорят об индивидуальном приводе колес, гусениц,
механизмов шагания. Применение только распределителей меха¬
нической энергии является признаком группового привода пере¬
численных звеньев движителя. При наличии в составе планетохода
распределителей того и другого типа имеет место смешанный
(комбинированный) привод.
Распределитель электрической энергии представляет собой
силовое коммутирующее устройство контактного или бескон¬
тактного типа, не накладывающее каких-либо принципиальных
ограничений на количество и параметры разделяемых энерго¬
потоков. Вместе с блоком управления коммутатор представляет
собой, таким образом, распределитель энергии с числом степеней
свободы, равным количеству приводов.
Распределитель механической энергии может быть выполнен
в виде различного рода дифференциалов и раздаточных коробок.
Конструктивное исполнение дифференциалов предполагает деле¬
ние энергопотока только между двумя потребителями, поэтому
их количество зависит от числа приводных звеньев движителя.
Различие в физической природе управляемого распределения
электрической и механической энергии имеет решающее значение
для оценки преимуществ трансмиссии с индивидуальным при¬
водом. Применение коммутаторов и кабельных сетей позволяет
наиболее просто решить задачу дробления и передачи энергии от
источника к движителю любого типа при любом количестве при¬
водных звеньев последнего и любом способе подвески движителя
на корпусе машины.
Индивидуальный электромеханический привод позволяет при¬
близить ТЭД и преобразователи механической энергии к движи¬
телю. В частности, для колесных планетоходов наиболее ра¬
циональным решением является привод, встроенный вместе со
вспомогательными механизмами и узлами подвески во внутрен¬
нюю полость колеса и образующий так называемые электромотор
или мотор-колесо (рис. 4.14).
Как и для наземных машин [78, 129, 169, 144], мотор-колесо
планетохода является, таким образом, не только одной из состав¬
ных частей электромеханической трансмиссии, но и единым в кон¬
структивном отношении агрегатом, выполняющим функции, вы¬
ходящие за рамки задач, решаемых трансмиссий. Мотор-колесо

128
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.14. Структурно-кинематическая
схема индивидуального привода плането¬
хода с мотор-колесами:
1 — мотор-колесо; 2 — несущая конструк¬
ция; 3 — герметичные электроразъемы; 4 —
силовая кабельная сеть; 5 — источник элек¬
троэнергии; 6 — коммутатор силовых цепей;
7 — блок управления; 8 — подвеска
может включать: тяговый элек¬
тродвигатель, механизм сочлене¬
ния вала ТЭД с преобразовате¬
лями механической энергии, вклю¬
чающими коробки передач и тяго¬
вые редукторы, механизм сочлене¬
ния выходного вала редуктора
с колесом, колесо, фрикционный
тормоз, узлы механизмов подвески и разворота колес, датчики
информационной системы и другие вспомогательные узлы и ме¬
ханизмы, например узел отбора мощности привода на разворот
колеса.
Индивидуальный привод позволяет реализовать практически
любые алгоритмы поведения автоматического планетохода, на¬
пример индивидуальное регулирование частоты вращения колес.
Независимо от конструкции планетохода коммутирующая
аппаратура и регуляторы частоты ТЭД всегда могут быть распо¬
ложены в гермоотсеке, где на протяжении всего времени эксплуа¬
тации планетохода сохраняются благоприятные условия по тем¬
пературе и газовой среде. Соединительные кабели могут быть
проложены как во внутреннем объеме несущих элементов плане¬
тохода, так и вне их. Таким образом, можно говорить, что в слу¬
чае применения мотор-колес ограничения в выборе ходов под¬
вески, схем развертывания ходовой части из транспортного по¬
ложения в рабочее и т. д. сведены к минимуму.
Индивидуальный привод имеет и свои недостатки. Наиболее
существенным из них является сложность реализации установоч¬
ной мощности двигателей всех мотор-колес планетохода при его
движении по пересеченной местности. Недогрузка передних
мотор-колес при движении многоприводного планетохода на подъем
существенно снижает его результирующий КПД. Как показано
в работе [73], где приведены методика и некоторые результаты
математического моделирования движения планетоходов, КПД
передних и кормовых колес, например «Лунохода-1» при движе-
1	2	3	4

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ и СИСТЕМ
129
нии на подъем 12° и выше* отличаются примерно, в два разд.
Если недогрузка мотор-колее снижает результирующий КПД
планетохода, то перегрузка заставляет увеличивать массу, кон¬
струкции. Поскольку прямой ход и реверс планетохода должны
быть равноценными, все мотор-колеса проектируются, идентич¬
ными . При этом выполняются также и требования унификации
узлов и агрегатов. Но это означает, что установочная мощность*
двигателя и геометрия механизмов мотор-колес должны выби^
раться из расчета эксплуатации одного, самого нагружённого
колеса в наиболее неблагоприятных условиях. Например, тяго-
вый расчет двигателя нужно производить применительно к кор¬
мовому мотор-колесу ; при движении планетохода на затяжной
ПОДЪеМ;
Групповой электромеханический привод планетоходов лишен
этого недостатка. Независимо от перераспределения нагрузок по
колесам многоприводного. планетохода их суммарное значение,,
приведенное к валу ТЭД, изменяется в меньшей степени, чем
нагрузка на валу тяговых двигателей, м.отор-колес. Это создаёт
более благоприятные условия ;для . обеспечения оптимальных
режимов работы тягового двигателя, при которых он работаёт
с ; наиболее высоким КПД.
Групповой привод может быть выполнен по дифференциальной,
блокированной или комбинированной схемам.,.	'
- Дифференциальный привод .неприемлем для планетохода, так
как, последний-является транспортным средством, предназначен¬
ным для движения вне дорог, и его проходимость будет суще¬
ственно снижена. .	( „	г.
Блокированный привод, характеризуется равенством частот
вращения (без; учета крутильных колебаний) всех колес. Это
является недостатком блокированной схемы, поскольку при не{
которых условиях приводит к возникновению замкнутых момеш
тов и паразитной циркуляции мощности.
!: ; Как показано в работе. [73], циркуляция мощности при ис-~
пользовании индивидуального привода может иметь место либо^
при торможении, когда это является полезным, либо в некоторых,
режимах поворота, либр в случае .отключения одного или ^не¬
скольких электродвигателей .от питания, что во время движения
аппарата должно быть отнесено ,уже к. аварийным ситуацияк.
В - остальньгх случаях движения здесь можно говорить,, только
о* ’взаимном влиянии режимов- работы мотор-колес., .....
1 Такими образом^ дифференциальный и,.бдощррвщшый,.при^^^^
в листом -виде* не моьуъ быть .использованыlb .рортаве. Плнретрхо^а.1(
5 А. Л. Кемурджиан и др

130
ПЛАНЕТОХОДЫ
Так же, как и для наземных машин высокой проходимости, опти¬
мальное решение может быть найдено при использовании блоки¬
рующихся и самоблокирующихся дифференциалов [102].
Идеальным представляется такой механизм, который обеспе¬
чивает автоматически меняющийся коэффициент блокировки,
отслеживающий изменения во внешних условиях движения пла¬
нетохода. В последующих рассуждениях предполагается, что
дифференциалы по крайней мере приближаются к идеальным.
В этом случае реально можно говорить о групповом приводе пла¬
нетоходов с колесными формулами 4x4, 6x6 и 8x8. Дальней¬
шее увеличение числа осей односекционного планетохода неце¬
лесообразно, а неполный привод здесь не рассматривается.
В случае применения двухсекционного планетохода необхо¬
димо выполнить требование автономности секций, т. е. сохране¬
ния подвижности одной из них при выходе из строя другой.
При этом неизбежна установка двигателей по числу секций.
Причем каждая секция может также иметь колесную формулу
4x4, 6x6 или 8x8. Однако групповой привод восьмиколесного
транспортного средства оказывается уже чрезвычайно гро¬
моздким.
По-видимому, наиболее вероятной для секции является фор¬
мула 4 х4, позволяющая при соответствующей конструкции
механизма сочленения секций обеспечить контакт с грунтом на
пересеченной местности всех колес планетохода. Для односек¬
ционного планетохода можно рассматривать и колесную фор¬
мулу 6x6.
В соответствии с изложенным на рис. 4.15 в качестве примера
приведена структурно-кинематическая схема группового при¬
вода четырехколесного планетохода. Отсутствие резервирования
группового привода по двигателю вынуждает принимать специаль¬
ные меры по повышению надежности. В приведенной схеме для
этой цели служит суммирующий механизм, обеспечивающий ра¬
боту двух дублирующих двигателей на общий потребитель при
нормальной эксплуатации и работу одного из них в аварийных
ситуациях, при выходе из строя другого двигателя.
Групповой привод нашел наиболее широкое применение в кон¬
струкции наземных колесных и гусеничных машин [140] и мо¬
жет быть применен для некоторых видов шагающих машин [30].
Смешанный привод, возможный вариант схемы которого
приведен на рис. 4.16, не нуждается в межколесных дифферен¬
циалах, что упрощает конструкцию. В ряде случаев могут отсут¬
ствовать и межосевые дифференциалы. На базе смешанного (бор-

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
131
1	1	3
Рис. 4.15. Структурно-кинематиче¬
ская схема группового привода четы¬
рехколесного планетохода:
1 — колесо; 2 — подвеска; 3 — несущая
конструкция; 4 — шарнир; 5 — колес¬
ный редуктор; 6 — карданный вал; 7 —
главная передача; 8 — тяговый двига¬
тель; 9 — суммирующий механизм с тя¬
говым редуктором и коробкой передач;
10 — межосевой дифференциал; И —
источник электроэнергии; 12 — соеди¬
нительные муфты
Рис. 4.16. Структурно-кинематиче¬
ская схема бортового привода шести¬
колесного планетохода:
1 — колесо; 2 — подвеска; 3 — кардан¬
ный вал; 4 — коническая передача; 5 —
бортовой валопровод; 6 — колесный ре¬
дуктор; 7 — источник электроэнергии;
8 — коммутатор силовых цепей; 9 — си¬
ловая кабельная сеть; 10 — тяговый
двигатель; 11 — суммирующий механизм
с коробкой передач и тяговым редуктором
тового) привода могут быть реализованы схемы с колесным,
гусеничным и лыжно-шагающим движителями [79, 22, 140].
Таким образом, наиболее целесообразной схемой электро¬
механической трансмиссии планетохода является схема с инди¬
видуальным приводом движителя. Применительно к колесному
движителю эта схема наиболее рационально реализуется при
использовании мотор-колес.
Групповой привод может быть более экономичным, чем инди¬
видуальный при примерно равной массе узлов и элементов.
Достоинстве? смешанного привода, выполненного по бортовой
5*

il32
ПЛАНЕТОХОДЫ
схеме, заключается в возможности обеспечения бортового пово¬
рота и упрощения конструкции в сравнении с групповым при¬
водом. Однако указанные достоинства все-таки не могут компен¬
сировать недостатков группового и смешанного приводов, о ко¬
торых говорилось выше. Поэтому в последующих рассуждениях
будет иметься в виду, главным образом, электромеханическая
трансмиссия с индивидуальным приводом колес.
4.4.2 *. Тяговый электропривод. Под ТЭП планетохода пони¬
мается совокупность ТЭД и электронных регуляторов частоты
вращения их валов. Контакторные схемы регулирования частоты
вращения ввиду их известных недостатков в настоящей книге
не рассматриваются.
ТЭП, таким образом, является регулируемым преобразова¬
телем электрической энергии в механическую, представляющим
собой сложную систему, имеющую устойчивые внешние связи
по силовому потоку; с одной стороны, с распределителем электри¬
ческой энергии и источником, с другой —с преобразователями
механической энергии и движителем.
Тяговые электродвигатели. Анализ работ, посвященных вопро¬
сам применения ТЭД в составе транспортных машин, включая
планетоходы, показывает, что подавляющее большинство без¬
рельсовых машин на электрической тяге снабжено двигателями
постоянного тока (ДПТ) с последовательным и независимым
возбуждением. Причем ДПТ с последовательным возбуждением
превалируют в конструкциях современных электромобилей с груп¬
повым приводом колес [78, 151, 147]. Значительно реже приме¬
няются асинхронные двигатели (АД) переменного тока, хотя
они имеют существенное преимущество перед коллекторными
ДПТ, заключающееся в отсутствии скользящих контактов. Бла¬
годаря возможности повышения частоты вращения вала АД
можно выполнить меньших габаритов и массы, чем ДПТ.
Однако АД имеют меньшую перегрузочную способность по
крутящему моменту, а увеличение частоты вращения вала дви¬
гателя для сравнительно тихоходных планетоходов не дает вы¬
игрыша, так как при этом увеличивается передаточное отношение
и, следовательно, масса тягового редуктора. Применение АД
в планетоходах и электромобилях с аккумуляторными батареями
(АБ) существенно увеличивает массу аппаратуры регулирования,
преобразующей постоянный ток в переменный. Поэтому приме¬
нительно к планетоходам АД далее не рассматриваются.
* Разд. 4.4.2 и 5.2.3 написаны при участии аспиранта Л. С. Абрамова.

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
133
Коллекторные ДПТ обладают меньшим сроком службы, чем
АД, однако хорошо сопрягаются с АБ и проще регулируются.
ДПТ последовательного возбуждения нашли наиболее широкое
применение в ТЭП электромобилей благодаря возможности авто¬
матического ограничения частоты вращения колес с ростом на¬
грузочного момента, а также вследствие сравнительной, простоты
электронных регуляторов частоты вращения колес [147, 151].
При использовании ДПТ с последовательным возбуждением
в составе мотор-колес возникает необходимость их синхронизации
по частоте вращения, что усложняет аппаратуру регулирования.
Эти ДПТ, кроме того, имеют сложную систему рекуперативного
торможения.
Более целесообразным представляется использование в пла¬
нетоходах ДПТ с магнитоэлектрическим возбуждением. Они наи¬
более надежны по способу возбуждения, а отсутствие электриче¬
ских потерь на возбуждение обеспечивает достаточно высокий
КПД. Эти ДПТ обеспечивают простую схему рекуперативного
торможения и обладают необходимой перегрузочной способностью.
Недостатком ДПТ с магнитоэлектрическим возбуждением
является возможность регулирования только по цепи якоря.
Однако современные электронные приборы и небольшие мощ¬
ности ТЭД планетоходов позволяют создавать эффективные ре¬
гуляторы.
Для планетоходов с большим ресурсом работы в условиях
вакуума и низких температур перспективными являются бескон¬
тактные двигатели постоянного тока (БДПТ), представляющие
собой синхронную электрическую машину с инвертором напря¬
жения, управляемым от датчика положения ротора. Упрощенно
БДПТ можно представить в виде ДПТ, в котором коллектор
заменен электронным коммутатором. В настоящее время создаются
БДПТ, позволяющие формировать практически любые наперед
заданные механические характеристики [138].
Недостатками БДПТ являются увеличение количества связей
электрической машины с коммутатором и некоторое усложнение
самого коммутатора в сравнении с регуляторами ДПТ, регулируе¬
мых по цепи якоря.
Определенный интерес для использования в будущих плането¬
ходах могут представлять некоторые оригинальные конструкции —
высокомоментные электродвигатели, электродвигатели с катя¬
щимся ротором, респонсины и др. [58, 64, 152]. Из числа высоко-
моментных, позволяющих резко уменьшить передаточное отно¬
шение тягового редуктора или вовсе отказаться от него, перепек-

134
ПЛАНЕТОХОДЫ
тивны электродвигатели, использующие принцип электромагнит¬
ной редукции. Однако их габариты и КПД на сегодня неудов¬
летворительны для использования в планетоходах.
В электродвигателях с катящимся ротором для понижения
частоты вращения используются зубчатые зацепления или фрик¬
ционные связи. Они могут быть приемлемых габаритов, но имеют
повышенную вибрацию в результате эксцентриситета ротора.
Респонсин представляет собой волновую передачу с электро¬
магнитным генератором волн, который и является в данном слу¬
чае первичным двигателем. Он совмещает в одной конструкции
функции двигателя, редуктора, остановочного и стояночного тор¬
мозов и муфты предельного момента. Обеспечивается возмож¬
ность регулирования частоты вращения выходного вала респон-
сина. Как и обычные волновые передачи, респонсин позволяет
передавать вращение в герметичные объемы.
Реальные конструкции респонсинов обладают на сегодня низ¬
кими КПД и имеют большую массу при малой мощности, что пока
ограничивает сферу их применения.
Регуляторы частоты вращения. В отличие от наземных машин,
где регулирование частоты вращения колес необходимо, как
правило, только для плавного разгона, остановки и обеспечения
заданных скоростных показателей, в планетоходах регулирова¬
ние может осуществляться также с целью повышения поворотли¬
вости, проходимости и других свойств. В последнем случае целе¬
сообразно регулировать работу ТЭД отдельных мотор-колес в на¬
перед заданном кинематическом соотношении. Так, при бортовом
повороте планетохода с колесными формулами 6x6 или 8x8
полезно уменьшать частоту вращения средних колес по отноше¬
нию к крайним, что снижает энергозатраты [35]. При движении
на подъем по грунту с хорошими сцепными качествами можно
получить более благоприятное распределение нагрузок по колесам
при увеличении частоты вращения передних колес по отношению
к кормовым [73].
Существует несколько различных схем импульсных регуля¬
торов, отличающихся принципами действия и характеристиками,
однако в целом их можно разделить на две группы. Предпочти¬
тельную группу составляют схемы, обеспечивающие линейные,
а вторую—нелинейные механические характеристики [168].
Линейные характеристики ДПТ, управляемых по цепи якоря,
получаются в том случае, если ток якоря непрерывен в любой
момент времени независимо от нагрузки. Это возможно при пита¬
нии регулятора от обратимого источника, например ДБ и при

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
135
О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5. 0,6 0,7 0,8 0,9
б)
Рис. 4.17. Механические (а) и
регулировочные (б) характери¬
стики ДПТ при импульсном
регулировании с непрерывным
током якоря:
v — относительная частота враще¬
ния вала ДПТ; ц,с — относитель¬
ный момент на валу ДПТ; уп —
регулируемая относительная
тельность импульсов
Р
дли-
соответствующей схеме выходного каскада регулятора, обеспе¬
чивающей цепь для протекания тока якоря не только во время
подключения к АБ, но и в течение всего времени отключения.
При этом регулирование осуществляется изменением длительности
импульсов. В работах [70, 80] показано, что механические и
регулировочные характеристики ДПТ в данном случае полу¬
чаются такими же, как и при управлении этим ДПТ от источника
постоянного тока с регулируемым напряжением (рис. 4.17).
Силовые транзисторные ключи составляют обычно большую
долю в массе и габаритах всего устройства регулирования ТЭД.
Они в основном определяют КПД электронной части ТЭП.
Для обеспечения высоких требований по надежности схема
ключа должна обладать простотой, иметь достаточные коэффи¬
циенты запаса по предельным параметрам и строиться на основе
ограниченной номенклатуры элементов.
При использовании ключей для управления ТЭД в цепи воз¬
никают помехи значительной мощности, которые могут приводить
к сбоям в устройствах управления. Поэтому для снижения уровня
помех в схеме управления силовыми транзисторами целесообразно

136
ПЛАНЕТОХОДЫ
обеспечить гальваническую развязку между силовыми и управ¬
ляющими цепями.
Транзисторные ключи управляются логическими сигналами,
вырабатываемыми в системе управления, которая строится обычно
на интегральных микросхемах (ИС). Наиболее перспективными для
управления ключами в настоящее время являются ИС транзи¬
сторно-транзисторной логики (ТТЛ), с которыми и должен быть
согласован вход ключа. При выборе схемы следует учитывать1,
что длительность логического сигнала управления может бЫть
неограниченной.	>	-
Наиболее полно перечисленным техническим требованиям удов¬
летворяют транзисторные ключи, в которых для управления мощ¬
ным транзистором используются два управляемых преобразова¬
теля напряжения, работающие в противофазе. Один из ник обес¬
печивает открывание транзистора, другой —его форсиро$ан|шё
запирание. В качестве преобразователей , часто использ!укфся
блокинг-генераторы [11], резонансные LC-генераторы [120
магнитно-транзисторные генераторы [6] и др. Однако применение
самов.озбуждающихся управляемых генераторов ограничивает дйа>-
пазон частоты коммутации ключа из-за! определенного !времеки,
требующегося на их запуск и отключение.'- ! ■	»
Отмеченные недостатки устраняются при использовании в схеме
одного задающего генератора и двух управляемых усилителей
мощности с трансформаторным выходом -1 работающих в противо-f
фазе, в зависимости от подаваемого сигнала’ управления- [вО].»-
Практическая схема -ключа приведена на-рис: Ф.18.—В схему*
введено дополнительное устройство на транзисторе Т1у обеопеМ
чивающее выдачу информации о состоянии ключа, которая необ¬
ходима в устройствах, использующих последовательное:соедине- ■
ние ключей -меЬкд'у шинами питания. Открывание ключа- ироис*’
ходйТ при подаче на базу транзистора Т2 отпирающего напряже-*»
ния* с выхода преобразователя напряжения, представляющего
с Обой двухтактный импульсный * трансформаторный усилитель
мощности; Состоящий из транзисторов, входящих в сборку1 У7;?
трансформатора Тр1 < и - выпрямителя У5-; Закрывание жЛюча
осуществляется подачей запирающего напряжения одновременно
на два'транзистора Т2 и Т4. Для обеспечения развязки баз »этнх*
транзисторов при отпирающем сигнале используется диод- ДН1
Подачу- запивающего1 сигнала осуществляет второй преобраэбва-
тель напряжения, 1 аналогичный >предыдущему*; -на транзисторах*;
входящих»»сборку / У7у ’Трансформаторе ;-Тр2 - ш-' выпрями-1
Теле-‘У,Jti 1 1/; i- • У > * 'iJ ’ 1J \ 1 llbiJilwi II I r I.t ,1'>; >1 с < j I I /	*	-i	/

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
137
v/	+5В	Информационный	выход
Рис. 4.18, Схема мощного транзисторного ключа с гальванической развязкой
Запуск преобразователей напряжения в противофазе осуще¬
ствляется с помощью логической схемы на ИС У1 ... УЗ и зада¬
ющего генератора.
Информационный сигнал о состоянии ключа формируется
с помощью дополнительной обмотки на трансформаторе отпира¬
ющего преобразователя напряжения. Как только этот преобра¬
зователь запускается, с выхода выпрямителя У4 на транзистор Т1
поступает управляющий сигнал, обеспечивающий его насыщение.
"Конденсатор С1 обеспечивает задержку выдачи сигнала о закры¬
тии ключа на время 5 ... 8 мкс, что несколько перекрывает время
выключения ключа.
При открытом транзисторе Т4 выпрямитель У6 шунтирует
"его переход база-эмиттер, что приводит к уменьшению коэффи¬
циента передачи по току всего составного ключа. Для уменьше¬
ния вредного влияния на него выпрямителя У6 схема выбрана
мостовой, чтобы увеличить падение напряжения на диодах.
Если для выбранных диодов резкое увеличение тока через них
происходит при напряжении, большем напряжения база-эмиттер

138
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.19. Регулятор ча-
транзистора Т4, то в этом случае потери в диодах будут не¬
значительны и выпрямитель не вызовет заметного шунтиро¬
вания Т4.
Выпрямитель Уб и диод Д1 могут оказывать шунтирующее
действие и на транзистор Т2, приводя к увеличению нагрузки
отпирающего преобразователя напряжения. Этого не произойдет,
если падение напряжения на переходе база-эмиттер Т4 превысит
напряжение на переходе база-эмиттер Т2, так как в этом случае
диод Д1 оказывается запертым.
Выпрямитель отпирающего сигнала У5 собран по двухполу-
иериодной схеме со средней точкой трансформатора, что позво¬
ляет уменьшить потери в нем. При работающем запирающем пре¬
образователе выпрямитель У5 оказывает на него шунтирующее
действие. Однако, если запирающее напряжение, прикладываемое
к транзистору Т2, не превышает 0,5 ... 1 В, то существенного уве¬
личения нагрузки выпрямителя У8 не происходит.
Иллюстрацией использования ключей может служить схема
импульсного регулятора частоты вращения ДПТ. Она состоит
из двух последовательно включенных ключей F, переключаемых
в противофазе и зашунтированных диодами в обратном направ¬
лении. Ключи включены между шинами основного источника
питания, а якорь двигателя подключен к точке соединения этих
ключей (рис. 4.19). Для предотвращения одновременного откры¬
вания обоих ключей в результате возникновения помехи или за¬
держки выключения силового транзистора в схему введена бло¬
кировка подачи на ключ отпирающего сигнала. Она осуществ¬
ляется за счет перекрестной обратной связи с информационного
выхода одного ключа на вход другого. Формирование противо¬
фазных управляющих сигналов производится инвертором И.

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ Й СИСТЕМ
При подаче на вход устройства сигнала с широтно-импульсного
модулятора (ШИМ) обеспечивается возможность экономичного
регулирования j частоты вращения электродвигателя [168].
4.4.3.	Проектирование узлов трансмиссии. Конструкторские
решения отдельных трансмиссионных узлов, в особенности груп¬
пового привода, могут быть выполнены на основе опытаТпроекти-
рования трансмиссии наземных транспортных машин. Конечно,
необходима корректировка как в части конструкции, так и в ча¬
сти применяемых материалов и способов смазки. Что же касается
основного трансмиссионного узла индивидуального привода пла¬
нетохода—мотор-колеса, то здесь возможности заимствования
проектных решений из транспортного машиностроения гораздо
меньшие.
Колесные транспортные средства с групповым приводом в на¬
стоящее время проектируются для различных целей и различ¬
ного класса, включая машины высокой проходимости, масса ко¬
торых может быть достаточно близкой к массе планетоходов.
В качестве примера можно назвать самоходные платформы и
вездеходы [140].
В то же время, как отмечалось выше, мотор-колеса для назем¬
ного транспорта находят в настоящее время применение в машинах
особо большой грузоподъемности, на один-два порядка превыша¬
ющих грузоподъемность планетоходов. Понятно, что компоновка
и конструкция отдельных узлов мотор-колес столь различных
машин существенно отличаются друг от друга.
Не имеет аналогов в наземном транспортном машиностроении
также и колесно-шагающий движитель (КШД), рассмотренный
в гл. 3. Поэтому ниже основное внимание уделяется кинемати¬
ческим схемам и конструкции трансмиссии с индивидуальным
приводом (мотор-колесами), включая привод КШД.
Конструкция мотор-колес. Одной из характерных особенно¬
стей мотор-колес планетохода является сравнительно большое
передаточное число тягового редуктора: от 80 до 2000 и более.
С позиций компоновки отличительной особенностью является
отсутствие ограничений (со стороны внутреннего обода колеса)
диаметрального габарита мотор-редуктора. В отличие от мотор-
колес наземных машин соотношение диаметров двигателя и ко¬
леса планетохода представляет широкие возможности размеще¬
ния мотор-редуктора во внутренней полости колеса.
С целью повышения проходимости планетоходов их колеса
снабжаются достаточно развитой по ширине шиной, в пределах
ограничений, накладываемых условиями размещения аппарата

140
ПЛАНЕТОХОДЫ
в посадочном блоке. Ширина шины определяет осевой габарит
мотор-колеса, так как выступание его узлов за шину ухудшает
проходимость.
Стремление к наиболее рациональной установке подшипников
ступицы колеса, работающих при совместном действии радиаль¬
ных и осевых нагрузок, приводит к примерному равенству диа¬
метров двигателя и тягового редуктора. Это позволяет в равной
мере использовать эти узлы в качестве опор указанных подшип¬
ников, создает предпосылки для получения развитой по ширине
ступицы, что важно, например, для колес с пространственным
набором спиц. В случае использования подвески с продольным
качанием рычагов рычаг направляющего механизма подвески
может быть установлен на равнопрочные, по отношению к опорам
колеса, подшипники.
Как известно, для силовых редукторов с большим передаточ¬
ным числом целесообразно использовать планетарные и волновые
передачи. Их применение позволяет, благодаря многопарности
зацеплений, оптимизировать габариты и массу мотор-колес при
заданных режимах нагружения, а в ряде случаев—герметизиро¬
вать внутренние полости. Схемы мотор-колес с различного рода
планетарными, волновыми, а также прецессионными редукторами
приведены на рис. 4.20.
Тяговый редуктор мотор-колеса «Лунохода-1» (рис. 4.20, а)
представляет собой три последовательно соединенных планетар¬
ных ряда, каждый из которых образован по схеме 2К-Н [123],
Водила установлены без жесткой фиксации в радиальном направ¬
лении («плавающие» планетарные ряды). Корпуса водил изготов¬
лены из титанового сплава и имеют сложную конфигурацию,
обеспечивающую максимальную жесткость при минимальной
массе. В осевом направлении ряды фиксируются с помощью сфе¬
рических подшипников скольжения, центр сферы которых совпа¬
дает с геометрической осью вращения водила.
Система герметизации внутренней полости мотор-колеса вклю¬
чает уплотнения подвижных и неподвижных соединений и герме¬
тичные электроразъемы. Подвижные соединения имеют лабиринт¬
ные уплотнения, составленные из чередующихся фторопластовых
и металлических колес. На выходном валу редуктора установлено
вращающееся торцовое уплотнение.
Тяговый двигатель постоянного тока с возбуждением от по¬
стоянных магнитов снабжен двумя якорными обмотками и двумя
коллекторами. Двухступенчатое регулирование частоты вращения
вала двигателя осуществляется путем соединения обмоток по
последовательной или параллельной схеме. Двигатель снабжен

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
1,4.1
Рис. 4.20. Схема мотор-колес:
а— «Лунохода-1» и «Лунохода-2»: 1 — торцовое уплотнение; 2 — механизм разъеди¬
нения колеса и редуктора; 3 — трехрядный планетарный тяговый редуктор; 4 — ступица
колеса; 5 — фрикционный тормоз с электромагнитным управлением; 6 — тяговый дви¬
гатель; 7 — рычаги направляющего механизма подвески;
б — с дифференциальным редуктором: 1 — ротор двигателя; 2 — статор двигателя; 3 —
тяговый редуктор; 4 —щеточно-коллекторный механизм; 5 — рычаги направляющего
механизма подвески; 6 — электроразъем;	1
6 — с планетарным редуктором 3К: 1 — подвижное центральное колесо; 2 — шлицев,ая
муфта*' 3 — неподвижное центральное колесо; 4 — двухвенцовый сателлит; 5 — тяговый
Двигатель; 6 — рычаги направляющего механизма подвески;	1	:	•	•1
г — LRV: 1 — жесткое зубчатое колесо; 2 — гибкое колесо; 3 — генератор волновой
передачи; 4 — тяговый двигатель;, 5 — щкворень; 6 — рычаги направляющего меха-'
низма подвески; 7 —ступица колеса;	.	!
° — с комбинированным планетарно-волновым редуктором:1 1 — редуктор, встроенный
внутри генератора волн; 2 — жесткое зубчатое1 колесо; 3 — гибкое кольцо; 4.—-генерал
тор волн; 5 —■ тйговый двигатель;- — ступица колеса;. 7 — рычаги ; направляющего
механизма лоднески; •. • .	:	.	у
е — с комбинированным планета^но-п^ёцессИоннкм; рёдуктЬрЬМ: /. — коническое- зубча7‘
тое колесо внутреннего зацепления; 2 — прецессирующее коническое колесо; S — упру¬
гая муфта; 4 — кривошип прецессионной передачи; 5 — планетарный' редуШюр; 6 —4
ступица колеса; 7 — тяговый двигатель

142
ПЛАНЕТОХОДЫ
собственными уплотнениями, дополняющими систему гермети¬
зации мотор-колеса.
Узлы информационной системы, встроенные в мотор-колесе,
включают датчики оборотов колеса и температуры статора дви¬
гателя. Датчик оборотов выполнен в виде индуктивной катушки,
расположенной на статоре двигателя, и постоянных магнитов,
закрепленных на ступице колеса.
На рис. 4.20, б приведена схема мотор-колеса с трехрядным
дифференциальным редуктором [18]. Достоинство этой конструк¬
ции заключается в предельном уменьшении радиального габа¬
рита привода и улучшении условий теплоотвода от тягового дви¬
гателя, являющегося основным источником тепловыделения. Из
рисунка видно, что, в отличие от предыдущей схемы, двигатель
вынесен во внешнюю сторону планетохода, а его статор соединен
со ступицей колеса. При этом открываются возможности уста¬
новки на нем теплоизлучающего радиатора, являющегося элемен¬
том системы терморегулирования.
Терморегулирование играет существенную роль при проекти¬
ровании мотор-колес и, в принципе, может быть активным или
пассивным. Причем система терморегулирования мотор-колес
планетохода предназначена как для подогрева привода при работе
в условиях низких температур, так и для эффективного отвода
тепла при работе в условиях высоких температур. Как известно,
«Луноход-1», «Луноход-2» и LRV были предназначены для экс¬
плуатации только в течение лунных дней, т. е. при положитель¬
ных температурах. Это позволило применить в составе указанных
аппаратов пассивные системы терморегулирования. Так, главным
элементом терморегулирования мотор-колес «Лунохода-1» и «Луно-
хода-2» являлись специальные покрытия наружных и внутрен¬
них поверхностей ступицы и статора двигателя. Покрытия дета¬
лей, расположенных во внутренней полости, улучшают тепло¬
передачу к внешним поверхностям. В свою очередь, эти поверх¬
ности (ступица колеса, головка качающегося рычага подвески)
имеют покрытия, обладающие высокой излучательной способ¬
ностью по отношению к собственной тепловой энергии и высокой
отражающей способностью по отношению к солнечному излу¬
чению.
На рис. 4.20, в приведена схема мотор-колеса с планетарным
редуктором типа ЗК [99], который позволяет реализовать в одной
ступени большие передаточные числа. В ряде случаев применение
такого редуктора позволяет получить минимальный осевой габа¬
рит мотор-колеса.

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
143
Волновая передача была использована в конструкции мотор-
колеса LRV, схема которого приведена на рис. 4.20, г. Переда¬
точное число передачи ир = 80, максимальная частота вращения
вала двигателя составляет около 900 1/с. Генератор волновой пе¬
редачи представляет собой три ролика, два из которых установ¬
лены эксцентрично относительно третьего. Применение в качестве
гибкого колеса цельного металлического колокола позволяет
обеспечить герметизацию внутренней полости мотор-ко-
леса [193].
Более компактную конструкцию волновой передачи можно
получить при использовании в качестве гибкого колеса двух-
венцовой муфты (рис. 4.20, д), один из венцов которой зацепляется
с жестким колесом волновой передачи, другой соединяет муфту
с корпусом редуктора, т. е. образует обычное шлицевое соеди¬
нение.
Применение волновых передач целесообразно только для
вполне определенного диапазона передаточных отношений. Для
одноступенчатых передач этот диапазон составляет примерно
40 ... 100. Поэтому волновую передачу бывает полезно комбини¬
ровать с планетарной или рядовой зубчатыми передачами. При¬
чем минимальный осевой габарит мотор-колеса может быть до¬
стигнут, если первая ступень тягового редуктора встроена во
внутренней полости генератора волн, как показано на
рис. 4.20, д.
Реализация большого передаточного отношения при много-
парности зацепления может быть осуществлена и в случае приме¬
нения передач с цилиндрическими или коническими зубчатыми
колесами [99]. Применение конических зубчатых колес позво¬
ляет достаточно свободно варьировать величину ир. Возможная
схема мотор-колеса с использованием планетарного редуктора
K-H-V, который в случае применения конических зубчатых колес
называют также прецессионным, приведена на рис. 4.20, е [15,
ИЗ, 117].
Применение коробок передач (КП) в мотор-колесах плането¬
ходов, как и в мотор-колесах наземных машин, несмотря на не¬
которое усложнение конструкции, дает ряд преимуществ, а именно:
возможность уменьшения установочной мощности ТЭД, повы¬
шение КПД трансмиссии в целом, расширение скоростного и
силового диапазонов регулирования.
В то же время отказ от использования импульсных регуляторов
и применение для обеспечения заданного диапазона регулирова¬
ния исключительно КП был бы неоправданным.

ПЛАНЕТОХОДЫ
Поэтому применительно к планетоходам, по-видимому, следует
рассматривать только наиболее простые двухступенчатые КП*
Причем в случае использования регулируемых ТЭД может рас¬
сматриваться их совместная работа.
' Кинематические схемы таких КП получают на основе планет
"гарного ряда с управляемыми звеньями. Управление заклю¬
чается в поочередном затормаживании этих звеньев или их бло¬
кировке:
Отличие конструкции КП планетоходов и наземных машин
заключается, главным образом, в выборе механизмов управления
и приводов этих механизмов. Во-первых, сравнительно малые
тормозные моменты, необходимые для фиксации звеньев планетар-
його 'ряда КП тягового привода планетохода, позволяют приме¬
нять исключительно фрикционные механизмы управления, вклю-
чение и выключение которых может производиться при произг
больном относительном положении этих звеньев.
■ > Во-вторых, механизм управления КП планетохода не должен
йм'еть 1 каких-либо промежуточных положений, разрывающих
кинематическую цепь вал двигателя — колеса, даже в случае
аварийного выхода из строя каких-либо его элементов или его
привода. При выходе из строя указанных звеньев КП должна
'обеспечивать работу привода с максимальным динамическим фак¬
тором, т. е. на низшей передаче.	-
В-третьих, в планетоходе, как правило, исключается возмож¬
ность - применения таких приводов механизмов управления, как
гидравлический, пневматический' и механический (от водителя).
Здесь необходимо рассматривать в основном электромагнитный
й электромеханический приводы, согласующиеся с общей концеп¬
цией энергопитания планетохода и упрощающие автоматизацию
Процесса управления.
■ Конструкция КП, выполненная с учетом перечисленных фак¬
торов, приведена на рис. 4.21 [10], На стоянке планетохода,
когда энергопотребление должно быть минимальным, оба электро¬
магнита выключены. С началом движения питание подается одно¬
временно на тяговый двигатель и электромагнит тормоза мотор г
колёса. Для переключения на высшую передачу подается питание
на'электромагнит КП, так что его замыкатель перемещается влево.
'Важной составляющей процесса создания привода плането¬
хода являются испытания его отдельных узлов. Некоторые ти¬
повые х ар а' ктёр иста кй; мотор-колеса, которые необходимо полу¬
чать :эксперимёнтальным путем при подобного рода испытаниях,
приведены на рисг 4.22: !	;	i	11/]	,	;	,	:

к ОНСТ Р УИРО В А Н И Е УЗЛОВ И СИСТЕМ
145
3	4	5	В	v	7	>	3	10	11	12
.13	14
Рис. 4.21. Коробка передан с внешним и внутренним зацеплениями: .г.	•
1 — пружина тормоза; 2 — электромагнит; 3 — водило (выходной вал) планетарного
рчда; 4 — фрикционный диск (замыкатель) электромагнита; 5 — пружины блокиру¬
ющего фрикциона; 6 — барабан; 7— центральное колесо;, # —корпуе; 9 центральная
шестерня; 10 — тормозной диск; 11 — фрикционный диск (замыкатель) электромагнита
тормоза; 12 — электромагнит тормоза; /^3 г— тягобый двигатель; 14 — пружина тормоза
При проектировании узлов группового привода; необходимо
учитывать специфические условия эксплуатации планетоходов
и их управления. Так, конструкция дифференциалов должна
обеспечивать не только блокировку осей, желательно также
обеспечить возможность автоматического или ручного регулиро2
вания величины блокирующего момента в процессе движения.
Наиболее простые по конструкции самоблбкирующиеея : дйффе^

146
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.22. Типовые характеристики мотор-колеса:
а — токо-моментные (/) и токо-скоростные (2); б — тягово-скоростные на первой (/)
и второй (2) передачах; в — КПД мотор-колеса (/) и тягового редуктора (2)\ г — зави¬
симость температуры тягового двигателя от времени непрерывной работы при различных
состояниях окружающей среды; д — характеристика крутильной жесткости силовой
цепи мотор-колеса; е — разгонная (/) и тормозная (2) характеристики мотор-колеса;
ж — изменение крутящего момента при отключении мотор-колеса от питания и нагрузки;
з — изменение тока двигателя при пуске, переключении передачи и торможении
циалов, связанный со значением коэффициента трения, может
оказаться нестабильным при изменениях температуры и давле¬
ния окружающей среды.
Одной из возможных схем, представляющих интерес, может
служить дифференциал с электромагнитной блокировкой. Устрой¬
ство для блокировки дифференциала выполнено здесь в виде ге¬
нератора, индуктор (статор) которого соединен с одной из полу¬
осей, а ротор —с другой полуосью через планетарный редуктор,
встроенный в первой полуоси. Обмотка ротора замкнута через
сопротивление, величину которого можно регулировать [23].
Если частоты вращения полуосей равны, что характерно для
движения по ровной поверхности с хорошим сцеплением, то отно¬
сительная частота вращения ротора и индуктора равна нулю

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
147
и ЭДС в его обмотках не индуцируется. При увеличении частоты
вращения одной из полуосей, например вследствие буксования
колеса, в обмотках генератора индуцируется ЭДС, пропорцио¬
нальная разнице оборотов ротора и индуктора. При этом на за¬
бегающий вал действует блокирующий момент, пропорциональный
величине ЭДС и сопротивлению цепи. Автоматическое регулиро¬
вание осуществляется с помощью схем, установленных на сраба¬
тывание от напряжения различной величины. Для упрощения
конструкции целесообразно использовать бесщеточный генератор
с возбуждением от постоянных магнитов, установленных на
роторе.
4.4.4.	Особенности конструкции индивидуального привода ко¬
лесно-шагающего движителя. Пример конструкции колесно-ша¬
гающего движителя с индивидуальным приводом показан на
рис. 4.23 [31, 34, 37, 41, 42, 44], она соответствует схеме, приве¬
денной на рис. 3.29. Все узлы и механизмы привода размещены
во внутренней полости шарнирно сочлененных рычагов, первый
из которых шарнирно установлен на стакане двигателя, а второй
несет на себе ступицу колеса. Что касается конструкции отдельно
взятых узлов и механизмов, то методы их проектирования в прин¬
ципе не отличаются от проектирования аналогичных узлов мо¬
тор-колес.
Так, блокирующий механизм, составленный на основе плане¬
тарного ряда 2К-Н и снабженный двумя электромагнитными при¬
водами, близок по конструкции к КП, рассмотренным выше;
Различие, по существу, заключается в установке двух ведомых
звеньев, кинематически связанных одно —через редуктор шага¬
ния с первым рычагом, другое —через колесный редуктор с ко¬
лесом.
Редуктор шагания составлен из последовательно сочиненных
передач 2К-Н и ЗК. Передаточное отношение редуктора привода
шагания назначается из условия обеспечения необходимого тол¬
кающего усилия механизма шагания при заданных параметрах
тягового двигателя. Выбор этих параметров производится на
основании тягово-динамического расчета движения планетохода
в колесном режиме.
Колесный редуктор включает в себя передачу ЗК и две после¬
довательно соединенные рядовые передачи, одна из которых
размещена в первом, а вторая —во втором рычагах. Передача,
встроенная во второй рычаг, должна иметь в относительном дви¬
жении передаточное отношение от ведущей шестерни к зубчатому
колесу, соединенному со ступицей, равное двум. Поэтому зацеп-

148
ПЛАНЕТОХОДЫ
2 3.
5 б 7
10 11
12
Рис. 4.23. Колесно-шагающий движитель со встроенным приводом:
1 — реактивный рычаг подвески (условно развернут); 2 — тяговый электродвигатель;
3 — опоры качающегося рычага подвески; 4 — стакан электродвигателя; 5 — левая
опора первого рычага; 6 первый электромагнитный привод; 7 — первый рычаг меха¬
низма шагания; 8 — второй электромагнитный привод; 9 — правая опора первого рычага;
10 — редуктор привода шагания; И — колесный редуктор; 12 — второй рычаг; 13 <—
ступица колеса; 14 — опоры ступицы колеса; 15 — вал; 16 — опоры узла сочленения;
17 — суммирующий редуктор механизма шагания; 18 — блокирующий механизм; 19 —
качающийся рычаг подвески
ление указанных зубчатых колес осуществляется через паразит¬
ные шестерни, также встроенные во второй рычаг.
Одним из наиболее сложных является узел сочленения рычагов,
включающий опоры как вала самою сочленения, так и зубчатых
передач колесного и суммирующего редукторов. Причем опоры
сочленения, так же как и опоры ступицы, первого рычага и ба¬
лансира нагружаются от внешних сил, действующих на колесо
при взаимодействии с грунтом, и, кроме того, от сил, возникающих
в зацеплениях суммирующего редуктора. Передаточное отношение;
в относительном двищениц от малого К. большему колесу су мм и-
рующегр,; р^уктор ;дол^нб. бь^ь

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
149
1	2	3	4
говый электродвигатель;
3 — ведущий вал редук¬
тора; 4 — зацепление ре¬
дуктора шагания с первым
рычагом; 5 — выходной вал
редуктора первого рычага;
6 — второй рычаг; 7 — вал
узла сочленения рычагов;
8 — выходной вал
говый
ни я рычагов и валов
тящими моменп
(внутренние зацеплю
условно не показаны).
I — первый рычаг; 2 — тя-
Рис. 4.24. Схемй нагргЛ,я~ -
Не входя в подробности расчета привода колесно-шагающего
движителя, ниже рассматриваются положения, которые необхо¬
димо иметь в виду при проектировании, на примере конструкции,
приведенной на рис. 4.23.
Так же, как и в случае расчета обычного мотор-колеса, основ¬
ными исходными данными при расчете КШД являются значения
внешних сил, действующих на колесо при прямолинейном движе¬
нии на подъеме и при повороте. Проектировочный прочностной
расчет всех узлов и деталей, кроме редуктора шагания, прово¬
дится для основного, колесного, режима движения при наиболее
неблагоприятном сочетании внешних сил. Расчет на прочность
зацеплений колесного и суммирующего редукторов следует вы¬
полнять для случая, когда тяговое усилие Т имеет максимальное
значение. Причем колесный редуктор нагружается только кру¬
тящим моментом от тягового усилия, тогда как через зацепления
суммирующего редуктора передаются еще крутящие моменты
от действия нормальной реакции грунта. Крутящий момент на
валу узла сочленения рычагов от усилия Т (рис. 4.24)
где/—плечи рычагов; Р—угол поворота рычагов, отсчиты¬
ваемый от положения рычагов, когда они обеспечивают макси¬
мальную базу; и2 — передаточное отношение колесного редук-
з от усилия N
Мр2 = N1 cos р,

150
ПЛАНЕТОХОДЫ
тора, встроенного во второй рычаг; г]2 —КПД последнего; гк —
радиус колеса.
Поскольку в рассматриваемой схеме КШД и2 = 2, а при
выбранном положении |3 ~ 0, то максимальный крутящий момент,
необходимый для расчета суммирующего редуктора на прочность,
равен
мтах = гтахГи ^
Крутящий момент, приложенный в зацеплении редуктора
шагания с первым рычагом, определяется выражением
МР1 = TrJ\ — +			) ,
где «х — передаточное отношение колесного редуктора, встроен¬
ного в первый рычаг (без учета планетарного ряда переключа¬
ющего механизма); %—КПД указанного редуктора.
При реальных значениях их величина Мр1 сравнительно не¬
велика и с учетом передаточного отношения редуктора шагания
вполне может быть обеспечена тормозным моментом на централь¬
ном колесе блокирующего механизма.
Аналогичным образом крутящие моменты от сил N и Т при¬
водятся к другим звеньям.
При работе в колесно-шагающем режиме расчетный крутящий
момент на первом рычаге определяется главным образом вели¬
чиной необходимого толкающего усилия F и углом поворота ры¬
чагов
Мрj = F21 sin р.
Помимо момента Мр1, величина которого определяет полезную
работу привода в колесно-шагающем режиме, к первому рычагу
следует привести моменты потерь в опорах от действия всех внеш¬
них сил и потери в зацеплениях суммирующего редуктора от дей¬
ствия сил N и Т. Поскольку в этом режиме момент Мр2 изме¬
няется по величине и направлению, изменяются также и моменты
потерь.
Наконец, третьей составляющей расчетного крутящего момента
на первом рычаге является момент потерь в зацеплениях,
образующих контур замкнутой мощности. Расчет замкнутых
потоков представляет большой практический интерес, однако
выходит за рамки настоящей книги. Ограничимся следующими
замечаниями. Звенья, входящие в контур циркуляции, и вели¬
чина циркулирующей мощности при равных внешних условиях

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
151
зависят от выбранной кинематической схемы привода КШД и
поэтому могут каким-то образом варьироваться.
В отношении рассматриваемой конструкции (см. рис. 4.23)
можно заметить, что здесь контур циркуляции включает в себя
часть опор и зацеплений, встроенных в рычагах колесного редук¬
тора, сами рычаги механизма шагания и суммирующий редуктор.
Величина замкнутой мощности на этапе переноса корпуса
определяется крутящим моментом, приложенным к невращаю-
щемуся в этот период колесу при его взаимодействии с грунтом,
и частотой вращения рычагов.
4.5.	Тормозная система
Тормозная система планетохода предназначена
для служебных и аварийных остановок и для удержания плането¬
хода при стоянке на уклоне. В соответствии с этим, подобно тор¬
мозным системам наземных транспортных средств, она может
включать служебный и аварийный остановочные и стояночный
тормоза. Специфика условий эксплуатации планетоходов приво¬
дит к некоторым особенностям конструкции тормозной системы
планетоходов. К числу этих особенностей можно отнести, в част¬
ности: стремление к совмещению функций служебного, аварий¬
ного и стояночного тормозов в одной конструкции для снижения
суммарной массы системы; полный учет и использование для
торможения планетохода и его удержания на уклоне внутрен¬
них механических потерь тягового привода; преимущественное
применение электромеханических или электромагнитных приво¬
дов управления тормозными исполнительными механизмами
с целью обеспечения автоматического вождения планетохода;
необходимость в ряде случаев автоматического изменения тор¬
мозных моментов по определенным законам, обеспечивающим
устойчивость движения планетохода в слабом гравитационном
поле.
Особенностью тормозных систем планетоходов с индивидуаль¬
ным электромеханическим приводом в сравнении с подавляющим
большинством наземных автомобилей является, кроме того, ис¬
пользование электрических способов торможения и установка
тормозных исполнительных механизмов на каждом мотор-колесе.
Исполнительный механизм, представляющий собой колодоч¬
ный, дисковый или какой-либо другой фрикционный тормоз
с приводом управления, может быть размещен на входном или
выходном звене мотор-колеса. При размещении тормоза на вход-

1!52	,л'1'' ' ) * 1 ■' 11 -ч« *п г/. :мм ПЛАНЕТОХОДЫ
Koivt iEie^e^ например *ма ваугу таговото?даипателя',| ббеспечиваюшся
минимальные масса1 и габариты узлов тормозной системы, /однако
£ацёпления тягового редуктора испытывают динамические? ) на¬
грузки при торможении. Важно' что в случае аварийного разрыва
кинематической 1 цепи 1 тягового : редуктора; например вследствие
пШОмки валов, торможение колеса при этой схеме размещения
тормоза оказывается невозможным. •	:; <	'1
-о: "Размещение: тормоза на выходном звене привода, чаще всего
на ступице колеса1, резко увеличивает массу и габариты как фрик¬
ционов, так и их привода. Особенно громоздким1 такой привод
может оказаться, когда используются электромагниты или	элек¬
тродвигатели.	г	Гг.-.гу>Г: Г/ :■-! ■■■Of.,
В планетоходах, управляемых водителем, при ручном приводе
фрикционных ^дисков или колодок! установка последних на сту-
пще г*, колеса£ представляется: единственно ^возможной, так как
вфедевйе- механических . тяг :во: внутреннюю- полость привода
весьма затруднительно;	г г - / ; ? -
Й ::5<<йуНОХОД-1>> и «Луноход-2» снабжены; фрикционными диско¬
выми и тормозам; с электромагнитными приводами, установлен¬
ными1 на валу тягового двигателя (см; рис. 4.20, а). Они выпол¬
няют функций стояночного,торжбза и участвуют в создании оста¬
новочного тормозного момента при служебном и аварийном тор¬
можении. В случае выхода из строи цепей электродинамического
остановочного торможения,; фрикционные тормоза мотор-колес мо¬
гут полностью взять на себя функции остановочного торможения,
so Мотор-колеса LRV оснащены колодочными тормозами, распо¬
ложенными на ступицах колес. Ручной привод колодок осуществ¬
ляется водителем; с. помощью:рукоятки управления, соединенной
С колодками с помощью рычажного механизма и троса.
^ ;;;;	4.6, Энергетические установки
Бортовые источники электрической энергии, раз¬
рабатываемые для наземных электромобилей, далеко не всегда
йгбгут'быть првменены на; п ла нетоходах в силу специфики ожидае¬
мых условий работы. Но, с другой стороны, некоторые ограниче¬
ния (прежде - всего экономического характера), существенные
дЛя' электромобилей массового применения, являются второсте-
•Ц^нньШи для космических: аппаратов: при их единичном произ¬
водстве.	^'/q	■	-со.
к;оЯЭиергетичес-кие:; установкиl. планетоходов должны удовлетво¬
ряй# следующим одновньш, требованиям [101]: повышенная на-

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
Таблица 4.1. Сравнительные характеристики аккумуляторов
Тип аккумуляторов..
Удельная !
энергия
Рабочая
Рабо¬
чее
Срок
службы
По¬
тери
емко¬
Вт-ч
. кг
Вт-ч
л
темпера¬
тура, к
напря¬
же¬
ние, В
циклы
меся¬
цы
сти за
3 .ме¬
сяца,
■%»
Серебряно-цинкЙвый ‘
130
2Q0—260
; 233—343.
1,5
L00
15—18
5—10
То же при кратко¬
временном разряде
100
200
233—343
1,5
25

—
Серебряно-кадмие-
вЫй : ‘ *■’ '1 1
70
130
243—300
1,15
: 300
15-18
, 0—5
Никель-кадмиевый'
24 *
70
280—305
1,3 1
300
20—30
До 30
Никель ^цинковый .
1.; 1 .
65
110
243—310
1,65
100 ;
15—-18
» 20
дежность; продолжительный срок службы;. высокая : удельная'
мощность, или -удельная энергия; малая масса, и компактность;
радиационная стойкость; устойчивость к вибрационным и; удар-*
ным воздействиям.	1	:	- !!
Любой -тип: » энергетической установки включает пер:вичный
источник энергии, преобразователь первичной*-энергии в электри¬
ческую» (в некоторых случаях эти два элемента объединены1) и
устройства» управления- и регулирования. Первичные источники
энергии» принято делить на бортовые (химические, ядерные и
механические) и внешние (солнечные). -	.
-Химические источники тока получили достаточно широкое
распространение на космических аппаратах благодаря высокой
надежности, приемлемым эксплуатационным и техническим- ха¬
рактеристикам ш относительно невысокой стоимости. Наибольшее
распространение ереди химических источников тока получили»
аккумуляторные батареи, работоспособность которых может быть-
восстановлена путем заряда с помощью дополнительного источи
ника »электроэнергии. Сравнительные характеристики этих акку¬
муляторов приведены в/габл.4.1 [2, 141 h ; v »	^	--п*
■ * « Работа щелочных никель-кадмиевых аккумуляторов: сопро*»:
вождается выделением газообразного кислорода на положительна
ноМ электроде, что усложняет, задачу герметизации такого акку*:
мулятора: в ? составе планетохода.- ^ ; .	;	.	;	/.	*	„
*J Этого- недостатка лишены серебрянощинковые и серебряно-»^
кадмиевые аккумуляторы, которые к - тому же- имеют болцшую*
Допустимую плотность.- тока* * (до; Оуб; А/см2:) и малое »внутреннее *
сопротивление. Это позволяет эффективна* исшмьзоцать ^тащеь

154
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.25. Разрядные кри¬
вые серебряно-цинковых
аккумуляторов при раз¬
ных температурах то¬
ком 2 А
аккумуляторы в режимах кратковременных перегрузок, что весьма
важно для планетоходов. Вместе с тем при эксплуатации таких
аккумуляторов необходимо учитывать особенности процесса раз¬
ряда в зависимости от температуры. На рис. 4.25 представлены
кривые изменения разрядного напряжения серебряно-цинковых
аккумуляторов при различных температурах.
В процессе хранения емкость аккумуляторов уменьшается
вследствие саморазряда. Это особенно важно учитывать в слу¬
чаях применения АБ на планетоходах, предназначенных для
исследования дальних планет, когда время доставки с Земли
исчисляется месяцами.
Привлекают внимание также высокотемпературные аккуму¬
ляторы, преимущества которых заключаются в очень низких вну¬
тренних потерях и в высоких удельных энергии и мощности. Это,
например, литиево-серные аккумуляторы, энергоемкость которых
достигает 1550 Вт-ч/кг. Основной их недостаток —высокая рабо¬
чая температура.
АБ могут применяться на планетоходах с многократным ис¬
пользованием, но с ограниченным радиусом действия. В этом
случае планетоходы имеют возможность отъезжать от базы на
ограниченное расстояние для проведения требуемых эксперимен¬
тов, но по их окончании должны возвращаться для последующей
зарядки аккумуляторов от стационарного источника. Практи¬
ческим примером является американский луноход LRV, пред¬
назначенный для поездок вблизи посадочной ступени космического
аппарата. Более общей задачей является энергообеспечение
автономных планетоходов с большим радиусом действия. На
них АБ должны применяться в совокупности с другими источ¬
никами электрической энергии, обеспечивающими многократную
их зарядку. Могут применяться также энергетические установки,
способные самостоятельно обеспечить длительное автономное
функционирование планетоходов.

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
155
Топливные элементы (электрохимические генераторы) отно¬
сятся к числу прямых преобразователей химической энергии топ¬
лива в электрическую. Активные вещества в топливных элементах
хранятся отдельно в виде горючего и окислителя (кислород),
которые в процессе работы непрерывно подводятся к электродам.
Энергия в топливном элементе вырабатывается до тех пор, пока
в него поступают горючее и окислитель. Топливо в таких эле¬
ментах может использоваться в газообразном, жидком и твердом
состояниях. В качестве топлива могут использоваться водород,
гидразин, углеводороды, алюминий и т. д. Окислителями, по¬
мимо кислорода, могут являться галоиды (хром, бром), перекись
водорода, азотная кислота.
Не рассматривая здесь принцип действия топливных элемен¬
тов (он широко освещен в литературе, например [2, 101, 141]),
остановимся лишь на их наиболее существенных преимуществах:
высокий КПД элементов, практически достигающий 50 ... 70 %;
способность элементов к значительным перегрузкам —до 100 %
и более (но при некотором снижении КПД); длительный срок
службы; высокие удельная мощность и предельная мощность;
возможность регенерации продуктов электрохимической реак¬
ции в исходные активные вещества.
Наиболее существенными недостатками топливных батарей,
которые пока ограничивают возможность их применения на пла¬
нетоходах, являются сравнительно большие объем и масса, услож¬
нение батареи за счет применения вспомогательных устройств и
систем (для удаления продуктов реакции, терморегулирования,
хранения, подачи и подготовки топливных компонентов и т. п.)
и необходимость значительного количества драгоценных метал¬
лов (платина или палладий) в качестве катализаторов.
Наибольшего развития достигли водородно-кислородные топ¬
ливные элементы с криогенными резервуарами для водорода,ти¬
пичные вольт-амперные характеристики которых представлены
на рис. 4.26. Батареи из таких топливных элементов получили
практическое применение в космических аппаратах (например,
при исследовании Луны по программе «Аполлон»). Однако
криогенное хранение водорода и кислорода достаточно сложно,
а хранение водорода в сжатом состоянии (до 20,265 МПа) приводит
к тому, что масса баллонов возрастает в 100 и более раз по сравне-
нию с массой самого водорода. Этим объясняется особый интерес
1_ развитию топливных элементов на основе ракетного топлива
(гидразина), что очень важно при длительных космических по¬
стах [101].

156
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 4.26. Зависимость
напряжения водородно¬
кислородного топливного
элемента от плотности
тока при различных тем¬
пературах
Для длительных планетных исследований особо перспектив¬
ными следует считать интенсивно развивающиеся регенеративные
топливные батареи.
Фотоэлектрические преобразователи и солнечные батареи пред¬
ставляют собой один из наиболее эффективных и распространенных
источников электрического питания космических объектов. Фото¬
электрические преобразователи осуществляют непосредственное
преобразование солнечного излучения в электрическую энергию,
используя эффект возникновения фотоэлектродвижущей силы
(фото-ЭДС) при облучении полупроводникового элемента световым
потоком. Величина фото-ЭДС обычно достигает нескольких деся¬
тых вольта [101]. КПД солнечных фотопреобразователей обычно
составляет 7 ... 10 %, в пределе 12 ... 14 %, но для арсенида
галлия теоретический КПД достигает 25 %.
При эксплуатации фотоэлектрических преобразователей в со¬
ставе планетоходов необходимо учитывать, что ток во внешней
цепи преобразователя зависит от таких внешних факторов, как
окружающая температура и интенсивность падающего светового
потока (рис. 4.27 и 4.28).
Для получения необходимых мощностей и параметров электри¬
ческого тока отдельные фотоэлементы соединяются в панели сол¬
нечных батарей. При этом отдельные элементы сначала соединя¬
ются последовательно в виде секций или панелей для получения
требуемых напряжений, а затем группы секций или панелей ком¬
мутируются параллельно для обеспечения заданных мощностей.
Имеется большое количество вариантов конструктивного вопло¬
щения солнечных батарей. Применительно к планетоходам выбор
рациональной конструкции солнечной батареи является весьма
важной задачей, так как при значительных габаритах батареи,
необходимости ее ориентации на Солнце и защиты от внешних
воздействий установка батареи может повлиять на общую конфи-

КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
157
Рис. 4.27. Зависимость напряжения и Рис. 4.28. Зависимость силы тока
плотности тока кремниевого элемен- кремниевого элемента от напряжения
та от потока солнечного излучения:	для различных значений рабочей тем-
1—7,7 мВт/см2; 2 — 76 мВт/см2; 3 — пературы
158 мВт/см2
гурацию машины и компоновку отдельных ее узлов и устройств.
Панели солнечных батарей могут устанавливаться непосредственно
на корпусе, на отдельных частях контейнера, на выносных неориен¬
тированных конструкциях, на выносных панелях, ориентирован¬
ных перпендикулярно направлению на Солнце. Для приближенной
оценки требуемой общей площади солнечных батарей можно
исходить из того, что современные солнечные батареи позволяют
получать порядка 100 Вт с 1 м2 поверхности при прямом освещении
Солнцем.
При формировании общей программы длительного функциони¬
рования планетохода,оснащенного солнечными батареями, необхо¬
димо учитывать воздействие на них космической радиации, сни¬
жающей постепенно эффективность батарей. Снижение эффектив¬
ности и более серьезные повреждения солнечных батарей могут
быть вызваны на ряде планет микрометеоритными потоками. Кроме
того, применительно к планетоходам серьезную опасность для
солнечных батарей могут представлять пылевые естественные
образования в атмосфере планеты (например, при пылевых бурях
на Марсе) либо пыль, поднимающаяся в процессе движения.
Наиболее эффективным способом повышения надежности сол¬
нечных батарей следует считать использование принципов резерви¬
рования, что приводит к возрастанию их массы.
В состав батарей, помимо панелей преобразователей, дополни¬
тельно входят следующие устройства [101 ]: механизмы разворачи¬

158
ПЛАНЕТОХОДЫ
вания панелей; устройства для ориентации панелей на Солнце;
системы преобразования и передачи энергии; системы аккумули¬
рования энергии для обеспечения работы в периоды затемнения
солнечных батарей и для покрытия пиковых нагрузок.
Солнечные батареи получили широкое распространение в кос¬
мической аппаратуре, однако применительно к планетоходам
возможность их использования находится в зависимости от атмо¬
сферных условий на разных планетах: на планетах, имеющих
атмосферу, заметно уменьшающую поток солнечного излучения,
необходимо применять другие источники электроэнергии из числа
рассмотренных в данном обзоре.
Термоэлектрические генераторы. Принцип действия таких
генераторов основан на использовании термоэлектрического
эффекта. Величина термо-ЭДС в основном зависит от разности
температур «горячего» и «холодного» спаев и от особенностей
материалов термоэлемента.
Эффективность термоэлемента, в первую очередь, определяется
подбором оптимального сочетания исходных материалов, в качестве
которых преимущественно используются сильнолегированные' по¬
лупроводниковые соединения и сплавы. Такие термоэлементы
(получаемые в них термо-ЭДС достигают сотен микровольт на
градус) для получения требуемых значений напряжения, тока и
мощности объединяются путем последовательного и параллельного
соединений в термоэлектрические батареи.
В зависимости от первичного источника тепла термоэлектри¬
ческие генераторы разделяются на радиоизотопные и солнечные.
Применительно к планетоходам использование тепла солнечного
излучения является недостаточно эффективным (усложняется
конструкция термоэлектрического генератора, затрудняется ком¬
поновка, отсутствует подзарядка буферных батарей в ночное
время, на ряде планет слишком слаба интенсивность солнечного
облучения). Поэтому наиболее перспективными из термоэлектри¬
ческих генераторов для применения на планетоходах следует счи¬
тать радиоизотопные термогенераторы.
Радиоизотопные термоэлектрические генераторы отличаются
тем, что для поддержания высокой температуры на «горячих»
спаях используется тепловая энергия, образующаяся при распаде
радиоактивных изотопов. Основными достоинствами радиоизотоп-
ных источников тепловой энергии являются возможность обеспе¬
чения весьма продолжительной работы, высокие надежность и
удельная мощность, возможность работы в условиях высокой
радиации, Радиоизотопные термоэлектрические генераторы осо-

КОНСТР УИРОЁАНИЕ УЗЛОВ И СИСТЕМ
159
Таблица 4.2. Характеристики термоэлектрических элементов
с радиоактивными изотопами
Радиоактивные изотопы
Вид
излучения
Период
полураспа¬
да. г
Срок
службы, г
Удельная
мощность,
Вт/см2
Плутоний-238
а
90
10
9,3
Кюрий-244
а
18
10
22,4
Кюрий-242
а
0,5
0,5
1170
Полоний-210
а
0,5
0,5
1320
Стронций-90
?
28
10
0,7
Церий-144
Р. V
0,8
0,8
13,8
бенно перспективны для применения на планетах с плотной
непрозрачной атмосферой.
К недостаткам рассматриваемых генераторов следует отнести
невозможность влияния на ход радиоактивного распада, необходи¬
мость обеспечения радиационной безопасности при обслуживании
на Земле, в космическом полете и при эксплуатации планетоходов,
низкий КПД.
Принципиальной особенностью радиоизотопных нагревателей
является уменьшение со временем создаваемого ими теплового
потока. Количественно это явление оценивается величиной периода
полураспада (табл. 4.2).
Удельные характеристики радиоизотопных термоэлектрических
генераторов находятся в пределах 2 ... 4 Вт/кг.
При выборе источника электрической энергии для планетоходов
приходится принимать во внимание целый ряд разнохарактерных,
иногда противоречивых требований, удовлетворить которые с по¬
мощью генератора какого-либо одного типа в ряде случаев затруд¬
нительно. Эти требования вытекают из специфических особенно¬
стей и технических возможностей каждого конкретного плането¬
хода (например, требования по мощности, перегрузочной способ¬
ности, ограничения по массе и габаритам), из условий функциони¬
рования для конкретной планеты (температурные перепады на
поверхности, состав атмосферы, ее прозрачность и пр.) и общих
требований к космической экспедиции (общая продолжительность,
особенности технических характеристик научной аппаратуры, об¬
ширность исследуемого района). Поэтому в большинстве случаев
оптимальным решением задачи выбора источника энергии оказы¬
вается использование нескольких типов генераторов, по своим
возможностям и техническим параметрам дополняющих друг
Друга.

УПРАВЛЕНЙЁ
ДВИЖЕНИЕМ
ПЛАНЕТОХОДА
i	!
!	|	' Система управления движением планетохода пред¬
назначена для изменения положений планетохода в условиях
неорганизованной, неупорядоченной внещней среды с целью
выполнения его основной транспортной задачи — перемещения по
оптимальной трассе движения из одной точки поверхности в дру¬
гую. Для этого система управления должна выполнять ряд функ¬
ций, связанных с восприятием информации, ее оценкой, выработ¬
кой решений и выдачей команд на исполнение решений.
:	Очевидно, что :эти функции при ручном управлении планетохо¬
дом экипажем космонавтов выполняются, человеком. При дистан¬
ционном управлении некоторая часть этих функций выполняется
на борту планетохода, остальная — группой операторов и персо¬
налом наземного пункта управлении либо, средствами стационар¬
ной вычислительной техники этого пункта. Однако во, многих
случаях возможности обмена информацией между планетоходом и
пунктом управления в существенной мере ограничены пропускной
способностью каналов связи. В силу этого единственным путем
повышения эффективности1 управления движением остается повы¬
шение-уровня автоматизации управления движением планетохода
с использованием бортовой вычислительной техники. При автомати¬
ческом управлении большая часть функций выполняется на борту
планетохода. При наиболее совершенных видах автоматического
управления планетоходом роль человека сводится к контролю и
периодическому указанию промежуточных пунктов назначения,
представляющих наибольший интерес-с научной либо практиче¬
ской точки зрения:.	-	-	-
В значительной мере способ управления передвижением опре¬
деляется и конечной целью перемещения планетохода, В общем
случае эти цели могут' быть весьма разнообразны. Перечислим,
возможные варианты' в порядке* определяемом увеличением слож¬
ности системы -управления. . - -	>	-	’
f ] l v 'Удаление от исходной*точки на заданное расстояние (напри-
Mepv дли установки; приборовоц^зоне^исвободной от влияния поса¬
дочных двигателей спускаемого аппарата на грунт). В этом случае
Глава
5

управление движением планетохода
161
направление движения не имеет значения. В силу этого выходным
параметром будет только удаление от первоначальной точки.
2. Выход из исходной точки на заданный рубеж. Целью подоб¬
ного перемещения может быть, например, необходимость исследо¬
вания изменений климатических зон в широтном направлении*
Для этого случая движения выходным параметром является вели¬
чина проекции траектории движения на дирекционный курс.
3. Движение к заданной точке, например на радиомаяк или
точку посадки космического корабля, заданную географическими
координатами. Выходным параметром системы управления будет
курсовой угол движения планетохода.
4. Движение по прямой линии в заданном направлении, напри¬
мер при выполнении геологических разрезов каких-либо природ¬
ных образований на местности. Выходными параметрами в данном
случае будут курсовой угол движения и поперечное линейное
перемещение, которое не должно превышать определенной допу¬
стимой величины.
5. Движение по заданной траектории, например, с целью
исследования конкретного участка местности. Для этого случая
выходными параметрами являются курсовой угол движения,
линейное перемещение в продольном направлении. Однако в ряде
случаев этого недостаточно. При движении по склонам в результате
воздействия местности планетоход может смещаться в поперечном
направлении. Вследствие этого, при необходимости достижения
высокой точности движения по заданной траектории, необходим
контроль еще одного параметра — линейного перемещения в попе¬
речном направлении.
Для систем управления планетоходов с классическими схемами
изменения направления движения входными параметрами явля¬
ются: при бортовой схеме поворота—курсовой угол движения
планетохода; при управляемых поворотных колесах или секциях —
угол поворота управляемых колес (или секций) и величина пере¬
мещения планетохода по криволинейной траектории (при угле
поворота колес, не равном нулю).
Кроме того, для случая движения по заданной траектории неза¬
висимо от схемы изменения направления необходимо входное
воздействие на систему управления по линейному продольному
перемещению.
В зависимости от назначения планетохода и поставленных
перед ним конечных целей эффективность системы управления
передвижением может оцениваться по следующим критериям:
средняя скорость движения; максимальная скорость приближе-
6 А. л. Кемурджиан и др.

162
ПЛАНЕТОХОДУ
ния к конечной цели; точность следования по заданной траектории;
минимальный расход энергии.
Многообразие вариантов функционального назначения плането¬
ходов и, главным образом, различия в скорости обмена информа¬
цией между планетоходом и наземным пунктом управления пре¬
допределяют и разнообразие возможных видов управления пере¬
движением, а также состав и сложность соответствующих им систем
управления. В гл. 2 было отмечено, что планетоходы можно
разделить на две группы: обитаемые и необитаемые. Очевидно, что
обитаемые планетоходы должны быть оснащены ручной системой
управления. Что же касается необитаемых, то для некоторых из
них ручная система управления также может быть необходима
(например, для планетоходов, управляемых с помощью выносного
пульта).
Для необитаемых планетоходов в зависимости от степени авто¬
матизации вождения могут применяться следующие виды управле¬
ния движением: дистанционное; автоматическое программное;
автоматическое адаптивное.
Даже с учетом различной эффективности на каждом плането¬
ходе целесообразно предусматривать не одну, а несколько схем
управления. Применение на автоматических планетоходах уст¬
ройств дистанционного управления позволяет увеличить надеж¬
ность работы и получить все же, хотя и при меньшей эффективности,
какие-либо результаты исследований в случае выхода из строя
автоматического управления. Необходимость использования ди¬
станционного управления на планетоходах, управляемых космо¬
навтами, также может быть обоснована, например, в случаях
заболевания членов экипажа либо при необходимости перемеще¬
ния ранее доставленного планетохода к месту посадки космиче¬
ского корабля с экипажем.
Дистанционное управление передвижением планетохода осу¬
ществляется экипажем с наземного пункта управления по радио¬
каналам дальней связи. Все основные решения по управлению
принимаются экипажем на основании информации о транспортной
обстановке, состоянии систем машины и ее пространственном
положении. Следует отметить, что в сравнении с ручным при
дистанционном управлении резко сокращается объем полезной
информации, что усложняет вождение. Так, исключается слуховая
и тактильная информация о состоянии агрегатов машины и о ее
взаимодействии с препятствиями. Уменьшается объем и ухудша¬
ется качество визуальной информации. Усложняется ориентация
на местности.

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
163
Передаваемый объем информации и необходимость высокой
скорости ее обработки требуют применения современных вычисли¬
тельных машин как на наземном пункте управления, так и на
борту планетохода. Выработанные экипажем решения в виде
команд управления по радиолинии передаются на исполнительные
устройства планетохода. Дистанционное управление применимо
при относительно небольших удалениях исследуемой планеты,
на которой работает планетоход, когда запаздывание сигналов
сравнительно невелико и исчисляется в худшем случае десятками
секунд. Дистанционное управление передвижением планетохода,
впервые примененное на «Луноходе-1» и «Луноходе-2», показало
высокую эффективность и обеспечило высокие темпы передвижения
за сеанс связи. В то же время анализ возможности применения
дистанционного управления передвижением планетохода на уда¬
лениях с задержкой сигнала, исчисляемой минутами, показывает,
что средняя скорость движения машины уменьшается обратно
пропорционально длительности задержек в передаче сигналов.
Так, на Марсе использование дистанционного управления приведет
к уменьшению средней скорости движения примерно на два
порядка в сравнении с Луной.
Автоматическое программное управление обеспечивает движе¬
ние планетохода по заранее заданной траектории. Программа дви¬
жения может задаваться на основании визуальной информации от
телекамер или телефотометров либо на основании обработки ста¬
тистического материала о распределении наиболее распростра¬
ненных препятствий и их размеров. В последнем случае программа
движения задается в форме типовой программы. Алгоритм функ¬
ционирования в этом случае задается в таком объеме, чтобы обес¬
печить объезд детерминированных препятствий либо их групп
с максимально возможным диапазоном размеров. Применение
автоматического программного управления позволяет сущест¬
венно повысить эффективность управления и более полно исполь¬
зовать функциональные возможности планетоходов при работе на
поверхности небесных тел, удаленных от Земли на такие расстоя¬
ния, когда оперативное управление их передвижением с назем¬
ного пункта становится затруднительным либо даже невоз¬
можным.
Сложность программ работы в значительной степени зависит от
Уровня информационного обеспечения. В общем случае в целях
идентификации транспортной обстановки в объеме, необходимом
Для выполнения поставленной задачи и обеспечения безопасности
работы, планетоход с автоматическим программным управлением
6*

164
ПЛАНЕТОХОДЫ
должен быть оснащен развитым информационно-измерительным
комплексом.
Автоматическое адаптивное управление должно применяться на
планетоходах, предназначенных для исследования самых дальних
планет и их спутников либо относительно близких планет при
отсутствии прямой радиовидимости. С технической точки зрения
этот вид управления является наиболее совершенным, хотя и
наиболее сложным с позиций его реализации на современном этапе
развития науки и техники. В этом случае выбор траектории дви¬
жения, режимов работы тяговых приводов и управляемых элемен¬
тов ходовой части, траекторий объезда детерминированных пре¬
пятствий малых размеров, их групп, а также протяженных пре¬
пятствий, размеры которых могут быть соизмеримы с длиной пути
планетохода, производится автоматически на основании информа¬
ции от бортового информационно-измерительного комплекса.
Анализ обстановки и выработка решений должны обеспечиваться
также автоматически средствами бортовой вычислительной тех¬
ники.
Реализация адаптивного управления планетоходом возможна
только на базе последних достижений вычислительной техники и
разработки более совершенных методов и средств идентификации
окружающей обстановки.
5.1.	Особенности планетоходов
как объектов управления
и требования к системам управления
Вождение планетохода с ручным управлением
экипажем космонавтов, находящихся на его борту, не имеет прин¬
ципиальных отличий от управления любым наземным транспорт¬
ным средством, если не считать специфических условий освещен¬
ности поверхности Солнцем при малых углах возвышения. В усло¬
виях отсутствия атмосферы движение в сторону Солнца или
в противоположную сторону в утренние и вечерние часы будет
затруднено из-за плохого визуального обзора местности. При
разработке планетоходов с открытой кабиной необходимо учиты¬
вать особые эргономические требования к конструкции машины
и ее систем, предъявляемые возможностями работы космонавта
в скафандре конкретного типа.
Управление необитаемыми планетоходами имеет ряд характер¬
ных особенностей. В общем случае передвижение планетохода на
местности при выполнении запланированной программы работы

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
165
характеризуется изменением координат и ориентации продольной
оси машины. В этом планетоход, как объект управления, не
отличается от других подвижных объектов с автоматическим или
дистанционным управлением, однако в отличие от них достижение
конечной цели связано не только с компенсацией ошибок по угло¬
вым и линейным отклонениям. При управлении планетоходом
постоянно приходится решать редко встречающуюся в управлении
другими подвижными объектами задачу по объезду непреодолимых
участков местности. Это требует соответствующей корректировки
траектории движения, причем поперечные линейные отклонения
от первоначальной траектории могут достигать ее длины. В ряде
случаев необходимо предусматривать и возможность временного
удаления планетохода от точки или рубежа назначения. Все это
усложняет управление планетоходами. Следует отметить, что
к настоящему времени методы автоматического решения задач
объезда сложных препятствий большой протяженности по опти¬
мальной траектории еще не решены. Главным образом, это
обусловлено тем, что априорная информация о форме непреодо¬
лимого для конкретного планетохода участка местности не мо¬
жет быть получена с использованием современных измерительных
средств.
Средствами активного взаимодействия планетохода с внешней
средой, в данном случае с местностью, и в то же время исполни¬
тельными устройствами системы управления планетохода явля¬
ются движитель, тормоза, а в некоторых случаях (при их наличии)
подвеска с регулируемой жесткостью, устройства изменения
направления движения и дорожного просвета, поперечного пере¬
мещения и т. д.
Планетоходы с автоматическим или дистанционным управле¬
нием могут выполнять конечное число действий: движение вперед;
увеличение и уменьшение скорости движения; остановка; движе¬
ние назад, в правую и левую стороны; повороты налево и направо,
а также ряд других функций, определяемых их конструкцией.
Набор или комбинация команд, соответствующих перечисленным
Действиям, в общем случае должны обеспечить выполнение транс¬
портной задачи при движении в условиях неорганизованной внеш¬
ней среды. Следует отметить, что абсолютное большинство извест¬
ных проектов планетоходов выполнено применительно к класси¬
ческой схеме наземных транспортных средств, исключающих
возможность управляемого движения в поперечном направлении.
& соответствии с этим управляющее воздействие на исполнительные
°Рганы системы управления планетохода принципиально может

166
ПЛАНЕТОХОДЫ
привести лишь к изменению положения машины за счет продоль¬
ного перемещения и поворота.
Указанный выше перечень элементарных действий не опреде¬
ляет всех возможных функций исполнительных органов плането¬
ходов. Проходимость последних может быть увеличена за счет
введения специализированных устройств. Соответственно этому
в системе управления планетохода должны быть организованы
прямые и обратные связи для автоматического управления этими
устройствами и системами. В табл. 5.1 представлен перечень
наиболее характерных препятствий, проезжаемость которых может
быть несколько повышена за счет временного увеличения какого-
либо параметра проходимости планетохода. Временного в силу
того, что улучшение одного параметра, как правило, сопровожда¬
ется ухудшением других. Например, увеличение просвета приводит
к уменьшению динамической и статической устойчивости. В ука¬
занной таблице представлен также характер воздействия препят¬
ствия на планетоход и возможные действия для компенсации или
устранения этого воздействия.
Необходимо отметить, что существует еще ряд препятствий,
вероятность встречи с которыми пока не оценена и выявление
которых сопряжено со значительными трудностями. К ним отно¬
сятся различного рода подпочвенные пустоты, расположенные
близко к поверхности, слабые откосы, участки уклонов с грунтом,
имеющим значительно худшие механические характеристики
в сравнении с предыдущими и т. д. Необходимость учета подобных
препятствий при управлении планетоходами будет определена по
мере накопления статистических данных о природе планет.
Особенностью автоматических и дистанционных систем управ¬
ления движением планетоходов является так же, как уже отме¬
чалось, сокращение объема информации о состоянии агрегатов
машины и местности. С ухудшением качества визуальной инфор¬
мации, обусловленной использованием телевидения, теряется
информация о характере грунта и о ряде других дорожных усло¬
вий. Автоматическое получение этой информации даже на относи¬
тельно небольшом расстоянии, равном двум-трем базам машины,
в настоящее время не представляется возможным.
Характерной особенностью управления автоматическими и
дистанционно-управляемыми планетоходами, в отличие от управле¬
ния наземными транспортными средствами, является ограничен¬
ность либо полное отсутствие априорной информации об окружаю¬
щей обстановке. Даже для рельефных образований наиболее легко
обнаруживаемых препятствий —не представляется возможным

Таблица 5.1. Возможные мероприятия по увеличению проходимости планетоходов
УПрАвлёнйе Движением планетохода
167
£ «
4 н
0) о
5 о
£ л
ч н
о о
с
С-> г;
03 Й
У W
#й s я
Од"
£
й ас я
со о
Я Ч
я
ч
о
й
Я
о
о л
Я о
й >»
о с
Он
Ss
й и
>»
Он
5 л
*
г>* О
и а>
а) m
СХ К
о
со »Я
Я О
О S
§g;2
Он
(н S н
G ч о
5 2
2 «
к 5
3 я
“ 03 л
gg-3
*>Ȥ
я
• СО 9Я
“SI
о S си
со Я Ч
с ^
л 5 3
со Я Я
(D	_н
s S § н
S О §о
►г С ф л
S Я
Я S
я
я
о м
я ч
я
о я
я ^
9*2 *
Й о
ss§
<u
к
s:
«So
£ £ я
я н о
2, ° я
^ к 5
D 0^ Ч
Г2л S.3
с я
Я 2
о
Он
я
я
я
я
я
я
2
&
6 « 6
й и S
о Я *
а> » со
* Я 5
я с
о
я я
§h
о СР
О)
ч »я
о <и
я я
Ч Я
Я « 3
н Он О
о о х
*Я
a
я
я
я
я
о
я
И Он
я
л
ч
О)
я
Л 2
Я Я
2 я
! 8
я*
ю
я
о
л я
3 о
н я
я
Он СО
2 Я
й °
42 ч
К я
СО
я ^
4 о
5 °
я °
я 0Q
Он о
2 8
й °-
42 >»
S я
а>
я
я
я Ч
н я
и ас
Я СО
9г «
со о
о о
PQ я
>»
VO
я с
я >>
*5
я а
я «
ч
СО я
О Я
С s
»—I <u
я
О
си >»
55 Я
Я о,
О О
CU Я £
Я *
н 3 <
S к С
Й ° Е
Он е;
^ я :
я с
ч
о
4
5
и
я к
&S Я
я 55 Й
Я Ч Он
я я 2
>» Я
О й) О
3 s я
Я О)
£ *Q9S
•=* °
2 о я
<3^
я со
я н
я
3 2
а <и
я я
Я о
Он о
Я Он
я
-г >»
л н
я о
>> н
ь А
У Я
й
к
я
CU
Он
я
я
я
§ *
■в 5
« «
н
я
я
я
Он
я

168
ПЛАНЕТОХОДЫ
io
Ч
VO
V
я
я
o>
*
ч
о
Ч
о
Он
с
*5 о
£ к
к н
О) и
н «
я О
К CU
с >*
I I
S
X
8
С
я * 2 н
§ с я
Is |
<и О S
>> я g
Он я я 5
Я 5 S л
ч^я
>>с 2
П Я Ч я
2 я я
Рн С 5 °
О. CL)
Д Я Д
<D
К
н
я
» к " я
5 5 а д
ч ч я я-
а> Д £ 4
НДС
s °-S.a
Ч
О
X
О
О Н
я	д	Я
д	о	а>
ч	с	S
о Я
»я У
sag
>. <и
я
X я
я
я	я
я	я
д	д
о	д
со	О	Н-,
л ау -
ч	я	Э	я
о	со	2	ч	о
я	Я	Я	а;	Я
v	Ч	я	Я	я
£	д	Н>5	о
Я	О	Он
я	ч	с
д
с
о
н 9
О • о
| £ о
SS5
as з
g 1 s
s|g
ф С Я
я
я >»
<и я о
Я о я
3 & й
5 О Ч
г' л н Я
О о н
я
д о
к я
Я
я °
£ Он
ч °
п я
я О
Он С
я
д д
Я <1>
VO
* g
§s
я
д
о
>»
я
Он
„ о
к Я
д
я
>>
д
я
о
(D
*
я
fC
\о
/—ч Д
О я
н
ч
К
И
си
д
ч
си
н
я
Он я
я
о
со о
д
д
о
КС
о
X я
СО	f-H
£*■» х о
Он д д
(_■ Н Я
си
*
д
ч
о
я
о
я
Он
s g
S д
Он Л
2 Ч
S о
д
£ 5
си **"»
Ё2
*§
<и <и
■	-	3	S	о
«	ч	Й	я	О
SosSft
Он	<и	>>
я	Он	я
« «
д a
ч a
я Ч
а§ 2
S?s
я о я
42 Он а>
Sc?
о я
о я
ч
д
я
я
я
Ч hTH
я £
о Ч
Д £
о
ч
я о
я х
O’
д
S « я
о, о н
2, я д
Ss'
<U *Я
ч о
СГ> д
я я
<и я
Он <и
g *
£ч о
^ д о
я я я
Я О
я 2
<и я
8°
я
О О
ед
о
си
4
О _н Ч
Я S д
о ч я
д ’Я
ЕГ <у
>>3
Д Я
Я ч
о Я м
я VO »я я я
Я О Д
я »% я д
д °	д	ч	м
l=t	я	О	Я	х
д я	2	д
я о	ч	н
о н	Ян	я	о
Я О Я	Он
Я S
Я 3
5 g.i
о я
sa§e
д а> о 8
Он д <i> ч
о Я Он я
д >» Я д
о ч а) ft
Д О я я
я
я
§
о
о
а
Он
о
Сн
8
£
н
я
>>
Он
>Я
я
о
<U <D
Я я
о О
'S ►*
и д
я

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
169
создать информационную систему, позволяющую во всех случаях
заблаговременно выявить непреодолимые препятствия. При этом
чем выше опорно-тяговая и профильная проходимости машины,
тем больше вероятность того, что препятствие не будет заблаго¬
временно выявлено. Это обусловливается тем, что препятствия,
располагаемые за выступами рельефа, попросту невидимы для
информационной системы. При этом чем круче выступы, тем лучше
они маскируют рельеф. В большей степени это касается различ¬
ного рода отрицательных препятствий: впадин, кратеров, обрывов,
трещин, ям (рис. 5.1). Если рельефные образования в какой-то
мере все же могут быть выявлены заблаговременно, то другие
виды препятствий практически невозможно в настоящее время
распознать, не приблизившись к ним вплотную. А перечень подоб¬
ных препятствий достаточно обширен.
Согласно проведенным исследованиям [114] эффективность
системы управления только тогда будет высокой, когда обеспечи¬
вается выявление препятствия на удалении, существенно превы¬
шающем его размеры. В связи с этим приходится констатировать,
что для большей части препятствий информация, с позиций опти¬
мизации управления движением планетохода, практически может
считаться апостериорной. Отвод машины от непреодолимого пре¬
пятствия в этом случае обеспечивается за счет заведомого умень¬
шения пороговых уровней информационных систем, что может
быть выполнено только за счет сокращения функциональных воз¬
можностей планетохода. А поскольку превышение фактического
уровня проходимости над уровнем, определенным для информа¬
ционных систем, не может быть задано сколько-нибудь большим,
то всегда существует опасность застревания или попадания
в аварийную ситуацию при встрече с препятствием из-за недоста¬
точно большого запаса фактической проходимости над проходи¬
мостью, определяемой информационными системами.
Еще одна особенность управления планетоходом обусловлена
необходимостью работы на склонах крутизной до 30 ... 35°. В этих
условиях машина подвержена возмущающим воздействиям со
стороны рельефа и грунта, приводящим к изменению как величины
скорости продольного перемещения, так и направления движения.
Причем последнее связано с появлением момента внешних сил,
приводящего к уводу от курса движения, а также поперечных сил,
приводящих к поперечному линейному смещению машины. При
этом, если угловые и продольные линейные смещения планетохода
могут быть однозначно компенсированы средствами активного
взаимодействия планетохода с местностью, то для компенсации

170
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 5.1. Маскировка непреодолимых препятствий неровностями рельефа и
эквивалентные им ситуации с безопасными для перемещения планетохода уча¬
стками местности

УПРАВЛЕНИЕ движением ПЛАНЕТОХОДА
171
Рас. 5.2. Заданная (сплошная линия)
и фактическая (пунктир) траектория
движения макета планетохода при
движении под углом —45° к линии ма¬
ксимальной крутизны на подъеме а
поперечного перемещения пла¬
нетоходы, выполненные по клас¬
сическим схемам, вынуждены
выполнить серию действий. Не¬
соответствие между возможно¬
стями машины, заключающи¬
мися в неспособности активно
перемещаться в поперечном на¬
правлении, и вынужденными пе¬
ремещениями ее в этом направ¬
лении под возмущающим воздей¬
ствием местности также можно
отнести к особенностям управ¬
ления движением планетохода.
Может показаться на первый взгляд, что вынужденное линей¬
ное поперечное смещение планетохода может быть легко компенси¬
ровано изменением курсового угла в сторону, противоположную
этому смещению. Однако эксперименты показывают, что указанное
действие не всегда эффективно. В частности, при бортовом способе
поворота изменение курсового угла сопровождается дальнейшим
более интенсивным линейным перемещением в сторону уклона,
величина которого не может быть заранее определена. Более того,
в процессе поворота, как правило, за счет повышенного буксова¬
ния увеличивается просадка элементов движителя в грунте,
причем для борта, расположенного ниже по склону, это погруже¬
ние больше. При попытке последующего прямолинейного движе¬
ния после поворота разница сил сопротивления качению левого и
правого бортов приводит к повороту машины. Забегающим при
этом является борт, расположенный выше по склону. Как правило,
запланированное и фактическое направления движения при этом
пе совпадают (рис. 5.2). В несколько меньшей степени указанные
выше явления относятся и к другим методам поворота.
Для транспортных средств, движущихся по дорогам со значи¬
тельными скоростями, поперечные силы имеют инерционную при¬
роду, тогда как для планетоходов, движущихся в условиях
Сорганизованной внешней среды, они проявляются и как состав¬

172
ПЛАНЕТОХОДЫ
ляющие силы веса при движении на косогорах. Интенсивность
бокового сползания планетохода на склонах зависит от многих
факторов. К ним относятся, прежде всего, крутизна склона и
ориентация курса движения по отношению к линии максимальной
крутизны, в меньшей степени проявляется влияние механических
свойств грунта, степень буксования, ширина колеи планетохода,
геометрические размеры и форма опорной поверхности движителя.
При испытаниях действующих макетов машин в условиях дви¬
жения на косогорах с грунтами различной несущей способности
было выявлено, что поперечное перемещение на косогорах крутиз¬
ной до 10 ... 12°, хотя и заметно, но достаточно мало. На уклонах от
10 ... 12° до 14 ... 16° сползание уже ощутимо и требует принятия
мер по его компенсации. Как правило, сползание сопровождается
и уводом от курса. На рис. 5.2 представлена типичная траектория
движения по косогору. На склонах свыше 16° поперечное переме¬
щение машины становится соизмеримым, а в ряде случаев превы¬
шает продольное. В этих условиях планетоход с движителем,
выполненным по классической схеме, практически неуправляем.
Решение проблемы следует искать в изменении традиционного
подхода к выбору схем движителей. Обеспечение управляемости
планетохода на склонах, преодолеваемых им в направлении линии
максимальной крутизны, позволит существенно расширить функ¬
циональные возможности машины. А это, в свою очередь, позволит
расширить сферу применимости планетохода, поскольку уклоны,
крутизной свыше 15° на базе свыше 10 м, например, для Луны и
Марса, исходя только из вероятности встречи с кратерами класса А
(молодые кратеры), по исследованиям американских и советских
ученых [89, 172, 170], составляют заметную часть от величины
всей поверхности. Аналогичная картина отмечается и при выпол¬
нении поворотов, особенно с малыми радиусами.
Исходя из общих требований к системам космических аппара¬
тов, а также учитывая характерные особенности управления
планетоходов, основные требования к системам управления могут
быть изложены в следующем виде:
возможно большая вероятность достижения конечной цели при
наличии интенсивного возмущающего воздействия на планетоход
со стороны местности;
независимость действия системы управления от ориентации
планетохода на местности, режимов работы его систем и направле¬
ния движения;
обязательное дублирование устройств, обеспечивающих полу¬
чение информации о рельефе местности на дальностях свыше

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
173
3 ... 5 м, информационными устройствами ближнего действия;
максимальная гибкость тактического использования системы
управления, обеспечивающая объезд возможно большего числа
вариантов непреодолимых препятствий при различных их раз¬
мерах;
возможно меньшая стоимость и сложность аппаратуры системы
управления.
5.2.	Принципы построения систем
управления движением планетоходов.
Методы решения задач
управления движением
5.2.1.	Задачи управления движением и структура
систем управления. Проблема автоматизации управления дви¬
жением планетоходов включает две основных части: автоматизация
управления траекторией движения (автоматическое вождение) и
автоматизация управления тяговыми приводами (режимом движе¬
ния). Эти задачи, хотя и взаимосвязаны друг с другом, однако
методические, алгоритмические и технические основы их решения
существенно различаются, в связи с этим в последующем они
будут рассматриваться самостоятельно.
Как известно, в общем случае процесс управления требует
решения следующей группы задач [116]: 1) получение информации
о целях управления; 2) получение информации о результатах
управления (т. е. о поведении объекта управления); 3) обработка
информации и выработка решений; 4) исполнение решений.
Однако специфические условия работы самоходных аппаратов,
а в особенности планетоходов, расширяют круг задач, решение
которых необходимо для организации процесса управления. Си¬
стема управления движением планетохода должна также обеспе¬
чивать: 5) идентификацию транспортной обстановки; 6) контроль
внутренних параметров машины; 7) безопасность движения. Круг
этих задач предопределяет и состав систем управления.
При транспортном движении планетоход обычно не имеет
строгих ограничений по отклонению от заданной трассы, и задача
выхода планетохода в заданную точку поверхности может ре¬
шаться на основе применения методов терминального управления.
При выполнении научной программы, движении планетохода
в особо сложных транспортных ситуациях и в ряде других случаев
требуется строгое соблюдение намеченной траектории при мини¬
мальном отклонении от нее, что в условиях воздействия различных

i74
Планетоходы
Рис. 5.3. Траектория движения планетохода при наличии отклонений по регу¬
лируемым параметрам
возмущающих факторов может быть обеспечено только с помощью
качественной системы управления. В этом случае регулируемыми
параметрами будут являться (рис. 5.3) курс движения ф и прой¬
денный путь S, а погрешность управления будет определяться
линейным отклонением А у центра масс от намеченной траектории
и курсовым отклонением Дфот заданного направления движения.
Поскольку законы изменения регулируемых величин S и ф и
соответствующих корректирующих воздействий не совпадают,
управление по этим координатам должно осуществляться по
самостоятельным контурам.
Характерная особенность поведения планетоходов (как и
машин наземного назначения [88]), сказывающаяся на структуре
систем управления движением (СУД), заключается в наличии
взаимного влияния изменений регулируемых величин друг на
друга. Например, увод машины от заданного курса неизбежно
приведет к появлению линейного отклонения А у. С другой стороны,
хотя возникновение линейного отклонения не обязательно связано
с уводом от заданного курса (например, при параллельном боковом
сносе), но для ликвидации А у обязательно надо временно изменить
курс движения. Вследствие этого при наличии линейного отклоне¬
ния А у от заданной траектории требуемый курсовой угол может
быть установлен только после устранения А у. Поэтому специфи¬
ческое требование к логической структуре СУД планетохода со¬
стоит в том, что в процессе управления траекторией движения она
должна обеспечивать последовательную отработку управляемых
координат сначала по линейному отклонению Ау, а затем по
курсовому уводу Аф.

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
175
Другая специфическая особенность процесса управления дви¬
жением планетохода, влияющая на состав и структуру СУД,
состоит в том, что во время движения могут изменяться логические
предпосылки, определяющие законы формирования текущих
управляющих воздействий. Действительно, встречающиеся на
трассе непреодолимые препятствия неизбежно будут вызывать
локальные отклонения от намеченной траектории, в соответствии
с которой осуществляется дальнейшее управление движением
после возвращения машины на намеченную траекторию. Анало¬
гично будут иметь место временные изменения в логике управле¬
ния при движении планетохода по труднопроходимым участкам,
причем тактика маневрирования на них должна быть различной
в зависимости от превалирующей роли и характера тех или иных
возмущающих факторов (например, движение по слабонесущим
грунтам, по склонам при наличии бокового сноса и т. п.). Много¬
вариантная логика поведения объекта управления должна обеспе¬
чиваться алгоритмической основой СУД (при использовании бор¬
товой вычислительной машины) либо ее структурными возможно¬
стями в случае применения специализированных устройств управ¬
ления. Логические устройства могут иметь несколько входов
хъх2,... и выдавать ступенчатый сигнал управления (управляющее
воздействие) и в зависимости от определенных логических комбина¬
ций входных величин. Таким образом, формируется некоторая
логическая функция и = и (хъ х2, ...), играющая роль нелиней¬
ности в системе управления; при этом указанная логика может
быть выражена не обязательно формулой, а каким-либо описанием
или таблицей. В работе [146] показано, что исследования авто¬
колебаний в системах с логическими устройствами сводятся к ана¬
лизу обычных нелинейных систем.
На рис. 5.4 представлена укрупненная структурная схема
системы автоматического управления движением планетохода.
Схема, относящаяся к планетоходу с кинематическим поворотом
(рис. 5.4, а) (поворот машины осуществляется с помощью разво¬
рота колес специальным приводом), наглядно иллюстрирует
необходимость двух самостоятельных контуров управления по
линейному А у и курсовому Дф отклонениям. При использовании
бортового поворота (рис. 5.4, б) последовательное управление
п° Двум этим отклонениям (по двум контурам) в явной форме на
схеме не выявляется, поскольку исполнительные органы одни и
Те же и для поворота, и для прямолинейного движения. Однако
с точки зрения организации процесса управления принципиальной
разницы между двумя этими схемами нет, так как логическое

176
ПЛАНЕТОХОДЫ
а)
б)
Рис. 5.4. Структурная схема системы автоматического управления движением
планетохода:
I — тяговый привод; II — привод поворота колес; и (t) — управляющее воздействие;
1 — профиль местности по трассе движения; 2 — профиль местности в непосредствен¬
ной близости от машины; 3 — профиль под машиной; 4 — грунт под машиной; 5, 5, 7 —
каналы контроля внутренних параметров машины; ИК —измерительный комплекс;
БИУК — бортовой информационно-управляющий комплекс; БОИ — блок обработки
информации; БПР — блок принятия решений; УПУ1, УПУП — усилительно-преобра¬
зовательные устройства; ТД — тяговые двигатели; ДПК — двигатели поворота колес;
ОУ — объект управления; ИПП — измеритель пройденного пути; КУ — курсоуказа-
тель; КВП — контроль внутренних параметров; ДОС — датчики обратной связи

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
177
управляющее устройство во второй схеме должно обеспечить
последовательную отработку отклонений по самостоятельным
законам изменения управляющего сигнала и (t).
Задающий сигнал является носителем информации о целях
управления. Основной контур СУД замыкается через датчики
обратной связи, в качестве которых выступают системы измерения
пройденного пути и курса и которые обеспечивают получение
информации о результатах управления. Определение условий
движения, контроль внутренних параметров машины, измерение
препятствий, находящихся в непосредственной близости от нее,
осуществляются с помощью информационно-измерительного ком¬
плекса, включающего большое количество разнообразных по
своему научно-техническому воплощению систем измерения и
преобразования информации. Бортовой информационно-управ-
ляющий комплекс (БИУК) предназначен для обработки всей
оперативной информации, вырабатываемой системами измерения
и контроля, и принятия решений, направленных на достижение
целей управления. Практически указанные задачи должны ре¬
шаться с помощью бортовых цифровых вычислительных машин
(БЦВМ) либо специализированных вычислительно-управляющих
устройств, обладающих высоким быстродействием и достаточным
объемом оперативной памяти. Следует отметить, что требования,
предъявляемые к БЦВМ, очень высоки. Достаточно сказать, что
по данным предварительного анализа для обеспечения непрерыв¬
ного движения со скоростью около 1 м/с требуется получать инфор¬
мацию о рельефе на локальном участке за время порядка 0,1 с,
а осуществлять ее обработку и принятие решений о траектории
дальнейшего движения не более чем за 1—2 с [108]. Вследствие
этого создание автономных систем управления планетоходами
связано с необходимостью совершенствования БЦВМ с учетом тре¬
бований, необходимых для осуществления управления движением.
Синтезированные в БИУК команды управления поступают
в усилительно-преобразовательное устройство и далее на исполни¬
тельные двигатели, определяющие поведение объекта управления
на местности.
Автоматическое управление скоростью движения планетохода
осуществляется по аналогичной схеме. Сложность решения этой
задачи определяется зависимостью режимов движения плането¬
хода от опорных свойств грунта и рельефа местности. Это означает,
что в основу построения системы автоматического управления
скоростью следует заложить определение и поддержание оптималь¬
ного по принятым критериям значения скорости движения с уче¬

178
ПЛАНЕТОХОДЫ
том изменяющихся конкретных условий движения и ограничений,
накладываемых задачами экспедиции.
Из рассмотренного общего материала и структурной схемы
с очевидностью следует, что одна из наиболее важных отличитель¬
ных особенностей СУД планетоходов заключается в том, что их
поведение и организация процесса управления в значительной
степени определяются внешними возмущающими воздействиями.
До недавнего времени основное внимание разработчиков систем
управления в вопросах идентификации среды было направлено на
решение задач, связанных с определением параметров системы
управления (объекта управления, отдельных ее элементов или
всей системы в целом), т. е. речь шла об идентификации внутрен¬
ней среды динамической системы [148], которая хотя и содержит
информацию об окружающей обстановке, но косвенную и в совер¬
шенно недостаточном объеме. Информация о внутренней среде
используется обычно для улучшения динамических свойств си¬
стемы в самонастраивающихся, самоорганизующихся и других
видах адаптивных систем.
В задачах управления движением планетоходов вид траектории
и режимы работы тяговых приводов зависят от характеристик
местности. Вследствие этого задача идентификации среды (и
внешней, и внутренней) из вспомогательной, служащей для улуч¬
шения динамических свойств системы, превращается в важную
органическую часть формирования процесса управления.
Таким образом, рассматриваемые системы автоматического
управления движением планетоходов относятся к классу комбини¬
рованных, в которых управление осуществляется по замкнутому
и по разомкнутому (по возмущающим воздействиям) контурам.
Рассмотренная схема СУД носит достаточно универсальный
характер и дает представление о структуре и особенностях СУД
планетохода не только при автоматическом, но и при дистанцион¬
ном управлении. В последнем случае структурная схема будет
отличаться только тем, что функции принятия решений и выра¬
ботки команд управления будет выполнять наземный экипаж,
а непосредственные связи между информационно-управляющим
комплексом и остальной частью системы заменяются каналами
радиосвязи. Система дистанционного управления будет автомати¬
зированной в том смысле, что процессы обработки текущей инфор¬
мации осуществляются с применением развитых вычислительных
средств, причем технические возможности наземных средств
автоматизации могут быть существенно выше по сравнению с бор¬
товой аппаратурой.

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
179
Обеспечение безопасности движения планетохода рассматри¬
вается как одна из важнейших функций СУД, в существенной
мере влияющая на эффективность дорогостоящей космической
экспедиции. Состав и структура СУД должны предусматривать
алгоритмические и технические средства, обеспечивающие безо¬
пасное длительное функционирование как планетохода в целом,
так и отдельных его систем и устройств.
Способы и средства обеспечения безопасности движения можно
условно разделить на три основные группы:
применение измерительных систем и устройств обработки ин¬
формации, обеспечивающих своевременное обнаружение непреодо¬
лимых препятствий и опасных ситуаций;
формирование на основе этой информации управляющих
сигналов, обеспечивающих безопасные траектории движения и
режимы работы (например, формирование программы маневриро¬
вания планетохода по объезду опасных участков);
применение технических средств (автоматов защиты), обеспе¬
чивающих автоматическую остановку планетохода, если контроли¬
руемые параметры достигают своих предельно допустимых зна¬
чений.
Из сказанного видно, что способы и средства обеспечения без¬
опасности планетохода охватывают все основные структурные
составляющие системы управления, поэтому подробнее эти вопросы
будут рассматриваться в дальнейшем применительно к каждому
виду систем и устройств. Здесь же отметим только, что одним из
важных способов обеспечения безопасности планетоходов является
прогнозирование его будущего положения по информации о теку¬
щем состоянии. Такое прогнозирование может осуществляться
как за счет чисто конструктивных способов (например, с помощью
специальной платформы, двигающейся перед планетоходом, по
пространственному положению которой прогнозируется будущее
пространственное положение самого планетохода [156], так и за
счет соответствующей обработки текущей информации о положении
планетохода, на основании которой и в сопоставлении с измерен¬
ными размерами препятствий впереди машины прогнозируется
будущее положение аппарата [73, 112]).
Общая тенденция развития систем управления движением пла¬
нетоходов заключается в стремлении обеспечить максимальную
степень автономности космических аппаратов. В связи с этим при
изложении последующего материала главы преимущественное
внимание будет уделяться вопросам автономного управ¬
ления.

180
ПЛАНЕТОХОДЫ
5.2.2.	Формирование траекторий движения и средств управ¬
ления ими. Выбор принципов построения систем управления
траекторией движения, особенности их технической реализации и
выбор^алгоритмов формирования управляющих воздействий в зна¬
чительной мере будут определяться воздействием ряда факторов
на процесс управления. Совокупность таких факторов укрупненно
может быть представлена следующими группами: особенности
рельефа и грунта поверхности в районе движения; характеристики
профильной и опорной проходимостей и управляемости транспорт¬
ного аппарата, его тяговые возможности; степень полноты и досто¬
верности информации о транспортной обстановке и параметрах
перемещения, которую может обеспечить информационно-измери¬
тельный комплекс; общие задачи конкретной космической экспе¬
диции.
Вид систем и алгоритмов управления траекторией движения
в значительной степени будет зависеть от технических возможно¬
стей и конструктивных особенностей планетоходов. Принятый
способ поворота, характер изменения скорости движения, тяговые
характеристики планетохода и полнота информационного обеспе¬
чения о транспортной обстановке — эти факторы, с одной стороны,
отражают индивидуальные качества каждой конкретной машины
и ее взаимодействия с местностью, а с другой — существенно
влияют на качественные и количественные характеристики про¬
цесса управления. Отличия в структуре систем и в алгоритмах
могут быть настолько существенными (например, управление
программное и адаптивное с накоплением текущей информации),
что в задачах создания таких систем могут использоваться совер¬
шенно различные методы анализа и синтеза систем и разный
математический аппарат. Методы проектирования таких систем
находятся в стадии формирования, при проведении этих работ
используется богатый арсенал существующих методов теории
автоматического управления.
Алгоритмы выбора маршрутов для планетоходов в значительной
степени определяются уровнем информационного обеспечения об
особенностях местности в районе движения. При отсутствии апри¬
орной информации о местности выбор маршрута движения должен
осуществляться только на основе информации от собственных
датчиков планетохода. При этом путь его от исходной точки до
конечной получается извилистым, в большинстве случаев весьма
далеким от оптимального маршрута, который мог бы быть намечен
при наличии более обширной информации. Маршрутные алго¬
ритмы и вырабатываемые на их основе траектории, ориентирован-

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
181
ные на использование только информации об ограниченных участ¬
ках поверхности планеты, лежащих в зоне досягаемости собствен¬
ных датчиков планетохода, принято называть локальными. Дви¬
жение планетоходов по локальным траекториям связано с излиш¬
ним расходованием энергии, ресурса работоспособности, но при
отсутствии априорной информации о рельефе местности в районе
исследований этот способ является единственным, который может
обеспечить достижение целей космической экспедиции.
В ряде случаев для укрупненного выбора маршрута движения
могут быть использованы карты или фотографии поверхности,
получаемые с помощью орбитальных космических аппаратов.
Анализ фотографий позволяет предварительно выделить запре¬
щенные для движения участки и наметить оптимальный для дан¬
ного рельефа глобальный маршрут движения из исходной точки
в конечную. Однако намеченную таким способом траекторию можно
считать оптимальной только условно, поскольку на трассе движе¬
ния могут встретиться отдельные непреодолимые препятствия
в виде камней, трещин, уступов и т. п., которые невозможно
выявить на крупномасштабных снимках.
При организации процесса управления движением планетохо¬
дов особенно важно, чтобы алгоритмы формирования управляющих
воздействий предусматривали возможность оптимизации процесса
по критериям, минимизирующим энергетические и ресурсные
затраты на перемещение аппарата. Математически критерии каче¬
ства в большинстве случаев записываются в виде функционалов,
поэтому для целей оптимизации управления применяется матема¬
тический аппарат вариационного исчисления.
Математический аппарат вариационного исчисления включает
как классические вариационные методы, базирующиеся на обще¬
известной теореме Эйлера, так и новые (принцип максимума
А. С. Понтрягина, динамическое программирование Р. Беллмана),
обладающие гораздо большей общностью и эффективностью при
решении задач с ограничениями на функции и их производные. По
отношению к управлению движением планетоходов применимы
как классические, так и более общие новые методы — в зависи¬
мости от специфических особенностей конкретных машин и задач
Движения.
Критерий эффективности J процесса управления в общем виде
задается интегралом вида
к
(5.1)

182
ПЛАНЕТОХОДЫ
б)
Рис. 5.5. Пример опти¬
мальных траекторий
при наличии запретных
районов
а)
Здесь х1, ..., хп — фазовые координаты объекта управления
в каждый момент времени; ц1, ..., цг— искомые управляющие
параметры в каждый момент времени; t0 и tK — время начала и
окончания управляемого процесса соответственно.
Определяя такие функции и1 (/), иг (/), которые минимизи¬
руют интеграл (5.1), можно с их помощью перевести объект из
начального состояния х0 в конечное хк оптимальным по принятому
критерию образом.
Применение классических вариационных методов для решения
широкого круга практических задач управления движением
транспортными средствами наземного назначения подробно рас¬
смотрено в работе [125].
Применительно к задачам формирования маршрута планетохо¬
дов, перемещающихся по неподготовленной местности с запрет¬
ными для движения участками, оптимальная траектория переме¬
щения из начальной точки х0 (рис. 5.5, а) в конечную хк должна
состоять из касательных (экстремалей) из точек х0 и хк к границе
запретной области (х0—хх и х2—хк) и самой границы запретной
области (хх—х2). Для сложных, выпукло-вогнутых границ запрет¬
ной области (рис. 5.5, б) структура кратчайшей траектории помимо
указанных экстремалей включает участки, проходящие по границе
запретной области на выпуклых участках границы (хг—х2 и
х3—х4) и переходящие в экстремаль на вогнутых участках (х2—х3) *.
Методические основы решения задачи оптимального выбора и
управления траекторий движения, подробно изложенные в [125],
* Вывод, относящийся к случаю запретного участка со сложными грани¬
цами, вытекает из обобщенной теоремы Эйлера, базирующейся на известных
условиях Вейерштрасса — Эрдмана и теореме Н. Н. Гернет. Обобщенная тео¬
рема Эйлера формулируется следующим образом: при наличии ограничений
экстремум функционала (5.1), если он существует и достигается среди кусочно¬
гладких функций, достигается на смешанной кривой, составленной из отрезков
экстремалей и отрезков границы допустимой области; в частных случаях длина
отрезков экстремалей или отрезков границы области может обращаться в нуль.

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
183
могут быть применены и в задачах анализа и синтеза систем
управления движением планетоходов. Однако более общим и
распространенным следует считать такой случай, когда ограниче¬
ния на фазовые координаты и управляющие параметры, вытекаю¬
щие из специфики взаимодействия планетохода с местностью и его
технических возможностей, требуют применения более общих
методов вариационного исчисления.
Принцип максимума Л. С. Понтрягина отличается большей
универсальностью по сравнению с методом динамического програм¬
мирования, но последний — более удобный математический ин¬
струмент для организации вычислительного процесса. Вследствие
этого при создании реальных систем управления и их моделей для
решения задач оптимизации часто применяют метод динамического
программирования.
В научно-технической литературе имеется значительное коли¬
чество работ, позволяющих получить обширное представление
о методах оптимизации процессов управления. Поэтому здесь
целесообразно привести только имеющиеся результаты исследова¬
ний, относящихся к формированию и управлению траекторией
движения, например содержащиеся в работах [84, 180, 183, 201 ].
В работе [201 ] для выбора оптимальной локальной траектории
применяется математический аппарат приближенного способа
решения задач оптимального управления, являющийся развитием
метода динамического программирования для систем с бесконеч¬
ным числом состояний.
Полезные результаты исследований алгоритмов управления
движением автономных планетоходов получены в работе [84].
Исследование проводилось применительно к классу задач управле¬
ния, не обеспеченных априорной информацией об условиях дви¬
жения в исследуемом районе. Решение задач управления осуще¬
ствлялось методом математического моделирования на основе
информации от бортовых систем обзора о сравнительно небольших,
локальных участках поверхности.
Использованная для этих целей математическая модель пред¬
ставлена в виде укрупненной блок-схемы на рис. 5.6. Она состав¬
лена в предположении, что планетоход оснащен системой обзора,
вычислительной машиной, устройствами управления движите¬
лями, навигационными средствами и т. д. Такая модель позволяет
проанализировать работоспособность и эффективность системы
взаимосвязанных алгоритмов, заложенных в каждой из шести
моделей, путем моделирования на ЭВМ управляемого движения
планетохода по поверхности.

184
ПЛАНЕТОХОДЫ
Модель. №1
Модель №6
Поверхность
(„ полигон")
Движение
аппарата
по траектории
Задающее
воздействие
Рис. 5.6. Блок-схема математической модели си¬
стемы управления движением планетохода
Рис. 5.7. Пример траектории одного из исследо¬
ванных классов
х
Выбор локальных траекторий (модель № 5) осуществлялся
следующим образом. В памяти ЭВМ записывался либо конечный
набор независимых локальных траекторий, либо характеристики
некоторого класса траекторий, отличающихся одним или несколь¬
кими параметрами. В соответствии с принятыми критериями
оптимальности производился выбор траектории из заданного
набора или класса. Затем осуществлялась проверка безопасности
выбранной траектории и выполнения некоторых граничных
условий, обеспечивающих стыковку двух соседних локальных
траекторий. При выполнении граничных условий и условий безо¬
пасности траектория дальнейшего движения считалась найденной,
в противном случае процедура повторялась.
На рис. 5.7 представлена одна из траекторий, исследованных
при моделировании. Меняя значения параметров a, R, b и <р,
смысл которых очевиден из рисунка, можно получить весьма разно¬
образные траектории, сопоставляемые с локальной зоной. Доста¬

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
185
точно эффективным критерием оптимальности для такого класса
траекторий оказывается критерий минимума угла рассогласования
между направлением глобального движения и направлением дви-
жения в точке В. В рассматриваемом случае движение плането¬
хода организуется по старт-стопному принципу, т. е. с останов¬
ками аппарата для обзора поверхности и выбора траектории даль¬
нейшего движения в пределах локального участка. Совокупность
таких локальных траекторий образует общую (глобальную)
траекторию.
Рассматриваемые способы формирования маршрутов движения
как совокупности локальных траекторий можно считать основным
подходом применительно к планетоходам. Вместе с тем, как указы¬
валось ранее, наличие априорной информации, полученной с по¬
мощью орбитальных космических аппаратов, позволяет заметно
улучшить глобальную траекторию путем предварительного исклю¬
чения из рассмотрения непроходимых районов. Вследствие укруп¬
ненного характера орбитальной информации о поверхности плане!
маршрутные алгоритмы в этом случае должны носить двойствен¬
ный характер: формирование глобальной траектории должно
осуществляться на основе априорной информации, а при встрече
с непреодолимыми препятствиями выбираются локальные траекто¬
рии объезда с использованием информации от бортовых измерите¬
лей (апостериорной информации). Такой двойной маршрутный
алгоритм предложен в работе [183], в которой оптимизация
траекторий движения осуществляется с помощью метода динами¬
ческого программирования.
В этой работе для предварительного выбора глобальной (условно оптималь¬
ной) траектории движения при анализе укрупненной карты местности вводится
в рассмотрение сетка с N узлами, представляющая N точек с координатами
№> Уi) при i= 1, 2, 3 ... N в двухмерном Евклидовом пространстве. Кроме
того, формируется матрица Т, элементы которой tkj характеризуют затраты на
перемещение планетохода по прямой линии из точки Я& с координатами (Х&, Кк)
в точку Pj с координатами (Xj, У у). Задача состоит в нахождении такой после¬
довательности сеточных узлов при перемещении планетохода из начальной точки
в конечную, при которой обеспечивается минимум затрат на движение по при¬
нятому критерию.
Для упрощения вычислительной процедуры при решении задачи оптимиза¬
ции применяется основное соотношение оптимальности Веллмана, модифициро¬
ванное с помощью метода последовательных приближений Пикара:
4/+1> = ^{^ + с1/}Ь k> /=Ь 2,..., N	(5.2)
пРи начальных условиях с= tkj. Здесь ckj. — kj-и элемент матрицы С и яв¬
ляется показателем минимальных затрат на перемещение из точки Pk в точку Pj
через некоторое число I промежуточных точек.

186
ПЛАНЁТОХОДЫ
~5 -4-3-2-10123-45
а)
Последовательность решения состоит в получении начальной матрицы =
= Т на основе соотношения с= tkj- при k, j = 1, 2, N, используя которую
можно вычислить с помощью выражения (5.2) матрицу С(1). Итерационный процесс
продолжается до получения С^1*, что достигается за (N — 2) итерации. Более
подробные сведения о практическом применении метода динамического про¬
граммирования к решению задач аналогичного характера можно получить в ра¬
боте [183].
Графическое представление результатов применения как локального и
глобального алгоритмов по отдельности, так и двойного маршрутного алгоритма
показано на рис. 5.8, 5.9 на примере одной и той же карты местности. На
рис. 5.8, а показаны карта местности и маршруты, полученные по локальному
и глобальному алгоритмам с помощью ЭВМ, а на рис. 5.8, б приведены контуры
местности, полученные суммированием * 'нескольких Гауссовых функций. Из
рис. 5.8, а видно, что полученный локальный маршрут далек от оптимального
с точки зрения пройденного пути, энергозатрат и т. д.
Глобальный маршрут (рис. 5.8, а) весьма близок к оптимальному для дан¬
ной местности, но он не может быть выдержан точно из-за обнаружения в про¬
цессе движения непреодолимых препятствий на пути планетохода.
Представленный на рис. 5.9 пример маршрута по программе двойного алго¬
ритма реализует положительные возможности каждого из алгоритмов, исключая
их недостатки. Планетоход движется по условной оптимальной траектории до
точки а, где встречается с препятствием типа длинная стена. Промежуточная
целевая точка выбирается в Ь, и локальный алгоритм ведет машину вдоль пре¬
пятствия. С выходом в точку Ь планетоход возобновляет свое движение по наме¬
ченному оптимальному маршруту.
Программное управление. На первых этапах создания автоном¬
ных планетоходов большую роль в организации движения должны
играть системы программного управления (СПУ), позволяющие
существенно упростить логику управления движением и аппарат¬
ную реализацию информационно-управляющего комплекса. Это

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
187
Рис. 6.9. Пример маршрута по про-	5
грамме двойного алгоритма
3
связано в первую очередь со	2
сложностью построения комп-	1!
лекса информационно-измери-	g
тельных систем для оценки
транспортной обстановки. Од-	1
нако и в планетоходах после-	"2
дующих поколений программ-	-з
ное управление будет иметь до-
статочно важное значение, по¬
скольку запрограммированное	_4	_3 _2 ч 0 1 2 3 4 5
движение может потребоваться
для выполнения специфических задач космической экспедиции
(например, при исследованиях поверхности планеты в заданных
точках и при заданной последовательности их прохождения),
для вывода планетохода из особо сложной ситуации по резуль¬
татам наземного анализа транспортной обстановки и т. п.
Основными задачами СПУ являются обеспечение автоматиче¬
ского движения планетохода по траекториям, необходимым для
выполнения генеральной программы космической экспедиции, и
обеспечение безопасности движения за счет маневрирования при
объезде встречающихся непреодолимых препятствий и опасных
участков местности.
Для правильного формирования алгоритмов и устройств
программного управления движением необходимо прежде всего
выделить наиболее существенные требования к СПУ, вытекающие
из специфических особенностей взаимодействия планетохода
с местностью.
Первое такое требование заключается в том, что СПУ должна
представлять собой замкнутую автоматическую систему, в которой
воспроизведение заданной траектории осуществляется на основе
сравнения задающего воздействия (программы) с информацией
о текущем значении управляемой величины. Разомкнутые системы
можно исключить из рассмотрения, поскольку из-за буксования,
бокового сноса, курсовых уводов и других факторов точное
поспроизведение запрограммированной траектории с отработкой
по времени практически не реализуемо.
Второе требование состоит в обеспечении различных реакций
планетохода в зависимости от той или иной транспортной ситуации.

188
ПЛАНЕТОХОДЫ
Действительно, алгоритмы маневрирования при выходе из опасного
участка должны быть различными при нахождении планетохода
на склоне холма либо кратера, при обнаружении непреодолимого
камня, появлении опасного бокового сноса и т. д. В связи с этим
алгоритмические и структурные основы построения СПУ должны
предусматривать многовариантную логику поведения объекта
управления, соответствующую возможным транспортным ситуа¬
циям в районе движения.
Третье требование — СПУ должна обеспечивать возможность
для наземного центра управления формировать программы движе¬
ния и маневрирования в особо сложных ситуациях, когда техни¬
ческие возможности измерительных и управляющих устройств
оказываются недостаточными для автономного принятия решений.
В этих случаях формирование программ осуществляется наземным
экипажем по результатам анализа телефотопанорам, а их исполне¬
ние является одноразовым, после чего выполненная программа
может быть стерта в блоке памяти управляющего устройства.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что программное
движение планетохода должно осуществляться с помощью автома¬
тической замкнутой многопрограммной системы, в которой выбор
исполняемой программы производится на основании анализа
показаний бортовых измерительных устройств в конкретной ситуа¬
ции автоматически либо наземным экипажем.
Бесконечное многообразие возможных транспортных ситуаций
исключает возможность создания управляющего устройства с набо¬
ром программ для всех вариантов, поэтому целесообразно форми¬
ровать ограниченное число программ для типовых рельефных и
грунтовых образований, наиболее вероятных для исследуемой
местности.
Методически формирование алгоритмов программного маневри¬
рования может осуществляться на основе предварительного ана¬
лиза особенностей непреодолимых участков с применением для
оптимизации траектории рассмотренных ранее методов вариацион¬
ного исчисления. Для упрощения алгоритмической структурной
и технической реализации СПУ траекторию объезда непреодоли¬
мых участков со сложными границами, состоящую из совокуп¬
ности экстремалей и границ выпуклых участков запретной области
(см. рис. 5.5), следует аппроксимировать прямолинейными отрез¬
ками. В этом случае алгоритм программного маневрирования
будет представлять собой простую последовательность команд
прямолинейного движения и поворота, а также определяющих
требуемую величину перемещения на каждом его отрезке. Такие

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
189
Рис. 5.10. Структурная схема бло¬
ка программного управления
алгоритмы весьма просто
реализовать как с помощью
бортовой вычислительной ма¬
шины, так и посредством при¬
менения специализирован¬
ных устройств управления.
Полученные программы
маневрирования по объезду
одиночных типовых препят¬
ствий или их простых соче¬
таний носят постоянный ха¬
рактер, записываются в по¬
стоянное запоминающее уст¬
ройство блока управления
движением и условно назы¬
ваются жесткими. В отличие
от них программы маневри¬
рования, формируемые на
Земле в особо сложных си¬
туациях и учитывающие
только конкретные особен¬
ности данной местности, записываются в запоминающем устрой¬
стве лишь на время выполнения маневрирования. Такие про¬
граммы условно называются гибкими.
Для иллюстрации изложенного полезно рассмотреть один из
возможных вариантов построения блока программного управле¬
ния, предназначенного для маневрирования в сложных ситуациях
по гибким программам. Структурная схема такого блока представ¬
лена на рис. 5.10.
В рассматриваемом случае программа маневрирования состоит
из совокупности команд движения прямолинейного и поворотов и
соответствующих им величин перемещения планетохода. При этом
последние на каждом участке траектории задаются совокупностью
Дискретных перемещений (как прямолинейных, так и поворотов).
Вследствие этого в составе блока программного управления
предусматриваются раздельные запоминающие устройства для
записи команд движения (ЗУК) и перемещений (ЗУП) планетохода
и Раздельные счетчики (СКд РСП).
командь! С Pk
Стоп

190
ПЛАНЕТОХОДЫ
В состав блока программного управления входят дешифраторы
записи (ДЗ) и считывания (ДС), коммутатор перезаписи перемеще¬
ний (КПП), а также коммутатор команды «Стоп» (ККС).
Согласованное функционирование отдельных составных частей
блока координируется устройством управления (УУ), на вход
которого от радиокомплекса (РК) поступают команды режимов
управления и составляющие программу движения. Кроме того,
на вход устройства управления подаются сигналы о величине
перемещений от системы измерения пройденного пути и от курсо-
указателя, а также общее электрическое питание и некоторые
вспомогательные сигналы.
После записи в ЗУК последней команды, означающей конец
программы, автоматически начинается отработка программы плане¬
тоходом. При отработке каждого отдельного участка заданной
траектории требуемая величина перемещения с помощью КПП
поступает в реверсивный счетчик перемещений и поступающие
в процессе движения от измерителей дискретные перемещения
последовательно вычитаются в РСП из заданной величины. После
того как действительное перемещение планетохода сравняется
с заданным, УУ по сигналу исполнения отрабатываемой команды
движения осуществляет переход к выполнению следующего этапа
программы. Такая последовательность действия повторяется
вплоть до полного выполнения заданной программы.
Поскольку управление движением планетохода по гибким
программам предназначено в первую очередь для организации
движения в особо сложных условиях либо в связи с выполнением
специфических исследований, то в этом случае особо важное зна¬
чение имеет критерий точности следования по заданной траекто¬
рии. Решение задачи минимизации отклонений от заданной траек¬
тории зависит как от технических возможностей ходовой части
планетохода, так и от применяемых методов компенсации влияния
возмущающих факторов. В связи с этим для достижения эффектив¬
ности программного управления по критерию точности необходимо
располагать высококачественной измерительной аппаратурой и
применять современные методы теории управления, предусматри¬
вающие формирование закона управления с учетом дополнитель¬
ной информации о внешних возмущениях, т. е. прежде всего тео¬
рию инвариантности.
5.2.3.	Автоматизация управления тяговыми электроприводами.
Применительно к планетоходам задача автоматизации и оптимиза¬
ции режимов работы тяговых электроприводов является особо
важной и актуальной, поскольку она в значительной степени

управление движением планетохода
191
влияет на эффективность космической экспедиции. Это объясня¬
ется тем, что в процессе движения тяговые электроприводы явля¬
ются основными потребителями энергии, а бортовой ее источник
имеет существенные ограничения по энергоемкости, предельной
мощности, массе либо по времени работы. Вследствие этого
актуальной является проблема разработки законов и устройств
управления, обеспечивающих рациональное использование запаса
энергии.
В тяговых электроприводах мотор-колес, включающих в свой
состав помимо тяговых электродвигателей устройства силовой
коммутации и регулирования скорости, управление скоростью
вращения каждого мотор-колеса должно осуществляться индиви¬
дуально в зависимости от текущих особенностей взаимодействия
с поверхностью. В связи с этим управление по каждому мотор-
колесу должно осуществляться с помощью самостоятельных
замкнутых контуров управления, в состав каждого из которых
входит управляющее устройство, формирующее управляющее
воздействие. При этом на вход управляющего устройства посту¬
пает от общего управляющего комплекса задающее воздействие,
определяющее желаемую скорость движения планетохода. Таким
образом, системы автоматического управления режимами работы
тяговых электроприводов в общей иерархии управления движе¬
нием планетохода занимают следующую, нижнюю ступеньку по
сравнению с системой управления траекторий движения.
При формировании структуры систем автоматического управле¬
ния ТЭП должно предусматриваться решение следующих основ¬
ных задач:
регулирование скорости вращения электродвигателей в зави¬
симости от условий движения и в соответствии с требуемой ско¬
ростью перемещения планетохода;
при бортовом повороте — обеспечение требуемого соотношения
скоростей вращения колес по бортам в зависимости от радиуса
поворота;
обеспечение надлежащих режимов разгона и торможения;
оптимизация работы ТЭП по принятым критериям качества;
обеспечение рекуперации энергии при генераторном режиме
работы тяговых электродвигателей.
Поскольку проблема автоматизации управления ТЭП в таком
Широком объеме и для необычных условий движения возникла
именно применительно к планетоходам, вопросы алгоритмиче-
ск°го, структурного и технического формирования таких систем
находятся в стадии развития. Кроме того, некоторые из отмечен¬

192
ПЛАНЕТОХОДЫ
ных выше задач и возможных технических решений были рас¬
смотрены в гл. 4. В связи с этим здесь рассматриваются отдельные
вопросы и материалы, позволяющие получить методическую основу
для решения соответствующих задач.
Инженерная методика оптимизации работы тяговых электро¬
приводов базируется, как указано ранее, на применении математи¬
ческих методов вариационного исчисления., Эти методы достаточно
широко развиты применительно к ТЭП наземного транспорта, их
эффективность исследована и подтверждена экспериментально, и
этот опыт может быть использован и при проектировании плането¬
ходов. При этом специфические особенности, вытекающие из
условий конкретных планет и технических характеристик конкрет¬
ных планетоходов, легко учитываются при составлении исходных
уравнений движения.
Решение задач оптимизации работы тяговых электроприводов
с применением методов классического вариационного исчисления
подробно исследовано в работе [125]. Определение оптимального
режима работы планетохода должно осуществляться с учетом
ограничений по мощности и энергоемкости бортового источника
питания, по максимальному ускорению и максимальной' ско¬
рости.
Многочисленные аналитические и экспериментальные исследо¬
вания позволяют сделать вывод о том, что во многих случаях опти¬
мизации работы ТЭП оптимальный закон управления гг* (/)
вытекает из достаточно простого и компактного условия экстре¬
мальности процесса управления, заключающегося в поддержании
постоянства некоторого управляемого параметра. Выбор этого
управляемого параметра определяется прежде всего выбором
критерия качества и особенностями всех элементов силовой
энергетической установки и исполнительных элементов.
Так, согласно исследованиям Ю. П. Петрова [125], минимизация расхода
топлива при движении тепловоза по перегону произвольного профиля (при за¬
данных длине перегона S и времени движения /3) достигается при движении
с постоянной скоростью vn. Поскольку сопротивление движению, зависящее от
профиля пути, не остается постоянным, то постоянство скорости движения мо¬
жет быть достигнуто лишь за счет регулирования мощности первичного источ¬
ника энергии (в данном случае дизеля). Поскольку при движении неизбежно
наличие участков разгона и торможения, а также участков с крутыми уклонами,
то выбор оптимальных управлений на этих участках должен осуществляться
с учетом того, что средняя скорость х7Ср движения по перегону, определяемая
выражением цСР = -г— vdt, должна равняться заданному значению vn = S/t3.
*3 J
О

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
193
Для планетоходов с электрическими тяговыми приводами,
силовым источником энергии которых обычно является аккумуля¬
торная батарея, проблема рационального использования энер¬
гии может рассматриваться в форме решения следующих
задач:
обеспечение минимального расхода емкости аккумуляторной
батареи при прохождении заданного расстояния;
обеспечение прохождения заданного расстояния за минималь¬
ное время;
обеспечение прохождения максимального расстояния без под¬
зарядки аккумуляторной батареи.
Можно показать [1 ], что перечисленные задачи эквивалентны
с точки зрения поиска оптимального закона управления и что при
движении по достаточно протяженной трассе в качестве основного
закона регулирования скорости планетохода следует принять
закон стабилизации среднего значения импульсного тока, потреб¬
ляемого тяговым электроприводом.
Необходимо отметить, что минимизация расхода энергии — не
единственный критерий качества работы ТЭП. Важное значение
для практики имеют и другие критерии, среди которых следует
в первую очередь отметить критерий минимального нагрева
тяговых электродвигателей. Применение последнего позволяет
уменьшить габариты и массу двигателей, обеспечить приемлемые
режимы их работы в особо тяжелых условиях движения. Последнее
обстоятельство имеет особо большое значение, так как при пере¬
греве электродвигателей во избежание выхода их из строя прихо¬
дится прекращать движение для их остывания и принимать новые
решения по последующему маневрированию планетохода. Методи¬
чески решение задачи не отличается от предыдущего случая, отли¬
чие, в основном, сводится только к другой математической форму¬
лировке критерия качества [125].
Известны работы, в которых рассматриваются вопросы применения других
методов вариационного исчисления для решения задач оптимизации управления
ТЭП. В частности, весьма характерным примером использования принципа
Динамического программирования применительно к тяговым электроприводам
планетоходов является работа [195], в которой рассматриваются планетоходы,
оснащенные тяговыми электродвигателями постоянного тока с постоянными
магнитами, движущиеся без буксования и в условиях отсутствия аэродинами¬
ческого сопротивления.
Принято, что индуктивность якорной цепи пренебрежимо мала, а элек¬
тромеханические параметры системы (момент инерции /д, приведенный к дви¬
гателю, сопротивление rQ в цепи якоря, общий коэффициент затухания си¬
стемы /, приведенный к двигателю) постоянны.
^ А. Л. Кемурджиан н др.

194
ПЛАНЕТОХОДЫ
Исходное уравнение движения в этом случае записывается в виде
'■W~(£ + 7&)*M-(£ + 7£)«-
х2 (/) = — (С00) *2 (t) + lw (t);
*з (0 = 9.
Здесь хг (t) = х (t) — а; х (t) — угловая скорость электродвигателя (рад/с);
а — заданная скорость электродвигателя (рад/с); х? (t) — стационарный гаус¬
совский процесс с нулевым математическим ожиданием и дисперсией (Нм);
(0 — стационарный гауссовский процесс с нулевым математическим ожи¬
данием и спектральной плотностью 2со0а^ (Нм); х3 (t) — низкочастотный возму¬
щающий момент (Нм); и (t) — управляющее воздействие (В); /д — общий мо¬
мент инерции, приведенный к двигателю [Нм/(рад/с2) ]; / — коэффициент за¬
тухания [Нм/(рад/с)]; kt — постоянная вращающего момента двигателя (Нм);
kB — постоянная двигателя [В/(рад/с) ];	— сопротивление якорной цепи
(Ом).
Сумма х2 (t) и х3 (/) представляет собой стохастический процесс, описыва¬
ющий влияние изменений наклона местности на поведение системы в динамике.
Если х2 (t) = 0 при всех 0 < t < ^к, то это означает, что планетоход движется
по местности с протяженными участками постоянного наклона.
В качестве конечной цели процедуры оптимизации рассматривалось создание
оптимального регулятора со следующими техническими возможностями:
обеспечение режимов разгона и торможения планетохода по сигналам от
управляющего комплекса в присутствии случайных возмущающих воздействий;
обеспечение заданной скорости при движении по местности переменного
профиля;
обеспечение минимизации потребляемой энергии в двигательном режиме
и рекуперации энергии в генераторном режиме работы тяговых электродвига¬
телей.
Выбранный показатель качества характеризуется выражением
/ = /и (Ы + \	(*> + «)} *.	(5.4)
где /к — время движения; Fw — весовой фактор, который искусственно введен
для облегчения использования процедуры динамического программирования.
Подынтегральная функция в формуле (5.4) представляет собой электриче¬
скую энергию, потребляемую от аккумуляторной батареи (при положительном
знаке подынтегрального выражения) либо поступающую к батарее при рекупе¬
рации энергии (при отрицательном знаке).
Структура соответствующего регулятора представлена на блок-схеме
рис. 5.11. Эффективность его работы наглядно иллюстрируется рис. 5.12, а,
на котором для сравнения приведены графики переходных процессов при исполь¬
зовании рассматриваемого регулятора и типичного регулятора с управлением
по интегралу для режима разгона. На рис. 5.12, б представлены графики соот-

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
195
Рис. 5.11> Блок-схема ре¬
гулятора с оптимиза¬
цией потребляемой энер¬
гии:
ДНТД — датчик напра¬
вления тока двигателя;
ПБ — перезаряжаемая ба¬
тарея; П — преобразова¬
тель; ДВМ — датчик воз¬
мущающего момента; Р —
реостат; ШИМ — широтно¬
импульсный модулятор;
ВД — вращающий двига¬
тель; НД — нагрузочный
двигатель! ТГ — тахогене-
ратор; ОР — оптимальный
регулятор; Пр — потенцио¬
метр
Рис. 5.12. Характери¬
стики оптимального
(	)	и	интегрально-
го (-	)	регуляторов	(К —
коэффициент	усиления)
1,0	2,0	3,0	4,0	t,C

196
ПЛАНЕТОХОДЫ
ветствующих управляющих воздействий. Сравнение позволяет выявить без¬
условно большую эффективность рассматриваемого регулятора.
Следует отметить, что в классической теории автоматического управления
существуют оптимальные регуляторы, сравнимые по своей эффективности с ре¬
гулятором минимальной энергии, однако в большинстве случаев они более
сложны в практической реализации.
Применительно к планетоходам термин «режимы работы тяго¬
вых электроприводов» следует понимать более широко, чем просто
регулирование скорости либо других параметров силового при¬
вода. Диапазон возможных изменений тягово-сцепных условий
движения планетоходов может быть настолько широким, что
один тип движителя может не обеспечить движение планетохода
во всех транспортных ситуациях. В этих случаях применяются
комбинированные типы движителей, например колесно-шагающий.
В режимах колесного движения и шагания работа системы
управления ТЭП будет характеризоваться различными логикой
управления, законами выработки управляющих воздействий,
изменениями в исполнительной части привода, критериями эффек¬
тивности управления. Все это говорит о том, что при движении
в различных условиях система управления должна обеспечивать
при переходе с одного режима на другой автоматическое целе¬
направленное изменение параметров и даже структуры системы,
логических предпосылок управления и показателей эффективности
управления.
Совокупность указанных особенностей соответствует общепри¬
нятому в теории автоматического управления содержанию понятия
самоорганизующиеся системы, т. е. системы, сохраняющие работо¬
способность при достаточно больших возмущениях за счет измене¬
ния характера своего функционирования [66]. Таким образом,
системы управления режимами работы тяговых электроприводов
при соблюдении указанных особенностей будут относиться к классу
адаптивных систем управления.
5.3.	Идентификация транспортной
обстановки и информационно-измерительные
системы
5.3.1.	Методы идентификации местности. В на¬
стоящее время одной из наиболее сложных проблем в задаче обес¬
печения эффективного управления движением планетоходов явля¬
ется создание комплекса информационнр-измерительных систем,
способных дать достаточно полное представление о транспортной

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
197
обстановке. Сложность этой проблемы вытекает, в первую очередь,
из Того, что взаимодействие планетохода с рельефными и грунто¬
выми образованиями поверхности по трассе движения в их много¬
численных сочетаниях сопровождается весьма специфичными
проявлениями в поведении планетохода как объекта управления,
измерение которых может быть осуществлено только с помощью
специальных методов и технических устройств (см. табл. 5.1).
Для наземных транспортных машин подобные задачи не стояли
в таком виде, вследствие чего возможность использования имею¬
щегося научно-технического задела имеет крайне ограниченный
характер.
Имеются работы, посвященные вопросам идентификации рель¬
ефных образований местности, в значительно меньшей степени —
по опорной проходимости. Между тем грунтовые особенности мест¬
ности важны не только для организации процесса управления
режимом движения, но без их учета невозможно удовлетвори¬
тельно решать задачи профильной проходимости, так как даже при
одной и той же геометрии местности поведение планетохода может
быть совершенно различным в зависимости от особенностей грунта,
а следовательно, требуются совершенно различные алгоритмы
решения задачи управления движением.
Большое количество требуемых измерений и объем оператив¬
ной обработки информации выдвигают также повышенные требо¬
вания к бортовым вычислительным машинам, в первую очередь,
к объему их памяти и быстродействию. По этой причине актуаль¬
ными являются не только работы по дальнейшему совершенство¬
ванию БЦВМ, но и поиски методов идентификации транспортной
обстановки, которые позволили бы уменьшить количество измере¬
ний и объем обрабатываемой информации, необходимых для оценки
проходимости исследуемого участка поверхности.
Можно считать общепризнанным [170], что для обеспечения
Достаточно высокого уровня автономности самоходного аппарата
необходимо предварительное планирование движения, а следова¬
тельно, должна быть модель внешней среды.
Такая модель должна отвечать следующим требованиям: 1) га¬
рантировать минимум информации, необходимой для организации
процесса управления; 2) быть достаточно компактной, чтобы ее
можно было реализовать на бортовом вычислительном комплексе;
3) обеспечивать быстрый доступ к имеющейся информации, чтобы
система управления могла работать в реальном масштабе времени;
V предоставлять возможность уточнения имеющейся и исключения
Устаревшей информации.

198
ПЛАНЕТОХОДЫ
Динамическая модель среды является основной частью блока
идентификации поверхности и используется для определения
допустимых границ изменения величин, характеризующих прохо¬
димость планетохода. Применяемые и разрабатываемые методы
идентификации довольно разнообразны с точки зрения используе¬
мых характеристик проходимости и способов их оценки, но значи¬
тельная их часть обладает общностью в стремлении к минимизации
числа промежуточных значений показателей проходимости. Для
иллюстрации этого целесообразно рассмотреть несколько конкрет¬
ных примеров.
Характерной, представляющей современный подход к выбору
методов идентификации и формированию модели внешней среды,
является работа [107 ]. Взаимосвязь между методикой идентифика¬
ции поверхности и методами съема информации о рельефе проил¬
люстрирована здесь на примере применения стереотелевизионной
системы и лазерного сканирующего дальномера.. Использование
модели рельефа совместно с введением в память БЦВМ данных
о самом планетоходе позволяет рассматривать задачу определения
запретных для движения зон, как сопоставление моделей возмож¬
ностей аппарата и объективно существующих внешних условий.
Такой подход позволяет выявлять опасные зоны при движе¬
нии по любому рельефу и является в этом смысле универ¬
сальным.
Лазерный сканирующий дальномер дает возможность получить
исходную информацию о рельефе непосредственно в виде коорди¬
нат конечного числа точек его поверхности, причем сжатие и
кодирование информации осуществляются в реальном масштабе
времени параллельно с ее поступлением. Достигается это при
помощи формирования двух промежуточных экстремальных ма¬
триц размера пХт: матрицы \Yiimax\ и \Yijmln\t где i— 1,
2, 3 ..., п\ j = 1, 2, 3 ..., т. Заполнение ячеек экстремальных
матриц производится по мере поступления координат х, у, г
точек рельефа с системы съема. По координатам х и г определяются
номера строки i и столбца / матрицы, куда следует направить
число у, однако запись координаты уц в соответствующую ячейку
производится только после сравнения с ее содержимым. При этом
способе обеспечиваются сжатие информации и выделение областей,
экранированных другими участками той же поверхности, по¬
скольку соответствующие ячейки остаются незаполненными. Про¬
цесс синтеза модели рельефа заканчивается формированием из
экстремальных матриц матрицы средних высот {Yijcp\ и логи¬
ческой матрицы {Lij}, в которую переписывается информация

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
199
рис. 5.13. Пример представле¬
ния модели внешней среды:
п проходимые; 1 — экранирован¬
ные; 2 — непроходимые ячейки
о наличии экранирован¬
ных участков и о наличии
опасных перепадов высот.
Разработанный алго¬
ритм выявления опасных
участков обеспечивает сме¬
щение границ запретных
зон от препятствий на
расстояние, достаточное
для безопасного движения
аппарата. Этот алгоритм
легко реализуется на ма¬
шинных языках различ¬
ного уровня, применим
при наличии априорной
информации и предусмат¬
ривает возможность са¬
мообучения и адаптации
системы управления. На
рис. 5.13 приведены фраг¬
мент рельефа (а) и результат его обработки на ЭВМ (б).
Эволюция модели внешней среды идет по пути перехода от
модели, отображающей в памяти контура управления геометрию
реального рельефа местности, к моделям внешней среды, содержа¬
щим иерархически упорядоченный набор отдельных свойств,
характеристик среды и критериев для взаимодействия с ней, кото^
рые необходимы для работы алгоритмов преобразования типовой
команды в требуемое перемещение исполнительной части плането¬
хода [170].
Выбор метода идентификации транспортной обстановки и спо-
с°ба формирования модели внешней среды во многом зависит от
ВиДа применяемых измерительных систем. Обычно получение
соответствующей информации обеспечивается дальномерно-обзор-
ными системами различного вида, однако эта информация носит
Достаточно укрупненный характер, не может гарантировать выявле-
Ния всех опасных ситуаций (например, из-за экранирования
Участков местности другими препятствиями, невозможности ди¬
б>

200
ПЛАНЕТОХОДЫ
станционной оценки опорных свойств грунта и т. п.). Поэтому
наряду с ними планетоход должен быть оснащен измерительными
системами ближнего действия, обеспечивающими уверенное выяв¬
ление опасных ситуаций в непосредственной близости от машины
и оценку опорных свойств грунта. Применение совокупности
таких систем вместе с устройствами измерения внутренних пара¬
метров машины позволяет получить объем информации, достаточ¬
ный для уверенной организации процесса управления движением
планетохода с обеспечением его безопасности в условиях функцио¬
нирования в труднопроходимых и малоисследованных районах
поверхности планет.
5.3.2.	Некоторые требования к телевизионным системам.
Из существующих способов получения информации о внешней
среде наиболее полное представление о характере местности по
маршруту движения обеспечивается анализом визуальных изобра¬
жений. Телевизионные изображения не только используются для
решения задач управления движением планетохода, но и являются
важным источником информации для решения широкого круга
задач научных исследований поверхности планет. В связи с тем,
что эффективность космической экспедиции и функционирования
планетохода в значительной степени зависит от возможностей и
технических параметров телевизионных устройств, целесообразно
отдельно рассмотреть некоторые принципы их применения и
требования к ним.
Еще при проектировании первого советского лунохода было
установлено, что оптимально решить все разнохарактерные задачи
научного и технического плана с помощью телевизионной системы
одного типа, даже имеющей в своем составе несколько передающих
камер, трудно [123]. Действительно, для исследования структуры
поверхности и навигационных наблюдений Солнца и Земли
необходима весьма высококачественная телевизионная система,
дающая изображение с малыми геометрическими и яркостными
искажениями, имеющая высокое угловое разрешение при большом
угле обзора. В то же время к телевизионной системе для управле-
ния движением, дающей оперативную информацию о характере
рельефа перед луноходом в процессе его перемещения, предъявля-
ются меньшие требования по четкости и разрешающей способности,
но скорость передачи изображения должна быть относительно
большой и согласованной со скоростью перемещения подвижного
аппарата. Вследствие этого во многих случаях рациональным пред-
ставляется построение телевизионного комплекса планетохода из
нескольких систем передачи изображения, существенно различных

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
201
п0 своим функциям, рабочим параметрам и принципу дей¬
ствия.
В качестве составных частей указанного комплекса могут быть
использованы панорамные камеры цветного и черно-белого изобра¬
жения, телевизионные системы с передающей трубкой типа види-
кон, стереоскопические телевизионные системы. Для решения задач
управления применима каждая из перечисленных систем: при
оперативном дистанционном управлении на сравнительно неболь¬
ших удалениях от центра управления (например, управление луно¬
ходом) наиболее целесообразно применение малокадровой телеви¬
зионной системы, для предварительной прокладки маршрута
в сложных районах лучше использовать более качественное пано¬
рамное изображение, а для планетоходов, автоматически осу¬
ществляющих выбор траектории, перспективно применение стерео¬
телевизионных систем. Возможно и применение различных соче¬
таний этих систем.
Эффективность и надежность процесса управления по телеви¬
зионным изображениям находятся в существенной зависимости от
таких свойств и параметров изображения как четкость, частота
смены кадров, дальность уверенного распознавания препятствий,
угловая разрешающая способность телевизионной системы, стерео¬
скопичность, угол обзора.
Дальность уверенного распознавания препятствий опреде¬
ляется [3] в первом приближении выражением
Sx = Hnl(anmJ,	(5.5)
где Н — допустимый размер препятствия; а — угол зрения теле¬
камеры; п — число строк разложения в кадре; пт[п — минимально
необходимое количество строк разложения телевизионного кадра
Для формирования на экране достоверного изображения. Выра¬
жение (5.5) позволяет сформировать требования к телевизионной
системе по указанным параметрам с точки зрения обеспечения
безопасного перемещения аппарата по маршруту движения.
При использовании системы малокадрового телевидения частота
смены кадров накладывает ограничение на скорость движения
аппарата. Из опыта эксплуатации следует, что для сохранения
ориентировки экипажа на местности скорость движения не должна
превышать величины
0 ^ (5i — 52)/2/к,
где S2 — нижняя граница зоны видимости; tK — время между
йенами кадров. Это выражение может быть использовано и для

202
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 5.14. Векторная диаграмма движения планетохода:
VT — требуемая скорость перемещения; Vх — продольная скорость перемещения; V у —
боковая скорость из-за поперечного соскальзывания; V^ — действительная скорость
перемещения; 1 — цель; 2 — направление движения вверх по склону; 3 — Север пла¬
неты
выработки требований к системе малокадрового телевидения по
частоте смены кадров либо по углам'обзора.
Существенным образом сказывается на эффективности управ¬
ления моноскопичность телевизионного изображения, затрудняю¬
щая пространственное восприятие местности, что приводит,
например, к заметному снижению средней скорости движения.
Поэтому актуальной является задача создания стереоскопической
телевизионной системы для планетоходов с различными видами
управления.
5.3.3.	Некоторые требования к навигационному оборудованию.
Перемещение планетохода по труднопроходимой, неподготовлен¬
ной местности связано с воздействием на него многочисленных
разнохарактерных факторов, приводящих к постоянным отклоне¬
ниям машины от заданного закона движения. Для обеспечения
движения по заданным локальным траекториям и уверенного
достижения конечной цели необходимо в процессе движения
непрерывно решать задачу оперативной навигации.
На рис. 5.14 приведена векторная диаграмма, на которой
показаны элементы, необходимые для навигационных вычислений
в части определения направления движения планетохода [112].
Желаемое направление движения задано углом \j)D, а действитель-

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
203
ное направление — фд. При работе на склонах направление дви¬
жения аппарата будет отличаться от заданного на угол	—
 для компенсации бокового сноса и курсового увода. Резуль-
тИрующее направление движения, обозначенное углом фл, обычно
не будет совпадать с желаемым из-за ошибок в измерениях и
вычислениях. Угол ошибки между углами фл и ф0 обозначен фя.
Основной задачей навигационного оборудования является
оперативное определение положения планетохода на местности
в процессе его движения. Для проведения навигационных расчетов
и организации процесса управления траекторией движения необ¬
ходимо в первую очередь иметь достоверную информацию о на¬
правлении движения и о величине пройденного пути.
Измерение пройденного пути может осуществляться различ¬
ными методами и техническими средствами, простейшим из которых
можно считать использование устройств, устанавливаемых на
движителях планетохода и позволяющих измерять обороты колес
или тяговых электродвигателей. Полученные выходные сигналы
целесообразно усреднять для уменьшения погрешности измерения
пути, пройденного всем аппаратом, однако действительное прой¬
денное расстояние будет все же заметно отличаться от измеренного
из-за возможных пробуксовок или соскальзываний. Для устране¬
ния этих погрешностей должна предусматриваться коррекция
показаний в зависимости от углов дифферента и крена плането¬
хода, а также от продолжительности эксперимента и изменения
характеристик грунта.
Другим сравнительно простым способом измерения пройден¬
ного пути является использование свободно катящегося колеса.
Основное достоинство такого способа заключается в том, что при
сравнительной простоте устройства обеспечивается возможность
учета пробуксовки движителей путем сравнения числа оборотов
свободно катящегося и ведущих колес. Это означает, что примене¬
ние такого способа по сравнению с предыдущим позволяет суще¬
ственно улучшить точность измерений и повысить эффективность
Управления движением. Однако при выборе способа измерения
пройденного пути и создании измерительного колеса и схемы обра¬
ботки информации необходимо учитывать погрешности, вызывае¬
те возможным юзом свободно катящегося колеса (например,
пРи входе и выходе из кратеров), обкаткой колесом микронеров-
ностей и др.
Эффективность использования такого способа измерения прой¬
денного пути была практически подтверждена эксплуатацией со-
ветских луноходов. Подробный анализ функционирования такого

204
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 5.15. Блок-схема измерения прой¬
денного пути корреляционным мето¬
дом
измерителя и рекомендации по
способам обработки информации
приведены в работах [3, 123 1.
Другие существующие ме¬
тоды измерения пройденного
пути существенно сложнее
в реализации, но их примене¬
ние позволяет исключить или
уменьшить недостатки рассмот¬
ренных выше способов. Один
из таких методов состоит в из¬
мерении скорости перемещения
поверхности с последующим инте-
В качестве примера измерения ско-
планетохода относительно
грированием ее величины,
рости движения можно рассмотреть способ, основанный на корре¬
ляционном методе 191 ], сущность которого иллюстрируется
рис. 5.15. К поверхности, по которой со скоростью v движется
планетоход, направленные излучатели Их и И2 (осветители, у-
источники и др.) посылают поток энергии. Отраженные сигналы
воспринимаются соответствующими приемниками Пх и П2, распо¬
ложенными на расстоянии / друг от друга. Вследствие различных
неоднородностей поверхности, по которой движется планетоход,
интенсивность (или другой параметр) отраженных сигналов из¬
меняется. Усилители Уг и У2 усиливают эти сигналы до
уровня, достаточного для нормальной работы коррелятора, состо¬
ящего из блока регулируемого запаздывания (БРЗ), множитель¬
ного устройства (МУ) и интегратора (или фильтра нижних
частот) Ин.
Поскольку второй приемник смещен относительно первого
в направлении движения на расстояние /, то сигнал (t) повто¬
рится сигналом во втором приемнике /2 (t) с запаздыванием тя,
пропорциональным расстоянию I и обратно пропорциональным
скорости планетохода v, т. е. т3 = Hv. В идеальном случае оба
сигнала были бы идентичны, в реальных же условиях сигналы
будут хотя и близки по форме, но все же заметно отличны друг
от друга. Поэтому в качестве сравнивающего устройства исполь¬
зуют коррелятор.

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
205
С помощью БРЗ, включенного в канал первого сигнала (/),
регулируется запаздывание т. Выходной сигнал коррелятора мак¬
симален при т = т3, т. е. при равенстве регулируемого т и транс¬
портного т3 запаздываний. В этом случае скорость движения пла¬
нетохода определяется вычислителем В как v = Их. Управление
БРЗ может быть автоматизировано, различные методы автомати¬
зации корреляционного метода измерения подробно рассмотрены
в работе [91].
Корреляционный способ измерения скорости обеспечивает
в наземных условиях высокую точность измерения (реально до¬
стигнутая величина погрешности измерения скорости проката
составляет 0,1 %), но следует помнить, что при использовании
его на планетоходах достаточно сложными являются выбор рода
излучения и техническая реализация первичных преобразовате¬
лей, функционирующих в условиях планет, а также блока регу-
дируемого запаздывания на достаточно большие значения т. Кроме
того, при движении планетохода по неподготовленной местности
неизбежно будут иметь место колебания планетохода относительно
продольной и поперечной осей при преодолении препятствий, что
приводит к заметным различиям сигналов fx (t) и /2 (0 и затрудняет
работу коррелятора. Все эти вопросы еще ждут своего решения.
При измерениях пройденного планетоходом пути для целей на¬
вигации в большинстве случаев отсутствует возможность осущест¬
вления контактов с системой, принятой за начало отсчета. В этих
случаях обычно используются для измерения параметров движе¬
ния инерциальные приборы, однако применительно к планетохо¬
дам их использование с учетом существующего сейчас уровня
технических характеристик и сравнительно малых скоростей не¬
прерывного движения планетохода, сопровождаемого толчками
и ударами, представляется затруднительным.
Измерение направления движения планетохода также должно
осуществляться в соответствии с требованиями по точности, необ¬
ходимыми для решения задач оперативной навигации. Наиболее
развитыми и распространенными устройствами для определения
направления движения в настоящее время являются гироскопиче¬
ские приборы, обеспечивающие достаточно высокую точность из¬
мерений, а следовательно, и требуемое качество навигационных
расчетов. Поэтому для измерения курса ф планетохода целесооб¬
разно применять гирокурсоуказатели различного вида (например,
гирополукомпасы). Существует обширная литература, посвящен¬
ная особенностям функционирования гироприборов, различным
способам их конструктивного воплощения и требованиям к их

206
ПЛАНЕТОХОДЫ
эксплуатации, в связи с чем нет необходимости подробнее рассма¬
тривать эти вопросы. Однако следует помнить, что гироскопиче¬
ским приборам присущи и некоторые недостатки, к наиболее
существенным из которых можно отнести сравнительно высокие
массу и габариты, значительное энергопотребление, необходи¬
мость в специализированном электропитании, требований регу¬
лярной коррекции ухода гироскопа для поддержания точности
измерения в заданных пределах. В ряде случаев эти недостатки
гироприборов могут стать серьезным препятствием для их приме¬
нения в планетоходах.
Измерение углов крена у и дифферента v также необходимо
для решения навигационных задач, в связи с чем соответствующие
измерительные устройства можно отнести к навигационному обо¬
рудованию, хотя информация, получаемая с их помощью, ис¬
пользуется для решения и других задач управления, не связанных
с оперативной навигацией. Для получения текущей информации
о крене и дифференте планетохода в большинстве случаев целесо¬
образно применять гировертикали различных конструкций. Вы¬
ходной сигнал гировертикали содержит как информацию об об¬
щем наклоне местности, так и о более высокочастотных колеба¬
ниях корпуса планетохода по крену и дифференту, вызванных
движением по преодолимым препятствиям. При решении навига¬
ционных задач используется информация о наклонах местности,
поэтому при формировании алгоритмов обработки информации
с целью повышения точности навигационных расчетов следует
предусматривать решение задачи фильтрации выходного сигнала
гировертикали. Конструктивные и эксплуатационные особенности
гировертикалей имеют много общего с гироприборами курсоука-
зания.
Специфические особенности технических характеристик и
ограничений планетоходов различного назначения могут в отдель¬
ных случаях сделать невозможным применение гировертикали.
В таких случаях возникает необходимость в создании специализи¬
рованных устройств для измерения крена и дифферента, при этом
еще на этапе выбора принципиального решения необходимо учи¬
тывать не только условия функционирования прибора на той или
иной планете (например, гравитацию), но и влияние на него кос¬
мических факторов в процессе перелета (невесомость, длительное
воздействие радиации и др.). В качестве одного из возможных и
перспективных принципов построения специализированных дат¬
чиков крена и дифферента можно указать различные конструк¬
тивные модификации приборов маятникового типа.

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
207
рис. 5.16. Измерение боковых
перемещений с помощью сво¬
бодно катящегося колеса
Измерение б о к о-
в о г о сноса плане¬
тохода. Наличие таких
перемещений неизбежно
приводит к отклонению
действительной траекто¬
рии движения от расчет¬
ной, что должно быть уч¬
тено при решении нави¬
гационных задач и органи¬
зации процесса управления, в связи с чем весьма актуальной яв¬
ляется задача измерения бокового сноса.
•Измерение величины бокового сноса проще всего осущест¬
вляется в случае, если система измерения пройденного пути обес¬
печивает информацию в виде вектора S. Поскольку боковое пере¬
мещение планетохода может быть вызвано не только поперечным
скольжением колес, но и курсовым уводом, то для повышения
точности навигационных расчетов следует учитывать соответству¬
ющие составляющие отдельно. Это обеспечивается использованием
информации от курсоуказателя.
В силу причин, изложенных при рассмотрении измерителей
пройденного пути, качественное измерение вектора S представляет
собой достаточно сложную научно-техническую задачу, вследст¬
вие чего часто целесообразно применять технически более простые
способы измерения бокового сноса.
В качестве одного из таких способов можно рассмотреть ва¬
риант с применением свободно катящегося, самоориентирующе-
гося колеса, которое через шарнирный рычаг связано с корпусом
планетохода [73]. В процессе прямолинейного движения такое
колесо (рис. 5.16) устанавливается по продольной, оси машины,
а с возникновением возмущающих факторов (бокового сползания,
курсового увода) происходит его отклонение от продольной оси
планетохода, которое может быть измерено датчиком угла пово¬
рота, установленным в шарнирном устройстве. Как видно из ри-
сУнка, угол отклонения самоустанавливающегося колеса от про¬
дольной оси (30т определяется как алгебраическая сумма углов
Уклонения, обусловленных боковым сносом р,-. с и курсовым уво-
,а'ом Р/4, т. е. рот = рб .с + р^, откуда следует, что для навигацион-
НЬ1Х расчетов необходимо пользоваться величиной рб>с = рот —

208
ПЛАНЕТОХОДЫ
— P/t. Однако при решении навигационных задач должна учиты¬
ваться дополнительная погрешность, возникающая при отклоне¬
нии самоориентирующегося колеса из-за встречающихся микро¬
препятствий, при поворотах и др.
Качество навигационных измерительных систем (и, в первую
очередь, обеспечиваемая точность измерений) играет решающую
роль в обеспечении выполнения задач космической экспедиции и
в организации процесса управления движением.
5.3.4.	Дальномерно-обзорные системы и датчики препятствий.
Для определения характера местности перед планетоходом, оценки
его профильной проходимости и, на основании этого, выбора траек¬
тории его движения могут быть применены дальномерно-обзор¬
ные системы, использующие излучение на видимых, радио-,
инфракрасных частотах, на некоторых планетах применимы
также и звуковые датчики [112]. Во многих случаях эффек¬
тивным оказывается применение комбинации датчиков разного
типа.
Одним из наиболее перспективных способов анализа поверх¬
ности в районе движения является применение принципа лазер¬
ного сканирующего локатора, на основе которого могут быть по¬
строены как дальномерно-обзорные системы, так и высотомеры,
измеряющие размеры препятствий перед планетоходом. Лазерные
локаторы обеспечивают измерение расстояний от планетохода до
препятствия и углов между направлением на препятствие и про¬
дольной осью планетохода. При этом такие измерители характе¬
ризуются сравнительно небольшими энергопотреблением, массой
и габаритами, высоким быстродействием, достаточно высокой точ¬
ностью измерений.
Практические примеры научно-методических и технических
основ построения лазерных дальномеров приведены в работах
[68, 180]. В таких дальномерах преимущественно применяется
сканирование в плоскости азимута; например, один из возможных
вариантов [180] предусматривает систему из двух лазеров, осу¬
ществляющую азимутальное сканирование в секторе 140° (фик¬
сация — в пятнадцати положениях, отстоящих друг от друга на
10°), причем лазерные датчики устанавливаются на мачте на вы¬
соте 1,5 м. Важной проблемой при создании лазерных дальноме¬
ров является стабилизация уровня отраженного сигнала, решение
этой проблемы может быть получено за счет автоматической регу¬
лировки коэффициента усиления в контуре измерений либо ис¬
пользования двух связанных датчиков в процессе ряда последова¬
тельных измерений [112].

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
209
Практические возможности как лазерных дальномеров, так и
других перечисленных излучателей существенно ограничиваются
технической трудностью размещения приемопередающей части.
Анализ показывает, что полученные данные о рельефе могут быть
достаточно полными для точного определения опасных препят¬
ствий только в пределах 5 ... 8 м [131 ]. На больших расстояниях
во многих случаях невозможно получить достаточно полную ин¬
формацию ни о глубине впадин, ни о характере рельефа за высту¬
пающими неровностями. Однако даже в пределах участка 5 ... 8 м
возможны пропуски дальномерами непреодолимых препятствий
при движении планетохода в сложных окружающих условиях
(сильная запыленность атмосферы, изменения освещенности
и т. п.).
Поэтому наряду с дальномерно-обзорными системами плането¬
ход должен быть оснащен измерительными устройствами ближнего
действия (датчики препятствий), позволяющими обнаружить
опасные и непреодолимые препятствия, расположенные в непо¬
средственной близости от него.
Датчики препятствий предназначены для того, чтобы не допу¬
стить физического контакта планетохода с препятствиями и опас¬
ными участками. Простейшими устройствами этого типа являются
бамперы, однако они могут выявлять только выступающие пре¬
пятствия, да и то далеко не во всех случаях —при пространст¬
венных перемещениях планетохода в вертикальной плоскости
(из-за движения по неровностям) поднимающиеся вместе с маши¬
ной бамперы могут пропустить опасное препятствие. Создание же
бамперов с автоматической стабилизацией их высоты над поверх¬
ностью слишком усложняет их техническую реализацию. Вместо
этого более целесообразно применять устройства, выявляющие
большую номенклатуру препятствий.
Примером такого решения может служить совокупность элек¬
тромеханических устройств, обнаруживающих разнохарактерные
непреодолимые препятствия за счет механического контакта
с ними на расстоянии не более 1 ... 2 м от корпуса планетохода
183 J. Такие устройства могут быть реализованы в виде копирую¬
щих рычажно-механических систем, оснащенных следящими при-
нодами и специальными электромеханическими измерительными
Датчиками. Следящие приводы применены в рассматриваемом ва¬
рианте для обеспечения обкатки препятствий. Хотя такое решение
и обеспечивает принципиальную работоспособность датчика пре¬
пятствий, однако при оценке целесообразности применения такого
Устройства в каждом конкретном случае обязательно следует

210
ПЛАНЕТОХОДЫ
учитывать его недостатки: сравнительную сложность и, как след¬
ствие, трудность обеспечения требуемого уровня надежности, по¬
вторно-кратковременный режим работы с довольно высокой часто¬
той включения и отключения приводов, значительное дополни¬
тельное энергопотребление в процессе движения. Достоинст¬
вом же рассматриваемого датчика препятствий является, прежде
всего, возможность выявления практически подавляющего боль¬
шинства типовых опасных препятствий, которые могут быть
пропущены дальномерно-обзорными измерительными систе¬
мами.
Датчики днища. Среди опасных препятствий особо следует
выделить группу выступающих препятствий, которые могут угро¬
жать повреждением днища машины либо потерей подвижности и
которые не могут быть выявлены с помощью никаких из выше рас¬
смотренных измерительных систем и устройств. Речь идет об от¬
дельных препятствиях, расположенных на слабосвязанных грун¬
тах и выступающих на высоту, меньшую критических для данного
планетохода значений, но близкую к ним. Такие препятствия обыч¬
ными измерительными системами будут квалифицированы как
преодолимые, но если из-за буксования машина будет зарываться
в грунт, уменьшая высоту дорожного просвета, то может возник¬
нуть опасность того, что расположенное уже под машиной препят¬
ствие войдет в соприкосновение с днищем. Во избежание подобных
ситуаций в случаях, когда вероятность их возникновения доста¬
точно высока, потребуется применение специальных устройств,
способных выявить опасное приближение препятствий к днищу.
В качестве технической основы подобных измерителей могут ис¬
пользоваться как устройства, обеспечивающие механический кон¬
такт с вершиной препятствия на высоте контролируемой зоны, так
и любые виды излучателей.
5.3.5.	Определение опорных свойств грунта. Как уже указы¬
валось ранее, вопросы определения опорных свойств грунта яв¬
ляются одними из наиболее важных, актуальных и наименее осве¬
щенных в существующей в настоящее время научно-технической
литературе. Такое положение объясняется, видимо, с одной сто¬
роны, специфичностью задачи, сложностью дистанционного опре¬
деления опорных характеристик грунта, а с другой —сравни¬
тельно небольшой предысторией проблемы. Актуальность же ее
резко повысилась именно в связи с разработкой планетоходов,
функционирующих без водителя.
Оценка опорных свойств грунта с целью определения опорной
проходимости планетохода может осуществляться как с помощью

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
211
Рис. 5.17. Зависимость тягово-сцепных пара- KTrl(7
метров шасси от физико-механических
свойств грунта	0	8
0,6
непосредственных измерений физико¬
механических свойств грунта, так и ’
с применением косвенных методов. 02
Измерение физико-механических '
свойств грунта должно осуще¬
ствляться специальными приборами о
и устройствами, информация от ко¬
торых не только используется для формирования законов
управления движением, но и представляет самостоятельный
научный интерес. Одним из примеров практического применения
метода непосредственного измерения физико-механических свойств
грунта является прибор, использованный на первых советских
луноходах. В основе своей он представляет конусно-лопастной
штамп, который с помощью электрических приводов внедряется
в грунт и разворачивается в нем. Измеряя величины внедрения и
разворота штампа в грунте, а также величины необходимых для
этого усилий и моментов,, можно затем расчетным путем получить
количественные оценки физико-механических свойств грунта (не¬
сущую способность q, сопротивление сдвигу и др.). По существу¬
ющим зависимостям (рис. 5.17) можно определить грунтовые усло¬
вия движения и запас по величине коэффициентов тяги kT и момента
ф(как это делалось при эксплуатации советских луноходов). В ли¬
тературе [3, 57, 164 ] имеется достаточно подробное описание этого
прибора (и аналогичных ему) и полученных с его помощью резуль¬
татов исследований, но здесь мы отметим, что приборы такого
типа должны работать только во время остановки планетохода,
а это в значительной мере снижает их ценность для целей опера¬
тивного управления движением.
Существуют и другие принципиальные решения приборов для
исследования физико-механических свойств грунта, более при¬
годные для получения оперативной информации об опорных свой¬
ствах грунта непосредственно в процессе движения (например,
беваметры [57 ]), однако в силу большей сложности конструкции и
обработки информации они пока не получили развития для транс¬
портных аппаратов космического назначения.
Одним из наиболее перспективных методов оперативной оценки
опорной проходимости планетоходов представляется использова-

212
ПЛАНЕТОХОДЫ
ние показателей взаимодействия движителей с грунтом непосред¬
ственно в процессе движения, когда сам планетоход как бы высту¬
пает в роли первичного датчика. Такая методика предложена в ра¬
боте [184]. В качестве измеряемых параметров, характеризующих
опорную проходимость, выбираются коэффициенты буксования
s6 и сопротивления качению /. Сравнение измеряемых величин sf)
и / с заданными критическими значениями позволяет выделить
на трассе непреодолимые участки без непосредственного измере¬
ния физико-механических свойств грунта, а при достаточной точ¬
ности измерений величин s6 и / они могут быть использованы и для
целей оптимизации прокладываемых локальных траекторий и для
управления режимами работы тяговых приводов.
Коэффициент сопротивления качению / можно определить с по¬
мощью выражения
/=&£/.— tga,	(5.6)
где k = c^Ou^/iRQ) — постоянный коэффициент для конкрет¬
ной машины; см —постоянная электродвигателя; Ф —магнит¬
ный поток; ир —передаточное число редуктора =1 — сум¬
марный ток, потребляемый электродвигателями; i = 1, ..., /2 —
число мотор-колес; а —угол наклона местности.
Поскольку практически планетоходы работают преимущест¬
венно на склонах не свыше 20°, то величина tg а с целью упроще¬
ния аппаратурной реализации может быть заменена углом а, при
этом дополнительная погрешность не превышает 5 %. Тогда выра¬
жение (5.6) принимает более простой вид: f ^ kl —а.
Измеренная величина / позволяет прогнозировать возможность
возвращения планетохода на подъем в процессе перемещения ее
под уклон. Однако при этом следует учитывать, что исходные
зависимости между /, кг и q справедливы лишь для определенного
класса грунтов.
Буксование, как параметр, позволяющий оценить тягово-сцеп¬
ные свойства планетохода на местности, может быть охарактери¬
зовано коэффициентом буксования s6. В многоколесной машине он
может быть различным для каждого из ведущих колес и в значи¬
тельной мере зависит от характеристик силового привода и кон¬
кретных условий движения. Количественно sd многоколесной ма¬
шины может быть определен по формуле
(5.7)

УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПЛАНЕТОХОДА
213
где со/ и Mi —соответственно угловая скорость и крутящий мо¬
мент на i-м колесе; vK —поступательная скорость центра колеса;
— радиус колеса.
Коэффициент s6, определяемый по формуле (5.7), учитывает
конкретные особенности работы каждого ведущего колеса и дает
обобщенное представление о процессе буксования. Однако приме¬
нение этой формулы требует организации достаточно сложных
измерений, в связи с чем для практических целей часто предпочти¬
тельнее применять более простые выражения.
Наиболее простой и доступный способ оценки буксования осно¬
ван на сопоставлении теоретического пути LT, который должна
пройти машина при заданной угловой скорости какого-либо веду¬
щего колеса, и истинного пройденного пути Ьи, измеренного,
например, с помощью свободно катящегося колеса. В этом случае
коэффициент буксования s6 определяется выражением
Если при этом соотношение Ьи и LT рассматривать не в дискрет¬
ные моменты времени, а на заданных отрезках пути, то для оценки
буксования по формуле (5.8) потребуется измерение всего одной
величины. Методическая погрешность измерения коэффициента
буксования в этом случае будет определяться разностью соср — со*-,
где соср — усредненная угловая скорость вращения ведущих колес,
а инструментальная погрешность —дискретностью квантования
мерных отрезков пути и ошибкой в определении истинного пройден¬
ного пути за счет возможного проскальзывания мерного ко¬
леса.
Для оперативной оценки опорной проходимости планетохода
могут быть использованы также методы измерения осадки движи¬
теля в грунт. При этом важно учесть все ее составляющие — как
за счет деформации грунта под действием внешних сил, так и за
счет переноса грунта в процессе буксования. Исследования харак¬
тера изменения дополнительной осадки колеса в песчано-пылевых
грунтах в зависимости от буксования (так называемой экскава-
Ционной) показали, что характер изменения этой осадки колеса
в основном определяется объемом впадин между грунтозацепами
и мало подвержен влиянию как механических свойств грунта, так
и параметров колеса. Величина экскавационной осадки колеса гэ
может быть выражена уравнением
Sg — 1 Еи/Ет.
(5.8)
= hs0 (1 — b)!(\ — sr)),
(5.9)

214
ПЛАНЕТОХОДЫ
где h—высота грунтозацепа; b —коэффициент, характеризую¬
щий соотношение объема тела грунтозацепа и суммы объемов
впадины и тела грунтозацепов.
На рис. 5.18 представлены некоторые примеры расчетных и
экспериментальных зависимостей для относительной экскавацион-
ной осадки z0T„ = zjh.
Малое влияние нагрузки и параметров грунта на величину z,
колес планетоходов методологически позволяет использовать вы¬
ражение (5.9) для оценки коэффициента буксования. Общая осадка
колеса г = z0 + гэ, где z0 — первоначальная осадка колеса, дви¬
жущегося без буксования, может учитываться либо как постоян¬
ная величина для данного участка местности, либо как перемен¬
ная, корректируемая в зависимости от свойств грунта.
Значение величины z представляется возможным использо¬
вать и для определения коэффициента / в соответствии с широко¬
известным выражением Летошнева
f = k1\/^D,	(5.10)
где kx — коэффициент, характеризующий однородность свойств
грунта по глубине; D —диаметр колеса.
Для получения сигналов, пропорциональных величине осадки,
требуется создание специальной датчиковой аппаратуры, однако
алгоритмы обработки информации и принятия решений полу¬
чаются достаточно простыми.
Прогнозирование опорной проходимости планетохода по от¬
ношению к будущим участкам поверхности затрудняется из-за
отсутствия средств дистанционного измерения механических
свойств грунта, поэтому актуальной является задача развития ме-
Рис. 5.18. Расчетная (—) и экс¬
периментальная (	) от¬
носительная экскавационная
осадка колеса при буксовании ни
песке:
1 — нагрузка колеса — 10 дН;
диаметр 360 мм; ширина — 150 мм;
высота грунтозацепа —4,5 мм; 2 —
нагрузка колеса — 17 дН; диа¬
метр — 470 мм; ширина — 200 мм;
высота грунтозацепа — 4,5 мм

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
215
тодол.огических и аппаратурных способов прогнозирования на
базе решения задачи экстраполяции.
5.3.6.	Системы контроля внутренних параметров планетохода,
связанных с движением. Создание развитой сети устройств кон¬
троля режимов работы систем и подсистем планетохода, состоя¬
ния отдельных важнейших узлов машины, измерения наиболее
важных и представительных внутренних параметров позволяет
обеспечить правильную эксплуатацию аппарата, повысить надеж¬
ность работы и учитывать состояние узлов при расшифровке пока¬
заний датчиков.
Номенклатурно состав таких устройств контроля в значи¬
тельной мере зависит от конструктивных особенностей каждого
конкретного планетохода, поэтому готовые рекомендации по со¬
ставу не могут быть предложены, однако рассмотрение некоторых
примеров применительно к существующим либо разрабатываемым
машинам будет полезным.
Поскольку в настоящее время и на ближайшее будущее основ¬
ным видом тягового привода планетоходов следует считать элек¬
тропривод, то одним из важнейших контролируемых параметров
являются токи тяговых электродвигателей. Измерение токов поз¬
воляет правильно организовать как режимы работы самих ТЭД,
так и аппаратуры управления электроприводами с учетом инди¬
видуального характера их загрузки. Для формирования измери¬
тельной схемы можно считать пригодными способы измерения
токов (за исключением индикаторов с визуальным отображением
измерений, например стрелочных приборов), применяемые для
аппаратуры наземного назначения. При этом выбор тех или иных
средств измерения токов должен производиться на основании
критериев,общих для всей аппаратуры космического назначения —
обеспечения максимального уровня надежности при минимальных
энергопотреблении, массах, габаритах и с обеспечением требуемой
точности измерения.
Информация о величине токов ТЭД может быть использована,
прежде всего, для управления режимами работы тяговых электро¬
приводов, поскольку по величине токов можно с достаточной сте¬
пенью точности судить о моментах нагрузки на движителях
(рис. 5.19). Добавление к измерительной схеме порогового уст¬
ройства, настроенного на предельно допустимое значение тока,
позволяет решить одну из задач обеспечения безопасности плане¬
тохода: при достижении током опасных значений пороговое уст¬
ройство вырабатывает сигнал «Аварийный стоп», а после оста¬
новки машины принимаются меры по выявлению причин возник-

216
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 5.19. Блок-схема из¬
мерителя тока тягового
электродвигателя:
УУ ТЭД — устройство
управления ТЭД; ТЭД —
тяговый электродвигатель;
Д — движитель; ППТ —
первичный преобразова¬
тель тока; ПУ — порого¬
вое устройство; УПУ —
усилительно-преобразова¬
тельное устройство
новения опасных перегрузок и их устранению. Наконец, токи ТЭД
служат косвенной оценкой условий движения, вследствие чего
они представляют более широкий научный интерес и по возмож¬
ности должны передаваться по каналам телеметрии в наземный
центр управления.
Измерение моментов на движителях дает более полное и точное
представление о взаимодействии планетохода с местностью, од¬
нако и сами измерительные устройства получаются более слож¬
ными. Поскольку о величине момента на валу преимущественно
судят по углу закрутки вала, то в качестве первичного преобразо¬
вателя чаще всего применяются тензометрические датчики, хотя
принципиально применимы и другие виды первичных преобразо¬
вателей (струнные, индуктивные и другие типы датчиков). В связи
с необходимостью установки первичных преобразователей на
валу движителя основной трудностью в разработке устройств
для измерения крутящих моментов можно считать создание дат¬
чиков, сохраняющих работоспособность и достаточную стабиль¬
ность характеристик в разнообразных, сложных и изменяющихся
в весьма широком диапазоне, окружающих условиях разных пла¬
нет. Дополнительно к этому встает проблема обеспечения токо¬
съема с вращающегося вала либо разработки схем с бесконтактной
передачей измеренного сигнала при наличии электрических и маг¬
нитных полей. В силу указанных причин проблема измерения
моментов для транспортных аппаратов космического назначения
в настоящее время еще ждет своего решения.
Измерение температуры ТЭД также имеет существенное значе¬
ние для обеспечения нормального функционирования электро¬
приводов, особенно при повышенных температурах окружающей

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
217
среды. При длительном движении планетохода в сложных условиях
и при нагреве корпуса за счет температуры окружающей среды
(на Меркурии, например, температура поверхности в дневное
время достигает 620 К, снижаясь ночью до 100 К) может возник¬
нуть угроза перегрева электродвигателей и выхода их из строя.
Существующие технические средства измерения температур
обеспечивают возможность качественных измерений. Желательно
измерять температуру ротора ТЭД, однако из-за сложности пере¬
дачи измеренного сигнала с вращающихся частей это не всегда
оказывается целесообразным; в этих случаях о температуре дви¬
гателя с достаточной степенью достоверности можно судить по
температуре статора, временную задержку в изменении темпера¬
туры статора в случае необходимости можно учесть при обра¬
ботке информации с помощью градиента изменения температуры.
5.4. Примеры систем управления движением
Автоматические и дистанционные системы управ¬
ления движением обладают определенной общностью в научно-
технических решениях, поэтому для иллюстрации ранее изложен¬
ного материала полезно рассмотреть итоги функционирования
систем автоматики и управления советских луноходов.
Управление движением лунохода осуществлялось из Центра
дальней космической связи с помощью системы дистанционного
управления, структурная схема которой представлена на рис. 5.20.
СДУ включает в себя наземный комплекс (с пультами управления
и видеоконтрольными устройствами), логические схемы бортовой
автоматики (блок управления движением) с исполнительными дви¬
гателями, измерительно-телеметрический комплекс, причем замы¬
кание всей системы осуществляется через наземный экипаж.
Управление движением лунохода производилось с использова¬
нием малокадрового телевидения, но при необходимости транс¬
портная обстановка уточнялась по телефотопанорамам, имеющим
большее разрешение [3].
Более подробное представление о составе и структурных свя¬
зях системы дистанционного управления дает приведенная на
Рис. 5.21 функциональная схема работы блока автоматики шасси
•яунохода [123] во взаимодействии с остальными частями шасси.
Этот блок предназначен для преобразования команд системы ди¬
станционного управления и выдачи их на исполнительные органы,
формирования команд, обеспечивающих безопасность движения,
преобразования сигналов измерительных датчиков, программи-

218
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 5.20. Структурная схема дистанционного управления «Луноходом-h
рования работы прибора оценки проходимости и передачи резуль¬
татов его измерений. В соответствии с выполняемыми функциями
блок автоматики шасси представлен в виде следующих групп:
управления движением, формирования команд безопасности дви¬
жения, измерений и контроля, управления прибором оценки про¬
ходимости (ПрОП). Каждая группа в свою очередь состоит из не¬
скольких функциональных блоков.
В группу управления движением входят блоки движения,
торможения и остановки. Блок движения обеспечивает высокую
маневренность шасси при минимальном количестве команд движе¬
ния и состоит из логического устройства, на вход которого посту¬
пают команды движения в виде кратковременных импульсов на¬
пряжения, и исполнительного устройства (переключателей), осу¬
ществляющего коммутацию тяговых электродвигателей.
Блок торможения осуществляет переключение тяговых элек¬
тродвигателей в режиме динамического торможения и управление
фрикционными тормозами. При пуске тяговых двигателей элек¬
тромагнитные обмотки тормозов получают питание, благодаря
чему происходит растормаживание двигателей, при остановке
питание тормозов отключается и происходит торможение. Для
уменьшения потребления электроэнергии электромагнитные тор¬
моза имеют две обмотки: форсирующую, с большим потреблением,
предназначенную для включения электромагнита, и удерживаю¬
щую, с малым потреблением.

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
219
Блок остановки выполнен на электромагнитных реле и посы¬
лает в блок движения сигнал на остановку шасси при получении
с Земли команды «Стоп» либо сигналов на остановку от бортовых
автоматов защиты. Группа безопасности движения обеспечивает
формирование команд на автоматическую остановку шасси при
достижении опасных углов крена и дифферента (блок защиты по
крену и дифференту), перегрузке какого-либо двигателя (блок
защиты по току), истечении заданного времени при дозирован¬
ном движении (блок старт-стопного режима) и отработке заданных
углов поворота (блок дозированного поворота). При этом на землю
выдается телеметрическая информация о причине остановки.
Рис. 5.21. Функциональная схема блока автоматики шасси «Лунохода-/»

220
ПЛАНЕТОХОДЫ
Блок защиты по крену и дифференту получает на вход
сигналы от гироскопического датчика крена и дифферента
(ДКД).
Блок защиты по току срабатывает при перегрузке какого-либо
электродвигателя, причем при движении на первой скорости
выдает сигнал на остановку шасси, а на второй — на автоматиче¬
ское переключение со второй скорости на первую.
Блок старт-стопного режима движения осуществляет дозиро¬
ванное во времени движение, выдавая по истечении заданного вре¬
мени сигнал на остановку.
Сигнал о достижении заданного угла поворота поступает в блок
дозированного поворота от бортовой системы курсоуказания.
Дозированное движение выполняется при маневрировании по
сложной трассе, при ориентации на Солнце солнечной батареи и
в ряде других случаев.
Для безопасности функционирования и простоты управления
не допускается включение второй скорости с места и при отклю¬
ченной защите по току.
В луноходе предусматривается также аварийная разблоки¬
ровка колес (подачей электрического импульса на механизм раз¬
блокировки).
В группу контроля и измерений входят блоки измерения токов
двигателей, текущих значений крена и дифферента, пройденного
пути и температуры мотор-колес лунохода. Текущие значения
измеренных сигналов передаются по каналам телеметрии ТМ на
наземный центр управления.
В систему дистанционного управления луноходом органически
включен как важнейшее и направляющее звено человек-оператор,
а точнее группа операторов, составлявшая экипаж лунохода, со
следующим распределением обязанностей:
водитель непосредственно управлял движением лунохода,
выдавая команды в соответствии с телевизионной информацией
о транспортной обстановке;
командир осуществлял общее руководство движением, реали¬
зуя выполнение заранее заданной программы сеанса, и дублиро¬
вал водителя, причем приоритет в принятии решения принадле¬
жал командиру;
штурман производил прокладку маршрута и счисление пути
по телеметрическим данным навигационных приборов;
бортинженер с группой специалистов анализировал состояние
бортовых систем по телеметрической информации; командир эки¬
пажа при принятии решений всегда учитывал доклады бортинже*

УПРАВЛЕНИЕ движением планетохода
221
нера, содержание которых могло повлиять на режим и направле¬
ние движения;
оператор наведения остронаправленной антенны обеспечивал
оптимальную ориентацию антенны по отношению к земле (через
эТу антенну осуществлялась передача телевизионного изображе¬
ния лунной поверхности).
Выработка методов вождения лунохода, определение ходовых
качеств самоходного шасси и тренировка экипажа проводились
на всех этапах эксплуатации лунохода, а также во время наземных
испытаний и позволили разработать методы оценки эффективности
работы самого шасси в системе дистанционного управления. При
этом критериями оценки качества вождения лунохода можно
принять: вероятность (частоту) попадания аппарата в опасные
ситуации (критерий безопасности управления); точность движе¬
ния по заданному маршруту (критерий точности управления);
среднюю скорость движения и энергопотребление на единицу
пути (критерии качества процесса управления).
Точность выдерживания заданного маршрута при дистанцион¬
ном управлении определяется точностью решения штурманом на¬
вигационных задач, а также величиной средних отклонений дей¬
ствительной траектории движения от кратчайшего расстояния
между началом и концом движения. Эти отклонения вызваны не¬
обходимостью объезда непреодолимых препятствий, и их величина
ис• 5.22. Изменение тока солнечных
старей «Лунохода-1» при изменении
У ла подъема панели ср при различной
вЬ1соте Солнца а
Рис. 5.23. Параметры солнечных ба¬
тарей «Л у похода-2»:
1,2 — изменение тока в течение II и IV
лунных дней; 3— изменение температуры
солнечной батареи в течение II лунного
дня

222
ПЛАНЕТОХОДЫ
в значительной мере определяет точность вождения по трассе.
Отношение фактически пройденного пути к кратчайшему расстоя¬
нию между началом и концом движения для «Лунохода-1» и «Лу¬
нохода-2» составляет в среднем 1,1.
Успешное функционирование информационно-управляющих
устройств и тягового электропривода советских луноходов во
многом определялось возможностями энергетической установки.
Полупроводниковые солнечные батареи из фотоэлектрических
преобразователей на основе арсенида галлия размещены на вну¬
тренней стороне крышки лунохода, которая в закрытом положе¬
нии ложится на верхнюю часть его корпуса. В рабочем положении
панель солнечной батареи может располагаться под различными
углами, что позволяет оптимально использовать энергию Солнца
при изменении его высоты по отношению к лунному горизонту.
На рис. 5.22 показано изменение тока солнечных батарей
«Лунохода-1». При высоте Солнца над лунным горизонтом
свыше 34° солнечная батарея при ср = 0 позволяет получить ток не
менее 4 А. Кривые тока сняты при ориентации нормали батареи
на Солнце по азимуту не хуже +4°. Деградация рабочего тока
солнечной батареи за 10,5 месяца составила около 6 %.
На рис. 5.23 представлено изменение параметров солнечных
батарей «Лунохода-2» в течение II и IV лунных дней, а также дан
температурный режим работы. Незначительный рост тока солнеч¬
ных батарей при соответствующем подъеме температуры в начале
и конце лунного дня объясняется влиянием радиатора-охлади¬
теля системы терморегулирования «Лунохода» при низких углах
Солнца над лунным горизонтом. В этих случаях на солнечную
батарею попадало дополнительное количество солнечной радиа¬
ции после отражения ее зеркальным теплорегулирующим покры¬
тием радиатора-охладителя. Солнечная батарея «Лунохода-2»
успешно проработала весь срок намеченной программы практи¬
чески без ухудшения электрофизических характеристик.

Глава
6
ОБЕСПЕЧЕНИЕ
РАБОТОСПОСОБНОСТИ
И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
При создании планетоходов конструктор неиз¬
бежно сталкивается с проблемой обеспечения работоспособности
силовых узлов трения. Силовые узлы планетохода должны на¬
дежно функционировать в высоком вакууме, если им предстоит
работать на Луне или в космическом пространстве, и в среде угле¬
кислого газа в том случае, если планетоход предназначен для экс¬
плуатации на Марсе и Венере.
6.1.	Особенности эксплуатации
узлов трения
При высоком вакууме на поверхностях трения уз¬
лов и механизмов происходят изменения в характере и скорости
протекания физико-химических процессов. Окисные пленки, всегда
присутствующие в условиях земной атмосферы, уничтожаются,
а их восстановление, ввиду отсутствия кислорода, практически
невозможно. Этому активно способствует повышенная температура
из-за ухудшения теплообмена: прекращается теплообмен путем
конвекции и теплопроводности газа. Вследствие этого темпе¬
ратура трущихся тел оказывается более высокой, чем при трении
в атмосфере, особенно, если теплопроводность материалов неве¬
лика. Трение, как правило, сопровождается ростом коэффициента
трения, повышением энергетических потерь, возникает опасность
выхода из строя механизма в результате схватывания и заедания.
Работоспособность узлов трения определяется и величиной дав¬
ления газовой среды, в которой работает узел. Влияние его на про¬
цессы трения и износа, а следовательно, и на работоспособность
тем сильнее, чем выше нагруженность и быстроходность узла [142 ].
У высоконагруженных узлов, каковыми являются узлы трения
планетохода, это влияние может оказаться существенным уже при
Давлении КГ1 ... КГ3 Па. И наоборот, в малонагруженных узлах,
например узлах приборного типа, влияние вакуума может прояв¬
иться при больших разрежениях — 1СГ4 Па и выше.
В высоком вакууме происходит сублимация твердых материа¬
ла, которая с ростом температуры значительно ускоряется. Наи¬

224
ПЛАНЕТОХОДЫ
более заметно она проявляется у полимерных материалов, раз¬
личного рода смазок и антифрикционных покрытий, что следует
учитывать при разработке узлов с долговременным пребыванием
в космосе или на Луне.
Вакуумная среда, как показали исследования последних лет,
существенно влияет и на характеристики усталостного разруше¬
ния металлов и сплавов, заметно повышая их циклическую проч¬
ность, тогда как статическая прочность возрастает незначительно—
всего на несколько процентов [63]. Следует отметить, что влияние
вакуумной среды на предел усталости неоднозначно и зависит от
механизма усталости конкретного материала. В частности, для
некоторых высокопрочных сталей и титановых сплавов предел
усталости в вакууме оказывается выше, чем на воздухе. В ранних
исследованиях по этой проблеме увеличение долговечности метал¬
лов в вакууме объясняли снижением скорости роста усталостных
трещин за счет уменьшения расклинивающего действия адсорби¬
рованных газов в устье трещины в полуцикле сжатия, а также
препятствием окисного слоя свариванию поверхности трещины.
Однако в дальнейшем оказалось, что вакуумная среда оказывает
существенное воздействие и на стадию зарождения самих усталост¬
ных трещин, что особенно характерно для высокопрочных сталей
и что воздействие ее на параметры усталости является следствием
изменения процессов накопления пластической деформации и
формирования разрушения на всем протяжении циклического
разрушения.
При работе узлов в среде углекислого газа (атмосфера Марса)
процессы трения имеют свои особенности. В настоящее время нет
теории, способной строго предсказать фрикционное поведение ма¬
териалов в атмосфере углекислого газа. Отсутствуют также све¬
дения и о влиянии низкого давления С02 (0,5 ... 2 кПа) на свой¬
ства материалов. Однако можно предполагать, что углекислый
газ представляет опасность для пары трения как кислородсодер¬
жащая среда, способствующая окислительному износу. Атомар¬
ный кислород образуется в результате диссоциации С02, при этом
он может вступать в реакцию с металлами, образуя окислы [62 I-
В этом случае износостойкость материала при трении опреде¬
ляется износостойкостью и механической прочностью поверхност¬
ных пленок и фрикционными свойствами продуктов износа. Если
эта пленка достаточно износостойка и устойчива к окислительному
действию углекислого газа (например, азотированные или циани-
рованные поверхности), то фрикционные характеристики не будУт
заметно изменяться. И хотя по своей окислительной способности

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ Й ЙСПЫТАНЙЯ УЗЛОВ ТРЁНЙЯ
225
в области относительно невысоких температур и давлений С02
уступает чистому кислороду и воздуху, тём не менее эта способ¬
ность проявляется достаточно заметно.
Температурные процессы также играют важную роль при Тре¬
нии и изнашивании. При повышении температуры работоспособ¬
ность узлов трения падает. При высоких температурах резко сни¬
жаются механические характеристики конструкционных материа¬
лов, возрастает химическая активность трущихся тел, взаимодей¬
ствующих друг с другом и окружающей средой, значительно уско¬
ряются процессы диффузии и десорбции, что приводит к измене¬
ниям поверхностных свойств материалов. Поэтому наиболее остро
проблема влияния высоких температур на работоспособность уз¬
лов трения стоит для Венеры, температура атмосферы которой
приближается к 500 °С.
Проблема обеспечения работоспособности узлов трения при
низких температурах, т. е. в диапазоне от 0 до 273 К, пока мало
изучена. Известно, что при низких температурах конструкцион¬
ные материалы ведут себя неодинаково. Так, например, целый ряд
углеродистых сталей и металлов с объемно-центрированной ре¬
шеткой (W, Мо, Та, Fe) при температуре ниже 173 К подвержены
хрупкому разрушению. В то же время металлы, у которых струк¬
тура имеет гранецентрированную решетку (Al, Ni, Pb, Си) или
гексагональную плотно упакованную структуру (Be, Mg, Zn, Ti),
могут хорошо работать при низких температурах. Также не столь
чувствительны к низким температурам нержавеющие стали аусте-
нитного класса, сплавы меди, никеля, титана и др.
Подавляющее большинство пластмасс при сильном охлажде¬
нии теряют эластичность и становятся хрупкими [157]. Особенно
опасны для полимерных материалов резкие изменения темпера¬
туры, которые могут привести из-за чрезмерных напряжений
к полному разрушению пластмассовых деталей.
Высокие и низкие температуры оказывают существенное влия¬
ние на работоспособность смазок. Практически вследствие про¬
цессов разложения и испарения смазки предел ее работоспособ¬
ности ограничен температурой 200 ... 250 °С, а нижний из-за
значительного повышения вязкости —70...—80 °С [143].
Влияние невесомости на работоспособность узлов трения может
указываться только в тех случаях, когда применяется смазка.
Известно положительное влияние планетного притяжения, ограни¬
чивающего растекание жидкости под действием сил поверхностного
натяжения. Однако в космическом полете или на некоторых
спутниках планет, где ускорение свободного падения весьма низ-
о
А. л. Кемурджиан и др.

226
ПЛАНЕТОХОДЫ
кое (Фобос, Деймос и др.), изделие находится в условиях невесо¬
мости, и это является одной из причин, по которой жидкую смазку
нежелательно применять в планетоходах.
Космические условия характеризуются также и радиационным
воздействием на материалы. Наибольшую опасность радиация
представляет для смазок и полимерных материалов. Поэтому
защита их от опасного воздействия радиации является задачей
рационального конструирования узла трения.
6.2.	Методы обеспечения
работоспособности узлов трения
Существует, по крайней мере, три основных на¬
правления, в которых может решаться проблема обеспечения рабо¬
тоспособности узлов трения: размещение узлов в герметизирован¬
ном объеме, применение твердых смазок и твердоемазочных по¬
крытий (ТСП) на поверхностях трения и использование для дета¬
лей трения самосмазывающихся композиционных материалов.
Рассмотрим эти направления.
При размещении узлов трения в герметизированных объемах
(с полной или частичной герметизацией) могут применяться обыч¬
ные конструкционные материалы и пластичные смазки. Конструк¬
торские решения в этом случае отличаются большим многообра¬
зием и высокой эффективностью, а использование смазок обеспе¬
чивает незначительные потери и уменьшает изнашивание трущихся
деталей. Для создания герметизированных объемов, в которых
работают узлы трения, применяют целый ряд уплотнительных
устройств и вакуумных вводов для передачи движения во внут¬
реннее пространство — как механичес¬
ких, так и электрических [136, 157].
В частности, хорошо себя зарекомен¬
довали торцово-сильфонные уплотнения
(рис. 6.1). Сильфон уплотнения изготав¬
ливается из наполненного фторопласта
марок ФН-3 или ФН-202 (см. табл. 6.6),
а ответная опорная шайба — из тита¬
нового сплава, подвергнутого азотации.
Уплотнение применяют в узлах плането-
Рис. 6.1. Торцово-сильфонное уплотнение:
1 — сильфон; 2 — опорная шайба; 3 — вал; 4 —
корпус; 5 — пружина

работоспособность и испытания узлов трения
227
хода, где частота вращения вала не превышает 300 об/мин. Выбор
типа уплотнения зависит от того, каковы ресурс узла, допускае¬
мый расход смазки через уплотнения и перепад давлений между
герметизируемой полостью и пространством снаружи машины.
При конструировании узла часто достаточно иметь просто лаби¬
ринтную щель, допуская определенный расход смазки из гермети¬
зируемого объема. Истекание паров смазки определяется по фор¬
муле
G = l,7&pkAtl\/TlM,
где G — расход смазки, г; р — давление внутри герметизирован¬
ной полости, Па; А — площадь проходного сечения, мм2; t —
время, с; М—молекулярная масса смазки в газовой фазе; Т —
абсолютная температура, К; k — поправочный коэффициент [77].
Из приведенной формулы следует, что расход смазки зависит
главным образом от давления внутри герметизированной полости,
которое, в свою очередь, в значительной степени зависит от темпе¬
ратуры и в меньшей — от проходного сечения и других параме¬
тров, входящих в формулу. Поэтому для смазывания узлов плане¬
тохода следует стремиться использовать пластичные смазки с пре¬
дельно низким давлением насыщенных паров.
В герметизированных узлах иногда создают микроклимат,
уменьшающий вакуум. Для этой цели используют различные газя-
щие вещества, в том числе обычные пластичные смазки с относи¬
тельно высоким давлением насыщенных паров. Испаряясь и осе¬
дая на трущихся поверхностях, пары смазки предотвращают су¬
хое трение.
Применение твердых смазок и ТСП позволяет обеспечить рабо¬
тоспособность сухих узлов трения, не прибегая к герметизации
узла. Известно множество способов получения рабочего слоя твер¬
дой смазки на поверхности трения. Например, низкий коэффициент
трения и малый износ получают пропиткой спеченной детали су¬
спензией, содержащей твердую смазку в тонкодисперсном состоя¬
нии. Избыточный рабочий слой смазки в зоне трения образовы¬
вается за счет тепловой экструзии, а высокие теплофизические и
прочностные характеристики обеспечивает металлическая основа
материала [71 ].
Широкое распространение получили ТСП на основе дисуль¬
фида молибдена, которые наносят на поверхности трения в виде
суспензий со связующими из органических, кремнийорганиче-
ских смол или некоторых неорганических веществ с последующим
отверждением термической обработкой [65? 157],

228
ПЛАНЕТОХОДЫ
В последние годы стал известен магнитопорошковый способ
смазки, который может быть использован в основном в высоко-
нагруженных редукторных узлах. В качестве смазки применяются
порошковые смеси дисульфида молибдена и ферромагнетика, по¬
даваемых в зону трения с помощью магнитного поля [118].
Самосмазывающиеся композиционные материалы сочетают
в себе достаточно высокие механические свойства конструкцион¬
ного материала, несущего основные нагрузки, и антифрикционные
качества, обеспечивающие износостойкость и низкие потери на
трение. Эти материалы имеют однородное строение и хорошо обра¬
батываются резанием, что особенно важно при изготовлении дета¬
лей сложной геометрии, например зубчатых колес. В структуре
композиционных самосмазывающихся материалов находится
смазка или другой материал, обеспечивающий работоспособность
пары в вакууме, атмосферных условиях и различных газовых
средах. При этом следует иметь в виду, что коэффициент трения
пары, у которой один или оба материала самосмазывающиеся,
обычно выше, чем при смазке маслами или пластичными смазками,
а долговечность не превышает нескольких десятков или сотен
часов. В зависимости от состава основы эти материалы делятся на
две группы: металлические и полимерные.
Анализ современных теорий трения и износа и многочислен¬
ных результатов экспериментальных исследований позволяет
сформулировать некоторые общие принципы создания конструк¬
ционных композиционных самосмазывающихся материалов [81 ].
1. Поверхность трущегося тела должна иметь меньшую проч¬
ность, чем глубинные слои (правило положительного градиента
механических свойств). С этой целью желательно иметь в составе
материала вещества, которые создавали бы на поверхности тре¬
ния разделительные пленки, исключающие глубинное вырывание
при трении.
2. Материал должен иметь неравновесную структуру, твердые
износостойкие включения должны быть равномерно распределены
в упругопластичной матрице.
3. Матрица не должна наклепываться в процессе трения.
4. Температура структурных превращений в материале должна
значительно превышать температуру в зоне контакта. Причем во
время трения структура не должна существенно изменяться или
должна перестраиваться в структуру, выгодную с точки зрения
трения и износа.
Перечисленные принципы реализуются при изготовлении ком¬
позиционных материалов методами порошковой металлургии.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
229
В композиционных полимерных материалах роль матрицы
(связующего элемента) выполняют сами полимеры, а необходимые
физико-механические свойства обеспечиваются за счет наполни¬
телей. Заготовки или готовые изделия получают прессованием.
При назначении полимерных материалов в конструкцию следует
учитывать их относительно невысокую несущую способность, по¬
вышенный коэффициент линейного расширения, значительно от¬
личающийся от коэффициента линейного расширения металлов,
а также ограничения при использовании в области повышенных
температур, при которых механические свойства их резко сни¬
жаются.
6.3.	Материалы и смазки для узлов трения
В герметизированных узлах трения применяют
пластичные смазки, состоящие из двух компонентов: жидкой ос¬
новы и загустителя. Нередко в их состав вводят различные напол¬
нители: графит, дисульфид молибдена и др. [143]. Одной из осо¬
бенностей пластичных смазок является их нетекучесть, поэтому
они способны удерживаться в узлах трения и механизмах в течение
длительного времени работы.
Для пластичной смазки в качестве дисперсной среды очень
часто применяют синтетические жидкости, у которых молекуляр¬
ные цепи разрываются при температурах выше 250 °С, а давление
насыщенных паров относительно невелико. Дисперсной средой
другой вакуумной смазки ВНИИ НГГ-284 является жидкость, обес¬
печивающая очень низкую температуру застывания и способность
сохранять физико-химические свойства в широком диапазоне ра¬
бочих температур — от —110 до +250 °С.
Некоторые характеристики вакуумных пластичных смазок, ре¬
комендуемых для узлов трения планетохода, приведены в табл. 6.1.
Смазочные свойства этих смазок, приготовленных в основном на
синтетических жидкостях, несколько уступают смазкам на нефтя¬
ной основе, поэтому там, где это возможно, применяют высокоэф¬
фективные смазки ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-221, ВНИИ НП-242
И др.
Твердые смазки обеспечивают смазку между рабочими поверх¬
ностями в условиях сухого трения в экстремальных условиях.
В качестве твердых смазок используют мягкие металлы — золото,
серебро, платину, индий, гаялий и т. д., мягкие окислы и соли
металлов типа фторидов (PbO, CaF2, BaF2), неорганические и ор-.
санические стекла, различные полимеры, смазки со слоистой

Таблица 6.1. Вакуумные антифрикционные смазки [1431
230
ПЛАНЕТОХОДЫ
я я а.
л g-e-
3 § 8
Р
S я
Я
! Си ,
03
3
я
*
О)
* § Й
£ я о
и к н
(4 С «
Я я >?
° Э 5?
t; В «и
о л
^ с 2
о я
я я
§ §1
s С1
£ S
я
л g я
к
я
я
>>
о
си
о
я
о
о
я
я о
я я
3 к
к 5
си 5
•е-s g,
§ Я Я
я Я 4
00 Я со
я _
О) S
5	*
b я
>> а> я
S я
S о
я g
я
§С -
S С0р
§2
3	2;
си S я
о	«
н х о
я я ч
>> я я
е* я и
а) о
а, ч
S к
‘ аз 3
Я Я Я
Р&
CU s 'я
а> о 5
о а С
о я
S я
я ^
си я
о я
н
я я
>> nrt
аз с
си *
а) S
я я
« я
5 я
Я си
с о
я \о
В 5
§ Я
я
я я
си з
я я
Э|
S
»я
аз
4
О)
н я
£С
я £
я ^
о° в
£■ *
gj{»
5 3 £ 5
Ч 3 >> £
О ffl CU g
я си
си 03
я •©-
з °
я о
§
(-
аз я
я
аз
S Я
, >» О
>* ч
я
я
я
Я 03 ^
а> и <
си
н я
>, н я
(X) си Я CQ
5	1-н
UT аз Я и
С я си
« О с я
s!p
я я ® я
д 03 03
Я £-4
Л) н »
х 2 „ я
к я я (=*
я я ч
я X я S
о о >> о
5 g Si £
^ я * •©*
о
* н
я
я
11
Я §
аз ^
03
Я £
Я Я
Я Я
Я я
с
я я
Ч9Я
|ч
§ ц
£ Я
Я с.
03 2" 5 03
*5 Я Я t-—1
|э gi
^ е--
о
LO
СМ
о
00
I
§
о
О
LO
Ю
LO
~T
CM
1
7
1
О
1
о
1
о
00
CD
ID
Г-*
о	л	о
ч	£	ч
з	?	а
I	S
Я я
си си
я h
03 О
н я
о о
я
с
я я
я <и
a t0
я г;
S *
§g3
. сз
ник
О)	О	g МО	аз
О	о	Ч	В Я	о
я	ч	у	си ч	я
II §
Я QJ
Sgi
с аз
§8?
S я я я -fcf ~
^ я |
сиК я >,
ь ая о
я -е-1
си я .9
s.*
о
к 5
Я Я
си S
я
н
о
ч ^
С-3 я	аз
я х О
я -
я
аз
w ** я н
Я 9Я я g
аз о си *
s Й fc ^
си О Я
н я я
Ш ж
go
я -г
' С—(
t*
я
и
я
о
я
§ *0
4	(-
я а
о о
си я
§§
5	»
II
о
я
*** fU
О В
ч о
я ^
§ *
я ч
к я
о Й
с§
я
а
4 ,~
я аЯ
я °
5 я
аз ^
■§*2
4 8
§§
Я Я
о о
03 tj
5 я
и Н
03
S
я	Я	ч	«
оо	Ч	В	я	5
lo	я	щ	2
—	я	я	53	И
1	Я	П'	®
00 я
СО О я S
Я CN
н CS
О 00
о —
1^3
я
о
Я О
ч
я я
о о
% §
л л Я
в
Я Я я
Ч Ь я
я 2 о
к я
CD Я Й
Jh Я о
^ я Я
аЮ о
■е* аз е
U н кЦ
У Is
S « §
§§С
I к
я
о
ч
я
а
§
н
СТ)
я
ч
о
с
oV
чр
я с
я см
О СО
я —*
я
о
ч
я
о
4
я
н
аз
5
я
§
с
S
и
i*f
Eti
00
00
S2
№
no У
о
CD _
Tf 00
Hi-t CM
JU LO
oo
s®
Sh
2
oo I
CM I
С о
®c
s§
5»
s«
“>>
h
Ю о
CM I"-.
ss
sh
PQ
а
О CD
CD
CO o-
t"- h-
03 I
CN I
CM 1
xl
Co
32
32
32
S 2
S00
С со
Xco
Eco
**
H
H
— <0
<N I
C2
3-
PQ
u
СО
oo
Ю I
CM I
cS
32
sS
Soo
X^
h1

работоспособность и испытания узлов трения
231
Рис. 6.2. Экспериментальный редукторный узел:
1 — подшипники; 2 — датчик температуры; 3 — магнитная муфта; 4 — электродвига¬
тель; 5 — датчик температуры; 6 — вакуумное уплотнение; 7 — герморазъем; 8 —
нагрузочная пружина; 9 — шестерни
структурой типа дихальгенидов металлов VI группы таблицы
Менделеева (дисульфиды молибдена, вольфрама, тантала и др.),
а также графит, нитрид бора и др. [157 ]. Известно использование
твердой смазки на основе дисульфида молибдена в зубчатых ре¬
дукторах с магнитопорошковым способом подачи смазки в зону
трения [118]. Поскольку твердые смазки, в том числе и дисульфид
молибдена, как правило, диамагнитны и не реагируют на магнит¬
ное поле, в состав порошковой смеси вводится никель, который,
являясь хорошим ферромагнетиком, не ухудшая заметно смазоч¬
ных свойств, придает твердой смазке необходимые магнитные свой¬
ства. Зубчатые колеса редуктора изготавливаются из ферромаг¬
нитных материалов, а для повышения нагруженности — из леги¬
рованных сталей с высокими прочностными характеристиками.
Намагничивание колес обеспечивается размещаемыми вблизи
зубчатой передачи постоянными магнитами.
Проверка магнитопорошкового способа смазывания с использо¬
ванием твердых смазок в зубчатых редукторах, выполненных по
различным схемам, при работе в вакууме и углекислом газе пока¬
зала его высокую эффективность. Так, при испытаниях редуктор-
ного узла, силовая схема которого выполнена по замкнутому кон¬
туру (рис. 6.2), где контактное напряжение в зубчатом зацепле¬
нии составляло 600 МПа, шестерни без заметного износа нарабо¬
тали ресурс 500 ч [(3,6 ... 6)• 107 циклов], т. е. сухой редуктор
имел ресурс, соизмеримый с ресурсом редуктора со смазкой
143, 133]. При вакуумных испытаниях давление в камере, где
размещался редуктор, поддерживалось равным 6,6,... 0,66 мПа,

232
ЙЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 6.3. Схема планетарного редуктора с магнитопорошковой смазкой:
1 — электродвигатель; 2, 3. 4 — центральные шестерни; 5 — магниты; 6 — ступица;
7 — эпицикл; 8 — сателлиты
при испытаниях в углекислой среде — 0,65... 1,33 кПа. Зубча¬
тые колеса были изготовлены из железостеклянного материала
С-5 [119].
При испытаниях планетарного редуктора (рис. 6.3), в котором
эпициклическая шестерня являлась одновременно и картером
для размещения магнитопорошковой смеси, ресурс составил
600 ч, что примерно в 6 раз больше ресурса, полученного на этом
редукторе при работе всухую с использованием самосмазываю-
щихся материалов. В указанном редукторе магниты устанавлива¬
лись в пазах ступицы на расстоянии 1,5 ... 2 мм от эпицикла. Вра¬
щаясь вместе со ступицей, магниты поддерживают смазку во взве¬
шенном состоянии, обеспечивая поступление ее во все сопряжен¬
ные зубчатые колеса. Испытания проводились в вакууме 6,6 ...
...0,66 мПа в диапазоне температур —100... +250 °С. Макси¬
мальное контактное напряжение в зацеплении было от 110 (эпи¬
цикл — сателлиты) до 700 МПа (сателлиты — центральные ше¬
стерни), скорости скольжения — в пределах 0,07 ... 1,3 м/с. Все
.зубчатые колеса, кроме эпицикла, изготовлены из материала С-5,
эпицикл выполнен из алюминиевого сплава В-95Т с твердым анод-
но-окисным покрытием рабочих поверхностей [132].
Металлические ТСП обладают высокой адгезией к основному
металлу, хорошей износо- и радиационной стойкостью, они не
склонны к газовыделению в разреженной среде, работоспособны
в широком диапазоне температур. Оптимальная толщина этих

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
233
Рис. 6.4. Подшипник скольжения с твердой
металлической смазкой:
/ — корпус; 2 — твердая металлическая смазка
покрытий обычно составляет 2 ...
5 мкм. Наносятся покрытия элек¬
трохимическим или химическим
способами. В планетоходе метал¬
лические покрытия могут приме¬
няться для улучшения антифрикци¬
онных свойств малонагруженных
зубчатых колес, повышения изно¬
состойкости электрических контак¬
тов (золото, серебро), а также в це¬
лях коррозионной защиты. Вместе
с тем, выбирая металлические покрытия, следует учитывать
их относительно невысокую долговечность.
В ИПМ АН УССР для подшипниковых узлов трения, работаю¬
щих в вакууме и в среде инертных газов, создана твердая металли¬
ческая смазка, содержащая серебряный припой ПСр40 [9]. Для
повышения несущей способности подшипника эта смазка распо¬
лагается в пазах, т. е. рабочую поверхность выполняют
структурно неоднородной: участки компактного материала, несу¬
щего основную нагрузку, чередуются с участками твердой смазки.
На рис. 6.4 показана конструкция такого подшипника [13].
Указанные подшипники изготавливают из стали 45 и 12Х18Н9Т.
Ответной деталью (валом) служит титановый сплав ВТ14, поверх¬
ность трения которого упрочняют азотацией. Такая пара обладает
высокими эксплуатационными характеристиками:	допустимое
давление составляет 25 ... 30 МПа при скорости скольжения до
0,5 м/с. Коэффициент трения не превышает 0,2. Пара хорошо рабо¬
тает в вакууме до 130 мкПа, в среде углекислого газа с давлением
До 2,5 кПа, в диапазоне температур —150 ... +250 °С. В атмо¬
сферных условиях, ввиду окисления серебра, пара работает не¬
удовлетворительно. Механизм смазывания указанной пары может
быть представлен следующим образом. Коэффициент объемного
расширения у серебряного припоя в 1,5 раза больше, чем у стали.
При трении, из-за повышенных температур в зоне контакта, при¬
пой вытесняется из пазов, и, размазываясь по поверхности тре¬
ния, предотвращает контактирование вала с основным материалом
подшипника,

234
ПЛАНЕТОХОДЫ
Среди известных технологических методов повышения износо¬
стойкости алюминиевых сплавов особого внимания заслуживает
метод упрочнения нанесением покрытия на рабочие поверхности
электрическим способом — твердое анодное оксидирование. Вы¬
сокие антифрикционные свойства покрытию (коэффициент тре¬
ния ^0,2) придаются пропиткой готовых деталей в суспензии
смазки СТМ-1 [5]. Наилучшие результаты дает алюминиевый
сплав В-95Т, на котором удается получить анодную пленку тол¬
щиной 50 ... 60 мкм. Метод твердого анодно-окисного упрочнения
с последующей пропиткой в СТМ-1 может быть использован для
повышения износостойкости сухих малонагруженных зубчатых
колес [132], например эпициклов планетарных редукторов, у ко¬
торых контактное напряжение в зубчатом зацеплении в пересчете
на сталь не превышает 250... 300 МПа, а также в парах воз¬
вратно-поступательного движения.
Антифрикционный слой ТСП, содержащего в процентах: тан¬
тала 45 ... 50, графита 10 ... 15 и серебра 35 ... 40, удается создать
на поверхности высокопрочных сталей методом электроискрового
легирования [34]. Тантал введен в качестве антизадирной до¬
бавки, графит и серебро выполняют роль твердой смазки. Покры¬
тие наносится на предварительно подготовленные шлифованием
или притиркой поверхности подшипника, толщина покрытия
30 ... 40 мкм. Коэффициент трения, полученный на машинах тре¬
ния, не превышает 0,2. Покрытие предназначено для узлов трения
скольжения, работающих в вакууме и атмосфере воздуха при дав¬
лениях до 20 МПа.
Хорошие эксплуатационные свойства при трении по азотиро¬
ванному титановому сплаву ВТ14 имеет БрФГ-50 [21 ] — материал,
созданный в ИПМ АН УССР. Рабочий слой твердой смазки этого
материала состоит из припеченного пористого слоя несфериче¬
ского порошка бронзы марки БрОЮ толщиной 1 мм, пропитанного
смесью фторопласта-4 и графита. Основой материала является
бронза того же состава. Коэффициент трения материала БрФГ-50
при трении по азотированному титановому сплаву ВТ14 находится
в пределах 0,09 ... 0,12. Он предназначен для работы в диапазоне
температур от —130 до +300 °С, максимально допускаемое давле¬
ние в паре 10 МПа при скорости скольжения 0,1 м/с. Материал
рекомендуется для эксплуатации в вакууме и углекислом газе,
а также кратковременной работы на воздухе.
К химическому методу нанесения ТСП на рабочую поверхность
и созданию на ней рабочего слоя твердой смазки относится исполь¬
зование реакции синтеза между молибденом и веществом, содер^

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
235
Таблица 6.2.	Физико-механические и фрикционные
свойства материалов ВАМК-1 и ВАМК-2

11а р а метр
ВАМК-1
ВАМК-2
Плотность, г/см3
8,2
8,2
Твердость по Бринеллю
90
120
Предел прочности, МПа:
при растяжении
250
380
при сжатии
800
1200
при срезе
300
450
Модуль упругости, МПа
9-10‘
12,5-104
Ударная вязкость, кДж/м2
130
100
Коэффициент трения в вакууме по стали
3X13:
на воздухе
0,06—0,08
0,04—0,06
в вакууме
0,08—0,12
0,07—0,1
Рабочая температура, °С
73—623
73—973
Коэффициент линейного расширения, 1/°С
1,6-10'6
1,3- Ю"6
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С)
51
56
жащим серу. В процессе такой обработки на поверхности обра¬
зуется равномерный слой дисульфида молибдена толщиной 40 ...
... 100 мкм [104, 155]. Преимуществом такого покрытия является
большая долговечность, высокая несущая способность, а также
расширенный температурный интервал применения (—270 ...
... 900 °С). Указанный материал назван димолитом М801, втулки
с покрытием из него применяют в нагруженных опорах скольже¬
ния, работающих в вакууме и углекислом газе. К недостаткам ма¬
териала М801 относится его высокая плотность (10,2 г/см3), по¬
этому весьма интересными представляются результаты исследо¬
ваний, изложенные в работе [145], где указано на возможность
его применения в качестве антифрикционного покрытия зубьев
шестерен, изготовленных из титанового сплава ВТ14.
К числу материалов, в которых рабочий слой твердой смазки
получают пропиткой пористой детали суспензий, содержащей эту
смазку в тонкодисперсном состоянии, относятся металлокерамиче¬
ские материалы на бронзовой (ВАМК-1) и никелевой (ВАМК-2)
основах [71 ]. Свойства этих материалов приведены в табл. 6.2.
Несмотря на хорошие антифрикционные свойства, указанные
материалы в силу технологических ограничений (рабочая поверх¬
ность деталей не может подвергаться механической обработке)
непригодны для изготовления деталей сложной формы. Кроме

Таблица 6.3. Твердо смазочные покрытия со связующими
236	ПЛАНЕТОХОДЫ
§ о
о	а	<и	о	к
S	£	2	Ч	я
ь	•О-	я	о	а
сс	У	>>
о
05
СМ
О
о
о
оо
СО
О
ю
со
о
со
СМ
о
см
о
о
со
о
О
о
о
о
Ю
LO
LO
о
LO
CO
1
CM
1
CO
1
СО
1
т
1
О
1
о
1
о
1
о
1
о
CO
CO
CO
СО
LO
o'
со
о
I
см
о
о
V
•е*
•е*
<и
05
см
см
см
Е к
О
1
Q, S
0) 0
o'
о
о
о
«■О
|
1
1
1
o'
о Ч
о о
LO
СО
ю
ю
V
35 >>
О
о
о
н
са
о~
о~
o'
o'
05 аз
X 4
К о
X X
03
41
03 U 05 xg-
t-H £ К
0,4 s g
ss 03 о 2
s 4 й 2
*§ЙЧ
^ s л s
g.° a,e^
*	4
« S
О Я О
о a ca
. « 4 я
1 g g
4 S v§
O, 03 О 4
‘ 4 g §
A
4
os
•©*2 - --
° o, 3
Us 5
ea »S *&■
* Я £
4 tr ^
Я >> >»
Р-н О
<U О) К
4 4 4
О О
И s
„ 4
4 §
5 2
6 4
03 S
К ф
^ 4
00
S
- X
03 <L)
4 4
4 « _r
0 H 4
5 2 s
s &•§•
к S >>
1 5 S
S щ л Я
У 4»S §
л a; 4
О ДЭ 4 'S
С (J CD к
(T) аз H 4
s S О
о о, S
4" 03
О Я
05
PQ *=*
^ \0
А ^
^ ЕГ
W я
§ 4
я
4
>»
Н
Ь
и
о
ю
LO
г-
о-
1
1
05
00
ю
о
о
00
оо
со
со
>5
>5
н
н
со
Ю
1
t"-
1
1
00
1
00
см
LO
LO
00
со
о
н
,-н
и
>5
о
н
0Q X
S~
PQ X
^ 05
S cm
Xе?
xc
PQ К
s|
PQ X
£
H
U

работоспособность и испытания узлов трения
237
того, эти материалы из-за невысоких прочностных свойств имеют
ограничения для применения в высоконагруженных узлах трения.
ТСП со связующими веществами обладают хорошей адгезией
к металлам и сплавам. В качестве связующего применяются орга¬
нические и неорганические вещества. При относительно неболь¬
ших нагрузках эти ТСП обеспечивают высокие антифрикционные
характеристики в широком диапазоне температур при работе в ва¬
кууме и различных газовых средах. Суспензии покрытий наносят
на поверхность трения окунанием детали, распылением с помощью
пистолета-распылителя или намазыванием кистью. Затем с целью
отверждения производится термообработка. Толщина пленки по¬
крытия обычно не превышает 20 ... 30 мкм, что следует учитывать
при оценке долговечности узла трения. ТСП со связующими нахо¬
дят широкое применение в парах скольжения изделий космиче¬
ского назначения. Сведений о применении ТСП в зубчатых переда¬
чах не имеется. Свойства и область применения некоторых ТСП
со связующими приведены в табл. 6.3 [157 ]. Значения коэффициен¬
тов трения и долговечность даны по результатам фрикционных ис¬
пытаний ТСП на машинах трения.
В табл. 6.4 приведены некоторые сведения о ТСП, применяе¬
мых в авиастроении [130]. Небольшая толщина слоя этих ТСП
ограничивает ресурс работы узла трения. Кроме того, они прак¬
тически не работают в зубчатых передачах.
Указанных недостатков лишены композиционные самосмазы-
вающиеся материалы, получаемые горячим прессованием в ва-
Таблица 6.4. Твердосмазочные покрытия, применяемые
в авиастроении
Покрытие
Состав
Область применения
ВАП-1
ВАП-1Г
ВАП-2
ВАП-3
Эпоксидный лак Э-4100,
дисульфид молибдена
Эпоксидный лак Э-4100,
дисульфид молибдена
Эпоксидный лак ЭП-074,
дисульфид молибдена
Эпоксидный лак ЭП-074,
дисульфид молибдена,
свинец
Нагруженные узлы скольжения при
работе в керосине, масле, в вакууме
при температурах от —60 до 250 °С
Нагруженные узлы скольжения при
работе на воздухе при температурах
от —60 до 300 °С
Нагруженные узлы скольжения
при работе в керосине, масле, воздухе
при температурах от —60 до 300 °С
Нагруженные узлы скольжения
при работе в керосине, масле, воздухе
при температурах от —60 до 300 °С

238
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 6.5. Свойства самосмазывающихся материалов,
применяемых в электротехнической промышленности
Марка
Состав
Коэффициент
трения
Макси¬
мальная
рабочая
темпера¬
тура, °С
Область применения
ВАМК-21
Ag—MoS2
0,08—0,12
200
Подшипники сколь¬
жения, сепараторы
ВАМК-23
Ag—N i —S n—MoS2
0,1-0,15
250
подшипников качения
при давлениях до
1 МПа и скоростях
скольжения до 1 м/с
в вакууме
ВАМК-24
Co—Ag—MoS2
0,08—0,12
450
Зубчатые колеса,
ВАМК-25
Ni— Mo—MoS2
0,1—0,15
1000
кулачки при давлени¬
ВАМК-26
Cu—Sn—Pb—
WSe2
0,1—0,18
300
ях до 5 МПа и скоро¬
стях скольжения до
ВАМК-28
Co—Ag—NbSe2
0,1—0,18
450
5 м/с в вакууме
кууме. Этот метод позволяет получать материалы на основе более
теплопрочных и взаимодействующих с твердой смазкой металлов и
сплавов (бронза, никель, железо и др.)* К группе таких самосма¬
зывающихся материалов на металлической основе относится ряд
композиционных материалов, применяемых в электротехнической
промышленности, которые могут применяться также и в малона-
груженных узлах трения планетоходов. Свойства и область при¬
менения их приведены в табл. 6.5 [71 ].
Представляет интерес созданный в ИПМ АН УССР подшипни¬
ковый материал БрМцФС 5-1-20 [17 ], имеющий комбинированную
микрогетерогенную структуру, в которой легированная марган¬
цем и фосфором медь выполняет роль несущей основы, а равно¬
мерно распределенные изолированные включения свинца глобу¬
лярной формы являются твердой смазкой. Материал компактен,
подвергается механической обработке, обладает следующими фи¬
зико-механическими свойствами:
Плотность, г/см3	 9,2
Предел прочности, МПа:
при растяжении	 180 ... 200
при сжатии	 550 ... 600
Ударная вязкость, кДж/м2	 110...	120
Максимальное среднее давление в подшипнике, МПа ...	36
Рабочая температура, °С	 —130 ... 300
Коэффициент линейного расширения,	1/°С	  (1,5...	1,8)-10~6
Коэффициент трения по титановому сплаву ВТ14 азотиро¬
ванному 	 0,12	... 0,14

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
239
Материал рекомендуется для изготовления подшипников сколь¬
жения, работающих в вакууме, атмосферном воздухе и углекис¬
лом газе.
Для зубчатых передач, работающих без смазки в вакууме и ат¬
мосфере углекислого газа, предназначен железостеклянный ма¬
териал С-5, разработанный И. Д. Радомысельским и его сотруд¬
никами. Указанный материал имеет гетерогенную структуру,
состоящую из углеродистой стали (матрица) с мелкими включе¬
ниями равномерно распределенной стеклянной фазы. Стеклянные
включения, во-первых, выполняют роль слоя, надежно разделяю¬
щего поверхности трения, во-вторых, являются препятствиями,
затрудняющими пластическое деформирование матрицы. Поэтому
во время трения на участках контактирования рабочих поверхно¬
стей зубчатых колес исключается (в нормальном режиме работы,
т. е. в пределах допустимых нагрузок и скоростей скольжения)
макросхватывание, может происходить только микросхватыва¬
ние, локализуемое в тонком поверхностном (деформативном) слое.
При этом работа трения расходуется на деформацию, преобразо¬
вание механической энергии в тепловую и на разрушение сравни¬
тельно тонкого поверхностного слоя.
Предположительно, при определенных режимах работы, в зоне
трения может образовываться тонкий слой размягченного стекла,
играющего роль смазки. Не последнюю роль в процессе трения
играют продукты износа, которые образуют сложные в структур¬
ном и фазовом отношениях антизадирные слои, разделяющие по¬
верхности трения.
Материал С-5 обладает следующими физико-механическими
свойствами:
Плотность, г/см3	 6,8
Твердость (в термообработанном состоянии),	HRC	 40	...	52
Предел прочности при растяжении, МПа:
исходное состояние	 290
после термообработки	 710
Предел прочности при изгибе, МПа:
исходное состояние 	 800
после термообработки	 1460
Модуль упругости (в исходном состоянии), МПа	 1,8-105
Модуль сдвига (в исходном состоянии), МПа 	 0,71-105
Ударная вязкость, кДж/м2	 80	...	100
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С)	 44
Коэффициент линейного расширения, 1/°С	 10-10“°
Коэффициент трения (на установке УТИ-1 при нагрузке 10 Н и ско¬
рости скольжения 1 м/с в вакууме)  	 0,3	...	0,4

240
ПЛАНЕТОХОДЫ
Таблица 6.6. Физико-механические свойства конструкционных полимерных
Материал
ТУ
Состав
Плот¬
ность,
г/см4
ДАК-8. Дифлон анти¬
ТУ 6-05-211-758—71
Поликарбонатная
1,2
фрикционный конструк¬
смола, фторопласт-4,
ционный
антифрикционные
присадки
ПАМ-15-67. Полимер¬
ТУ 6-05-211-901—75
Полиимидная смо¬
1,4
ный антифрикционный
ла ПМ-67 и сухая смаз¬
материал
ка
ПКМ. Полимерный
—
Полифенилоксид,
1,3—1,4
конструкционный мате¬
углеродное волокно
риал
ПКМ. Полимерный
—
Полифенилоксид,
1,08—
конструкционный мате¬
фторопласт
1,44
риал
ФН-3. Фторопласт на¬
ОСТ В6-05-5018—75
Фторопласт, никель,
2,3-2,4
полненный
нитрид бора
ФН-202. Фторопласт
ОСТ В6 05-5018—73
Фторопласт, ни¬
2,2—2,5
наполненный
кель, дисульфид мо¬
либдена
Материал применяют в зубчатых зацеплениях, где контактное
напряжение не превышает 600 ... 800 МПа и скорость скольжения
не более 1,5 м/с. Ресурс такой передачи при работе всухую состав¬
ляет 100 ч. Увеличение ресурса может быть достигнуто путем на¬
несения на рабочую поверхность зубьев шестерен ТСП, использо¬
вания магнитопорошкового метода смазки или применения пла¬
стичных смазок.
Полимерные материалы, также относящиеся к группе само-
смазывающихся материалов, имеют, как правило, высокие анти¬
фрикционные свойства (коэффициент трения обычно не превышает
0,2), не зависящие от давления и состава среды. К положительным
качествам полимерных материалов также относятся: низкая плот¬
ность, хорошая технологичность и прирабатываемость, относитель¬
ная дешевизна. Недостатками этих материалов являются: низкие
механические свойства, в особенности при повышенных темпера¬
турах, высокий коэффициент линейного расширения, восприим¬
чивость к радиационному воздействию, низкая теплопроводность
ц т. д. Тем не менее ряд полимерных материалов может успешно

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
241
материалов
Предел
прочности
при
, мПа,
Модуль
Удар¬
ная
Коэф¬
фициент
линей¬
Коэф¬
Рабочая
растя¬
жении
сжатии
изгибе
упругости, МПа
ВЯЗ¬
КОСТЬ.
кДж/м2
ного
расши¬
рения,
10-'\ 1°/С
фициент
трения
темпера¬
тура, °С
50—55
70—80
80—100
2,9-103
100—130
35
0,15—
0,2
—250—120
100—130
200—230
50-180
(2,97—3,6)-103
при изгибе
60—120
27
0,15—
0,2
—150—200
—
160—200
160—200
(15—18)-103
(вдоль волокна)
5—10
10—12
0,15—
0,2
—175—175
—
70—90
70—130
(2,7—2,8)-103
(поперек
волокон)
30—40
50
0,04 —
0,15
—175—175
15-25
25—30
—
(1,0—1,6)-10»
—
77—140
0,04—
0,1
До 240
18
35—50
22,5
2,9-103
70—90
87—190
0,08—
0,1
До 240
применяться в качестве конструкционного материала для узлов
трения планетохода.
В табл. 6.6 [25, 28, 65, 85, 157 ] приводятся свойства некоторых
полимерных материалов, рекомендуемых для силовых узлов.
Материал ДАК-8 — антифрикционный, заготовки получают литьем
под давлением, детали изготавливают механической обработкой.
ДАК-8 рекомендуется для деталей трения, работающих без смазки.
Из него могут изготавливаться приборные малонагруженные ше¬
стерни, подшипники скольжения с давлением до 3 МПа и ско¬
ростью скольжения до 0,05 м/с.
Полимерный антифрикционный материал ПАМ-15-67 может
быть использован для изготовления механической обработкой ше¬
стерен быстроходных ступеней силовых редукторов, работающих
в высоком вакууме и разреженной среде углекислого газа с давле¬
нием 665 ... 2660 Па. Ресурс зубчатой передачи, изготовленной из
ПАМа, с контактным напряжением в пересчете на сталь до 200 МПа
и скоростью скольжения до 2 м/с составляет 200 ... 300 ч. В от¬
дельных случаях допускается изготовление подшипников .сколь-

242
ПЛАНЕТОХОДЫ
жения, нагружаемых давлением менее 10 МПа при скорости сколь¬
жения 0,1 м/с. Кроме того, ПАМ-15 может успешно применяться
и в металлополимерной зубчатой передаче, работая в зацеплении
с шестернями из алюминиевого сплава В-95Т, рабочая поверх¬
ность которого упрочнена твердым анодным оксидированием.
Для этих же целей могут использоваться полимерные конст¬
рукционные материалы (ПКМ) на основе полифенилоксида. Для
материала, у которого для армирования применено углеродное
волокно, характерным является относительно низкий термиче¬
ский коэффициент линейного расширения, почти не меняющийся во
всем диапазоне рабочих температур [25, 85]. Это свойство вы¬
годно отличает указанный материал от других конструкционных
полимерных материалов и позволяет применять его в прецизион¬
ных парах трения. У другого материала, имеющего в своем составе
фторопласт, высокие показатели несущей способности, что позво¬
ляет применять его для изготовления нагруженных подшипников
скольжения [28].
Наполненные фторопласты марок ФН-3 и ФН-202 —это ме¬
таллофторопластовые материалы, в которые металл введен с целью
улучшения теплофизических и прочностных характеристик, а ни¬
трид бора и дисульфид молибдена —для повышения антифрик¬
ционных свойств. Из этих материалов изготавливаются сепара¬
торы самосмазывающихся подшипников, сильфонные уплотнения,
тормозные колодки [14], работающие в высоком вакууме, мало-
нагруженные подшипники скольжения (с давлением до 0,3 МПа)
и т. д.
6.4.	Термовакуумные испытания
материалов и узлов
Одной из стадий разработки планетохода являются
термовакуумные испытания, необходимые для выбора материалов
или антифрикционных покрытий узлов трения и определения их
эксплуатационных характеристик. Кроме того, во время термова-
куумных испытаний в условиях, максимально приближенных к на¬
турным, проверяются принятые конструкторские решения, уточ¬
няется ресурс работы, оценивается надежность узлов и плането¬
хода в целом.
Испытания обычно проводят в четыре этапа. Первый этап —
это испытания, в ходе которых определяются физико-механиче¬
ские характеристики материалов. При этом с определенной сте¬
пенью достоверности прогнозируются фрикционные свойства ма-

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ Й ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
243
териалов пар трения. Для этой цели используются стандартные
машины.
На втором этапе оцениваются трение и износ материалов, сма¬
зок и ТСП в зависимости от эксплуатационных параметров: на¬
грузки, скорости, состава и давления среды. Здесь же проводят
и сравнительно-отборочные испытания, позволяющие выбрать ма¬
териал с наилучшими характеристиками трения и износа. Для
таких испытаний применяют установки и машины трения, рабо¬
тающие по различным схемам: палец (индентор)—диск, цилиндр —
цилиндр (трение по образующей), втулка—втулка (торцовая
схема) и др.
Третий этап —стендовые испытания элементов конструкции,
геометрические и эксплуатационные параметры которых близки
к натурным. Для таких испытаний обычно создают специальные
установки, в составе которых имеется стандартное оборудование
и приборы для получения и для контроля заданной среды.
Четвертый, завершающий этап испытаний —это испытания
натурных узлов в условиях наиболее приближенных к эксплуата¬
ционным. Основной их целью является проверка работоспособ¬
ности и определение ресурса конкретных изделий, проверка тех¬
нических характеристик на соответствие заданным.
Рассмотрим конструкции некоторых установок и машин, при¬
меняемых для термовакуумных испытаний узлов планетохода,
а также методику проведения этих испытаний.
Для испытаний на трение и износ материалов и ТСП можно
использовать вакуумную установку УТИ-1 [158], схема которой
изображена на рис. 6.5. Установка позволяет производить непре¬
рывную регистрацию износа образцов и коэффициента трения.
Предварительная вакуумная откачка производится механическим
насосом ВН-2МГ, высокий вакуум получают с помощью вакуум¬
ного агрегата ВА-0,5-4, а защиту от проникновения в рабочий
объем паров рабочего тела паромасляного насоса осуществляют
азотной ловушкой. Кроме того, для этой цели можно использовать
сорбционную ловушку (см. рис. 6.11).
Технические характеристики установки УГИ-1
Мощность электродвигателя, кВт	 1,3
Частота вращения диска, об/м 	 О	...	800
Скорость скольжения образцов, м/с	 0	...	3,0
Число испытаний на одном образце	 до	6
Осевая нагрузка, Н 	 5...	100
Размеры испытуемых образцов, мм:
диск (кольцо): диаметр наружный	 70
диаметр внутренний	 50

244
ПЛАНЕТОХОДЫ
индентор (сфера, цилиндр), диаметр
Газовая среда
Предельный вакуум в камере, Па . . .
4,5
воздух, СО,
1,33-10“4
Испытания материалов на трение и износ проводятся по сле¬
дующей методике. Предварительно обезжиренные и осушенные
образцы взвешивают на весах ВЛР-200Г и закрепляют в оправках.
Камера вакуумируется до заданного давления. Затем установку
запускают, обеспечивая при этом вращение кольца с частотой
160 об/мин, что соответствует скорости скольжения 0,5 м/с. Инден¬
тор вводят в соприкосновение с кольцом с осевым усилием 25 Н.
Продолжительность испытаний составляет 33 мин 20 с, что соот¬
ветствует пути трения 1000 м. В процессе испытаний через каждые
5 мин фиксируется коэффициент трения. После завершения испы¬
таний образцы вновь взвешиваются и определяется массовый из¬
нос кольца и индентора. Методика проведения испытаний в дру¬
гой газовой среде, например в среде углекислого газа при пони¬
женном давлении (имитация атмосферы Марса), практически не
отличается от приведенной. Разница в данном случае состоит
Рис. 6.5. Схема установки УТИ-1:
1 — корпус; t — азотный кран; 3 — крышка верхняя; 4 — крышка нижняя; 5 — при¬
жимное кольцо; 6 — узел вакуумного ввода индентора; 7 — вставка верхняя: 3 —встав¬
ка нижняя; 9 — диск; 10 — нагрузочный шток

работоспособность и испытания узлов трения
245
Рис. 6.6. Машина МФТ-1В
лишь в том, что после предварительного вакуумирования до дав¬
ления 1,33 Па в камеру напускают очищенный углекислый газ,
создавая давление 101 кПа. Затем вновь производят откачку до
давления 1,33 Па с последующим напуском углекислого газа до
заданного давления.
Несколько иначе испытываются ТСП. Основной эксплуата¬
ционной характеристикой ТСП является работоспособность, оце¬
ниваемая количеством наработанных циклов Nmax до полного
износа покрытия максимальной нагрузкой Ртах, максимальной
скоростью скольжения итах, максимальной величиной, произведе¬
ния нагрузки на скорость (Ри)тах- О потере работоспособности
ТСП судят по резкому повышению коэффициента трения.
При этих испытаниях покрытие наносят на кольцо, индентором
служит шар из стали ШХ-15с, твердостью HRC 60 и диаметром
4,5 мм.
Материалы, предназначенные для подшипников скольжения,
испытывают на машине торцевого трения МФТ-1В [135], являю¬
щейся модификацией машины МФТ-1 [56] (рис. 6.6). Для обеспе¬
чения в камере высокого вакуума имеется вакуумная система от¬

246
ПЛАНЕТОХОДЫ
качки, включающая механический насос ВН-2МГ и вакуумный
агрегат ВА-05-4. Герметизация вращающегося вала осущест¬
вляется с помощью магнитожидкостного щелевого и манжет¬
ного уплотнения с автономной вакуумной откачкой. На машине
применены устройства индуктивного типа для измерения ли¬
нейного износа образцов и силы трения. Температура образцов
измеряется термопарой, установленной в неподвижном образце.
Технические характеристики машины МФТ-1В
Схема трения [	 торцовая
Вид движения	 вращательное
Максимальная нагрузка, кН	 4
Частота вращения шпинделя (подвижного образца),
об/мин	 10	... 6000
Максимальная скорость скольжения, м/с 	 8,8
Давление в камере, Па	 101	•	103	1,33• 10~4
Коэффициент взаимного перекрытия	 0...	1,0
Наружный диаметр образцов, мм	 28
Измеряемые параметры	 коэффициент	трения,
линейный и массовый
износы
На машине МФТ-1В можно также исследовать работоспособ¬
ность ТСП*. Параметрами оценки работоспособности ТСП служат:
максимальная удельная нагрузка (отношение осевой нагрузки
к площади трения; /?уд шах), максимальная скорость скольжения
(уск шах)> а также произведение нагрузки на скорость скольжения
(pv). Во время этих испытаний через каждые 5 мин один из пара¬
метров изменяют: удельную нагрузку увеличивают на 2,5 МПа,
скорость скольжения —на 0,25 м/с.
При определении критерия Pv каждые 5 мин одновременно
повышают удельную нагрузку на 2,5 МПа и скорость скольжения
на 0,065 м/с.
Испытания на долговечность (определение ресурса работы)
проводятся при удельной нагрузке /?уд = 2,5 МПа и скорости
скольжения vCK =0,1 м/с.
Испытания материалов для зубчатых передач целесообразно
проводить на роликовых машинах [162].
* Методика испытания ТСП на машинах УТИ-1 и МФТ-1В разработана ин*
женером С. А. Шепелем.

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ и испытания узлов трения
247
Известен ряд конструкций роликовых машин и установок, ра¬
ботающих с принудительным проскальзыванием, постоянным или
переменным за цикл. В вакуумной установке, описанной в ра¬
боте [76], два ролика контактируют с постоянной скоростью про¬
скальзывания. Вращение их осуществляется двумя электродвига¬
телями посредством вакуумных электромагнитных муфт. Нагрузку
на образцы осуществляют пружинные нажимные механизмы. При¬
менение стандартного паромасляного агрегата в сочетании с азот¬
ным экраном в камере позволяет получать высокий вакуум с дав¬
лением до 1,33-КГ5 Па.
На установке можно получать фрикционные характеристики
материалов: коэффициент трения, интенсивность износа и темпе¬
ратуру при трении качения с проскальзыванием в зависимости от
рабочих параметров в зоне контакта роликов (нагрузки, скоростей
качения и скольжения, давления и состава среды).
Известна также универсальная вакуумная роликовая уста¬
новка, отличающаяся от вышеописанной тем, что она позволяет
проводить испытания как при переменной, так и постоянной ско¬
рости скольжения роликов. Кроме того, эта установка путем
несложного перемонтажа может быть приспособлена для испыта¬
ний материалов непосредственно на зубчатых колесах по схеме
с замкнутым силовым контуром [105, 137 ].
Конструктивная схема установки приведена на рис. 6.7. В за¬
висимости от цели испытаний в раздаточной коробке 3 могут уста¬
навливаться эксцентрические или концентрические шестерни.
Эксцентрические шестерни обеспечивают скольжение роликов в ре¬
жиме переменной скорости скольжения, концентрические — по¬
стоянной. Кроме того, эти шестерни участвуют в работе замкнутого
силового контура при испытании зубчатых колес, во время кото¬
рых на место роликов устанавливаются испытуемые зубчатые ко¬
леса, а один из приводных валов заменяется торсионом. Вакуум¬
ный ввод 6 выполнен или в виде магнитожидкостного уплотнения,
или в его конструкции применяют щелевое уплотнение с автоном¬
ной вакуумной откачкой. Момент трения измеряется устройством
Я в котором использован датчик крутящего момента типа ДМ-40
[69], принцип работы которого основан на изменении магнитных
характеристик ферромагнитного материала вала (чувствительного
элемента) под действием касательных напряжений. Поверх-
н°стная температура образцов во время испытаний изме¬
ряется с помощью инфракрасного термоэлектрического радио-
Метра llt сигнал с которого передается на чувствительный галь-

248
ПЛАНЕТОХОДЫ
А-А
Рис. 6.7. Схема роликовой установки:
/ — электродвигатель; 2 — эластичная муфта; 3 — раздаточная коробка; 4 — приводные
шестерни; 5 — зубчатые муфты; 6 — вакуумный ввод; 7 — нагружающее устройство;
8 — вакуумная камера; 9 — датчик крутящего момента; 10 — роликовый узел; 1J
радиометр

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ЙСПЫТАНЙЯ УЗЛОВ ТРЁНЙЯ
249
Технические характеристики роликовой установки
Мощность привода, кВт 	 1,5
Частота вращения приводного	двигателя, об/мин . .	0...	1500
Давление в рабочей камере, Па	 101	*	103... 1,33-10~4
Измеряемые параметры	крутящий	момент на ва¬
лу роликов, давление
среды, частота вращения
роликов, поверхностная
температура ролика, на¬
грузка, сила трения в
контакте роликов
Скорости скольжения в контакте роликов, м/с
переменная 	 —1,2	...	1,5
постоянная  	 .-0	...	3,108
Удельное скольжение в контакте	роликов	 —0,*3	...	0,22
Эксцентриситет приводных шестерен, мм	 0;	1,5;	3,0; 4,243
Размер роликов (диаметр X ширина), мм 	 66X6	(10)
Модуль испытуемых зубчатых колес, мм	 4
Максимальное контактное напряжение в шестернях из
стали, МПа 	  800

2S6
Планетоходы
Максимальные скорости скольжения в зубчатом зацеп¬
лении, м/с
Габариты, мм
2,44
2000X2000X1300
При испытании роликов при переменной скорости скольжения
в установке создаются условия трения, аналогичные возникаю¬
щим на сопряженных поверхностях ведущего и ведомого зубьев
шестерен, т. е. на каждом ролике имеется участок, на котором на¬
правления качения и скольжения совпадут, и участок, где они
противоположны по направлению. Первый участок будет имити¬
ровать условия на поверхности головки зуба, второй —ножки.
Между ними окажутся места, где проскальзывание отсутствует,
как это происходит в полюсе зацепления. При испытаниях в ре¬
жиме переменной скорости скольжения на указанной установке
исследуют износ материалов в зависимости от скорости скольже¬
ния.
В режиме постоянной скорости скольжения исследуются фрик¬
ционные свойства материалов: коэффициент трения, интенсивность
износа, поверхностная температура в зависимости от скорости
скольжения и контактного напряжения в вакууме, в среде разре¬
женного углекислого газа и на воздухе.
При испытании шестерен исследуются КПД и износ передачи.
КПД может быть подсчитан по формуле г)3> в = 1 — М3ШД, где
Лз. з —КПД зубчатого зацепления; М3 —момент потерь в зубча¬
том зацеплении; Л4Д —момент, регистрируемый магнитоупругим
датчиком. Коэффициент трения скольжения в зубчатом зацепле¬
нии можно определить из формулы [75]
где гг и z2 —числа зубьев шестерни и колеса; /ск —коэффициент
трения скольжения в зацеплении; k3 — коэффициент трения каче¬
ния в зубчатом зацеплении; т —модуль зацепления; ka —коэф^-
фициент трения качения шариков в подшипниках; D —наружный
диаметр внутреннего кольца подшипника; d —диаметр шарика;
а—угол зацепления; с—безразмерный коэффициент, учиты¬
вающий трение шарика о сепаратор и трение от геометрического
скольжения в желобах колец.
Испытания зубчатых колес могут проводиться и непосредст¬
венно в редукторных узлах. Например, такие испытания проводи¬
5,2knc (1 + D/d)
mrf rr\с rt	,
mzx cos а

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
251
лись для силовых приводов «Лунохода-1» и «Лунохода-2» (см.
рис. 6.2) [3]. Экспериментальный узел представлял собой две пары
шестерен, нагружаемых циркулирующей мощностью. Привод от
электродвигателя осуществлялся через магнитную муфту и при¬
водную пару шестерен. Этот узел работал в условиях космического
пространства на искусственных спутниках Луны.
Во время испытаний объективным показателем работоспособ¬
ности зубчатой передачи служил ток электродвигателя, по вели¬
чине которого (с использованием тарировочных кривых) опреде¬
лялся крутящий момент на входном валу редуктора. КПД зуб¬
чатой пары рассчитывался по формуле
Лз. з = 2AfK [^/~-Мдв^1^2 ~г 4Л4кр	>
где Мдв —момент на валу двигателя; Мкр —крутящий момент
пружины; иг и и2 — передаточные числа приводной и испытуемой
зубчатых пар.
В качестве примера установок для испытания подшипников
скольжения в вакууме в широком диапазоне температур могут
служить конструкции, приведенные на рис. 6.8 и 6.9 [49]. Техни¬
ческие характеристики этих установок даны в табл. 6.7.
Заданная температура в установках поддерживается при по¬
мощи кварцевых ламп 12 типа КИ-220-1000 (положительные тем¬
пературы) или жидкого и газообразного азота, напускаемых в по¬
лость опоры 4 (отрицательные температуры). Вакуум в камере 11
создается механическим насосом ВН-2МГ 5 и паромасляным насо¬
сом 3 типа ВА-8-4 с жалюзийным и заливным экранами. Этим же
насосом откачивается полость вакуумного ввода. Износ подшип¬
никовой пары фиксируют по положению пружины 10.
Таблица 6.7.	Технические характеристики установок
для испытания подшипников скольжения
Параметр
Установка
вращательного
движения
Установка
возвратно-враща-
тельного движения
Скорость скольжения, см/с
1—250
0
сл
1
V
Давление на подшипник, МПа
0—25
0—10
Среда в камере
Вакуум или углекислый газ
Давление среды в камере
101 кПа—
-133 мкПа
Температура среды (подшипниково¬
—150—25Q
го узла), °С

252
ПЛАНЕТОХОДЫ
10 11
8	9	6
■{>
\ -
1г—_
Рис. 6.8. Схема установ¬
ки для испытаний под¬
шипников скольжения
в вакууме при враща¬
тельном движении:
1 — испытуемые подшип¬
ники; 2	—	испытуемый
вал; 3 — вакуумный насос;
4 — опора; 5 — механиче¬
ский насос; 6 — фланец;
7 — электродвигатель; 8 —
планетарный редуктор; 9 ~
вакуумный . ввод; 10 —
пружина; 11 — камера;
12 — нагревательные лам¬
пы
Рис. 6.9. Схема установки
для испытаний подшип¬
ников скольжения в ваку¬
уме при возвратно-вра¬
щательном движении:
1 — испытуемые подшип¬
ники; 2	— испытуемый
вал; 3 — вакуумный на¬
сос; 4 — опора; 5 — меха
нический насос; 6 — фла
нец; 7 — электродвигатель
х1 — планетарный редук
тор; 9 — вакуумный ввод
10 — пружина; 11 — каме
ра; 12	—- нагревательные
лампы; 13 — четырехзвеН'
ный механизм

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
253
В установке возвратно-вращательного движения (см. рис. 6.9)
поворот вала относительно подшипника на угол 30° (имитация ра¬
боты подшипников скольжения балансирного узла планетохода)
обеспечивает четырехзвенный механизм 13.
В процессе испытаний на установках постоянно контроли¬
руются: ток, напряжение питания и частота вращения электродви¬
гателя, давление среды, радиальная нагрузка, температура под¬
шипников, сила трения (коэффициент трения).
Методика испытаний на указанных установках включает пред¬
варительный геометрический обмер испытуемых образцов, их
взвешивание с точностью до 10~4 г, приварку термометра сопротив¬
ления. Затем, после сборки узла, производят приработку пар тре¬
ния при нагрузках и скоростях, равных 0,1 от номинальных.
Испытания на износ проводят при постоянных значениях давле¬
ния и скорости скольжения и заданных температуре и давлении
(составу) газовой среды в течение времени, соответствующего пути
трения 1000 м. Если в испытаниях ставится задача определения
коэффициента трения в зависимости от нагрузки или скорости
скольжения, то один из параметров варьируют в заданных преде¬
лах. На основании повторных обмеров и взвешивания образцов
оценивается износ подшипниковой пары.
В установке, описанной в работе [3] (рис. 6.10), возможно
осуществить одновременное испытание зубчатых колес, подшипни¬
ков скольжения и качения, работающих в режиме эксплуатации
планетохода. Установка состоит из планетарного трехступенча¬
того редуктора, балансирного узла с торсионной подвеской, крон¬
штейна с подшипниками скольжения балансира. Кронштейн кре¬
пится на фланце вакуумной камеры. На ступице мотор-редуктора
установлено эксцентриковое колесо, к которому постоянно при¬
жимается тормозная колодка, изготовленная из наполненного
фторопласта ФН-3. Эксцентриситет колеса можно изменять, из¬
меняя тем самым тормозной момент и нагрузку в редукторе. При
вращении эксцентрикового колеса имитируется загрузка редук¬
тора как по величине момента, так и характеру нагружения (ими¬
тация движения планетохода по местности). Заданную темпера-
ТУРУ узла получают с помощью кварцевых нагревателей или жид¬
кого азота, которым заполняются специальные экраны вакуумной
камеры и внутренняя полость кронштейна.
Имитация космического вакуума и окружающей среды планет,
прежде всего, включает в себя имитацию давления газовой среды,
ее состава и температуры. Космическое и окололунное простран¬
ство, как известно, характеризуется предельно высоким разреже-

254
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 6.10. Установка для испытания силового привода мотор-колеса лунохода
в вакуумной камере
нием, измеряемым давлениями ниже 133 кПа. Во время вакуумных
испытаний необязательно в камере создавать столь высокое разре¬
жение, поскольку, как указывалось выше, влияние вакуума на
нагруженные узлы трения должно проявляться уже при давле¬
ниях около 133 мкПа.
В узлах же, где имеется пластичная смазка, независимо от
величины вакуума в камере, давление будет соответствовать давле¬
нию насыщенных паров этой смазки при данной температуре.
Таким образом, при вакуумных испытаниях узлов трения
планетохода в камерах-имитаторах достаточно получать давление
1,33 мПа ... 133 мкПа.
Другим качеством, характеризующим вакуумную среду, яв¬
ляется газовый состав остаточных газов и степень загрязнения
ее посторонними примесями. Как известно, атмосфера Земли со¬
стоит из азота (77 %), кислорода (20,5 %), воды (1,57 %), углекис¬

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
255
лого газа (1,57 %), а также аргона, гелия, водорода, неона и дру¬
гих газов.
Применяемые для вакуумной откачки насосы по-разному
создают остаточный фон в камерах. Водород, гелий, неон хорошо
откачиваются пароструйными насосами [136], адсорбционные
и конденсационные насосы практически не откачивают гелий и
неон, углеводороды всегда присутствуют в спектре остаточных
газов пароструйных и турбомолекулярных насосов. Присутствие
тех или иных компонентов в определенной мере может влиять
на результаты вакуумных испытаний. Поэтому, выбирая средства
откачки, надо учитывать и эти их особенности. Для вакуумных
испытаний чаще всего применяют следующие насосы:
криогенные, основанные на конденсации (вымораживании)
газов на охлажденной поверхности азотных, гелиевых или водо¬
родных экранов;
адсорбционные, принцип действия которых основан на тем¬
пературной обратимости явлений физической адсорбции;
диффузионные, у которых откачиваемый газ диффундирует
в струю пара рабочей жидкости.
Другие типы насосов, такие как геттерные, ионные, молеку¬
лярные и другие, значительно реже применяются из-за присущих
им недостатков. Наилучший эффект достигается применением
вакуумных систем, сочетающих криогенные, диффузионные и
адсорбционные насосы.
Высоковакуумные насосы производят откачку с давлений
ниже 13,3 ... 1,33 Па, поэтому в системе необходимо иметь насос
предварительной откачки (форвакуумный насос). Для этой цели
применяют вращательные, двухроторные, поршневые и водоколь¬
цевые насосы. Принцип действия их основан на периодическом
заполнении объема рабочей камеры насоса откачиваемым газом,
последующим сжатием и вытеснением его в атмосферу.
Основные технические характеристики форвакуумных насосов
приведены в работе [136].
Для предотвращения миграции паров рабочей жидкости в диф¬
фузионных насосах применяют азотные и сорбционные ловушки,
причем последние более эффективны, в них в качестве сорбента
используются силикагели, алюмогели, активированный древес¬
ный уголь, цеолиты и др. Недостатком этих ловушек является
Длительная продолжительность выхода на режим, который иногда
продолжается 20 ... 40 ч. Кроме того, применяемый в них сорбент
обладает низкой механической прочностью, что может привести
к запылению испытуемого изделия.

266
ПЛАНЁТОХОДы
Рис. 6.11. Сорбционная ловушка:
1 — корпус; 2 — держатель пластин; 3 — затворное устройство; 4 — нагреватель; 5 —
охладитель; 6 — корпус; 7 — сорбирующие пластины; 8 — пружины; 9 — вакуумная
камера; 10 — вакуумный насос
Указанных недостатков лишена сорбционная ловушка [137],
в которой применены сорбирующие пластины из широкопористого
стекла типа ДВ-1-Ш (рис. 6.11). Ловушка работает по кратковре¬
менному циклу регенерации, причем благодаря наличию затвор¬
ного устройства в период регенерации (время ее составляет
20 ... 30 мин) возможно проведение отладочных работ в вакуумной
камере. Проводимость ловушки 400 л/с. Применение ловушки
в составе вакуумной системы позволяет при испытаниях получать
практически безмасляную среду.
Имитация марсианских условий требует создания среды, со¬
стоящей в основном из углекислого газа при давлении 530 ...
800 Па. В принципе создание в земных условиях углекислой среды
не представляет трудностей. При положительных температурах
такое давление получают простым напуском в камеру газообраз¬
ного углекислого газа. Гораздо сложнее имитировать марсианскую
атмосферу при низких температурах, получаемых обычно с по¬
мощью азотных экранов с температурой около 77 К. При этой
температуре, как видно из графика на рис. 6.12, углекислый газ

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРБНИЯ
257
будет конденсироваться на охлажденных деталях вакуумной
камеры, образуя снеговую шапку. Кроме того, конденсация С02
приведет к снижению давления в камере, что при термовакуум¬
ных испытаниях не всегда допустимо. Поэтому для получения
давления 532 ... 800 Па криогенные экраны приходится заполнять
парожидкостной азотной смесью с температурой около 133 ...
138 К, не допуская вымораживания (десублимации) углекислоты
и тем самым повышения доли плохо адсорбирующихся примесей,
всегда присутствующих в техническом С02. ПарожидкоС' ную
смесь получают путем вытеснения жидкого азота из сосуда Дьюара
с помощью очищенного от паров воды сжатого воздуха. Темпера¬
туру экрана, в который подается указанная смесь, регулируют
изменением расхода воздуха. При испытаниях узлов марсохода
можно повысить давление С02 в камере до 2,6 кПа, что без ущерба
для результатов испытаний позволяет несколько снизить темпе¬
ратуру азотных экранов.
Имитация венерианской атмосферы сводится к воспроизведе¬
нию двух параметров среды углекислого газа: давления до 10 МПа
и температуры до 500 °С. Для этой цели используют барокамеры,
внутри которых размещают термоэлектронагреватели (ТЭНы).
Камеры охлаждаются проточной водой, что позволяет отказаться
от^ тепловой изоляции. Мощность ТЭНов термобарокамеры с по¬
лезным объемом 0,3 ... 0,4 м3, как показывают расчеты, составляет
50 ... 70 кВт (при напряжении питания 220 В), а расход охлажда¬
ющей воды, обеспечивающий температуру корпуса не более 70 °С,
составляет примерно 5,2 м3/ч.
Углекислый газ напускают из стандартных баллонов со сжи¬
женным газом с набором давления до 3,8 МПа, а затем осуще¬
ствляют нагрев до температуры 500 °С. Расширяясь, газ создает
внутри барокамеры требуемое давление до 10 МПа. Если для испы¬
таний используется технический
С02, то необходима предваритель-	^
ная его очистка от примесей.
В практике термовакуумных ис-	4
пытаний для получения положитель-	г
ных температур хорошо себя заре¬
комендовали кварцевые лампы,	0
размещаемые в непосредственной	-г
-4
Рис. 6.12. Зависимость давления насыщен-	®
ных паров углекислого газа от температуры
^ А. Л. Кемурджиан и др.
70	120	170	Т,К

258
ПЛАНЕТОХОДЫ
близости от нагреваемых предметов. Эффективность нагрева этими
лампами можно изменять как за счет питающего их напряжения,
так и путем местной экранировки или установки отражателей.
Получение отрицательных и, в особенности, низких темпера¬
тур — задача более трудная. Для охлаждения используется жид¬
кий азот, гелий, водород или парожидкостная смесь, которые
циркулируют в экранах различных конструкций (трубчатых,
заливных и т. д.). В тех случаях, когда требуется обеспечивать
достаточно низкую температуру изделия при наличии значитель¬
ного тепловыделения, используют дополнительные азотные
экраны, размещаемые непосредственно на изделии. Понятно, что,
если изделие или его элементы в процессе вакуумных испытаний
совершают движение, получить на них низкую температуру более
сложно. В таких случаях используется инертный газ-наполни¬
тель: газообразный азот или гелий.
Методика охлаждения включает в себя несколько этапов:
откачка вакуумной камеры до давления 1,33 Па, напуск в камеру
азота (гелия) до получения в ней определенного давления, охла¬
ждение изделия путем заполнения экранов жидким азотом,
откачка газа-наполнителя. При необходимости эта операция
может повторяться. Температура
зависит от величины давления
газа-наполнителя и продолжитель¬
ности нахождения газа в камере.
На основании теоретических
расчетов для узла, имеющего
Рис. 6.13. Зависимость температуры
испытуемого узла от давления газа-на¬
полнителя:
/ — азот; 2 — гелий
Рис. 6.14. Устройство для регу¬
лирования температуры:
1 — гибкий теплопровод; 2 — холо¬
дильно-нагревательный узел; 3 —
стержень; 4,7 — фланцы; 5 — тепло-
изолятор; 6 — нагреватель

РАБОТОСПОСОБНОСТЬ И ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ТРЕНИЯ
259
тепловыделение 40 Вт, построены графики (рис. 6.13), показы¬
вающие зависимость температуры узла от давления газа-наполни¬
теля (для охлаждения экранов использован жидкий азот). Из гра¬
фиков видно, что с повышением давления гелий обеспечивает
более эффективное охлаждение, чем азот. Кроме того, поскольку
гелий является инертным газом, он практически не должен ока¬
зывать влияния на работоспособность испытываемых узлов. Время
выхода на заданный температурный режим не постоянно: оно
зависит от характеристик изделия и давления газа-наполнителя
и обычно составляет несколько часов.
Для автоматического регулирования температуры изделия,
а также сокращения времени выхода на заданный температурный
режим можно использовать устройство для регулирования тем¬
пературы [32], представленное на рис. Ь.14.
Устройство работает следующим образом. При изменении те¬
пловыделения, например его уменьшении, для поддержания задан¬
ной температуры увеличивают нагрев стержней 3 за счет увеличе¬
ния подаваемой мощности на нагреватели 6. При этом стержни
удлиняются и тепловое сопротивление между фланцем 7 и холо¬
дильно-нагревательным узлом 2 увеличивается, что приводит
к уменьшению оттока тепла от изделия. При увеличении тепловы¬
деления узла нагрев стержней уменьшают. При этом сокращается
их длина, увеличивается усилие прижима теплопровода к холо¬
дильно-нагревательному узлу и уменьшается тепловое сопротив¬
ление между ними, что приводит к увеличению оттока тепла от
изделия и восстановлению на нем исходной температуры.
Для дальнейшего повышения эффективности охлаждения из¬
делий, совершающих колебательное движение, применяют гибкий
теплопровод 1. Теплопроводы представляют собой пакеты, на¬
бранные из медных пластин толщиной 0,1 мм, один конец пакета
закреплен на изделии, а другой —на корпусе емкости или де¬
тали, непосредственно охлаждаемой хладагентом (азот, водород,
гелий).
9*

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ
ДВИЖИТЕЛЕЙ ПЛАНЕТОХОДОВ
И ПРОВЕДЕНИЯ ХОДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Тягово-сцепные свойства являются количествен¬
ной мерой процесса взаимодействия движителя планетохода
с грунтом и определяют величину тяговых усилий, затраты энер¬
гии на передвижение, проскальзывание и другие наиболее важ¬
ные параметры.
Многие характеристики планетохода —динамические качества,
устойчивость, поворотливость, способность преодолевать препят¬
ствия — в значительной мере зависят от тягово-сцепных свойств.
Поэтому определение их также можно рассматривать как одну
из основных задач при наземных испытаниях.
Применительно к планетоходам значение тягово-сцепных
свойств не ограничивается только получением необходимых дан¬
ных для оценки разрабатываемой конструкции, а имеет также
большое значение для обоснования и выбора методов ходовых
испытаний, прогнозирования проходимости при работе плането¬
хода в реальных условиях и решения оперативных задач по управ¬
лению процессом движения. Особенности определения тягово¬
сцепных свойств движителей планетоходов состоят в следующем:
информация о свойствах грунтов, на которых должен работать
планетоход, как правило, ограничена;
существенное отличие физических и климатических условий
на планетах и их спутниках по сравнению с земными условиями;
возможность проведения экспериментального исследования
тягово-сцепных свойств на образцах грунта, доставленных с по¬
верхности планет и спутников, практически исключается.
Эти особенности привели к формированию специфических на¬
правлений в изучении тягово-сцепных свойств планетоходов.
К ним относятся постановка и проведение прямых исследований
физико-механических свойств грунта планет и спутников с по¬
мощью специальных приборов (приборов оценки проходимости)
(см. разд. 5.3), разработка моделей грунта для проведения иссле¬
дований в процессе наземных испытаний, создание стендового
оборудования для имитации условий работы планетохода на по¬
верхности [3], а также разработка новых расчетных и экспери¬
ментальных методов по оценке тягово-сцепных свойств движите¬

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
261
лей применительно к той информации о свойствах грунта, которая
может быть получена в результате прямых исследований его
свойств в естественном залегании и на доставленных на Землю
образцах.
7.1.	Экспериментальные исследования
тягово-сцепных свойств
колесного движителя в условиях
лунной силы тяжести
Экспериментальные исследования тягово-сцепных
свойств колесного движителя шасси «Лунохода-1» и «Луно¬
хода-2» проводились с использованием масштабных моделей ко¬
леса и движителя, полноразмерного макета колеса, натурного
колеса. Одним из этапов отработки конструкции колеса были
экспериментальные исследования его тягово-сцепных свойств
в условиях имитируемой лунной силы тяжести. Известны различ¬
ные способы имитации пониженной гравитации: в установках
с падающим контейнером, в. самолете, в водном бассейне, путем
приложения к испытываемому объекту в центре его тяжести вер¬
тикальной разгружающей силы.
Остановимся на экспериментальных исследованиях тягово¬
сцепных свойств полноразмерного колеса шасси «Лунохода»
в условиях имитации лунной силы тяжести в самолете. Испытания
проводились на стенде, установленном в летающей лаборатории,
оборудованной на базе самолета ТУ-104 [3].
Стенд (рис. 7.1) состоит из грунтового канала, в котором
передвигается испытываемое колесо, закрепленное на подвижной
тележке, силового привода для вращения колеса, тормозного
устройства, пульта управления и регистрирующей аппара¬
туры.
Особенностью стенда является применение кулачкового меха¬
низма для создания нормальной нагрузки на испытываемый дви¬
житель. Этот механизм включает в себя торсион и профилирован¬
ный кулачок. Профиль кулачка выбран таким образом, что при
его повороте изменяется плечо приложения силы от торсиона,
чем обеспечивается постоянный момент на оси кулачка, и усилие,
прижимающее колесо к грунту, не зависит от его вертикального
перемещения. Другой особенностью стенда является наличие тор¬
мозного электромеханизма, с помощью которого задается вели¬
чина поступательной скорости перемещения колеса, и измеряется
При этом величина свободной тяги.

262
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 7.1. Схема устройства стенда для исследования тягово-сцепных свойств
колесного движителя в условиях уменьшенной силы тяжести
Применение этих механизмов позволило значительно умень¬
шить массу стенда, автоматизировать управление, а также удо¬
влетворить ряд специфических требований техники безопасности
при проведении работ в летающей лаборатории.
Время имитации лунной силы тяжести составляло 20 ... 25 с.
Величина предельных отклонений ускорения силы тяжести не
превышала 15 % от среднего значения.
Методика проведения исследований тягово-сцепных свойств
состояла в следующем:
при горизонтальном полете самолета производилась подго¬
товка грунта (рыхление, доведение до заданной плотности, вы¬
равнивание поверхности);
при выходе самолета на расчетный режим имитации лунной
силы тяжести осуществлялось движение колеса с заданной ве¬
личиной буксования;
в процессе движения колеса измерялись токи тягового и тор¬
мозного двигателей, крутящий момент, свободная тяга, обороты
и скорость перемещения колеса, а также величина его погружения
в грунт; погрешность измерений составляла 10%;
одновременно определялись механические свойства грунта
с помощью конусно-лопастных штампов.
Оценочными параметрами тягово-сцепных свойств являлись
коэффициенты: тяги kT, сцепления ф, буксования s6, сопротивле¬
ния движению / = ф —кГ. В качестве моделей лунного грунта
использовались кварцевый песок, аглопорит, раздробленная
пемза, молотый базальт.

ТЯГОВО-СЦЁПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
263
Рис. 7.2. Тягово-сцепные свойства ко¬
леса «Лунохода-1» на кварцевом песке:
  при земной силе тяжести; —
при лунной силе тяжести; х — масштаб¬
ная модель
0;6 ц,х100,нПа
Рис. 7.3. Зависимость параметров тя¬
гово-сцепных свойств от несущей спо¬
собности грунта q:
O# V — песок; ATT — аглопорит;
□ — пемза; X — лунный грунт
На рис. 7.2 показаны результаты определения тягово-сцепных
свойств колеса самоходного шасси «Лунохода-1» на кварцевом
песке. Нормальная нагрузка на колесо составляла 150 Н. Тягово¬
сцепные свойства определялись как в условиях имитации лунной
силы тяжести, так и в обычных земных. Из рис. 7.2 видно, что за¬
висимости ф и kT от коэффициента буксования sC) носят монотон¬
ный характер. С увеличением буксования ф и kT непрерывно уве¬
личиваются и не имеют экстремума, причем наиболее интенсивный
темп нарастания происходит в интервале s6 = 0 ... 0,3, затем
темп увеличения ф и kT снижается, а при s6 > 0,7 снова уве¬
личивается. Однако движение в режимах, когда s5 > 0,7, сопро¬
вождается прогрессирующим зарыванием колеса в грунт и яв¬
ляется неустойчивым.
В условиях имитации лунной силы тяжести тягово-сцепные
свойства исследованного колеса значительно изменяются в коли¬
чественном отношении по сравнению с земными. Величина коэф¬
фициента тяги уменьшается в лунных условиях в 2,5 ... 3 раза,
коэффициент сцепления снижается на 10... 15%, значительно
увеличивается коэффициент сопротивления движению. Вместе
с тем качественный характер изменения тягово-сцепных свойств
сохраняется.
Зависимости ф и k,r от s6 в диапазоне изменения s:> от 0 до 0,7
Хорошо аппроксимируются степенными функциями вида

264
ПЛАНЕТОХОДЫ
где ns —показатель степени; фтах и &ттах — соответствуют зна¬
чениям ф и kT по уравнениям (7.1) при s6 = 1; kj0 —соответ¬
ствует коэффициенту тяги при s6 = 0.
Применение зависимостей (7.1) для описания результатов опре¬
деления тягово-сцепных свойств позволяет проводить сравнение
экспериментальных данных по параметрам фтах; К maxi Ко-
Показатель степени ns изменяется при этом в сравнительно узких
пределах и составляет в среднем 0,4 ... 0,45.
На рис. 7.3 приведены обобщенные зависимости фтах и &ТП1ах
от несущей способности различных грунтов. Несущая способность
определялась как среднее удельное давление, необходимое для
внедрения в грунт конусного штампа с диаметром основания 50 мм
и углом при вершине 60°. Несмотря на значительное различие
физических свойств грунтов, их гранулометрического состава и
структуры, величина несущей способности грунта оказывает
определяющее влияние на параметры опорной проходимости ис¬
следуемого колеса. Это обстоятельство может служить основой для
прогнозирования и исследования опорной проходимости при дви¬
жении по поверхности Луны, разработки методов ходовых испы¬
таний луноходов в земных условиях и выбора различных типов
земных грунтов в качестве моделей для решения задач передвиже¬
ния по лунной поверхности.
7.2.	Расчетный метод определения
осадки движителя в грунт
Экспериментальные исследования взаимодействия
движителя с грунтом, в том числе в условиях уменьшенной силы
тяжести, выполненные применительно к колесному движителю
«Лунохода-1» и «Лунохода-2», дали не только количественное зна¬
чение ожидаемых тягово-сцепных свойств, но и позволили уста¬
новить общий характер работы колесного движителя. Например,
было установлено, что вполне допустимым является работа с от¬
носительно большим буксованием при сохранении устойчивости
движения.
При интенсивном буксовании мгновенный центр вращения ко¬
леса смещается от обода в сторону оси колеса (рис. 7.4). Точки
обода, расположенные относительно мгновенного центра враще¬
ния О в противоположную сторону от оси колеса, при вращении
имеют горизонтальную составляющую скорости 1\шжн, направлен¬
ную в сторону, противоположную поступательной скорости ко¬
леса 0ц. При этом определенный слой прилегающего к ободу грунта

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
265
Рис. 7.4. Кинематика качения
колеса с буксованием:
О — мгновенный центр вращения
колеса. При качении с буксова¬
нием скорости нижних точек ко*
леса уншкн направлены назад
Рис. 7.5. Схема равновесия сил
и моментов на колесе при внедре¬
нии в грунт (а), при качении без
буксования (б) и расчетная схе¬
ма для обоих вариантов (в):
^гор и г/верт “ горизонтальная и
вертикальная составляющие на¬
грузки на поверхности колеса
захватывается грунтозацепами и увлекается в сторону, противо
положную движению колеса. Происходит перенос (экскавация)
грунта из-под колеса к задней кромке пятна контакта. Интен¬
сивность переноса грунта увеличивается с ростом буксования.
За счет этого осадка колеса при росте буксования начинает ин¬
тенсивно увеличиваться. Заглубление колеса при буксовании
гэ, или экскавационная осадка, зависит не только от буксования,
а и от объема грунта, который может захватываться грунтоза¬
цепами, и зависит от соотношений шага установки грунтозаце-
пов trр, его высоты h и толщины t, площади боковой поверхности
колеса S^K. Зависимости осадки от буксования представлены
в гл. 5. Из этих зависимостей следует, что полная осадка колеса
при интенсивном буксовании может значительно превосходить
начальную осадку.
Для определения начальной осадки колеса рассмотрим схемы
равновесия сил и моментов при качении колеса по грунту без
буксования и неподвижного колеса, внедренного в однородный

266
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 7.6. Схема формиро¬
вания ядра уплотнения
под колесом при внедре¬
нии его в грунт
по глубине грунт (рис. 7.5). При этом собственной деформацией
колеса пренебрегаем.
Схему сил при качении колеса без буксования можно рассма¬
тривать как схему для половины внедренного в грунт колеса,
отброшенные реакции второй половины которого заменены си¬
лами (G и Т) и моментом М, Нормальная нагрузка на половину
колеса должна быть в два раза меньше. Режим качения без буксо¬
вания, характеризуемый наличием толкающего усилия и актив¬
ного момента, относится к нейтральному режиму качения, при
отсутствии активного момента —: к ведомому.
При передаче внешней нагрузки на грунт через опорную пло¬
щадку ограниченных размеров под ней образуется особая зона —
ядро уплотнения, которое оказывает расклинивающее действие
на окружающий грунт, а также передает внешнюю нагрузку на
более глубокие слои грунта [54]. Подобное явление происходит
и под колесом (рис. 7.6). Для малосжимаемых грунтов ядро уплот¬
нения формируется в зависимости от контура опорной поверхности
по образующим, направленным под углом, близким к 45°. Соот¬
ветственно величина угла при вершине ядра уплотнения состав¬
ляет примерно 90°, несколько варьируя в зависимости от уплот-
няемости грунта и величины сцепления [54]. Для связных грун¬
тов ядро уплотнения имеет более сглаженные формы, при рыхлой
структуре грунта формирование ядра уплотнения требует значи¬
тельного перемещения штампа вниз. Поскольку минимальные
размеры ядра уплотнения будут при наклоне образующих, рав¬
ном 45°, а практически вся нормальная нагрузка на колесо пере¬
дается на окружающий грунт через ядро уплотнения, то целесо¬
образно определить связь осадки колеса с нагрузкой для этих
условий. Нормальная нагрузка, передаваемая на ядро, распреде-

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
267
ляется по его поверхности. При этом по поверхности ядра про¬
исходит сдвиг грунта.
Сумма проекций на вертикальную ось действующих на поверх¬
ности ядра нормальных и касательных напряжений уравновеши¬
вается нагрузкой на колесо. При этом необходимо учесть тот факт,
что ядро уплотнения и окружающий грунт по существу могут
рассматриваться как клиновой механизм, преобразующий часть
вертикального усилия в поперечные силы.
Исходя из равновесия сил, действующих на ядро уплотнения
и колесо, а также учитывая эквивалентность схем нагрузок не¬
подвижного и катящегося без буксования колеса, связь нагрузки
на колесо с его осадкой определяется следующей системой урав¬
нений:
Здесь z0—начальная осадка; г—радиус колеса; b—ширина
колеса; G —нормальная нагрузка; с —сцепление грунта; ф0 —
угол внутреннего трения; у —объемный вес грунта.
Уравнения системы (7.2) определялись при следующих упро¬
щающих допущениях: структура грунта и его механические
свойства не меняются по глубине; твердая подложка отсутствует;
колесо имеет цилиндрическую форму; коэффициент трения грунта
об обод колеса выше, чем частиц грунта по грунту; поверхность
грунта горизонтальная.
Некоторые результаты экспериментальной проверки зависи¬
мости осадки от нагрузки, определенной по системе уравнений
(7.2), приведены на рис. 7.7. Определение осадки колеса под дей¬
ствием пружинного нагружателя производилось на стенде, позво¬
ляющем кратковременно обеспечивать различные регулируемые
ускорения падения. В качестве грунта использовался кварцевый
песок.
*2о(1 +/со +	(-§-+ *i&)
G
тК2Фу(т2— 1 )(d + uy)’
к	с [т2 (d + иу) — 2 sin ф0 (1 + у)].
Л* 2ЬК2Фу(т*- I)(d + «y)tgcp0 ’
(7.2)
d = 1 -|- sin ср0 cos ф0; и — 1 — sin ср0 cos гр0;
т = tg (45° + ср0/2); у =	•

268
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 7.7. Экспериментальная (точки)
и теоретическая (линии) зависимости
относительной осадки колеса в дефор¬
мируемом грунте от нормальной на¬
грузки при различных ускорениях сво¬
бодного падения:
1 — колесо $ 375 мм, g = 9,8 м/с2;	2 —
колесо 0 375 мм, g ~ 2,7 м/с2;	3	— ко
лесо 0 200 мм, g ---- 5,1 м/с2; А — колесо
0 100 мм, g - 9,8 м/с2
Как видно из приведенных на
рисунке данных, наблюдается
хорошее совпадение расчетных
и экспериментальных результа-
5	10	МаН	тов. Важным преимуществом по¬
лученных расчетных зависимо¬
стей является то, что в них входят параметры грунта, отражающие
реальный физический процесс деформации — сдвиг грунта. При
этом учитывается также влияние реальной силы тяжести через
объемный вес грунта. Все эти параметры могут быть относительно
просто определены, в том числе на образцах грунта, доставляемых
на Землю.
7.3.	Ходовые испытания планетоходов
Ходовые испытания планетоходов проводятся на
всех этапах их разработки и создания. На этапе проектирования
основная цель ходовых испытаний состоит в выборе и проверке
конструкторских решений, схем компоновок, исследовании про¬
ходимости, оценке методов управления движением, контроля и
проверки работоспособности аппарата. При изготовлении и в про¬
цессе отладки планетохода целью ходовых испытаний являются
проведение конструкторско-доводочных испытаний, определение
рабочих характеристик и правильности взаимодействия различ¬
ных систем, проверка надежности работы.
Таким образом, ходовые испытания шасси на Земле представ¬
ляют собой широкий комплекс работ, которые являются неотъемле¬
мой частью разработки, изготовления и эксплуатации планетохода.
7.3.1.	Методические основы ходовых испытаний. Поскольку
задача организации и проведения ходовых испытаний плането¬
ходов сводится к воспроизведению имитации реальных условий
работы, т. е. по существу речь идет о моделировании условий
движения, целесообразно рассмотреть некоторые вопросы физи¬

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
269
ческого моделирования применительно к планетоходу. Основой
для этого являются общие положения теории подобия и накоплен¬
ный опыт физического моделирования наземных транспортных
машин [55, 61].
Одной из ключевых проблем моделирования машин является
выбор параметров, характеризующих состояние и свойства грунта.
Одним из возможных способов характеристики свойств грунта
для решения задач моделирования может быть использование
таких его показателей, которые отражают наиболее существенные
физические процессы, определяющие в конечном счете деформа¬
ционные и прочностные свойства грунта, и которые могут быть
получены при изучении образцов грунта, доставленных на Землю
[3]. Такими можно считать параметры, используемые в механике
грунтов: плотность р, кг/м3; коэффициент сжимаемости а, Па-1;
сцепление с, Па; коэффициент внутреннего трения ф; коэффициент
бокового расширения р. Возможно также использование для опи¬
сания свойств грунта обобщенных параметров, определяемых
с помощью конусно-лопастного штампа, и которые могут быть
получены для грунта в естественном залегании [3, 123, 139]:
несущая способность q, Па; сопротивление вращательному срезу т,
Па. К основным параметрам, характеризующим машину, можно
отнести: характерный линейный размер /, м; характерный угловой
размер а, рад; нагрузка (сцепной вес) G, Н; скорость движения v,
м/с; масса т, кг; сила взаимодействия с грунтом F, Н. Остальные
параметры, определяющие технические характеристики машины
(крутящие моменты, мощность, моменты инерции, угловые ско¬
рости и т. д.), могут быть получены как производные от приведен¬
ных выше основных параметров.
Главным	параметром,	определяющим	физические	условия
взаимодействия	шасси планетохода	с поверхностью,	является
ускорение силы тяжести g, м/с2.
На основе я —теоремы из приведенных выше параметров
могут быть составлены критерии подобия:
р gls	cl2	I'2
ях = —> я2 = -д- , я3 = —^, я4 = ф;
gl .	Gfi	.	F	(7-3)
■ГС5 	 р» Щ 	 v2	> ■ГС? ml '	^8 ~ Q ■>	^9	  а-
При использовании для характеристики грунта обобщенных па¬
раметров вместо критериев ... я5 должны рассматриваться
критерии
'	'	'iF	/'7 л\
Я1 =	-Q -, Я2	- -fi-.	(7.4)

270
ПЛАНЕТОХОДЫ
Критерии jxi ... Я5, щ, п2 характеризуют физическую сторону
взаимодействия с грунтом; я6, щ представляют собой критерии
динамического подобия в механике (я6 — критерий Фруда, я7 —
критерий Ньютона); я8 тождественен безразмерным параметрам
тягово-сцепных свойств движителя, определяющим силовое взаи¬
модействие машины с грунтом; я9 может рассматриваться, в част¬
ности, как одна из характеристик рельефа поверхности.
Для полного подобия процессов в натурной машине и в ее
модели необходимо обеспечить равенство всех критериев подобия.
На практике это требование трудно выполнимо. Поэтому в каждом
виде ходовых испытаний должно обеспечиваться равенство тех
критериев подобия, которые являются определяющими для из¬
учаемого явления.
Поскольку на процесс движения планетохода и его тягово¬
сцепные характеристики оказывают влияние силы, действующие
со стороны грунта, то в качестве исходных критериев подобия
для моделирования проходимости шасси могут использоваться
безразмерные параметры, характеризующие взаимодействие дви¬
жителя с грунтом (коэффициенты сцепления, тяги, буксования и
зависимости между ними). В этом случае критерии ... тс5,
щ, п2 могут не рассматриваться. Такой подход к моделированию
движения планетохода имеет большое практическое значение,
так как отпадает необходимость в моделировании каждого из
процессов, протекающих в системе движитель—грунт и описы¬
ваемых соответствующими критериями подобия. В результате
оказывается возможным выбирать в качестве модельных грунтов
искусственные и естественные земные материалы, в том числе
в естественном залегании, которые, не являясь полной моделью
натурного грунта, обеспечивают моделирование взаимодействия
движителя с грунтом.
Рассмотренные методические особенности ходовых испытаний
планетоходов на Земле позволяют проанализировать различные
способы их проведения.
7.3.2.	Способы ходовых испытаний. К способам, которые
могут найти применение для наземных ходовых испытаний шасси
планетоходов, относятся масштабное моделирование и различные
способы испытаний с помощью полноразмерных ходовых ма¬
кетов.
Масштабное моделирование. Метод масштаб¬
ного моделирования позволяет оценить основные характеристики
проходимости шасси, его способность преодолевать различные
препятствия, совершать маневры и т. д. На этапах поиска прин-

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
271
Таблица 7.1.	Масштабы	моделирования	планетохода
Параметр
Масштаб
Определяющая
формула
Значение масштаба
для лунохода
kt = 1/66
h = 1'2
kL = i
Масса, кг
km
kpl kg
1/216
1/24
1/6
Время, с
kt
V ki/kg
1/6
\lV 12
1/j/ 6
Сила, Н
kF
kF
1/36
1/4
1
Скорость, м/с
kv
V kikg
1
COI
1/6
Момент инер¬
kl
kFkl/kg
(1/6)*
1/96
1/6
ции, кг-м2
1/216
1/8
Энергия, Н-м
kA
kFkl
1
Мощность, Вт
%
kF'/ kgkl
1/36
1/1/4
1/6
Давление, Па
kp
kp
1
1
1
Угол, рад.
k(X
ka
1
1
1
Угловая ско¬
k(x)
Vkg/ki
6
1/12
\rG
рость, 1/с
kglki
Угловое уско¬
36
12
6
рение, 1/с2
ципиальной схемы и проектирования шасси этот метод обеспечи¬
вает оперативное получение экспериментальных данных. Для
обеспечения подобия процессов взаимодействия движителя с грун¬
том натуры и модели параметры масштабной модели и модельного
грунта должны выбираться на основании критериев подобия
(7.3). Формулы для определения масштабов моделирования пара¬
метров планетохода приведены в табл. 7.1. Там же для примера
даны значения масштабов моделирования лунохода.
Суть масштабного моделирования состоит в том, что за счет
соответствующего выбора масштаба моделирования обеспечивается
равенство безразмерных критериев подобия, отражающих глав¬
ные особенности взаимодействия движителя с грунтом. Это усло¬
вие выполняется в наибольшей мере, если линейный масштаб мо¬
делирования будет равен отношению реального ускорения силы
тяжести на планете или спутнике к земному ускорению силы
тяжести. Для лунохода этому условию соответствует линейный
масштаб kt = 1/6, для марсохода —kt = 1/2,65, т. е. размеры
модели в первом случае в 6, а во втором в 2,65 раза меньше разме¬
ров натурной машины. Скорость движения моделей при таких
линейных масштабах должна соответствовать скорости движения
планетохода в условиях эксплуатации. При масштабном модели¬

272
ПЛАНЕТОХОДЫ
ровании грунт для испытаний модели не изменяется. Однако это
справедливо, когда размеры частиц грунта существенно меньше
размеров масштабной модели.
Тягово-сцепные свойства колеса «Лунохода-1», определенные
в земных условиях с помощью масштабной модели, достаточно
хорошо совпадают с результатами определения тягово-сцепных
свойств на полноразмерном колесе при имитации лунной силы
тяжести (см. рис. 7.2).
Динамически подобные макеты. Критерии
подобия (7.3), (7.4) позволяют сформулировать условия полного
подобия применительно к методу испытаний шасси с помощью
динамически подобных, полноразмерных ходовых макетов (ДПМ)
(см. табл. 7.1). В этом случае линейный масштаб моделирования
kt = 1. Если исходить из равенства удельного давления движи¬
теля на грунт (равенства сцепного веса), то равенство критериев
подобия будет обеспечено, если модельный грунт будет отличаться
от натурного лишь плотностью (плотность модельного грунта
должна быть уменьшена в У gjgn раз), что следует из критериев
подобия (7.3). Это условие при использовании для характеристики
грунта обобщенных параметров q, т приближенно выполняется
в соответствии с критериями (7.4) при равенстве их значений для
модельного и натурного грунтов.
Для подобия динамических процессов скорость движения ДПМ
должна быть увеличена в У g jgn раз. Применительно к исследо¬
ванию динамики движения требование равенства веса макета и
планетохода должно включать равенство подрессоренных (корпус)
и неподрессоренных (движитель) частей, т. е. должно модели¬
роваться соотношение веса этих частей.
Однако способ испытаний шасси с помощью ДПМ имеет огра¬
ниченные возможности ввиду сложности практической реализа¬
ции условия моделирования. В частности, одним из факторов,
который определяет возможность моделирования веса плането¬
хода, является соотношение весов подрессоренных и неподрес¬
соренных частей. Если первые имеют значительно больший вес,
то можно получить натурный вес за счет изготовления облегчен¬
ного корпуса макета. Что касается соотношения веса подрессорен¬
ных и неподрессоренных частей, то оно не моделируется, так как
вес движителя испытываемого шасси остается неизменным. Для
получения увеличенной скорости движения может потребоваться
разработка специального привода движителя, отличного от при¬
вода проектируемого для планетохода.

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
273
Частично подобные макеты. В связи с ограни¬
ченными возможностями способа ходовых испытаний плането¬
хода с помощью динамически подобных ходовых макетов возни¬
кает необходимость применения способов, базирующихся на
частичном подобии системы планетоход—поверхность, т. е. при¬
менении частично подобных макетов. Сущность такого подхода
заключается в том, что при решении конкретных задач ходовых
испытаний выявляются параметры и критерии подобия, наиболее
существенные для моделирования изучаемого процесса. Осталь¬
ные параметры и соответствующие критерии подобия могут быть
исключены из рассмотрения. При этом должна быть оценена
вносимая погрешность.
Полученные в результате испытаний с помощью ЧПМ данные
могут служить основой для моделирования других планетоходов,
отличающихся от испытанного по весовым, скоростным, инерцион¬
ным и др. параметрам. Соответствующий пересчет значений пара¬
метров выполняется с помощью критериев подобия.
Частично подобные макеты широко применялись для ходовых
испытаний самоходного шасси «Лунохода-1» и «Лунохода-2» [3,
124, 190]. Они показали, что по результатам отдельных видов
испытаний могут быть получены достаточно объективные представ¬
ления о характеристиках шасси в целом, ожидаемых в условиях
эксплуатации.
Основные виды ходовых испытаний. В про¬
цессе ходовых испытаний планетоходов на Земле решаются сле¬
дующие основные задачи:
исследование тягово-сцепных свойств шасси и преодоления
уклонов поверхности, устойчивости от сползания на уклонах и от
опрокидывания, в том числе при^съезде с посадочной платформы,
разгонных и тормозных характеристик, нагрузок на систему
подрессоривания и плавности хода;
отработка систем управления движением;
оценка технико-эксплуатационных параметров (ресурс, сред¬
няя скорость движения, количество команд управления, затраты
энергии на единицу пути и т. д.);
имитация конкретных ситуаций, возникающих в процессе
эксплуатации планетохода, с целью выбора оптимальных спосо¬
бов маневрирования;
получение данных, необходимых для разработки программ и
методик стендовых испытаний отдельных узлов и систем шасси.
Исследования тягово-сцепных свойств имеют целью получение
Данных о проходимости шасси планетохода по деформируемому

274
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 7.8. Имитация распределения нагрузок по колесам при исследовании тягово¬
сцепных свойств шасси:
а — на уклоне; б — на горизонтальной площадке; / — имитатор положения центра
тяжести; г — груз для имитации свободной тяги
грунту. Кроме того, их моделирование является необходимым
условием решения других задач ходовых испытаний. К факторам,
которые оказывают определяющее влияние на тягово-сцепные
свойства, относятся вес и распределение нагрузок по колесам.
Скорость движения, обусловливающая проявление динамических,
в частности инерционных, сил в контакте движителя с грунтом,
вследствие малых скоростей движения планетоходов не оказывает
заметного влияния на развиваемые тяговые усилия. Это дает осно¬
вание осуществлять движение частично подобного макета с на¬
турными скоростями. При общем весе ходового макета, равном
или близком к натурному весу планетохода, для моделирования
распределения нагрузок по колесам при движении по уклонам
необходимо имитировать положение центра тяжести. Это может
быть сделано путем соответствующей компоновки бортового обо¬
рудования макета (аппаратуры управления, источников питания
и т. д.), а также за счет специальной конструкции корпуса или
установки на макете имитатора положения центра тяжести, с по¬
мощью которого обеспечивается подъем груза над корпусом
(рис. 7.8, а). В результате составляющая его веса G sin а, парал¬
лельная поверхности, прикладывается в центре тяжести, и опро¬
кидывающий момент, являющийся одним из факторов, определя¬
ющих распределение нагрузок, равен натурному, т. е. А10ПР —
= G sin аЯц. т + Мр, где Мр — реактивный момент приводов
движителя.
При изучении тягово-сцепных свойств шасси на горизонталь¬
ных участках испытательной площадки может быть применена
схема, показанная на рис. 7.8, б. Сила, равная составляющей
веса макета G sin а (свободная тяга), имитируется с помощью

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
275
груза и прикладывается в точке, высота расположения которой
относительно поверхности соответствует высоте расположения
центра тяжести, хотя положение последнего специально не ими¬
тируется. Эта схема позволяет определять тягово-сцепные свойства
шасси, не прибегая к усложнению конструкции ходового макета
и моделированию уклонов.
На рис. 7.9 приведены полученные для шасси «Луноходов»
графики зависимости коэффициента тяги от коэффициента буксо¬
вания, характеризующей тягово-сцепные свойства. С точки зрения
решения задач ходовых испытаний можно отметить их достаточное
приближение.
Имитация положения центра тяжести планетохода имеет су¬
щественное значение и при исследовании устойчивости от сполза¬
ния при движении по уклонам.
В тех случаях, когда вес ходового макета существенно превы¬
шает натурный вес планетохода, возможны два подхода к исследо¬
ванию тягово-сцепных свойств. Первый заключается в том, что
расчетным или экспериментальным способом количественно оце¬
нивается их изменение, обусловленное увеличенным весом макета,
и в дальнейшем получаемые результаты соответствующим образом
корректируются. Второй подход связан с применением частичной
Рис. 7.9. Тягово-сцепные свойства шас¬
си «Лунохода-1» и «Лу похода-2»:
• — на подъемах различной крутизны;
О — на горизонтальной площадке при
имитации свободной тяги; вес макета
2400 Н; модельный (рунт -- сухой квар¬
цевый песок
—•
О 0,2	0,4	0,6	0,8	S6
Рис. 7.10. Влияние веса ходового маке*
та G на тягово-сцепные свойства шасси
«Л у похода-1» и «Лунохода-2»:
• — С 2,2 кН, О — 2.76 кН; X —
3.16 кН

276
ПЛАНЕТОХОДЫ
б)
Рис. 7.11. Схема экспериментов по исследованию разгонных и тормозных харак¬
теристик шасси:
а — присоединенная масса перемещается горизонтально; б — присоединенные массы
перемещаются вертикально; 1 — ходовой макет; 2 — имитатор момента инерции; 3 —
присоединенные массы; 4 — жесткая штанга; 5 — трос; б — груз для имитации свобод¬
ной тяги
разгрузки, когда с помощью имитатора пониженной гравитации
снимается «лишний» вес макета (см. подразд. 7.3.4).
В качестве примера влияния веса макета на тягово-сцепные
свойства шасси (рис. 7.10) приведены полученные для шасси «Лу¬
ноходов» зависимости коэффициента тяги от коэффициента бук¬
сования. При малых значениях коэффициента тяги (kT 0,25)
влияние веса проявляется в малой степени. При больших значе¬
ниях &т отмечается некоторое его уменьшение с увеличением веса
макета. При этом изменение веса макета в 1,5 раза приводит
к изменению коэффициента тяги на 15 %. Следовательно, погреш¬
ность, вносимая изменением нагрузки, является относительно
небольшой, что позволяет при необходимости завышать вес макета.
При исследовании разгонных и тормозных характеристик опре¬
деляющими параметрами являются тягово-сцепные свойства
шасси, масса и момент инерции. В отличие от предыдущего вида
испытаний по исследованию тягово-сцепных свойств в этом виде
необходимо дополнительно осуществить моделирование массы и
момента инерции, что может быть сделано по одной из двух схем,
приведенных на рис. 7.11.
В соответствии с первой схемой (рис. 7.11, а) на макете устанав¬
ливается имитатор момента инерции, конструктивно выполненный
в виде стержней, на концах которых установлены грузы. Путем
поворота стержней и перемещения вдоль них грузов можно одно¬
временно регулировать положение центра тяжести макета. Для
моделирования массы планетохода к ходовому макету с помощью
жесткой штанги шарнирно присоединяется груз с соответству¬
ющей массой, который может перемещаться по направляющим

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
277
с малым сопротивлением качению. Линия действия инерционной
силы присоединенной массы при разгоне и торможении должна
совпадать с линией, проходящей на высоте центра тяжести плане¬
тохода. Имитация движения на подъем (под уклон) может осуще¬
ствляться, как в случае исследования тягово-сцепных свойств,
путем имитации свободной тяги с помощью вертикально переме¬
щающегося груза, масса которого должна учитываться в имити¬
руемой массе планетохода.
Во второй схеме (рис. 7.11, б) дополнительная масса в виде
двух грузов присоединяется к ходовому макету с помощью зам¬
кнутой блочно-тросовой системы. В отличие от предыдущей схемы
моделирование движения по уклону осуществляется за счет сво¬
бодной тяги, равной разности весов грузов.
Исследование нагрузок на систему подрессоривания имеет
целью получение данных о цикличности нагружения и ходах
подвесок, усталостной прочности и т. п. К наиболее характер¬
ным случаям движения ходового макета в этом виде испытаний
относятся движение по уклонам, преодоление одиночных препят¬
ствий типа камней, эскарпа, контрэскарпа и т. д., участков по¬
верхности со сложным рельефом, осуществление поворотов на
месте и в движении. Применение частично подобных макетов,
движущихся с натурными скоростями, позволяет получать инфор¬
мацию о движении планетохода в реальном масштабе времени.
Основными факторами, определяющими нагрузки на подвески
колес, являются вес и момент инерции подрессоренных частей.
Требуемое значение последнего может быть получено с помощью
имитатора момента инерции.
Исследование плавности хода является одной из наиболее
сложных задач. Для ее решения требуется достаточно полное мо¬
делирование массовых, весовых и инерционных параметров пла¬
нетохода. Особенно важное значение плавность хода имеет для
планетохода, предназначенного для перемещения космонавтов.
Эффективно этот вид ходовых испытаний может проводиться
с помощью полномассового макета в условиях имитируемой пони¬
женной гравитации. Масса и моменты инерции такого макета
соответствуют планетоходу. Для имитации натурного веса не¬
обходимо применение имитатора, обеспечивающего частичную
разгрузку макета.
Одним из важных показателей подвижности планетохода яв¬
ляется его устойчивость от опрокидывания при встрече с непреодо¬
лимыми препятствиями и резком торможении (особенно на укло¬
нах), а также при съезде с посадочной платформы. Осуществить

278
ПЛАНЕТОХОДЫ
экспериментальную проверку этой характеристики планетохода
при наземных ходовых испытаниях довольно сложно, потому что,
как й в случае изучения плавности хода, необходимо, чтобы
ходовой макет имел полную массу и момент инерции и в точже
время натурный вес. Наиболее полно моделирование условий
устойчивости может быть получено с помощью имитатора пони¬
женной гравитации. Однако полностью решить эту задачу таким
способом не представляется возможным. Поэтому прогнозирование
характеристик устойчивости планетохода целесообразно выпол¬
нять методом натурно-математического моделирования, которое
заключается в том, что вначале апробируется по результатам
опыта в конкретных условиях математическая модель, а затем
производится расчет характеристик планетохода, ожидаемых
в натурных условиях.
При отработке системы управления движением, которая
предусматривает проверку разработанных приемов вождения,
выхода из аварийных ситуаций, тренировки экипажа и т. д.,
ходовой макет может существенно отличаться от планетохода.
В этом виде ходовых испытаний важно выдержать соотношение'
между габаритами планетохода и элементами рельефа поверх¬
ности, иметь схожесть по тягово-сцепным свойствам и колебаниям
телевизионной камеры, устанавливаемой на планетоходе. Движе¬
ние ходового макета должно осуществляться в натурном масштабе
времени.
При исследовании системы управления движением с помощью
масштабной модели скорость движения последней должна быть
уменьшена пропорционально масштабу моделирования. Если ча¬
стота предъявления телевизионной информации соизмерима с ча¬
стотой колебаний планетохода, то необходимо имитировать коле¬
бания подрессоренного корпуса.
Одним из факторов, который существенно влияет на восприя¬
тие местности по телеэкрану, а следовательно, на эффективность
управления движением, является освещенность поверхности.
Распознавание форм и размеров препятствий, определение расстоя¬
ний до них в значительной мере зависят от высоты солнца и на¬
правления теней, отбрасываемых неровностями поверхности.
Условия освещенности могут быть в известной мере воспроиз¬
ведены при освещении испытательных площадок мощными на¬
правленными источниками света. На рис. 7.12 показаны отдель¬
ный фрагмент испытательной трассы при искусственном освеще¬
нии (а) и участок лунной поверхности (б). Для лунной поверхности
характерна контрастность теней и освещенных участков. При на-

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
279
Рис. 7.12. Характер теней, отбрасываемых неровностями поверхности

280
ПЛАНЕТОХОДЫ
блюдении за поверхностью по телевизионному экрану в некоторой
степени этот фактор может быть воспроизведен путем искусствен¬
ного увеличения контрастности картинки на экране.
Оценка технико-эксплуатационных параметров шасси плането¬
хода выполняется по результатам испытаний ходового макета на
испытательных площадках.
7.3.3.	Выбор испытательных площадок. От правильности
выбора испытательных площадок в значительной мере зависит
эффективность ходовых испытаний, они могут выполняться в виде
искусственных трасс и площадок, подбираемых на местности.
Для испытаний масштабных моделей испытательные площадки
разрабатываются с учетом линейного масштаба моделирования.
Наиболее характерные стороны подхода к выбору испытательных
площадок можно рассмотреть на примере ходовых испытаний
шасси «Луноходов».
Одна из искусственных трасс, на которой проводились ходовые
испытания самоходного шасси, показана на рис. 7.13 [3, 124].
Она представляет собой кольцевой грунтовой канал длиной 70
и шириной 4 м. Кольцевая форма канала обеспечивает непрерывное
движение шасси. Для регулирования влажности грунтов на дне
канала проложена специальная система подогрева. В канале
предусмотрены участки с различными модельными грунтами, вы¬
бираемыми из условия моделирования проходимости. Характери¬
стики некоторых из них приведены в табл. 7.2.
Динамика движения и эффективность работы системы подрес-
соривания шасси планетохода могут быть оценены на основании
Таблица 7.2.	Физико-механические параметры
некоторых грунтов-моделей и лунного грунта
Грунт-модель
Лунный грунт
в естественном
залегании
Параметр
Кварце¬
вый песок
Пемзовая
крошка
Аглопо-
ритовая
дресва
Вулка¬
нические
пески
Плотность, г/см3
1,5—1,6
0,4—0,5
1,0—1,1
1,03—1,2
1,5—1,7
Размер частиц,
мм
0,1—0,3
5,0—15
0,5—5,0
0,5—5,0
0,07—0,1
Несущая способ¬
ность, кПа
20—40
25—50
20—100
20—170
10—120
Модальное зна¬
чение 35—45
Сцепление, кПа
1—2
1—3
2—4
1—5
2-9
Модальное зна¬
чение 4—6

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
281
Рис• 7.13. Кольцевой грунтовой канал

282
ПЛАНЕТОХОДЫ
данных, полученных при движении ходового макета по поверх¬
ности, на которой имитируется натурный рельеф, по искусствен¬
ным препятствиям синусоидального профиля, а также ступенчатой
формы и др. Один из способов построения рельефа трассы может
быть основан на результатах ходовых испытаний макета плането¬
хода на испытательной площадке. Сущность его заключается
в том, что на трассе элементы рельефа должны располагаться та¬
ким образом, чтобы при движении ходового макета по осевой линии
трассы частота и характер наезда движителя шасси на препят¬
ствия были аналогичны полученным на испытательной площадке
при дистанционном управлении по телевидению. Соблюдение этого
условия позволит в известной мере воспроизвести статистический
характер приложения нагрузок на ходовую часть, цикличность
и величину прогибов упругих элементов подвески, степень за¬
грузки силовых приводов, количество команд, необходимых для
управления и т. д. Это в конечном счете даст возможность полу¬
чить представление о технических возможностях и надежности
шасси.
На искусственных площадках рельеф может соответствовать
конкретным участкам исследуемой поверхности или разрабаты¬
ваться на основании данных о статистическом распределении эле¬
ментов рельефа поверхности. На рис. 7.14 показан план одной из
искусственных площадок, предназначенных для отработки неко¬
торых элементов системы дистанционного управления. Рельеф
этой площадки разработан на основании статистических данных
о распределении форм рельефа на различных участках лунной
поверхности. На плане показаны маршруты движения ходового
макета при решении задачи его выведения в заданную точку пло¬
щадки и возвращения в исходное положение. В процессе движения
фиксировались скорость, пройденный путь, количество и харак¬
тер наездов колес шасси на различные элементы рельефа. В ре¬
зультате статистической обработки результатов испытаний были
определены количественные данные, приведенные к единице
пути. Эти данные послужили основой для разработки рельефа
искусственной трассы, показанной на рис. 7.13, для выбора режи¬
мов испытаний отдельных узлов и механизмов шасси в процессе
проведения термовакуумных, прочностных, усталостных и других
видов испытаний при наземной отработке.
Кроме того, зафиксированные маршруты движения позволили
определить количество и вид команд, цикличность их подачи,
продолжительность движения в различных режимах. Эти данные
явились основой для разработки программ для проведения ходо-

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
283
Рис. 7.14. План искусственной площадки для исследования системы дистан¬
ционного управления:
1 — макет; 2 — маршрут движения; 3 — кратер, лунка; 4 — борозда; 5 — отдельный
камень
вых испытаний по оценке технико-эксплуатационных параметров
шасси.
Располагаемые данные о поверхности Луны, Марса, Венеры
и других планет, а также результаты изучения геоморфологии
земной поверхности показывают, что испытательные площадки
могут выбираться в районах свежей вулканической деятельности,
поверхность которых во многом сходна с верхними слоями поверх¬
ности планет как по физико-механическим характеристикам

284
ПЛАНЕТОХОДЫ
грунта, так и по рельефу. Наличие в местах недавних вулкани¬
ческих извержений участков с большим разнообразием рельефа
и механических свойств грунта позволяет выбирать испытатель¬
ные площадки практически неограниченных размеров. На рис. 7.15
показаны участки вулканической местности, соответствующие
морскому (а) и материковому (б) районам Луны. На рис. 7.16 по¬
казаны фрагменты испытаний ходовых макетов шасси «Лунохо¬
дов» на вулканической местности.
7.3.4.	Оборудование для проведения ходовых испытаний.
Ниже рассматриваются наиболее сложные установки, необходи¬
мые для проведения ходовых испытаний планетоходов: имитатор
пониженной гравитации и переменный уклон.
Способ имитации пониженной гравитации за счет приложения
к объекту сосредоточенной разгружающей силы лежит в основе
различных имитаторов. В имитаторах пониженной гравитации,
предназначенных для' испытаний планетохода (полномассового
макета) в полигонных условиях, сосредоточенная разгружающая
сила должна быть в процессе движения направлена строго верти¬
кально. В противном случае составляющие указанной силы, па¬
раллельные поверхности движения, приведут к искажению ими¬
тируемого натурного характера движения планетохода. Способ
имитации гравитационных условий за счет приложения к объекту
сосредоточенной разгружающей силы не является строгим, но
обеспечивает практически неограниченную продолжительность
эксперимента.
Сосредоточенные силы при этом могут создаваться различными
методами с использованием энергии упругих элементов, противо¬
весов, гидравлических цилиндров, электроприводов, магнитов
и т. д. К устройствам, создающим постоянные разгружающие
силы для имитации уменьшенной силы тяжести, независимо от
их конструктивного оформления предъявляются следующие тре¬
бования:
относительная погрешность поддержания разгружающего уси¬
лия должна быть в п = Q/G раз (Q — усилие разгрузки, G — ими¬
тируемый вес планетохода) меньше, чем допускаемые относитель¬
ные отклонения в имитируемой силе веса (для лунохода п = 5,
марсохода п = 1,65 и т. д.);
отклонения разгружающего усилия от вертикали должны
быть малыми, чтобы не оказывать заметного влияния на тяговые
характеристики- шасси;
точка приложения разгружающего усилия должна совпадать
С центром тяжести аппарата.

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
285
Рис. 7.15. Испытания ходовых макетов шасси «Лунохода-/» и «Лунохода-2»
лш участках вулканической местности

286
ПЛАНЕТОХОДЫ

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВИЖИТЕЛЕЙ
287
Рис. 7.16. Фрагменты испытаний ходовых макетов шасси «Лунохода-1» и «Луно¬
хода-2» на вулканической местности:
а — объезд непреодолимого препятствия в виде выступа; б — преодоление подъема;
в — движение по участку с низкой несущей способностью грунта
Для имитаторов пониженной гравитации, использовавшихся
при испытаниях «Луноходов», погрешность разгружающего уси¬
лия составляла 1 ... 3 %, а угол отклонения от вертикали — не
более 0,0175 рад.
Имитаторы могут устанавливаться на различных стационар¬
ных или автономных подвижных системах. Наиболее типичными
являются имитаторы на базе мостовых кранов и транспортных
машин [161 ]. В имитаторе для испытаний полномассового макета
лунохода с космонавтом на борту, схема которого показана на
рис. 7.17 [176], разгружающие усилия создаются с помощью
пневмоцилиндров и прикладываются к аппарату и водителю с по¬
мощью тросов. Система разгрузки ходовой части закреплена на
тросе. Движение макета по произвольной траектории обеспечи¬
вается за счет перемещения с помощью следящих систем крановой
тележки и всего мостового крана. К числу недостатков такой

288
ПЛАНЕТОХОДЫ
\
7^7,
Рис. 7.17. Имитатор пониженной гра¬
витации на базе специального мосто¬
вого крана:
1 — мостовой кран; 2 крановая те¬
лежка; 3 — ходовой макет; 4 --- система
разгрузки макета; 5 — система разгрузки
космонавта; 6 — система разгрузки хо¬
довой части
::о о
Рис. 7.18. Имитатор пониженной
гравитации с двухконтурной систе¬
мой вертикальной стабилизации раз¬
гружающей силы:
1 — мостовой кран; 2 — крановая тележ¬
ка; 3 — дополнительная каретка; 4 —
ходовой макет; 5 — система разгрузки
схемы можно отнести то, что требуется создание специального
по возможности облегченного, мостового крана и сложных авто¬
матических систем значительной мощности для его перемещения.
Одним из способов, который позволяет устранить этот недостаток
является введение дополнительной малоинерционной каретки
(рис. 7.18), за счет автоматического перемещения которой обес¬
печивается точная вертикальная стабилизация разгружающего
троса в ограниченном диапазоне перемещений планетохода (точ¬
ный контур). Грубая стабилизация (грубый контур) обеспечивается
за счет перемещений крановой тележки и мостового крана. До¬
стоинством такой двухконтурной схемы имитатора является то,
что она дает возможность создавать имитатор на базе серийных
промышленных мостовых кранов.
Одна из возможных схем имитатора на базе транспортной ма¬
шины показана на рис. 7.19 [27, 86]. Постоянное разгружающее
усилие создается с помощью пантографа путем приложения к со¬
ответствующим звеньям крутящих моментов, создаваемых с по-

ТЯГОВО-СЦЕПНЫЕ СВОЙСТВА ДВЙЖИТЁЛЕЙ
289
Рис. 7.19. Имитатор пониженной гравитации на базе транспортной машины:
а — общая схема; б — пантографический механизм постоянного усилия; 1 — транс¬
портная машина; 2 — пантографический механизм; 3 — стабилизированная в простран¬
стве платформа; 4 — ходовой макет
мощью упругих элементов (пружин, торсионов). Механизм пан¬
тографа находится в равновесии, а разгружающее усилие Q внутри
выбранного диапазона работы сохранится постоянным при лю¬
бом положении механизма относительно оси 00 (ось равновесия),
если к звеньям 1{ и 12 . приложить соответственно моменты
(рис. 7.19, б) Мг = Ql3 sin а и М2 = Ql2 sin р, где /2, /3, аир —
линейные и угловые параметры пантографа.
Как следует из формул, моменты должны изменяться по сину¬
соидальному закону. При линейной характеристике упругого
элемента рабочий диапазон ограничивается участком синусоиды,
который приближенно можно принять линейным. Для увеличе¬
ния рабочего диапазона механизма цилиндрические блоки, с по¬
мощью которых усилия упругих элементов прикладываются
к звеньям lL и /2, заменяются профилированными кулачками.
Рис. 7.20. Установка «Пе¬
ременны й уклон»:
1 — ходовой макет; 2 —
платформа с грунтом; 3 —
стопорный механизм; 4 —
подъемный механизм (мо¬
стовой кран); 5 — ферма;
6 — ось поворота
10 А. Л. Кемурджиан и др.

290
ПЛАНЕТОХОДЫ
Влияние наклонов транспортной машины, вызываемых неровно¬
стями поверхности, на точность вертикального направления раз-
гружающей силы устраняется установкой механизма разгрузки на
поворотной относительно вертикальной оси платформе, которая
стабилизируется в горизонтальном положении с помощью спе¬
циальной следящей системы.
К числу недостатков такой схемы можно отнести снижение
точности вертикальной стабилизации разгружающего усилия
вследствие инерционности механизма разгрузки. Важным досто¬
инством имитаторов пониженной гравитации на базе транспорт¬
ных машин является то, что они позволяют проводить ходовые
испытания на отдаленных испытательных площадках, выбираемых
на естественной местности.
При проведении различных видов ходовых испытаний, в том
числе и в условиях имитируемой пониженной гравитации, движе¬
ние ходового макета по уклонам различной крутизны может
моделироваться с помощью установки «Переменный уклон»
(рис. 7.20). Установка представляет собой платформу с грунтом,
которая может устанавливаться и фиксироваться под различными
углами наклона к горизонту. Подъем платформы осуществляется
с помощью мостового крана. В заданном положении платформа
фиксируется с помощью стопоров, вставляемых в отверстия спе¬
циальной фермы.

Г лава
8
ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
ЭКСПЛУАТАЦИИ
ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
Человечеству известно пока три модели плането¬
ходов, действовавших на поверхности нашей ближайшей соседки
по космосу — Луны. Это советские самоходные исследователь¬
ские аппараты «Луноход-1» и «Луноход-2», а также американ¬
ские — LRV. Создание этих планетоходов — результат деятель¬
ности коллективов ученых, конструкторов, рабочих и испытателей.
Они являются выдающимися образцами инженерного творчества.
С появлением луноходов наука получила новое эффективное сред¬
ство для внеземных исследований. Опыт их создания и эксплуата¬
ции дал обширный материал по принципам проектирования,
разработки и изготовления многих элементов конструкции и
систем планетоходов, получен большой опыт по отработке прин¬
ципов управления движением. Накопленный опыт в будущем,
несомненно, будет использован при создании планетоходов для
Марса, Венеры, Меркурия, других планет и их естественных
спутников.
8.1.	«Луноход-1» и «Луноход-2»
Программа работы «Лунохода-1», начатая 17 но¬
ября 1970 г., была рассчитана на три месяца. Фактическая же
программа по времени более чем втрое превысила запланирован¬
ную [149]. «Луноход-1» эксплуатировался 10,5 мес., вплоть до
4 октября 1971 г. За это время он прошел 10 540 м, что позволило
детально обследовать лунную поверхность на площади 80 000 м2.
Для этого с помощью телевизионных систем лунохода было полу¬
чено более 200 панорам и 20 000 снимков лунной поверхности.
Более чем в 500 точках производилась пенетрация грунта с целью
получения параметров его физико-механических свойств, в 25 точ¬
ках поверхности проведен анализ химического состава грунта.
Прекращение активного существования аппарата «Луноход-1»
было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника
тепла, что привело к понижению температуры внутри аппарата
в течение 11-й лунной ночи с 15 по 30 сентября 1971 г. Луноход
поставлен на практически горизонтальной площадке в положе»
10*

292
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 8.1. Основные размеры и размещение оборудования на «Луноходе-1»:
1 — контейнер; 2 — радиатор-охладитель; 3 — солнечная батарея; 4 — телевизионные
камеры; 5 — телефотометр; 6 — мотор-колесо; 7 — привод остронаправленной антенны;
8 — остронаправленная антенна; 9 — малонаправленная антенна; 10 — штыревая ан¬
тенна; 11 — радиоизотопный теплогенератор; 12 — мерное колесо; 13 — прибор оценки
проходимости; 14 — уголковый отражатель
Рис. 8.2. «Луноход-1» на посадочной платформе станции «Луна-17»

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
293
Рис. 8.3. «Луноход-1» сходит с посадочной платформы
нии, обеспечивающем многолетнее проведение лазерной локации
с Земли с помощью французского уголкового лазерного отра¬
жателя.
Внешний вид аппарата «Луноход-1» и его основные геоме¬
трические размеры, а также размещение систем представлены на
рис. 8.1. На рис. 8.2 показано положение «Лунохода-1» на транс¬
портном космическом корабле «Луна-17», на рис. 8.3 показан сход
лунохода на поверхность.
«Луноход-1» состоит из следующих основных частей: самоход¬
ного шасси; герметичного контейнера несущего типа; приемо¬
передающего радиокомплекса; систем терморегулирования, элек¬
тропитания, дистанционного управления; блоков коммутации и
электроавтоматики; научной аппаратуры с комплексом электронно¬
преобразовательных устройств.
Техническая характеристика «Лунохода-1»
Общая масса,	кг 	 756
Масса шасси,	кг 	 105
В том числе масса ходовой части с приводами, кг	88
Скорости движения (км/ч):
первая 	 0,8
вторая 	 2,0

294
ПЛАНЕТОХОДЫ
Движитель	 колесный
Колесная формула  	 8X8
База, мм	 1705
Колея, мм 	 1600
Ширина колеса, мм	 200
Просвет, мм 	 380
Трансмиссия 	электрическая с индивиду¬
альным приводом колес
Тормозная система 	электродинамические заме¬
длители и механические од¬
нодисковые тормоза с элек¬
тромагнитным приводом
Способ поворота 	 бортовой
Подвеска . . . .	‘	независимая, торсионная с
качанием рычагов направ¬
ляющего механизма в про¬
дольной плоскости
Радиус поворота по центру опорного четырехуголь¬
ника (м):
в движении . . . .	 2,7
на месте  	 0
Несущая конструкция	безрамная, с несущим гер¬
метичным контейнером
Углы статической устойчивости, градус:
продольный	 43
, поперечный	 45
Типовые преодолеваемые препятствия:
выступ, м	 0,35
уступ, м	 0,4
трещина (ширина), м 	 1,0
подъем, градус	 20
Напряжение электропитания, В 	 27
На луноходе были установлены следующие научные приборы
и аппаратура: газоразрядные счетчики; детекторы заряженных
частиц; рентгеновский телескоп; рентгеновский спектрометр «Риф¬
ма»; механический пенетрометр; уголковый лазерный отражатель
для лазерной локации Луны; комплекс температурных датчиков.
Большой объем научной информации о рельефе и структуре
поверхности получен от аппаратуры, обеспечивающей визуальную
информацию: малокадрового телевидения и телефотометров. Кроме
того, сам луноход с его системой измерения наклонов оказался
удобным прибором для измерения уклонов поверхности и опреде¬
ления статистики их распределения, а его движитель обеспечил
получение косвенных данных о механических свойствах грунта
и прочности дискретных образований на лунной поверхности.
Герметичный контейнер «Лунохода-1» является основной частью
конструкции и служит для размещения аппаратуры бортовых

КОНСТРУКЦИЙ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
295
систем и защиты ее от воздействия внешней среды. Наружная
часть контейнера служит для размещения на нем некоторых
научных приборов, антенн, телекамер и телефотометров, радиа¬
тора системы терморегулирования, теплоизолирующей крышки
с установленными на ней элементами солнечной батареи. Контей¬
нер выполняет также роль несущей конструкции шасси и служит
для крепления на нем элементов ходовой части; имеет форму
усеченного конуса с выпуклыми верхним и нижним днищем
[51, 123]; корпус его изготовлен из магниевых сплавов. Верхнее
днище используется как радиатор-охладитель системы терморегу¬
лирования. Потребная площадь поверхности радиатора для
сброса излишнего тепла и определила конусную форму прибор¬
ного отсека с большим диаметром верхнего днища. Сверху радиа¬
тор-охладитель закрывается крышкой, выполняющей двойную
функцию. В течение лунного дня крышка открыта, при этом она
используется как панель солнечной батареи. Поскольку электро¬
механический привод крышки позволяет фиксировать ее в любом
положении в диапазоне углов от 0 до 180°, то это обеспечивает
высокую точность установки солнечной батареи в направлении
Солнца. В течение лунной ночи крышка закрывает радиатор и
препятствует излучению тепла из контейнера. На передней части
корпуса контейнера расположены иллюминаторы телевизионных
камер на высоте 950 мм от грунта, электромеханический привод
остронаправленной антенны, неподвижная коническая спираль¬
ная антенна, научные приборы. На левом и правом бортах кон¬
тейнера установлены по две штыревые приемные антенны и по
две панорамные телефотокамеры с горизонтальными осями пано¬
рамирования, конструктивно объединенные со специальными
оптическими приборами — датчиками лунной вертикали. Эти
датчики выполнены в виде стеклянной чаши с радиальной ка¬
либровочной шкалой и металлическим шариком. Изображение
калибровочной сетки и шарика проецируется в камеры и передается
как часть панорам. В задней части приборного отсека расположен
изотопный теплогенератор, здесь же установлены мерное ведомое
колесо и механический пенетрометр для исследования физико¬
механических свойств грунта. Внутри контейнера оборудование
установлено на приборной раме, крепящейся на силовом шпан¬
гоуте нижнего днища. Снаружи на этом же шпангоуте крепятся
четыре кронштейна ходовой части.
Шасси предназначено для перемещения аппарата по поверх¬
ности Луны. В состав его входят следующие агрегаты и системы:
ходовая часть, включающая восьмиколесный движитель и инди¬

296
ПЛАНЕТОХОДЫ
видуальную эластичную подвеску колес; электрическая транс¬
миссия с индивидуальным приводом колес; тормозная система;
блок автоматики шасси; устройства разблокировки колес; ком¬
плект информационно-измерительных устройств.
Характеристики эластичных подвесок крайних и средних
колес различны. Подвеска передних колес имеет статический про¬
гиб 21, а средних — 60 мм. Динамический прогиб подвески всех
колес составляет 100 мм. Энергоемкость упругой подвески крайних
колес обеспечивает преодоление контрэскарпов высотой до 400 мм
без удара в верхний ограничитель хода. Демпфирование энергии
колебаний при движении лунохода происходит за счет фрикцион¬
ных потерь в шарнирах подвески и потерь на скольжение колес
по грунту при прогибе подвески.
Устройство разблокировки колес предназначено для разрыва
кинематической связи между колесным редуктором и ступицей
колеса. Конструктивно устройство выполнено в виде кольцевого
пироузла, а выходной вал редуктора выполнен с ослабленным
сечением. В случае возможной заклинки редуктора или тягового
электродвигателя по команде с Земли пиротехническое устройство
обеспечивает разрушение вала по ослабленному сечению и тем
самым переводит заблокированное колесо в ведомый режим ра¬
боты. При этом в зависимости от расположения колеса в той или
иной степени уменьшается как профильная, так и опорно-тяговая
проходимости лунохода. Практика эксплуатации «Лунохода-1»
показала надежность конструктивных узлов редуктора и его
уплотнений, что обеспечило безотказную работу всех приводов.
В силу этого за время работы «Лунохода-1» (а затем и «Луно¬
хода-2») не пришлось прибегать к помощи механизмов разблоки¬
ровки колес.
Система электропитания «Лунохода-1» выполнена по схеме
генератор—буферная аккумуляторная батарея и обеспечивает
питание всех бортовых систем постоянным током. Некоторые
системы требуют преобразования постоянного тока в переменный.
Источником электроэнергии является солнечная батарея, состоя¬
щая из большого числа групп фотопреобразователей, включенных
по последовательно-параллельной схеме. Ориентация солнечной
батареи по углу осуществляется специальным механизмом, в при¬
воде которого установлены телеметрические датчики контроля за
положением панели, скорости вращения и температурой электро¬
двигателей, а также срабатыванием замков. Для ориентации
солнечной батареи на Солнце по азимуту в автоматике лунохода
предусмотрен командный датчик ориентации, обеспечивающий

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
297
выдачу команды «Стоп» по достижении требуемого положения.
Буферная аккумуляторная батарея допускает многократное чере¬
дование режимов заряд—разряд и снабжает электрической энер¬
гией бортовую аппаратуру в сеансах связи, а кроме этого, обеспе¬
чивает электропитание систем «Лунохода-1» в дежурном режиме
работы в период лунной ночи.
В отличие от космических аппаратов, функционирующих
в открытом космосе, обеспечение теплового режима работы систем
луноходов усложняется широким диапазоном изменения интен¬
сивности внешних тепловых потоков при различных режимах
работы луноходов. Более разнообразны и источники тепла.
Все это обусловлено физической природой Луны. Амплитуда
колебаний температуры поверхности Луны достигает 300 К, в то
время как оптимальная температура для некоторых систем мало
отличается от нормальной. Для «Лунохода-1» температура газа
внутри герметичного контейнера активными средствами терморе¬
гулирования поддерживалась в пределах 273 ... 313 К. Внешние
устройства «Лунохода-1» имеют пассивное терморегулирование.
Для систем, установленных внутри контейнера лунохода, приме¬
нена двухконтурная активная циркуляционная система термо¬
регулирования, включающая контуры нагрева и охлаждения.
Горячий контур состоит из изотопного полониевого источника
тепла и теплообменника [51, 72]. Во время лунной ночи по до¬
стижении нижнего предела температуры автоматически перекры¬
вается магистраль холодного контура и газ направляется в горячий
контур к теплообменнику, оттуда в герметичный контейнер.
Холодный контур включает в себя радиатор-охладитель, излу¬
чающий тепло в космическое пространство, и четыре испарителя-
теплообменника, в которых газ охлаждается за счет испарения
воды. Радиатор размещен на верхнем днище контейнера, а тепло¬
обменники установлены на магистрали, идущей от радиатора
к герметичному отсеку. Испарители-теплообменники обеспечивают
дополнительное охлаждение газа во время работы с большим
выделением тепла, например длительном движении при больших
углах возвышения Солнца. Как правило, холодный контур обес¬
печивает нормальное функционирование аппаратуры в течение
лунного дня. Перемещение газа внутри герметичного контейнера
и по магистралям холодного и горячего контуров обеспечивается
системой заслонок и электровентиляторов.
Второй советский исследовательский аппарат «Луноход-2»
(рис. 8.4) доставлен на поверхность Луны 16 января 1973 г. стан¬
цией «Луна-21». Посадка станции совершена в прибрежном районе

298
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 8.4. «Луноход-2у>:
1 — солнечная батарея; 2 — фото-
приемник; 3 — остронаправленная
антенна; 4 — верхняя телекамера;
5 — магнитометр; в — уголковый
отражатель; 7 — астрофотометр;
Н — нижняя телекамера; 9 — вы¬
носной блок аппаратуры «Рифма»;
10 — телефотометры; 11 --- прибор
оценки проходимости
Моря Ясности, в восточной его части, внутри кратера Лемонье
в непосредственной близости от одного из тектонических разло¬
мов. Общая схема и конструкция основных узлов «Лунохода-2»
решены подобно «Луноходу-1». В то же время опыт эксплуатации
«Лунохода-1» позволил на следующем аппарате произвести ряд
усовершенствований. В частности, были усовершенствованы на¬
вигационное оборудование и система управления остронаправ¬
ленной антенной. Главное изменение коснулось телевизионной-
системы. Одна из телевизионных камер была установлена на
высоте глаз стоящего человека, что позволило облегчись работу
экипажа. Кроме того, была увеличена частота передачи кадров
с телекамер до одного кадра в 3,2 с [59], причем введено регу¬
лирование частоты кадров с 3,2 до 21 с. Научное оборудование
пополнилось астрофотометром и магнитометром. Масса «Луно¬
хода-2» составила 840 кг. Ходовая часть планетохода не пре¬
терпела изменений. В общей сложности за время работы на
Луне, равное 125 сут., аппарат прошел 37,45 км. При этом путь
движения планетохода проходил по местности с более сложным
рельефом, нежели у «Лунохода-1».
8.2.	Некоторые результаты работы
«Лунохода-1» и «Лунохода-2»
8.2.1.	Маршруты движения луноходов. Маршрут
движения «Лунохода-1» (рис. 8.5) проходил через район Моря
Дождей, представляющий собой свободный от влияния крупных
кратеров и кратерных лучей участок лунных морей, образован¬
ных в результате излияния базальтовых лав, верхние слои ко¬
торых подвергались интенсивной переработке. Рельеф поверх¬
ности относительно спокойный. На рис. 1.1 показан вид местности
по трассе движения «Лунохода-1»,

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
299
Движение «Лунохода-1» проходило по
относительно ровной местности, где основ¬
ными формами рельефа были кратерные об¬
разования.
«Луноход-2» начал свою работу внутри
55-километрового древнего кратера Лемонье,
недалеко от его южной кромки. С южной
стороны кратер граничит со слабо припод¬
нятой холмистой равниной, которая обла¬
дает свойствами, промежуточными между
особенностями морских и материковых обла¬
стей. Эта зона далее к востоку и югу пе¬
реходит в материковую местность. В начале
работы «Лунохода-2» маршрут движения
проходил в типично морском районе
(рис. 8.6). На этом участке встречались
уже известные формы рельефа: кратеры и
выбросы камней. Толщина верхнего, перера¬
ботанного слоя грунта составляла 1 ... 6 м.
Рис. 8.5. Маршрут движения «Лунохода-1»
Рис. 8.6. Маршрут движения .«Лунохода-2»
При выходе в предматериковую зону «Луноход-2» достиг
внешнего края большого кратера, где были обнаружены оползне¬
вые террасы и значительное уменьшение плотности малых крате¬
ров. Толщина переработанного слоя грунта достигала местами
10 м. Продолжая движение на восток, «Луноход-2» подошел

300
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 8.7. Зависимость &т, ф и f от
коэффициента буксования 55:
/ — «Лунохода-Ь> в Море Дождей;
2 — «Лунохода-2» в Море Ясности;
3 — наземные испытания на мелко¬
дисперсном кварцевом песке
к тектоническому разлому
(Борозде Прямой), глубина
которого составляет 40.. .80м.
По мере приближения к бороз¬
де толщина реголита умень¬
шалась, и на ее бровке были
обнаружены выходы скаль¬
ного основания. Обломки
скальных пород часто имели
размеры до нескольких мет¬
ров. Стенки борозды имеют
наклон до 30 ... 35° и
представляют собой	осыпи	из	крупных обломков и камней.
На рис.	1.2 показан	участок	лунной поверхности по трассе
движения «Лунохода-2».
В течение I и II лунных дней маршрут «Лунохода-2» проходил
в районе, весьма схожем по геоморфологическим особенностям
с районами работы «Лунохода-1». В III лунный день «Луноход-2»
двигался в переходной зоне от морского к материковому, которая
характеризовалась значительными уклонами, осыпями, выбро¬
сами камней. В течение четвертого лунного дня маршрут движе¬
ния «Лунохода-2» проходил вблизи тектонического разлома.
Для этого участка были характерны скопления крупных камней,
местами рыхлый слой грунта имел малую глубину.
Общий путь, пройденный «Луноходом-1», составил около
10 км, «Луноходом-2» —37 км.
8.2.2.	Тягово-сцепные свойства самоходного шасси. Иссле¬
дование процессов взаимодействия самоходного шасси с грунтом
проводилось по всем трассам движения «Лунохода-1» и «Луно-
хода-2». С этой целью проводились измерения крутящих моментов
на колесах, углов наклона поверхности, буксования. На рис. 8.7
показаны осредненные результаты в виде зависимостей коэффи¬
циента сцепления ср (отношение суммарного момента на колесах
к весу лунохода и радиусу колеса) и коэффициента тяги kT (отно¬
шение составляющей веса, параллельной поверхности, к весу

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
301
лунохода) от коэффициента буксования s6 [124]. Кривые доста¬
точно хорошо выравниваются в логарифмических координатах,
поэтому могут быть описаны степенными функциями:
Ср = фтах^б» = шах ~\~ ^то)	^т(Ь
где фщах — коэффициент сцепления при полном буксовании
(sC) =■. 1); k,l0 — коэффициент тяги при отсутствии буксования
(sG =0); kry max —коэффициент тяги при s6 = 1; п —постоянный
коэффициент.
Разность ф —kT =f определяет коэффициент сопротивления
движению со стороны грунта. Средние значения коэффициентов
составляют:	фтах =0,72; &ттах =0,48; kj0 =0,15; п =0,4.
Так как kT = tg а, где а —уклон поверхности, то максимальная
крутизна преодолеваемого подъема составила атах = 0,47 рад
(27°). Близость результатов для «Лунохода-1» и «Лунохода-2»
свидетельствует о том, что грунтовые условия движения в Море
Дождей и Море Ясности были практически одинаковыми, что
согласуется с результатами исследований физико-механических
свойств лунного грунта [3, 87].
Измерения несущей способности грунта с помощью конусно¬
лопастного штампа прибора оценки проходимости по всем трассам
движения «Лунохода-1» и «Лунохода-2» позволили получить пред¬
ставление о статистическом распределении механических свойств
лунного грунта. Сопоставляя результаты измерений за весь пе¬
риод работы «Лунохода-2», можно отметить, что по мере прибли¬
жения к материковому району среднее значение несущей способ¬
ности несколько увеличивается, а модальное —уменьшается.
Однако эти изменения невелики и можно считать, что характер
распределения несущей способности практически не зависит от
геоморфологических особенностей исследованных районов. Сопо¬
ставление результатов отдельных измерений несущей способности
лунного грунта с геоморфологическими особенностями конкрет¬
ных участков местности показало, что наиболее значительные
вариации несущей способности грунта наблюдаются вблизи кра¬
теров, т. е. неоднородность механических свойств на поверхности
связана с процессами формирования верхнего слоя грунта при
образовании и деградации кратеров.
8.2.3.	Технико-эксплуатационные параметры. Основными тех¬
нико-эксплуатационными параметрами, характеризующими эф¬
фективность работы самоходного шасси «Лунохода-1» и «Луно-
х ода-2», являются:	средняя скорость движения, количество
команд и затраты времени на управление, частота попадания

302
ПЛАНЕТОХОДЫ
в опасные ситуации, загруженность колес шасси крутящими мо¬
ментами и т. д.
При работе «Луноходов» имели место два отличающихся по
задачам вида движения: передвижение к заранее намеченному
пункту и движение на ограниченном участке поверхности при
проведении научных экспериментов в сложных рельефных усло¬
виях. В первом случае одним из основных критериев эффектив¬
ности движения является средняя скорость, во втором —точное
выдерживание заданного маршрута и преодоление различных
элементов рельефа (кратеры, уклоны местности, камни и т. д.).
Под опасными ситуациями понимались такие, когда происходила
остановка лунохода при срабатывании бортовой системы безопас¬
ности движения, а также те ситуации, выход из которых сопро¬
вождался значительными потерями времени и уменьшением сред¬
ней скорости движения.
Технико-эксплуатационные параметры самоходного шасси оце¬
нивались по данным первого вида движения, т. е. при движении
к заранее намеченным пунктам, представлены в табл. 8.1. Средняя
скорость движения по трассе «Лунохода-2» значительно превы¬
сила скорость «Лунохода-1», что объясняется усовершенствованием
системы управления, в частности установкой дополнительной
выносной телевизионной камеры, и возросшим опытом экипажа,
накопленным при эксплуатации «Лунохода-1», а также более
эффективным использованием технических возможностей шасси,
прежде всего более частым включением второй передачи и поворо¬
тов в движении.
Общее количество команд управления движением «Лунохода-2»
на километр пути снизилось на 57%, в том числе количество
включений прямолинейного движения —на 58 %, поворотов —
на 28%. Вместе с тем максимальная продолжительность непре¬
рывного движения между остановками увеличилась до 7 мин
против 50 с для «Лунохода-1».
Анализ затрат времени на управление движением по трассе
показал, что время движения для «Лунохода-2» составило 32%
от общих временных затрат на преодоление трассы, для «Луно¬
хода-1»— 18%. Остальное время использовалось для анализа
местности по телевизионному экрану, выбора направления даль¬
нейшего движения, докладов экипажа, формирования команд
и т. д.
Наиболее типичными опасными ситуациями были следующие:
срабатывание защиты по крену и дифференту и по перегрузкам
электродвигателей мотор-колес, непреднамеренный заезд в «мо-

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
303
Таблица 8.1. Технико-эксплуатационные параметры
самоходного шасси «Лунохода-1» и «Лунохода-2»
Параметр
«Луноход-1»
« Луноход-?»
Время работы лунохода, сут.
302
125
Пройденный путь, км
10,5
37
Средняя скорость движения, км/ч
0,14
0,34
Количество команд управления движением на 1 км
пути:
прямолинейное движение:
на I передаче
233,3
85,7
на II передаче
0,1
12,9
повороты:
на месте
111,9
42
в движении
—
38,8
«стоп»
347,5
121,5
Максимальная продолжительность непрерывного
движения, с:
на I передаче
50
437
на II передаче
9
200
Частота попадания в опасные ситуации на I км
1-
—1,5
пути
Предельный угол преодолеваемого подъема, рад
0,385—0,47 (22—27)
(градус)
Удельные энергозатраты, Вт-ч/м
0,2-
-0,22
Коэффициент сопротивления движению
0,15-
-0,25
Коэффициент буксования (средний)
0,05-
-0,07
лодые» кратеры с диаметром 2 м и углом наклона стенок 0,26 ...
0,435 рад (15 ... 259). Основными причинами возникновения опас¬
ных ситуаций были ошибки в определении размеров препятствий
и расстояний до них, а также в ряде случаев потеря водителем
ориентировки на местности. Последнее объясняется неблагоприят¬
ными условиями освещенности лунной поверхности при высоком
Солнце. Поэтому в периоды высокого Солнца выполнялись ра¬
боты и проводились эксперименты, не требующие интенсивного
движения лунохода (зарядка солнечных батарей, включение при¬
боров для исследования механических свойств и химического
состава грунта и т. д.).
8.3.	Луноход LRV
Лунное самоходное транспортное средство LRV,
предназначенное для управления экипажем, состоящим из двух
космонавтов, было использовано для исследования поверхности

304
ПЛАНЕТОХОДЫ
Луны во время полета космических кораблей «Apollo-15» в июле
1971 г., «Apollo-16» в апреле 1972 г. и «Аро11о-17» в декабре 1972 г.
Масса нагруженного лунохода распределяется следующим
образом (кг) [95, 106]:
Шасси 	 211
Научные приборы	 19
Съемочное оборудование	 53
Система связи	 27
Два космонавта с индивидуальной	СОЖ	.	364
Итого.	.	.	664
Кроме того, предусматривается возможность загрузки лунохода
образцами лунного грунта общей массой 27 кг. Масса системы
развертывания лунохода в рабочее положение, включающей при¬
способления для монтажа и крепления лунохода на лунной ка¬
бине, а также для подготовки его к работе, составляет 19 кг.
Луноход характеризуется следующими параметрами:
База, мм	 2290
Колея, мм	 1830
Просвет, мм	 360
Длина, мм 	 3100
Ширина, мм	 2060
Высота, мм	 1140
Максимальная скорость	движения, км/ч . .	13
Ресурс хода, км	 65
Угол статической устойчивости, градус:
продольный	 45
поперечный	 45
Преодолеваемые препятствия:
выступ (высота), м 	 0,3
трещина (ширина),	м 	 0,7
подъем, градус 	 20
Время непрерывной работы, ч	 78
Общий вид лунохода LRV и размещение оборудования на нем
представлены на рис. 8.8. Конструктивное решение рамы луно¬
хода определено требованием его размещения и транспортировки
в одном из отделений посадочной ступени космического корабля.
Рама выполнена из трех шарнирно соединенных секций. При скла¬
дывании лунохода передняя и задняя секции ложатся на среднюю,
а колеса при этом убираются в пространство между секциями.
Рама лунохода имеет трубчатую конструкцию, выполненную из
алюминиевого сплава со значительным, до 6,8%, содержанием
меди. Трубки прямоугольного сечения соединены сваркой.

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
305
Рис. 8.8. Размещение оборудования на луноходе LRV:
1 — блок радиосвязи; ? — блок управления телевизионной камерой; 3 — цветная теле¬
визионная камера; 4 — остронаправленная антенна; .5 — малонапразленная антенна
в — 16-мм кинокамера; 7 — бур; 8 — место стеллажа с инструментом; 9 — место хра¬
нения обьективов
Передняя секция служит для размещения приемо-передающего
радиокомплекса. Здесь же на стойке устанавливается телеви¬
зионная камера. На задней секции размещено научное обору¬
дование. Рабочие места экипажа космонавтов находятся на
средней, наибольшей по размерам секции.
Луноход имеет четырехколесный движитель с индивидуальным
приводом колес.
Подвеска колес трапециевидная, выполнена из двух рычагов
в форме треугольной рамки (рис. 8.9). Нижний рычаг соединен
с рамой упруго-шарнирно. Упругим элементом является торсион,
укладываемый вдоль лонжерона рамы. Жесткость торсиона при¬
мерно равна 10 Н/см. Для демпфирования колебаний используется
телескопический гидроамортизатор.

306
ПЛАНЕТОХОДЫ
Рис. 8.9. Подвеска колеса лунохода LRV
Изменение направления движе¬
ния лунохода может обеспечи¬
ваться как совместным "поворотом
колес передней и задней осей, так
и независимым. Колеса каждой оси
связаны рулевой трапецией, имею¬
щей электромеханический привод.
Скорость поворота управляемых
колес равна ориентировочно 15гра¬
дус/с. Наклон шкворня колеса в по¬
перечной плоскости составляет 3°.
Радиус поворота при управлении
передними и задними колесами составляет 1,8м по центру машины.
Система энергопитания лунохода включает в свой состав две
аккумуляторные серебряно-цинковые батареи. Емкость каждой —
115 А-ч, что обеспечивает суммарный пробег лунохода 184 км.
Мощность каждой батареи 150 Вт при напряжении 36 В. Электри¬
ческая схема LRV предусматривает возможность как одновремен¬
ного, так и раздельного подключения батарей. Корпуса их изго¬
товлены из магния с теплоизоляционным покрытием. Кроме ба¬
тарей в состав системы входят контрольные приборы: интегратор
ампер-часов и сумматор тока, размещенные на пульте управления.
Система развертывания лунохода предусматривает возмож¬
ность работы в двух режима*: в автоматическом и ручном. В сло¬
женном положении передняя и задняя секции рамы и все 4 узла
подвески складываются на центральную секцию. Габариты в тран¬
спортном положении составляют 1,7x1,5x0,9 м, что составляет
объем 2,1 м3.
Первым экипажем лунохода LRV были астронавты спускае¬
мого модуля космического корабля «Аро11о-15» Скотт и Ирвин.
Посадка спускаемого модуля была произведена в районе борозды
Хэдли. Второй раз эксплуатация LRV производилась членами
экспедиции корабля «Аро11о-16» в типично горном районе Луны
вблизи кратера Декарт. Наконец, в третий раз LRV использовался
в экспедиции «Apollo-17» в горном районе Тавр-Литтров.
В общем, назначением экспедиций было выполнение геологи¬
ческих исследований, развертывание сейсмического оборудова¬
ния, а также оборудования для тепловых и магнитных измерений,
фотографирование местности, сбор образцов горных пород. Во

КОНСТРУКЦИИ ДЕЙСТВОВАВШИХ ПЛАНЕТОХОДОВ
307
время третьей экспедиции проводились также активные сейсми*
ческие исследования и гравиметрические исследования по трассе
движения лунохода. Каждая экспедиция предусматривала три
поездки различной продолжительности (табл. 8.2).
Таблица 8.2.	Некоторые	результаты эксплуатации
луноходов LRV
Параметр
« Apollo-15»
«Apollo-1 6»
«Аро11о-17»
Суммарное время поездок
(движение и стоянки)
6 ч 50 мин
20 ч 17 мин
21 ч 42 мин
Пройденный путь по одо¬
метру, км
27,9
27,1
36,1
Максимальная скорость
движения, км/ч
13
12
11
Средняя скорость движе¬
ния, км/ч
9,2
—
—
Масса собранных образцов
лунных пород, кг
111
113
Поворотливость лунохода была очень хорошей при скорости
ниже 5 км/ч. При увеличении скорости до 10 км/ч управляемость
машины ухудшалась. Буксование колес при разгоне было мало,
однако возникало пылевое облако до 3 м высотой. Отмечалось
плохое демпфирование колебаний лунохода на скорости выше
9 км/ч даже на ровной местности. При спуске по уклону 15° с одним
космонавтом возникала нестабильная качка. При движении про¬
тив Солнца ухудшалась видимость местности. Отмечены труд¬
ности визуального выявления оплывших старых кратеров диа¬
метром до метра. Привыкание водителя к управлению в лунных
условиях происходило быстро, в течение 2—3 мин.
Во время экспедиции «Apollo-16» движение LRV происходило
с повышенным буксованием. По отзывам космонавтов грунт
напоминал то снег, то вспаханное поле. При движении на подъемы
скорость достигала 8 км/ч, на каменистых участках местности
приходилось ограничивать скорость до 5 ... 6 км/ч. Отмечалась
сильная тряска.
Работа LRV корабля «Apollo-17» происходила в условиях
сильно пересеченной местности. Грунт в месте посадки был рых¬
лым. Мелкозернистая фракция грунта постоянно образовывала
пыль. При перемещении LRV приходилось преодолевать уклоны
крутизной до 20°.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов JI. С., Матвеев П. Н. Вопросы построения тяго¬
вого электропривода постоянного тока. — В сб.: Тезисы докладов на Всесоюзном
совещании по робототехническим системам. Владимир: 1978, с. 67.
2. Автоматические планетные станции/В. В. Андреянов, В. В. Артамонов,
И. Т. Атаманов и др. М.: Наука, 1973. 280 с.
3. Автоматические станции для изучения поверхностного покрова Лу¬
ны/А. Л. Кемурджиан, В. В. Громов, И. И. Черкасов, В. В. Шварев. М.: Ма¬
шиностроение, 1976. 200 с.
4. Агейкин Л. С. Вездеходные колесные и комбинированные движители.
М.: Машиностроение, 1972. 181 с.
5. А. с. № 154345 (СССР). Способ получения лакового покрытия для де¬
талей, работающих на трение/П. В. Ефремова, Г. И. Гефлих. — Опубл. в БИ,
1963, № 9, М. Кл. С 09D 3/48.
6. А. с. № 243073 (СССР). Бесконтактное реле/Ю. И. Драбович — Опубл.
в БИ, 1969, № 16, М. Кл. М ОЗК 17/60.
7. А.	с.	№	272076	(СССР). Независимая	балансирная подвеска колеса'
транспортного средства со встроенными в колеса двигателями/Н. Е. Бечвай,
В. В. Громов, А. И. Егоров и др. —Опубл. в БИ, 1970, № 18, М. Кл. В 60g
11/20.
8. А.	с.	№	308253	(СССР). Пучковый	торсион/М. Б. Шварцбург,
Б. В. Гладких, А. И. Егоров и др.—Опубл. в БИ, 1971, N° 21, М. Кл F
16F 1/16.
9. А.	с.	№	315866	(СССР). Твердая металлическая смазка/Л. Ф. Колес¬
ниченко, Ю.	А.	Попченко, Л. В. Заболотный	и др.—Опубл. в БИ, 1971,
N° 29. М. Кл. F 16N 15/00.
10. А. с. № 329044 (СССР). Двухступенчатая коробка передач привода
колеса транспортной машины/Г. Н. Корепанов, М. И. Маленков, П. С. Сологуб
и др. — Опубл. в БИ, 1972, N° 7, М. Кл. В 60к 17/08.
11.	А.	с.	№	326731	(СССР).	Устройство для управления транзисторным
переключателем/Л. А. Полосухина. — Опубл. в БИ, 1972, N° 4, Н ОЗК 17/00.
12.	А.	с.	№	336374	(СССР).	Способ термомеханической обработки тор¬
сионных валов/Б. В. Гладких, Б. Г. Гуревич, А. И. Егоров и др. Опубл. в БИ,
1972, No. 14, М. Кл. С 22F 1/16.
13. А. с. № 341977 (СССР). Пара трения скольжения/А. Л. Кемурджиан,
А. В. Мицкевич, И. И. Розенцвейг и др. — Опубл. в БИ, 1979, N° 19. М.
Кл. F 16С 33/06.
14. А. с. № 341989 (СССР). Фрикционная пара трения/Л. О. Вайсфельд,
А.	Л. Кемурджиан, И. И. Розенцвейг и др. — Опубл. в БИ, 1972, N° 19. М.
Кл. F 16D 69/00.
15. А. с. № 343095 (СССР). Планетарный зубчатый редуктор/В. И. Койнаш,
Г. Н. Корепанов, М. И. Маленков и др. — Опубл. в БИ, 1972, N° 3. М.
Кл. F 16h 1/32.
16.	А.	с.	№	343883	(СССР).	Балансирная подвеска транспортного сред¬

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
309
ства/И. Ф. Кажукало, A. Л. Кемурджиан, В. И. Комиссаров и др. — Опубл.
в БИ, 1970, № 18, М. Кл. В 60 g 5/04.
17. А. с. № 381699 (СССР). Антифрикционный сплав на основе
меди/Jl. Ф. Колесниченко, Э. Т. Мамыкин, В. М. Гнюшенко и др. — Опубл.
в БИ, 1973, № 22, М. Кл. С 22С 9/08.
18. А. с. № 398423 (СССР). Мотор-колесо/А. Ф. Соловьев, Г. Н. Коэепя-
нов, В. И. Комиссаров и др. — Опубл. в БИ, 1973, № 38, М. Кл. В 60к 17/12.
19. А. с. № 416265 (СССР). Колесо транспортного средства для передви¬
жения в условиях вакуума/Б. В. Митин, М. Б. Шварцбург, А. И. Егоров и др. —
Опубл. в БИ, 1974, № 7, М. Кл. В 60В 1/00.
20. А. с. № 421549 (СССР). Колесо транспортного средства/О. В. Несте¬
рова, Б. В. Митин. —Опубл. в БИ, 1974, № 12, М. Кл. В 60В 9/06.
21. А. с. № 422784 (СССР). Антифрикционный материал на основе ме-
ди/И. И. Белобородов, А. В. Ненахов, А. И. Юга и др. — Опубл. в БИ, 1975,
№ 2. М. Кл. С 22С 9/12.
22. А. с. № 428971 (СССР). Силовая передача транспортного сред-
ства/Г. Н. Корепанов, М. И. Маленков, И. П. Иванов и др. — Опубл. в БИ,
1974, № 19, М. Кл. В 62d 11/04.
23. А. с. № 456752 (СССР). Дифференциал транспортной машины/Г. И. Ко¬
репанов, М. И. Маленков, А. Ф. Соловьев. — Опубл. в БИ, 1975, № 2, М.
Кл. В 60к 17/20.
24. А. с. № 485899 (СССР). Движитель транспортного средства/И. Ф. Ка¬
жукало, А. Л. Кемурджиан, В. И. Комиссаров и др. — Опубл. в БИ, 1975, № 36,
М. Кл. В 62d 57/02.
25. А. с. № 491671 (СССР). Полимерная формовочная композиция/М. А. Сус¬
лов, Б. И. Юдкин, JI. Н. Лупинович, Г. И. Орехова. — Опубл. в БИ, 1975,
№ 42, М. Кл. С 08g 43/00.
26. А. с. № 500084 (СССР). Металлоэластичное колесо транспортного
средства/В. К. Мишкинюк, А. Ф. Кудрявцев, П. С. Сологуб. — Опубл. в БИ,
1976, No 3, М. Кл. В 60В 9/00.
27. А. с. 504124 (СССР). Имитатор пониженной гравитации для наземных
испытаний вездехода/Ю. А. Хаханов, П. С. Сологуб, В. Н. Петрига. —Опубл.
в БИ, 1976, № 7, М. Кл. И 01М 17/00.
28. А. с. № 523126 (СССР). Полимерная формовочная компози¬
ция/М. А. Суслов, Л. Н. Орехова, Л. Н. Лупинович. — Опубл. в БИ, 1976,
№ 28, М. Кл. С 08L 65/02.
29. А. с. № 527733 (СССР). Пучковый торсион/Н. Е. Бечвай. — Опубл.
в БИ, 1976, № 32; М. Кл. F 16F 1/16.
30. А.	с.	№	527332	(СССР).	Шагающее транспортное средство/Г.	Н. Ко¬
репанов, М. И. Маленков, Г. И. Рыков, А. Л. Кемурджиан. — Опубл. в БИ,
1976, No. 33, М. Кл. В 62d 57/02.
31. А.	с.	№	534386	(СССР).	Колесно-шагающий движитель/И. Ф.	Кажу¬
кало, М. М. Кузьмин, В. К. Мишкинюк. — Опубл. в БИ, 1976, № 41, М.
Кл. В 62d 57/02.
32. А. с. № 542180 (СССР). Устройство для регулирования температуры
объекта/Л. А. Кузиниц, Л. О. Вайсфельд, И. И. Розенцвейг, А. М. Капитонов. —
Опубл. в БИ, 1977, № 1, М. Кл. G 05D 23/185.
33. А. с. № 548450 (СССР). Металлоэластичное колесо транспортного сред-
ства/А. Л. Кемурджиан, А. Ф. Кудрявцев, В. К. Мишкинюк, П. С. Сологуб. —
Опубл. в БИ, 1977, № 8. М. Кл. В 60В 9/00.
34. А.	с.	№	552232	(СССР).	Колесно-шагающий движитель/И. Ф.	Кажу¬
кало, А. Л. Кемурджиан, В. И. Комиссаров и др. — Опубл. в БИ, 1977,
№ 12, М. Кл. В 62d 57/02.

310
ПЛАНЕТОХОДЫ
35. А. с. № 562457 (СССР). Способ поворота многоопорного транспортного
средства на месте/И. Ф. Кажукало, В. И. Комиссаров, В. К. Мишкинюк,
П. С. Сологуб. — Опубл. в£БИ, 1977, № 23, М. Кл. В 62d 15/00.
36. А. с. № 548652 (СССР). Антифрикционный материал/В. И. Жизнякова,
J1. А. Чатынян, Т. А. Соловьева и др. — Опубл. в БИ, 1977, № 8, М.
Кл. С 22С 27/02.
37. А. с. № 569475J(СССР).' Колесно-шагающий двигатель/И. Ф. Кажу¬
кало, В. И. Комиссаров, М. М. Кузьмин, Б. М. Лубенко. — Опубл. в БИ,
1977, № 31, М. Кл. В 62d 57/02.
38. А. с. № 596496 (СССР). Колесно-шагающий движитель транспортного
средства/П. С. Сологуб, И. Ф. Кажукало, В. И. Комиссаров и др. — Опубл.
в БИ, 1978, № 9, М. Кл. В 62d 57/02.
39. А. с. № 630466 (СССР). Пучковый торсион/А. И. Егоров, В. А. Сен-
никовский, Б. В. Митин, Ю. Г. Лелюшкин.—Опубл. в БИ, 1978, № 40,
М. Кл. F 16F 1/16.
40. А. с. № 640897 (СССР). Способ непрерывного передвижения транспорт¬
ного средства с колесно-шагающим движителем в колесно-шагающем режи-
ме/А. Л. Кемурджиан, В. В. Громов, И. Ф. Кажукало. — Опубл. в БИ, 1979,
№ 1, М. Кл. В 62d 57/02.
41. А. с. № 650877 (СССР). Колесно-шагающий движитель/И. Ф. Кажу¬
кало, В. В. Гринев, В. И. Комиссаров и др. — Опубл. в БИ, 1979, № 9,
М. Кл. В 62d 57/02.
42. А. с. № 659446 (СССР). Устройство для обеспечения движения транс¬
портного средства в колесно-шагающем режиме/И. Ф. Кажукало, В. И. Комис¬
саров, М. И. Маленков, Г. И. Рыков. — Опубл. в БИ, 1979, № 16, М. Кл. В 62d
57/02.
43. А. с. № 669138 (СССР). Устройство для смазки передач/Л. О. Вайс-
фельд, В. О. Токарев, А. Л. Кемурджиан и др. — Опубл. в БИ, 1979,
№ 23, М. Кл. F 16Н 57/04.
44. А. с. № 679465 (СССР). Колесно-шагающий движитель/В. В. Гринев,
И. Ф. Кажукало, М. И. Маленков и др. — Опубл. в БИ, 1979, № 30,
М. Кл. В 62d 57/02.
45. А. с. № 689869 (СССР). Колесо транспортного средства/В. К. Мишки¬
нюк, Ю. А. Морозов, И. Ф. Кажукало. — Опубл. в БИ, 1979,	№ 37,
М. Кл. В 60В 9/00.
46. А. с. № 698830 (СССР). Способ передвижения транспортного средства
с колесно-шагающим движителем/А. Л. Кемурджиан, В. В. Громов, И. Ф. Кажу¬
кало. — Опубл. в БИ, 1979, № 43, М. Кл. В 62d 57/02.
47. А. с. № 839740 (СССР). Колесо транспортного средства/Б. В. Митин,
В.	В. Громов, А. И. Егоров и др.—Опубл. в БИ, 1981,	№	23, М.
Кл. В 60В 1/00.
48. А. с. № 725941 (СССР). Транспортное средство с колесно-шагающим
движителем/И. Ф. Кажукало, М. М. Кузьмин. — Опубл. в БИ, 1980, № 13,
М. Кл. В 62d 57/02.
49. А. с. № 712723 (СССР). Стенд для испытания подшипников скольже-
ния/В. О. Токарев, В. М. Тарасов, И. И. Розенцвейг и др. — Опубл. в БИ,
1980, № 4, М. Кл. G 01М 13/04.
50. Александров А. К., Кемурджиан А. Л., Лупичев Л. Н. Самоходное
шасси лунохода в системе дистанционного управления. — В кн.: Управление
в пространстве. Труды VI Международного симпозиума ИФАК по автомати¬
ческому управлению в пространстве. Т. II. М.: Наука, 1976, с. 253.
51. Алексеев В., Лебедев Л. За лунным камнем/Под. ред. Г. С. Нари¬
манова. М.: Машиностроение, 1972, 52 с.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
311
52. Афонин П. М. Беспилотные летательные аппараты. М.: Машиностро¬
ение. 1967, 159 с.
53. Артоболевский И. И. Некоторые проблемы конструирования шага¬
ющих машин. — М.: Вестник АН СССР, № 2, 1969, с. 82—92.
54. Бабков В. Ф., Бирюля А. К., Сиденко В. М. Проходимость колес¬
ных машин по грунтам. М.: Автотрансиздат, 1959. 190 с.
55. Баловнев В. И. Методы физического моделирования рабочих процессов
дорожно-строительных машин. М.: Машиностроение, 1974. 232 с.
56. Бартенев Г. М., Лаврентьев В. В. Трение и износ полимеров. М.:
Машиностроение, 1967, с. 219—221.
57. Беккер М. Г. Введение в теорию систем местность — машина. М.: Ма¬
шиностроение, 1973, 507.
58. Бертинов А. И., Варлей В. В., Гусаров О. А. Конструктивные схемы
электрических машин с катящимся ротором (ЭМКР). — В кн.: Труды третьей
Всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам. Т. И.
Рига: Зинабне, 1966, с. 97—108.
59. Борисов Т. Сколько глаз у Лунохода? — Труд, 1973, 22 марта.
60. Вейнер Г. Солнечные энергетические установки для пилотируемых
космических станций. — В сб.: Вопросы космической энергетики. М.: Мир,
1971, с. 148.
61. Веников В. А. Теория подобия и моделирования применительно к за¬
дачам электроэнергетики. М.: Высшая школа, 1975. 480 с.
62. Веркин Б. И., Медведев Е. М., Гусляков А. А. Трение в среде
С02, — Харьков. ФТИНТ, 1975. с. 41.
63. Веркин Б. И., Гринберг Н. М. Влияние вакуума на усталостное
разрушение металлов и сплавов. Ч. II. — Харьков. ФТИНТ, 1979, с. 22—25.
64. Воробьев В. В. Респонсинный привод. М.:	Машиностроение, 1978.
108 с.
65. Воронков Б. Д. Подшипники сухого трения. Л.: Машиностроение,
1979. 199 с.
66. Воронов А. А. Основы теории автоматического управления. Ч. III.
М. — Л.: Энергия, 1970. 328 с.
67. Гамбарян П. П. Бег млекопитающих. М.—Л.: Наука, 1972, 325 с.
68. Герхен-Губанов Г. В., Кузнецов В. Г. Дальномерная обзорно-информа¬
ционная система для распознавания трехмерных предметов. — В сб.: Тезисы
докл. VI Всесоюзного симпозиума по теории и принципам устройства роботов
и манипуляторов. — Тольятти, 1976, с. 82.
69. Гинзбург В. Б. Магнитоупругие датчики. Библиотека по автоматике.
М.: Энергия, 1970, с. 53—55.
70. Глазенко Т. А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах
постоянного тока. М. —Л.: Энергия, 1973. 187 с.
71. ГлузКин Я. А., Мемелов В. Л. Самосмазывающиеся материалы с твер¬
дыми смазками для деталей трения электротехнических устройств. М.: Информ-
электро, 1977, с. 14—21.
72. Головачев В. Утро в лунных горах. — Труд, 1973, 13 марта.
73. Динамика планетохода/Е. В. Авотин, И. С. Болховитинов, А. Л. Ке-
мурджиан и др. М.: Наука, 1979. 438 с.
74. Динамика системы дорога — шина — автомобиль — водитель/Под ред.
А.	А. Хачатурова. М.: Машиностроение, 1976. 534 с.
75. Дроздов Ю. Н., Павлов В. Г., Розенцвейг И. И. Методика иссле¬
дования энергетических потерь в узлах сухого трения с ротапринтной смазкой. —
В кн.: Научные принципы и новые методы испытаний материалов для узлов
трения. М.: Наука, 1968, с, 133—136,

312
ПЛАНЕТОХОДЫ
76. Дроздов Ю. Н., Павлов В. Г. Трение и к. п. д. зубчатых передач в ва¬
кууме. — Вестник машиностроения, 1970, № 2, с. 7—9.
77. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1964, с. 26.
78. Ефремов И. С., Яковлев А. И., Гундо-Малков Б. П. Электрический
привод с автономным питанием на колесном безрельсовом транспорте. —Элек¬
тричество, 1967, № 7, с. 73—78.
79. Забавников Н. А. Основы теории транспортных гусеничных машин.
М.: Машиностроение, 1961. 450 с.
80. Загородников Е. И., Медведко А. С. Усилитель мощности с ши¬
ротно-импульсной модуляцией. — ПТЭ, 1978,	№	6,	с.	18—24.
81. Износостойкость пористых железостеклянных материалов при трении
без смазки/И. Д. Радомысельский, В. Н. Клименко, Н. И. Щербань и др. —
Порошковая металлургия, 1978, № 11, с. 80—82.
82. Информационные роботы и манипуляторы/Г. П. Катыс, Ю. Д. Мами¬
конов, Ю. Д. Мельниченко и др. М.: Энергия, 1968. 101 с.
83. Информационная система планетоходов и вопросы обеспечения безопас¬
ности движения/Б. Н. Петров, В. В. Авотиныи, В. Г. Гринев и др. —Доклад
на XXVII конгрессе МАФ, Анахейм, США, 1976.
84. Исследование алгоритмов управления движением автономного плането¬
хода методом математического моделирования/С. В. Васильев, П. Н. Гурвич,
JI. Н. Лупичев, И. В. Шаманов. — В кн.: Труды VII Международного симпо¬
зиума ИФАК по автоматическому управлению в пространстве, т. IV. М.: Наука,
1978, с. 148—153.
85. Исследование нового полимерного материала для деталей прецизионных
опор скольжения оптико-механических приборов/А. В. Перемецкая, Т. П. Брег-
ман, М. А. Суслов и др. 1981, № 2, с. 10—12.
86. Исследование пантографического механизма постоянного усилия для
имитатора пониженной гравитации/Ю. А. Хаханов, В. Н. Петрига, П. С. Сологуб
и др. — Изв. вузов. Машиностроение, № 4. М.: МВТУ им. Баумана, 1978,
с. 71—75.
87. Исследование физико-механических свойств образца лунного грунта,
доставленного автоматической станцией «Луна-20» и по трассе движения само¬
ходного аппарата «Луноход-2»/А. К. Леонович, В. В. Громов, А. Д. Дмитриев
и др. —Доклад на XXIV конгрессе МАФ. СССР. Баку, 1973.
88. Калоев А. В. Основы проектирования систем автоматического вожде¬
ния самоходных машин. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.
89. Каталог кратеров Марса и статистика кратеров Марса, Меркурия и
Луны/Ю. И. Липский, Ж- Ф- Родионова, Т. П. Скобелева и др. М.: МГУ,
1977#
90. Кемурджиан А. Л., Громов В. В., Шварев В. В. Исследование физико¬
механических свойств внеземных грунтов. — В кн.: Успехи Советского Союза
в исследовании космического пространства. М.: Наука, 1978, с. 352—380.
91. Козубовский С. Ф. Автоматические корреляционные измерители ско¬
рости. Киев: изд. АН УССР, 1963, 79 с.
92 Колчин Н. И. Механика машин. Т. II. М.—Л.: Машиностроение,
1972, 567 с.
93. Кондратьев К. Я. Метеорология планет. Л.: ЛГУ, 1977, 294 с.
94. Кондратьев К- Я. Планеты солнечной системы (Марс). Итоги науки
и техники. Серия: Исследование космического пространства. Т. 10, М.: ВИНИТИ,
1977, 188 с.
95. Конструкция американского лунохода. — БИНТИ, № 27 (1490).
96. Космонавтика. М.: Советская энциклопедия, 1970. 592 с.
97. Кринецкий И. И., Драновский А. И. Автоматическое вождение колес¬

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
313
ных и гусеничных машин по постоянным трассам. М.: Машиностроение, 1971.
168 с.
98. Ксанфомалити JI. В. Планеты открытые заново. М.: Наука, 1978. 132 с.
99. Кудрявцев В. Н. Планетарные передачи. М.—Л.: Машиностроение,
1966. 307 с.
100. Кузьмин А. Д., Маров М. Я. Физика планеты Венера. М.: Наука,
1974. 320 с.
101. Куландин А. А., Тимашев С. В., Иванов В. П. Энергетические системы
космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 101 с.
102. Лефаров А. X. Дифференциалы автомобилей и тягачей. М.: Машино¬
строение, 1972. 144 с.
103. Литинский С. А. Автоматизация вождения самоходных машин (авто¬
водители). М.: Энергия, 1966. 68 с.
104. Лобашев Б. П., Макаров Ю. В. Фрикционные свойства самосмазы-
вающегося материала М801 (димолита) в различных условиях трения и его при¬
менение. — В кн.: Твердые смазочные покрытия. М.: Наука, 1977, с. 75—77.
105. Лобашев Б. П., Розенцвейг И. И., Шепель С. А. Установка для
исследования фрикционных характеристик материалов зубчатых колес при сухом
трении. — В кн.: Современные методы и средства измерения внешнего трения.
М.: ВНИИОФИ, 1977, с. 69—73.
106. Лунный самоходный аппарат. — БИНТИ, № 14 (1477).
107. Лупичев Л. Н., Буйволов Г. А., Воробьева Т. М. К проблеме вос¬
приятия и синтеза модели внешней среды автономным планетоходом. — В кн.:
Труды VII Международного симпозиума ИФАК по автоматическому управлению
в пространстве. Т. IV. М.: Наука, 1978, с. 132—140.
108. Лупичев Л. Н., Новожилов В. И. Организация измерений и иденти¬
фикация препятствий при исследовании поверхности движущимся автомати¬
ческим аппаратом. Доклад на VI симпозиуме ИФАК, Ереван, 1974, с. 7—13.
109. Малиновский Е. Ю., Гайцгори М. М. Динамика самоходных машин
с шарнирной рамой. М.: Машиностроение, 1974. 175 с.
110. Механические свойства образца лунного грунта, доставленного автома¬
тической станцией «Луна-16»/В. В. Громов, А. Д. Дмитриев, А. К. Леонович
и др. — Космические исследования, 1971, т. IX, вып. 6, с. 767—777.
111. Мороз В. И. Физика планеты Марс. М.: Наука, 1978. 352 с.
112. Мур Дж., Скофилд У., Тоуби У. Автоматическое управление движе¬
нием планетохода, спускаемого на поверхность Марса. — В кн.: Труды VII Ме¬
ждународного симпозиума ИФАК по автоматическому управлению в простран¬
стве, т. IV. М.: Наука, 1978, с. 140—148.
113. Некоторые особенности конструкции и испытаний планетарного редук¬
тора с коническими зубчатыми колесами/В. Ф. Рещиков, Г. Н. Корепанов,
В.	И. Койнаш, М. И. Маленков. — Изв. вузов. Машиностроение, № 9. М.:
МВТУ им. Баумана, 1979, с. 31—33.
114. Обеспечение безопасности движения автоматических транспортных
машин в условиях бездорожья/Е. В. Авотин, А. К. Александров, А. Л. Кемурд¬
жиан и др. — В кн.: Динамика управляемых систем. Новосибирск: Наука,
1979, с. 121.
115. Основные особенности процессов разрушения и деформации лунного
грунта/А. К. Леонович, В. В. Громов, А. Д. Дмитриев и др. В кн.: Космохимия
Луны и планет. М.: Наука, 1975, с. 585—592.
116. Основы автоматического управления/Под ред. В. С. Пугачева. М.:
Наука, 1974. 719 с.
117. Павлов Б. И. Механизмы приборов и систем управления. М.—Л.:
Машиностроение, 1972. 230 с.

314
ПЛАНЕТОХОДЫ
*118. Павлов В. Г., Дроздов Ю. Н. Магнитный способ подачи сухой смазки
в узлы трения. — Вестник машиностроения, 1974, № 9, с. 12—15.
119. Паспорт на материал С-5. Киев: ИПМ АН УССР, 1970, 25 с.
120. Патент № 2212083 (Франция). Коммутирующее устройство, заменя¬
ющее электромеханическое реле. — Опубл. в РЖ «Радиотехника». Импульсные
схемы и процессы, 1976. № 1, Н 03k 17/00.
121. Первые панорамы лунной поверхности. М.: Наука, 1960—1969, т. 1,
120 с, т. 2, 80 с.
122. Первые панорамы поверхности Венеры. М.: Наука, 1979. 132 с.
123. Передвижная лаборатория на Луне — «Луноход-1»/Под ред. А. П. Ви¬
ноградова, т. 1. М.: Наука, 1971. 128 с.
124. Передвижная лаборатория на Луне — «Луноход- 1»/Под ред. В. Л. Бар¬
сукова, т. 2. М.: Наука, 1978. 184 с.
125. Петров Ю. П. Оптимальное управление движением транспортных
средств. М. — Л.: Энергия, 1969. 96 с.
126. Петрушов В. А. Особенности поворота колесных самоходов типа 4X4
с неповоротными колесами. — НАМИ, 1959, 258 с.
127. Петрушов В. А., Шуклин С. А., Московкин В. В. Сопротивление
качению автомобилей и автопоездов. М.: Машиностроение, 1975. 224 с.
128. Плотность поверхностной породы Венеры по данным АМС «Вене-
ра-10»/Ю. А. Сурков, Ф. Ф. Кирнозов, В. К- Христианов и др. — Космические
исследования, 1976, т. XIV, вып. 5, с. 697—703.
129. Погарский Н. А. Электрические трансмиссии машин с мотор-колесами.
М.: Машиностроение, 1965. 134 с.
130. Приготовление антифрикционных пленкообразующих составов ВАП-1,
ВАП-1Г, ВАП-2, ВАП-3 и нанесение их на поверхности деталей, работающих
на трение. Инструкция № 853—75. ВИАМ, 1975, 4 с.
131. Проблема управления автономными подвижными планетными ком-
плексами/Б. Н. Петров, Л. Н. Лупичев, В. И. Агафонов и др. — В кн.: Труды
VI Международного симпозиума ИФАК по управлению в пространстве. Ереван,
1974, с. 81—88.
132. Рабинович Л. В., Шацова С. А., Брегман Т. П. Использование твер¬
дых смазок в узлах трения оптико-механических приборов. — Оптико-механи¬
ческая промышленность, 1978, № 5, с. 55—59.
133. Работоспособность зубчатых передач с магнитопорошковой смазкой
в различных внешних условиях/Л. О. Вайсфельд, Ю. Н. Дроздов, А. Л. Ке-
мурджиан и др. — Вестник машиностроения, 1979, № 3, с. 12—15.
134. Разработка солнечных батарей межпланетных автоматических станций
«Венера-9», «Венера-10» и для программы «Луноход»/Г. С. Далецкий, М. Б. Ка¬
ган, М. М. Колтун. — Гелиотехника, 1979, № 4, с. 3—9.
135. Реконструкция машины МФТ-1 для испытания на трение и износ в ва-
кууме/А. Л. Кемурджиан, И. И. Розенцвейг, В. Г. Соболев и др. — В кн.:
Повышение износостойкости срока службы машин. Т. II. Киев: 1970, с. 68—70.
136. Розанов Л. Н. Вакуумные машины и установки. —М. —Л.: Машино¬
строение, 1975, с. 102—107, 149—156, 306—308.
137. Розенцвейг И. И., Шепель С. А. Установка для исследования фрик¬
ционных характеристик материалов зубчатых колес при работе в вакууме. —
В кн.: Проблемы трения и изнашивания. — Киев: Техника, 1976, № 6, с. 68—72.
138. Розно Ю. Н. О некоторых возможностях управления БДПТ. — В сб.:
Электронная техника и автоматика. М.: Сов. радио, 1978, вып. 10, с. 185—191.
139. Рокас С. И. Определение основных параметров грунтов с целью оценки
тягово-сцепных качеств автомобилей. — Автомобильная промышленность, 1959,
№ 1, с. 24—27.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
315
140. Селиванов И. И. Автомобили и транспортные гусеничные машины высо¬
кой проходимости. М.: Наука, 1967. 271 с.
141. Сизов Н. И., Шаблонский В. К. Бортовые источники электрического
питания. М.: Воениздат, 1973. 99 с.
142. Силин А. А. Метод оценки влияния окружающей среды на процессы
внешнего трения и износа. — В кн.: Научные принципы и новые методы испыта¬
ний материалов для узлов трения. М.: Наука, 1968, с. 128—132.
143. Синицын В. В. Пластичные смазки в СССР. Справочник. М.: Химия,
1979. 272 с.
144. Сироткин 3. JI., Паращенко Р. Н. К вопросу о применении двухскоро¬
стных мотор-колес. — Автомобильная промышленность, 1972, № 7, с. 26—28.
145. Смирнов Н. И. Изнашивание зубчатых передач в вакууме. — Изв.
вузов. Сер. Машиностроение, 1978, № 8, с. 51—54.
146. Современные методы проектирования систем автоматического управ-
ления/Под ред. Б. Н. Петрова. М.: Машиностроение, 1967. 703 с.
147. Современное состояние и перспективы развития электромобилей/
А. И. Яковлев, А. Б. Козловский, С. И. Кунцов, И. Е. Пучиньян. М.:
НИИНАвтопром, 1976. 32 с.
148. Солодовников В. В., Дмитриев А. Н., Кузин Е. И. Идентификация
обстановки при управлении движением автономного объекта. — В кн.: Труды
VI Международного симпозиума ИФАК по управлению в пространстве. Ереван,
1974, с. 39—52.
149. Сообщение ТАСС. «Луноход-1», программа выполнена. — Правда,
1971, 10 окт.
150. Средства передвижения по лунной поверхности. — Военная авиация
и ракетная техника. ВИНИТИ. 1967, Вып. 15, с. 16—17.
151. Ставров О. А. Электромобили — В кн.: Итоги науки и техники. Авто¬
мобилестроение, т. I, М.: ВИНИТИ, 1973. 264.
152. Столов JI. И. Моментные двигатели с постоянными магнитами. М.:
Энергия, 1977. 110 с.
153. Тауро Сигэри. Заявка Японии № 46-18171. Ходовая часть гусеничной
ленты. — Опубл. в РЖ-72-А343.
154. Телевизионные наблюдения Меркурия с «Маринера-10»/Б. С. Мюррей,
М. Дж. С. Белтон, Дж. Э. Даниэльсон и др. — В кн.: Космохимия Луны и пла¬
нет. М.: Наука, 1975, с. 697—704.
155. Титановые сплавы в машиностроении/Б. Б. Чучулин, С. С. Ушков,
И. Н. Разуваева, В. Н. Гольдфайн. М.—Л.:	Машиностроение,	1977,
с. 196—197.
156. Траутвейн В. Стратегии управления самоходными аппаратами с мани¬
пуляторами. Управление в пространстве, т. 2. М.: Наука, 1975. 214 с.
157. Трение, изнашивание, смазка. Справочник/Под ред. И. В. Крагель-
ского и В. В. Алисина.—М.: Машиностроение, 1978, кн. 1, 400 с.,
кн. 2360 с.
158. Трение и износ в вакууме/И. В. Крагельский, А. А. Гусляков, Г. И. Тро¬
яновская и др. М.: Машиностроение, 1973. с. 88—91.
159. Успенский И. Н., Мельников А. А. Проектирование подвески автомо¬
билей. М.: Машиностроение, 1976, 168 с.
160. Фаробин Я. Е. Теория поворота транспортных машин. М.: Машино¬
строение, 1970. 175 с.
161. Хаусман В. Лунный вездеход. — В сб.: Управление в пространстве.
М.: Наука, 1973, с. 164—171.
162. Хрущев М. М. Лабораторные методы испытаний материалов зубчатых
колес, М.: Машиностроение, 1966, с. 98—113,

316
планетоходы
163. Черкасов И. И., Шварев В. В. Грунт Луны. М.: Наука, 1975. 144 с.
164. Черкасов И. И., Шварев В. В. Грунтоведение Луны. М.: Наука,
1979. 232 с.
165. Черкасов И. И., Шварев В. В. Начало грунтоведения Луны. М.:
Наука, 1970. 200 с.
166. Электрические измерения неэлектрических величин/Под ред. П. В. Но¬
вицкого. М. —Л.: Энергия, 1975. 576 с.
167. Электрические	трансмиссии пневмоколесных	транспортных
средств/И. С. Ефремов, А. П. Пролыгин, Ю. Н. Андреев, А. Б. Миндлин. М.
Энергия, 1976. 255 с.
168. Электропривод систем управления летательных аппаратов/Б. И. Пе¬
тров, Л. Д. Панкратьев, В. А. Полковников, Н. П. Паппе. М.: Машино¬
строение, 1973. 360 с.
169. Яковлев А. И. Конструкция и расчет электромотор-колес. М.: Машино¬
строение, 1970. 239 с.
170. Ястребов В. С.,	Филатов А. М. Системы управления движением
робота. М.: Машиностроение, 1979. 176 с.
171. AIAA —paper. 1971, N 71—847,	р. 22
172. Balduin R. В. On	the Accretion of	the Earth and Moon.	—	Icarus, vol. 23,
N 1, September, 1974, p. 12.
173. Bills B. G. and Ferrari A. J. A Harmonic Analysis of Lunar Topo¬
graphy. — Icarus, vol. 31, N 2, June, 1977, p. 54.
174. Calandro Y. N., James N. J., Pavlics F. Unated States Patent
N 3568748 Resilient Wheel. 1971.
175. Costes N. C., Trautwein W. Elastic Loop Mobility system — a new
concept for planetary exploration.—Journal of Terramechanics. 1973. vol. 10,
N 11, p. 17.
176. Herbert Schaefer. Testing of Lunar Surface Vehicles under Simulated
Lunar Gravity Conditions.—Automatice Engineering Congress, Detroit, Mich.,
fan 10—14, 1966. SAE Preprint 660144, 10 p.
177. Heer E. Remote Control of Planetary Surface	Vehicles. — IEEE	Inter-
con. Technical Papers. Elec. —Mech. Technol., New-York, vol. 4,	1973, p.	9.
178. Howell J. R. and Huang С. I. The MULE: conceptial design of Lunar
exploration vehicle. — AIAA paper, april, 1972, N 72—369, p. 8.
179. Journal of geophysical Research, 1977, N 82, p. 4997.
180. Yoraxunis. Guidance and Control of an Autonomus Rover for Planetary
Explorations. — Proc. IEEE Milwankee Sump. Autom. Comput. and Control.
Milwankee, New-York, 1976, p. 25.
181. Jess W. Moore. Toward Remotely Controlled	Planetary	Rovers.	—	As¬
tronautics and Aeronautics, June, 1972, vol. 10, N 6, p.	10.
182. Kaplan М. M. and Seifert H. S. Hopping Transporters for Lunar Ex¬
ploration.— J. Spacelraft, 1969, vol. 6, N 8, p. 4.
183. Kirk D. E., Linn L. Y. A Dual-Mode Routing Algorithm for an Auto¬
nomous Rowing Vehicle. — IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Sys¬
tems. May, 1970, vol. AES-6, N 3, p. 5.
184. The Efficient Evaluation of	Soil Trafficability of Planetary
Vehicles/A. L. Leonovich, P. N. Pavlov, V. V. Gromov. Acta Astronautica.
Pergamon Press, 1978, vol. 5, p. 8.
185. Liston R. A. Walking Machine Studees. — The Military Engineer. 1967,
vol. 59, N 338, p. 10.
186. Lunar transportation Moon buggu could be manned or automatic. —
Science News, 1968, vol. 94, N 16, p. 6.
187. Masursky H. An overview of geological results from Mariner 9. — Jour¬

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
317
nal of geophysical Research, 1973, 78, N 20, p. 4009.
188. Melzer K. J. Lunar mobility research. — Military Engineer. 1972, 64,
N 418, p. 82—84.
189.	Meyer	A. J. Exploration of the Moon. — Science	Journal. May,
1969.
190. Methods of Investigation of Lunokhods Mobility Under Terrestrial Con¬
ditions/A. K. Alexandrov, G. B. Nukolaev, V. G. Crafov. In Space Research
XII. — Academic — Verlag, Berlin 1972, p. 65—72.
191. Miatech K. Tacom Tests concept to improve wheeled vehicle Mobi-,
lity.—Army Research and Development Newsmagazune. 1970, vol. 11, N 5
p. 9.
192. Moor J. W. Jaward Remotely Controlled Planetary Rovers. — Astro¬
nautics and Aeronautics. June, 1972, p. 21.
193.	Morea	S.	F., Adams W. R., Arnett C. D. America’s	Lunar Roving
Vehicle. — AIAA paper 1971, N 711-847, p. 13.
194. Projet d’envoi sur la lune d’un vehicule d’exploration a chenilles telecaman-
de/Gaudeau, Gascuel, Grenon, Aeronautique et l’Astronautique. N 21, 1970.
195. Sahinkaya Y., Sridnar R. Minimum Energy Control of a Class of Ele¬
ctrically Driven Vehicles. — 11-th Joint Automat. Contr. Conf. Amer. Automat.
Contr. Coune, Atlanta, 1970, p. 18.
196.	Surface materials of	the Viking landing sites/H.	J.	Moore, R. E. Hut¬
ton, R. F. Seott, at al. 14 p.
197.	Testing	of	Lunar Surface Vehicles under simulated Lunar	Gravity Condi¬
tions. —	Society	of	automatic engineers. (SAE), 660144, p. 25.
198.	Trautwein W. Ober	die Entwicklung	leichter	Raupenfanhrzeuge zur
Mond — und Planetenforschung Zeitschrift fur angewadte Mathematik und Physik
(ZAMP), 1972, vol. 23, p. 6.
199. William H. G. Mars Viking rover feasibility studied. — Aviation Week
and Space Technology. 1973, vol. 99, N 4, p. 25.
200.	Wong R. E. Lunar	Surface Mobility	Systems.	—	Astronautica Acta.
1966, vol. 12, N 5—6, p. 27.
201. Algorithm for Roving Vehicle Motion/Ko'lov B. L., Lupitchev L. N.,
Orel E. N. —Control. Proc. of the XXI-st Congr. of the Intern. Astron. Federa¬
tion, Constace, 5 oct., 1970, p. 8.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр-
Предисловие 	 3
Введение 	 5
Глава 1.	Условия работы планетоходов	 9
1.1. Общие сведения о некоторых планетах и их спут¬
никах 	 9
1.2. Климатические условия на поверхности планет
и их спутников	 10
1.3. Строение, рельеф и физико-механические свой¬
ства поверхностного слоя грунта планет и спут¬
ников 	.	.	.	12
Глава 2.	Назначение планетоходов	 30
2.1. Характерные особенности	 30.
2.2. Классификация и требования	 32
2.3. Программа работы, время активного существо¬
вания 	 41
2.4. Проблемы унификации	 43
Глава 3.	Основные способы передвижения и движители плане¬
тоходов 	 46
3.1. Колесный и гусеничный движители	 47
3.2. Принцип шагания в движителях транспортных
машин 	 65
3.3. Колесно-шагающий движитель	 84
Глава 4.	Особенности конструирования узлов и	систем плане¬
тоходов 	 108
4.1. Особенности схем несущей конструкции ....	108
4.2. Движитель 	 110
4.3. Подвеска 	 120
4.4. Трансмиссия 	 125
4.5. Тормозная система	 151
4.6. Энергетические установки	 152
Глава 5.	Управление движением планетохода	 160
5.1. Особенности планетоходов как объектов упра¬
вления и требования к системам	управления ...	164
5.2. Принципы построения систем управления движе¬
нием планетоходов. Методы решения задач
управления движением	173

ОГЛАВЛЕНИЕ
319
5.3. Идентификация транспортной обстановки и ин¬
формационно-измерительные системы	 196
5.4. Примеры систем управления движением ....	217
Глава в.	Обеспечение работоспособности и испытания узлов
трения 	 223
6.1. Особенности эксплуатации узлов трения ....	223
6.2. Методы обеспечения работоспособности узлов
трения 	 226
6.3. Материалы и смазки для узлов трения	 229
6.4. Термовакуумные испытания материалов и узлов	242
Глава 7.	Методы определения тягово-сцепных свойств движи¬
телей планетоходов и проведения ходовых испытаний	260
7.1. Экспериментальные исследования тягово-сцеп¬
ных свойств колесного движителя в условиях
лунной силы тяжести	 261
7.2. Расчетный метод определения осадки движителя
в грунт	 264
7.3. Ходовые испытания планетоходов	 268
Глаза 8.	Описание конструкций и некоторые результаты экс¬
плуатации действовавших планетоходов	 291
8.1. «Луноход-1» и «Луноход-2»	 291
8.2. Некоторые результаты работы «Лунохода-1» и
«Лунохода-2» 	 298
8.3. Луноход 	 303
Список литературы	 308

ИБ № 2843
Александр Леонович Кемурджиан, Валерий Васильевич Гро¬
мов, Иван Федорович Кажукало, Михаил Иванович Мален¬
ков, Павел Николаевич Матвеев, Вячеслав Константинович
Мишкинюк, Валерий Николаевич Петрига, Израиль Исидо¬
рович Розенцвейг
ПЛАНЕТОХОДЫ
Редактор Е. И. Кравченко
Художественный редактор В. В. Лебедев
Технические редакторы: Т. С. Старых, Л. А. Макарова
Переплет художника Ю. Л. Максимова
Корректоры: Л. Л. Георгиевская, А. А. Снастина
Сдано в набор 15.09.81. Подписано в печать 17.03.82.
Т-00477. Формат 60X84V16. Бумага типографская № 1.
Гарнитура литературная. Печать высокая. Уел. печ. л. 18,6.
Уч.-изд. л. 20,88. Тираж 1700 экз. Цена 3 р. 40 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство
«Машиностроение», 107076, Москва, Б-76,
Стромынский пер., д. 4
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Крас¬
ного Знамени Ленинградского объединения «Техническая
книга» им. Евгении Соколовой Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.