ロボット宇宙船

ロボット宇宙船は無人宇宙船であり、通常は遠隔操作の制御下にある。 科学的研究測定を行うために設計されたロボット宇宙船は、しばしば宇宙探査機と呼ばれる。 多くの宇宙ミッションは、低コストと低リスク要因のために、有人運転ではなく遠隔操作に適しています。 さらに、金星や木星の周辺のようないくつかの惑星の目的地は、現在の技術を考えると人間の生存にはあまりにも敵対的です。 土星、天王星、海王星のような外の惑星は現在の有人宇宙飛行技術では到達するには遠すぎるため、遠隔探査による探査が探査の唯一の方法です。

多くの人工衛星は、ロボット宇宙船であり、多くの陸上競技者やローバーである。

歴史
最初のロボット宇宙船は、1951年7月22日にソビエト連邦(USSR)によって打ち上げられました。これは、2つの犬DezikとTsyganを運ぶサブ軌道飛行です。 1951年の秋までに他の4つの飛行が行われた。

第1回人工衛星Sputnik 1は、1957年10月4日にソ連が215×939 km(116 x 507 nmi)の地球周回軌道に乗せた。1957年11月3日、ソ連はSputnik 2を周回した。体重113キログラム(249ポンド)、スプートニク2は最初の生きた動物を軌道に運び、犬ライカ。 衛星は打ち上げ台の上段から外れるように設計されていないため、軌道上の総質量は508.3キログラム(1,121ポンド)であった。

ソ連との緊密な競争のなかで、米国は、1958年1月31日に193 x 1,373海里(357 x 2,543 km)の軌道に最初の人工衛星「エクスプローラ1」を打ち上げた。エクスプローラIは80.75インチ長さ205.1cm、長さ6.00インチ(15.2cm)、重さ30.8ポンド(14.0kg)、体重58.6cm(18インチ)のスプートニク1と比較して、 エクスプローラ1は、その時の主要な科学的発見であるバンアレンベルトの存在を確認したセンサを搭載していたが、スプートニク1は科学センサを搭載していなかった。 1958年3月17日、米国は2番目の衛星Vanguard 1(グレープフルーツの大きさ程度)を周回し、2016年には360〜2,080海里(670 x 3,850 km)の軌道に留まった。

フランス(1965年)、日中両国(1970年)、英国(1971年)、インド(1980年)、イスラエル(1988年)、イラン(2009年)、北朝鮮2012年)、ニュージーランド(2018年)

設計
宇宙船の設計では、米国空軍は、車両がミッションペイロードとバス(またはプラットフォーム)で構成されているとみなします。 バスは、物理的な構造、熱制御、電力、姿勢制御とテレメトリー、追跡と命令を提供します。

JPLは、宇宙船の「飛行システム」をサブシステムに分割しています。 これらには、

構造
これは物理的なバックボーン構造です。 それ:

宇宙船の全体的な機械的完全性を提供する
宇宙船コンポーネントが確実に支持され、打ち上げ荷重に耐えることができます

データ処理
これは、コマンドおよびデータサブシステムと呼ばれることがあります。 それはしばしば以下を担当します:

コマンドシーケンス記憶
宇宙船の時計を維持する
宇宙船の遠隔測定データ(例えば、宇宙船の健康状態)
ミッションデータ(例えば、写真画像)の収集および報告

姿勢の決定と制御
このシステムは、外乱 – 重力勾配効果、磁場トルク、太陽放射および空力抵抗にもかかわらず、空間(姿勢)における正しい宇宙船の向きに主に責任を負う。 さらに、アンテナやソーラーアレイなどの可動部品の位置を変更する必要がある場合があります。

危険な地形に着陸する
ロボット宇宙船を使用した惑星探査任務では、安全で成功した着陸を確実にするために惑星の表面上に着陸するプロセスに3つの重要な部分があります。 このプロセスには、惑星の重力場と大気への進入、科学的価値の意図された/標的化された領域へのその大気の降下、そして船上の計器の完全性を保証する安全な着陸が保存される。 ロボット宇宙船はこれらの部品を通過している間に、それ自体の信頼できる制御と機動能力の確保のために、表面と比較してその位置を推定することもできる必要があります。 ロボット宇宙船は、ハザードを回避するために、ハザード評価および軌道調整をリアルタイムで効率的に実行しなければならない。 これを達成するためには、ロボット宇宙船は、宇宙船の位置(局在)、地形からの危険性(危険評価)、および宇宙船が現在向かうべき場所(危険回避)の正確な知識が必要です。 ローカリゼーション、ハザード評価、および回避のための操作能力がなければ、ロボット宇宙船は安全でなくなり、表面衝突、望ましくない燃料消費レベル、および/または安全でない操作などの危険な状況に容易に入ることができる。

エントリー、降下、着陸
統合センシングには、画像変換アルゴリズムが組み込まれており、即時画像の土地データを解釈し、安全な着陸を妨げる可能性のある地形ハザードのリアルタイム検出と回避を実行し、ランドマークのローカライゼーション技術を使用して、 統合されたセンシングは、事前記録された情報とカメラに依存してその位置を把握し、その位置を判断し、それが正しいかどうか、または修正(ローカリゼーション)を行う必要があるかどうかによって、 また、燃料消費量が増加しているか、クレーターや崖側の着陸地点が非常に理想的ではない(危険性評価)などの物理的な危険性があるかどうかを検出するためにも使用されます。

電気通信
遠隔通信サブシステムの構成要素には、無線アンテナ、送信機および受信機が含まれる。 これらは、地球上の地上局、または他の宇宙船と通信するために使用することができます。

電力
宇宙船への電力の供給は、一般に、光電池(太陽電池)または放射性同位体熱電発電機から生じる。 サブシステムの他の構成要素には、構成要素を電源に接続する電力および分配回路を格納するための電池が含まれる。

温度制御と環境からの保護
宇宙船はしばしば断熱材の温度変動から保護されています。 いくつかの宇宙船は、太陽熱からのさらなる保護のために、鏡およびサンシェードを使用する。 彼らはまた、しばしばマイクロメテオロイドや軌道の破片から遮蔽する必要があります。

推進
宇宙船の推進は、宇宙船が前方に押し出すために推進力を発生させることによって宇宙空間を移動することを可能にする方法である。 しかしながら、普遍的に使用される推進システムは1つではない:一推進剤、二元推進剤、イオン推進など。それぞれの推進システムは、わずかに異なる方法で推力を発生させるが、各システムはそれぞれ長所と短所を有する。 しかし、今日の宇宙船推進の大部分はロケットエンジンに基づいている。 ロケットエンジンの背後にある一般的な考え方は、酸化剤が燃料源に出会うと高速でエネルギーと熱を爆発的に放出し、宇宙船を推進させるということです。 これは、ニュートンの第3法則として知られている1つの基本原理のために起こる。 ニュートン氏によれば、「あらゆる行動には、均等で反対の反応があります」エネルギーと熱が宇宙船の背面から放出されるにつれて、ガス粒子が宇宙船を前方に推進できるように押し進められています。 今日のロケットエンジンの使用の背後にある主な理由は、ロケットが最も強力な推進機種であるためです。

一元推進剤
推進システムが機能するためには、通常、常に酸化剤ラインと燃料ラインがある。 このようにして、宇宙船の推進が制御される。 しかし、モノプロペラント推進では、酸化剤ラインは必要なく、燃料ラインのみが必要です。 これは、酸化剤が燃料分子自体に化学的に結合しているために作用する。 しかし、推進システムが制御されるためには、燃料の燃焼は触媒の存在によってのみ生じ得る。 これは、ロケットエンジンを軽量で安価にでき、制御しやすく、信頼性が高いため、非常に有利です。 しかし、この化学物質は製造、保管、輸送に非常に危険です。

バイプロペン
二元推進剤推進システムは、液体推進剤を使用するロケットエンジンである。 これは、酸化剤および燃料ラインの両方が液体状態にあることを意味する。 このシステムは、点火システムを必要としないので独特であり、2つの液体は、互いに接触すると直ちに燃焼し、船を前方に押し出す推進力を生成する。 この技術を有する主な利点は、これらの種類の液体が比較的高密度であり、推進タンクの容積を小さくすることができ、したがって空間効率を高めることにある。 欠点は、モノプロペラント推進システムの欠点と同じです。製造、保管、輸送に非常に危険です。

イオン
イオン推進システムは、電子の衝突またはイオンの加速によって推力を生成する一種のエンジンである。 高エネルギーの電子をプロペラント原子(中性電荷)に射影することによって、プロペラント原子から電子を除去し、これによりプロペラント原子が正に帯電した原子になる。 正に帯電したイオンは、高電圧で動作している数千の正確に整列したホールを含む正の電荷を帯びたグリッドを通過するように誘導される。 次に、整列した正に帯電したイオンは負の帯電した加速器グリッドを通って加速し、イオンの速度をさらに90,000mphまで上昇させる。 これらの正に荷電したイオンの運動量は、宇宙船を推進させる推進力を提供する。 このような推進力を持つ利点は、深宇宙旅行に必要な一定の速度を維持することが非常に効率的であることです。 しかし、発生する推力の量は極めて少なく、作動するためには多くの電力が必要である。

機械装置
機械部品は、打ち上げ後または着陸前に展開するために移動する必要があることがよくあります。 モーターの使用に加えて、多くの1回の動きは火工装置によって制御されます。

ロボット対無人宇宙船
ロボット宇宙船は、特定の敵対的環境のために特別に設計されたシステムである。 特定の環境に対する仕様により、複雑さと機能が大きく異なります。 無人宇宙船は、人員や乗組員のいない宇宙船であり、自動(人間の介入なしで行動する)または遠隔操作(人間の介入による)によって操作される。 「無人宇宙船」という用語は、宇宙船がロボットであることを意味するものではありません。

コントロール
ロボット宇宙船はテレメトリを使用して地球にデータを収集し、車両状態情報をラジオに戻します。 一般に「遠隔制御」または「遠隔操作」と呼ばれていますが、Sputnik 1やExplorer 1などの最古の軌道宇宙船は地球からの制御信号を受信しませんでした。 これらの最初の宇宙船の直後に地上からの遠隔制御を可能にするコマンドシステムが開発されました。 光の移動時間が地球からの迅速な決定と制御を妨げる遠隔プローブの場合、自律性の向上は重要です。 Cassini-HuygensやMars Exploration Roversなどの新しいプローブは自律性が高く、オンボードのコンピュータを使用して長時間独立して動作させることができます。

宇宙探査機
宇宙探査機は、地球を周回しないロボット型の宇宙船ですが、代わりに宇宙空間をさらに探査します。 宇宙探査機が月に近づくかもしれない。 惑星間空間を旅する。 フライバイ、軌道、または他の惑星団体に着陸する。 星間空間に入る。

スペースXのドラゴン
現代世界の完全にロボット宇宙船の例は、SpaceXのDragonです。 SpaceX Dragonは、地球の軌道に貨物を送るだけでなく、人間にも送るように設計されたロボット宇宙船です。 SpaceX Dragonの全高は7.2m(23.6ft)で、直径は3.7m(12ft)です。 総打上げ積載量は6,000 kg(13,228 lbs)で、合計返送量は3,000 kg(6,614 lbs)で、総打上げ積載量は25 m ^ 3(883 ft 3)で、返却総積載量は11 mです^ 3(388フィート3)。 地球軌道上のドラゴンの総延長は2年です。

2012年にSpaceX Dragonは、国際宇宙ステーションに貨物を輸送し、同じ旅行で貨物を安全に地球に戻すための最初の商業用ロボット宇宙船になり、歴史を作った。 ドラゴンが作ったこの偉業は、以前は政府によって達成されただけだった。 現在のところ、ドラゴンは本来人間を運ぶように設計されているにもかかわらず、大量の貨物を地球に返還できるため、貨物を輸送することを意図しています。

宇宙探査機は、宇宙船が地球を離れて空間を探索する科学的探査任務です。 それは月に近づき、惑星間、飛行または他の身体を周回するか、または星間空間に近づくかもしれない。

ロボット宇宙船サービス車両
MDA宇宙インフラ整備車 – 静止軌道上の通信衛星用の宇宙飛行訓練デポとサービス宇宙船。 2015年の予定です。[ニーズの更新が必要]
ミッション・エクステンション・ビークルは、宇宙でのRCS燃料輸送を利用しない代替アプローチです。 むしろ、それはMDA SISと同じ方法で目標衛星に接続し、「それ自身のスラスタを使用してターゲットの姿勢制御を行う」。