Марсианско свързочно вагонче
Автор: Румен Железчев
работна версия
Абстракт
Колонизирането на Марс е тема много популярна в последните години. Освен стандартните технически
въпроси свързани с начина на достигането на човека до планетата съществуват и проблем, свързан със смисъла от всичко това. Наистина само посещение с незабавен „обратен билет“ е безсмислено начинание, защото така или иначе човешкото присъствие може да е от полза само при по-дълготрайно пребиваване на червената планета.
Създаването на обитаема станция на Марс е сложна задача, защото е съвкупност от стотици проблеми които
трябва да бъдат решени. В настоящия текст се разглежда технология, чрез която се осъществява външно минаване на хора между различните модули на станцията. Наистина с цел доставяне на местни суровини за станцията се налага направата на миньорски модул, който ще е с възможност за цялостно предвижване с цел
откриване на зона от марс с най-подходящи за мисиите полезни изкопаеми.
Представената в текста технология е описана само на концептуално ниво, като основно се водим от идеята за наличните ресурси (т. е. по-точно казано за липсата на такива в достатъчно количества). Създаването на реален частичен прототи на описваното изделие е една от целите на проекта, т. е. ние няма да се ограничим с написването на „сладки приказки“.
Освен чисто хипотетичния се характер за вид изобретение, което ще се ползва евентуално на Марс проектът е част от един по-мащабен проект, който за момента е в стадий на закрита разработка (от автора на текста). Става дума за изработката на множество модели от така наречените «пешеходни вагончета», които е планирано да имат множество разнообразни приложения на земята. Три примерни вида такъв вид вагончета са платформата за слепи (за предвижване без нужда от бял бастун), пчеларското вагонче (решаващо проблема с запарващия ефект на пчеларските костюми по време на горещите работни летни дни) и резерватното вагонче (позволяващо предвижвания на посетителя през маршрут в резерват, но без възможност за нанасяне на щети, като замърсяване и късане на забранени растения).
1. Увод
Реализацията на изделия на Марс трябва да се ръководи от две важни особености, които изкривяват
представата ни по отношение на изработка на изделия на Земята. Имаме предвид следните неща:
1. Използване на върхови ИТ технологии. Чипове с много ниско енерго потребление направени от редки метали (като например германий) и със скъпи технологии. Подобен подход за оборудване на червената планета е напълно оправдано. Аналогично при земята: Редките метали и скъпите технологии правят крайните изделия много скъпи и практически непродаваеми. Затова винаги се гледа компромиса от качество и цена при разработката дори и на най-високо технологичните изделия.
2. Количеството използвани материали и тяхното тегло. Всичко което ще се ползва на първо време на планетата Марс ще е доставено от Земята. Тъй като цената на превоза е много висока (за единица тегло), то става ясно, че трябва да се заложи на олекотените решения на всякакъв вид изделия. Аналогично при земята: Очевидно описания по-горе проблем не е присъщ за разработените предмети на Земята, т. е. теглото не е почти фактор по отношение на цената на дадено изделие.
Следвайки описаните по-горе особености ще се опитаме да решим един важен второстепенен въпрос свързан с изграждането на станция на червената планета. Става дума за начина на предвижването между модулите. Свързването с наземни тунели е вариант, който е удобен и приложим само при малки разстояния. Наистина иначе цената на конструкцията ще е твърде висока поне на първо време, преди да бъде усвоен процеса по добиване поне на инертни строителни материали на Марс. Преминаването между модулите по открита пътека, но използвайки скафандри е другата крайност. Неудобството тук се състои най-вече в психическата нагласа на човека, защото скафандъра ограничава движенията и създава чувството незащитеност. Освен това имаме ограничения и по отношение на възможното използвано оборудване например за комуникация по време на почивки при пътуването.
Представяната в текста идея се състои в това вмест в скафандър преминаването между модули на станцията да се осъществява в специален вид вагончета. Последните ще могат да се предвижват и автоматизирано при нужда, което е още едно предимство, спрямо скафандрите. Двама човека могат да отидат в едно и също време в отдалечен модул само с два скафандъра, докато при решението с вагончето последното ще може да се върне автоматизирано за следващия човек. Описваните вагончета не притежават мощни двигатели, които да могат да предвижват хора, което означава по-малко тегло на двигателя и нуждата от много по-леки батерии.
2. Набързо за идеята
Ще проектираме оборудване с изключително ниско тегло, което да ни служи за предвижване между модули на станиция или дори за свързването (за пренос на хора и леки товари) между две не особено отдалечени Марсиански станции. В този текст ще разгледаме само механичната страна по отношение на базовата конструкция. Подобен вид вагонче трябва да е оборудвано с всевъзможни екстри, което е задача на един съвсем отделен мащабен проект.
На практика планираното транспортно средство за предвижване трябва да отговаря на две взаимно изключващи се изисквания, а именно следните:
1. Вагончето трябва да е леко. Наистина това е важно, тъй като ще бъде бутано с човешка сила, а и по принцип докарването на тежко оборудване оскъпява цената на изделието в пъти.
2. Вагончето трябва да е стабилно. Въпреки по-рядката атмосфера на Марс наличието на прахови бури подгала на опасност отвяването на вагончето и неговото повреждане или дори почти пълно унищожение. За разлика от скафандри вагончетата имат много по-голяма странична площ, която подсилва описания тук проблем.
На практика именно едновременното справяне с горните два проблема е целта на представяното тук изобретение. Накратко казано решението се крие в наименованието на самото изделие: «вагонче» ние не го нарекохме например подвижна кабина. Така последното ще се движи по релси, но забележете – те не служат толкова за направляване на движението на изделието, колкото са място за което вагончето ще бъде здраво закрепено за земята! Така да се каже няма да използваме стандартните влакови релси, а ще заложим на специален особен вид такива.
Концептуално погледнато дори и ако вагончето е направено да е изключително леко, то донасянето и монтирането на релсите ще е определено проблем, който ще обезсмисли нашата основна цел – да създадем едно наистина леко решение като цяло. Затова става ясно, че не можем да използваме специални релси, а последните трябва да бъдат изградени на място.
Друг проблем е свързан с начина на предвижването на вагончето. Залагането на велосипеден вид задвижване (с въртене на педали) е добра идея, но тя може да се окаже леко ограничителна, както ще видим по-нататък.
За удобство в подпараграфи ще разгледаме описаните тук проблеми доста по-подробно.
§2.1. Същността на релсовия път за вагончетата.
Технологията на която ще заложим е от вида вкопаване на релсите в земята. Тъй като имаме нужда на практика не толкова от направляващи релси, колкото от такива към които вагончето да може да се придържа – то трябва да заложим на релси които са прокопани под ъгъл. По-долу сме показали 3 варианта, като ще разгледаме техните предимства и недостатъци.
Вариант а изглежда най-компактен и стабилен. Същественото му неудобство, което го прави неизползваем е вътрешното насочване на улеите. При почистването запълващия ги прах ще се складира в междурелсието, което е неприемливо. Вариант б решава този проблем, но при него има опасност цялата вътрешна част на междурелсието да бъде откъсната в случай на оказване на силен страничен вятър върху стабилното вагонче. Затова вариантът на който ще заложим е този от фируга в, където въпросното междурелсово разстояние е значително увеличено. Това увеличение не означава разширение и на габаритите на вагончето – достатъчно е само колелата да съответстват на междурелсието, а самото вагонче може да е много по-тясно.
Описаната релсова конструкция е подходяща само за ненаклонен терен. Дори и при малки странични наклони ще се окаже, че изхърляният замърсяващ прах ще се връща обратно да запълва една от релсите. Така при такава ситуация ще заложим на промяна на наклона на релсите, както е показано на следващата фигура:
Тук дясната релса е вече перпендикурярно на повърхността и извеждания от нея прах ще отива към междурелсието, откъдето по-нататък ще бъде изхвърляна надолу.
Променящия се страничен наклон на релсите трябва да е съобразен и с вида на колелата, които ще притежава вагончето. Затова да разгледаме какво трябва да представляват последните.
На тази фигура е показано това, че колелата всъщност представляват тройка цилиндри, които се търкалят по страничните стени на улеите на релсите. Това не са колела, които носят теглото на вогончето – последното си има и стандартни шосейни колела или подобни. За да могат тези придържащи към земята колела да влизат в улеи с различен страничен наклон, то имаме в горната част специална панта, която позволява страничното завъртане – означена е с лилаво на фигурата отдясно. Да отбележим, че движението на тази пантата може да бъде регулирано компютърно с цел да имаме достатъчна стабилност на вагончето, независимо от трасето.
Описаните релси поставят нови въпроси, свързани с реализацията. Трябва да планираме начина за изграждането им, както и начина за почистването им. Това ще направим в отделни подпараграфи.
§2.1.1. Изграждането на релсовите улеи.
Релсовите улеи ще се прокопават с помощта на съответен инструмент. Такова решение, обаче, е възможно само ако имаме каменист терен. В пясъчни пространства методът е неприложим. Затова трябва да измислим начин и за създаването на релсовия път и при такива терени.
Това на което можем да заложим е създаването на панели за релсите, които ще са изградени от стъкроподобна маса. Идеята е следното. С помощта на много търнки и леки сферични огледала ще се фокусира слънчевата светлина в място с пясък. Много високата температура ще разтопи пясъка и ще се създаде стъкловидна твърда основа. В последната вече ще може да се изреже нужния за вагончето улей.
Да отбележим, че леките сферични огледава използвани при горната технология не са устойчиви дори на слаб вятър. Затова изграждането на нужния ни релсов път ще се осъществява единствено в хубаво безветрово време. Тази процедура по изграждането може да бъде съобразена с това, докато експлоатацията на свързващото вагонче трябва да е предвидено при почти всякакви атмосферни условия.
§2.1.2. Почистването на релсовите улеи.
Изградените улеи за релсите на вагончето е естествено с времето да се запълват с пясък. Затова ще е предвидено при предвижването на вагончето въпросните улеи да бъдат почиствани. За целта ще имаме няколко инструмента, разположени последователно в предната част на вагончето:
1. Стандартно гребло. То ще служи за отстраняването на едрите камъни по трасето.
2. Остър прът, влизащ в улея. Той служи, за остраняването на малките твърди камъни, които са попаднали там. Този шиш е под доста остър ъгъл спрямо земята, за да няма големи натоварвания върху него.
3. Напречна винтовидна четка. Това ще е четка, която ще премахва праха в близост до релсите. Тази четка ще изхвърля пясъка настрани, но в наклонените участъци ще изхвърля пясъка в посока надолу.
4. Колела в улея с четкова окръжност. Ще имаме две колела, които ще влизат в улея и въртейки се ще изхвърлят съдържащия се пясък към четката, описана в точка 2. Тези колела могат да имат и амортесьори при влизането в улея, а не са монтирани на фиксирана дъблочина.
Колелата от вид 3 и 4 могат да са няколко комплекта. Да отбележим, че почистващите механизми при 1 и 2 използват постъпателното движение на вагончето, докато при 3 и 4 се използва специално създадено въртеливо движение.
Допълнителни средства за защита на замърсяването на релсите могат да бъдет реализирани. Но това ще е в сила, само ако имаме достатъчно средства за да осъществим това.
§3. Набързо за стратегията на проекта.
Както споменахме в самия увод реализацията на описания вид вагонче трябва да се извърши по професионален начин, например от водещ автомобилен производител. Описваната в текста технология, обаче, се нуждае от нестандартно механично решение, за което нямаме изграден земен продукт от вид ширпотреба. Затова настоящия проект трябва да започне с осъществяване на експерименти на технологията, описана в параграфи 2 и по-нататък да се помисли и за цялостното осъществяване на проекта.
Популяризирането на настоящия проект е важна стъпка и така кандидатстването за някой от марсианските конкурси е правилния първи ход. Проектът се нуждае не толкова от финансиране, колкото от намирането хора с умения, които да станат част от екипа на този проект.
§4. Заключение
Настоящият текст е създаден не толкова за конкретното кандидатстване, колкото да стане основа на една бъдеща документация на описания проект. Допълнителните помощни инструменти в изграждането на проекта (като например вече започнатата и частично работеща web базирана програма за проектиране на 3D обекти, чрез технологията и на директното програмиране – картинка генерирана от тази програма беше поместена в §2.1) не са и няма да станат част от тази документация, а ще бъдат описани поотделно в собствени документи, които по-нататък ще бъдат основата на едно мащабно проектанскто дружество.
В приложение 1 сме поместили стандартни ключови моменти за тази документация, описани всеки един от тях в едно единствено напътстващо изречение.
Приложение 1
Основни моменти в текста:
1 Релси съставени от странично прокопани улеи.
1.1 Променящ се наклон на улеите съобразен с тяхното почистване.
2 Начините на задвижване на вагончето.
2.1 Веросипедно задвижване с педали.
2.2 Вградени към дъното панталон с ботуши.