Mars Rover Curiosity

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

... Warum genau nutzen sich die Räder eigentlich so schnell ab?

Schau dir einmal die Räder von Opportunity und Spirit an, die halten mehr aus. Später schreibe ich hier etwas zum Verschleiß der Curiositys Räder.

Räder von Opportunity und Spirit.
Link:
-Mars-Rover-Spirit-und-Opportunity? Räder

Grüße
Wotan

 

[Learjet]

AW: Mars Rover Curiosity

Schau dir einmal die Räder von Opportunity und Spirit an, die halten mehr aus. Später schreibe ich hier etwas zum Verschleiß der Curiositys Räder.

Räder von Opportunity und Spirit.
Link:
-Mars-Rover-Spirit-und-Opportunity? Räder

Grüße
Wotan

Alles klar, danke!

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Curiosity und seine Räder
Besitzt sechs unabhängig voneinander angetriebene Aluminium Räder von jeweils 50 cm Durchmesser und 40 cm Breite.
Zur Lenkung des Rovers können die vorderen und hinteren Räder einzeln auch noch um eine senkrechte Achse gedreht werden.
So können Drehungen am Ort oder Kurven, leichter gefahren werden.

Gewichtsverteilung
Mit seinen 6 Rädern ist der Rover ein statisch unbestimmtes System, je nach Untergrund und Schräglage kann man die Gewichtsverteilung
nur schlecht vorhersagen. Idealisiert man das System zum statisch bestimmten starren Körper mit 3 Punkt Auflage, verteilt sich das Gewicht
von 900 kg auf drei Räder also 300 kg/Rad, bei waagerechten Standorten. Das ist statisch die größte mögliche Belastung pro Rad, dynamisch und
bei Schräglagen sind höhere Belastungen denkbar aber aufgrund der geringen Geschwindigkeit würde ich diese erst mal vernachlässigen.
Im Idealfall, Verteilung auf alle 6 Räder, stellt sich eine Belastung von 150 kg/Rad ein. Zum Vergleich bei Opportunity & Spirit entspräche das eine
Belastung von 30 kg/Rad. Bei Opportunity entspricht die Radbelastung die eines Tretrollers mit Kind und bei Curiosity die eines Motorrades mit 2 Personen.

Grüße
Wotan

 

[Wumpe]

AW: Mars Rover Curiosity

Die Gewichtsangaben beziehen sich auf die Erde, oder? Demnach ist die Belastung auf dem Mars "nur" 38% von dem Erden-Gewicht, oder? (Quelle Wikipedia)

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Die Gewichtsangaben beziehen sich auf die Erde, oder? Demnach ist die Belastung auf dem Mars "nur" 38% von dem Erden-Gewicht, oder? (Quelle Wikipedia)

ja, die Belastung ist auf dem Mars geringer.
Die Masse m ist überall gleich 900 kg auf der Erde sind auch auf dem Mars 900 kg. Erst die Gewichtskraft F[SUB]G[/SUB] unterscheidet sich:
F[SUB]G[/SUB] = m * g
mit:
F[SUB]G[/SUB] = Gewichtskraft in N
g = Fallbeschleunigung oder auf der Erde Erdbeschleunigung in m/s[SUP]2[/SUP]
g[SUB]Erde[/SUB] = 9,81 m/s[SUP]2[/SUP]
g[SUB]Mars[/SUB] = 3,71 m/s[SUP]2[/SUP]
m = Masse in kg
also:
F[SUB]GErde[/SUB] = 900kg * 9,81 m/s[SUP]2[/SUP] = 8829 N
F[SUB]GMars[/SUB] = 900kg * 3,71 m/s[SUP]2[/SUP] = 3339 N

In der Altgassprache unterscheiden wir nicht zwischen Gewichtskraft und Masse, funktioniert ja auch ganz gut solange wir auf der Erde bleiben. Physikalisch korrekt ist, die Masse von 1 kg Kartoffeln erzeugt eine Gewichtskraft von 10 N (auf der Erde). Versuch mal für 10 N Kartoffeln zu kaufen, da gibt es Probleme.

Grüße
Wotan

 

[mcnoch]

AW: Mars Rover Curiosity

Nun wollen wir mal sehen, wie gut der Rover mit seinen Rädern den eigenmächtig umgetauften Mount Sharp erklimmen kann.

http://www.spiegel.de/wissenschaft/weltall/mars-rover-curiosity-hat-mount-sharp-erreicht-a-991281.html

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Der Landeplatz von Curiosity war ein besonders tiefer Ort im Gale Krater -4,5 km unter Normalnull und der Aeolis Mons ist 1,5 km über NN somit ein anstieg von über 5 km für Curiosity.

Also los soweit die Räder tragen.

Grüße
Wotan

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Die Curiosity Radkonstruktion.
Die Räder und die Speichen sollen sich federnd und dämpfend verhalten, etwa wie ein Autoreifen aus Gummi. Die 50 cm großen Aluminium Räder bekommen ihre Stabilität von den Umkantungen (vertikalen Rand) auf der Innen- und Außen-Seite der Felge sowie der Befestigungsstege (Versteifungsringe) für die Speichen, die Stege und Umkantungen haben mehrere mm Materialstärke. Eine stabile Verbindung bilden die im Zickzack laufenden Profilrippen. Die Blechfläche zwischen den Profilrippen sorgt für eine gering Flächenpressung der Räder. Viele Werkstoffe verlieren bei tiefen Temperaturen ihre Duktilität, sie werden spröde. Risse entstehen gerne an Stellen an dehnen große Materielstärkeunterschiede aufeinander stoßen. Das ist an der Nahtstelle Laufflächenblech und Profilrippen der Fall. Zum Glück verhindert der zickzack verlauf der Profilrippen besonders lange Rißbildung, doch halt, wir haben ja noch den Morse-Code auf der Radlauffläche mit geraden Profilrippen über die komplette Radbreite. Hier können sich besonders lange Risse bilden und somit Blechsegmente der Lauffläche die nach innen gebogen werden. Diese nach innen gebogenen Blechsegmente könnten im schlimmsten Fall die Versorgungskabel der Radnabenmotoren beschädigen.



Curiosity Rad im Teilschnitt
Der Schnittverlauf befindet sich im Bereich des Morse-Code, im Hintergrund sieht man eine gerade verlaufende Profilrippe. Zwischen den beiden Versteifungsringen sieht man den Befestigungsflansch für die Speichen, 2 Sacklochbohrungen mit Gewinde. ältere Radvarianten haben hier eine Durchgangsbohrung und die Speiche wurde von der Radaußenseite verschraubt.


Einzelheit Z
zeigt die Umkantung oder vertikaler Rand der Radaußenseite.

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Die Curiosity Radkonstruktion.



Einzelheit Y
zeigt die Versteifungsringe die als Befestigungsflansch für die Speichen genutzt werden. Auf vielen Fotos kann man diesen Bereich erkennen da er sich nicht verformt und sich deutlich in der Radaußenhaut abzeichnet.

Curiosity Gewichtsverteilung

Opportunity und seine Räder

Grüße
Wotan

 

[Wotan]

AW: Mars Rover Curiosity

Federungseigenschaften der Räder
die Räder wurden so fragil gebaut um natürlich Gewicht zu sparen und sie sollten sich verformen können damit federnde und dämpfende Eigenschaften entstehen.
Man wollte keine Klapperkiste, fahre einmal mit einem Einkaufswagen (stabile aber starre Räder) aus dem Supermarkt über Kopfsteinpflaster, dann weist du was eine Rappelkiste ist. Klappern rappeln sind wechselnde Beschleunigungen Vibrationen, diese führen in der Dauerfestigkeit zur Materialermüdung, Risse, Kontaktschwierigkeiten usw.. Deshalb hat man Federungseigenschaften, wie sie ein luftgefüllter Reifen gewährleistet, nach entwickelt.
Die Speichen, eine besondere Konstruktion, geben den Rädern nicht nur die Möglichkeit der radialen Verformung sondern auch Neigungen zur Achse werden gefedert und gedämpft.
In der Radkonstruktion steckt schon eine gewisse Redundanz, die Radeigenschaften mögen sich verschlechtern aber ist ein Totalausfall eher unwahrscheinlich, es sei denn verbogene Blechteile kappen die Verbindungsleitungen zu den Antriebsmotoren.

Grüße
Wotan

Curiosity und seine Räder Inhaltsverzeichnis
Gewichtsverteilung:
Die Curiosity Radkonstruktion:

Opportunity und seine Räder:
Fortsetzung folgt.

 

[Wotan]

Die Curiosity Radkonstruktion

Kraftverlauf
Die Gewichtskraft des Rovers wird über das Chassis auf die Wippen, Rocker-Bogie-System, auf die Antriebseinheiten der Räder übertragen. Hier kommt nun zur Gewichtskraft noch das von den Antriebsmotoren erzeugte Drehmoment hinzu. Die Kombination aus Gewichtskraft und Moment wird über den Antriebsflansch in die Speichen und dann über die Versteifungsringe auf die Radlauffläche übertragen. Da diese Stelle, Ansicht Y, asymmetrisch angeordnet ist, wird an der Seite an der sich der größere Teil der Radlauffläche befindet die größten Kräfte übertragen. Deshalb sind hier Details wie Übergangsradien von Bedeutung. In Belastungstest zeigt die NASA Räder mit Materialversagen genau an dieser Stelle, ein Rad das sich, durch Rißbildung, entlang der Versteifungsring in zwei Hälften geteilt hat.

Bild von der Mastcam: Left (MAST_LEFT) onboard NASA's Mars rover Curiosity on Sol 494
zeigt wie sich die Versteifungsringe in der Außenhaut des Rades abzeichnen.
Bildquelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Einzelheit Y
zeigt die Versteifungsringe die als Befestigungsflansch für die Speichen genutzt werden. Auf vielen Fotos kann man diesen Bereich erkennen da er sich nicht verformt und sich deutlich in der Radaußenhaut abzeichnet.

Woman Working on Mars: Amanda Steffy
NASA Video mit Belastungstest der Curiosity Räder.

Grüße
Wotan

 

[Wumpe]

Oje, das Rad hat ja schon ein Loch! (auf dem Foto)

 

[mcnoch]

Genau deswegen macht man sich ja Sorgen um die Räder und vermeidet Fahrstrecken mit zu vielen spitzen Steinen im Weg.

 

[Wotan]

Mars Rover Curiosity und seine Räder

Das war noch ein altes Foto Sol 494 ist von 2013, soll ja nur den Abdruck der Versteifungsringe zeigen, die Räder sehen inzwischen viel schlimmer aus.
Später mehr.

Grüße
Wotan

 

[Mannerl]

also ich bin zwar nicht in der Entwicklungsabteilung des Rovers, aber es ist schon erstaunlich wie wenig anscheinend die Räder aushalten. Als ob´s ein billiges Produkt wäre.(was sicherlich nicht der Fall ist) Kaum vorstellbar dass sowas passieren kann.

 

[jackrabbit]

@Mannerl

Hallo,

guter Hinweis. Bewerbe Dich - vorzugsweise in Englisch - bitte bei

National Aeronautics and Space Administration
NASA Headquarters
300 E Street SW
Washington, D.C.
USA


Viele Grüsse

 

[Wotan]

Mars Rover Curiosity und seine Räder

Mit Sicherheit sind die Räder kein billiges Produkt.
In der Raumfahrt geht es immer um die Masse, es soll möglichst lange halten darf aber nichts wiegen.

Als nächstes werde ich folgende Themen bearbeiten:

• Fertigung der Räder
• Berechnung der Festigkeit
• Materialermüdung, Dauerfestigkeit

Grüße
Wotan

 

[Mannerl]

ich hab nicht behauptet es besser machen zu können, nur es ist interessant wo Schäden anscheinend auftreteten

 

[_Michael]

Erstaunlich finde ich allerdings, dass man die Probleme mit der Lebensdauer nicht bereits bei Tests auf der Erde festgestellt hat. Die bisher von Curiosity zurückgelegte Strecke hätte man ja locker auf der Erde simulieren können, und hat es vermutlich auch getan. Also muss auf dem Mars irgend ein entscheidender Unterschied vorliegen. Denkbar ist natürlich, dass die Temperaturverhältnisse bei den Erd-Tests zu wenig berücksichtigt wurde. Oder die Curiosity-Räder wurden tatsächlich aus fehlerhaftem Material gebaut, wäre natürlich sehr ärgerlich.

 

[Fliegernase]

Erfahrungen und Tests gibt es ja schon lange. Denken wir nur mal an die alten Lunochod Fahrzeuge auf dem Mond oder die kleineren Rover auf dem Mars.
Erstaunlich hier ist, dass Lunochod je Rad etwa die doppelte Schwerkraftlast zu tragen hat als Curiosity. Damals waren die Berechnungs- und Testmöglichkeiten deutlich eingeschränkter. Warum also dieser "Ausfall", wie ich es mal nennen will, bei Curiosity.
Der Hauptunterschiede hier sind für mich folgende.

1. Beschaffenheit des Untergrunds
2. hohe Verzögerung bei der Steuerung auf dem Mars.
3. Ausgeprägterer Leichtbau bei Curiosity
4. Atmosphäre auf dem Mars (vielleicht aggressiv?)

Die ersten beiden Punkte trafen aber auch auf die kleinen Rover auf dem Mars zu die grosse Strecken zurück gelegt haben.
Hierbei ist auffällig das Verhältnis der Steingrösse zur Radgrösse. D.h. Steine die die kleinen Rover zwingend umfahren mussten können von Curiosity durchaus überfahren werden. Es gibt Bilder die das sehr gut zeigen. Die Schäden könnten genau von solchen grossen Brocken verursacht worden sein. Es ist möglich, dass auf dem Mars bzw. auf dem aktuell befahrenen Gebiet, genau die Steinsgrösse die für Curiositys Räder besonders belastend ist sehr häufig vorkommt. Einige Bilder könnten durchaus so interpretiert werden.

Ich vermute daher, dass Curiositys Geländefähigkeit und Haltbarkeit von der Steuerungsabteilung etwas überschätzt worden ist.
Während es auf dem Mond aufgrund des geringen Zeitverzugs noch gut möglich war grössere Brocken kurzfristig zu umfahren, war bei den kleinen Marsrovern nur sehr langsames vortschreiten mit kleinen akribisch vorgeplanten Streckenabschnitten möglich.
Bei Curiosity bestand nun die Möglichkeit diese Brocken zu überfahren wodurch bei der Streckenplanung ein zügigeres Vortschreiten möglich wurde. Dummerweise erkennt man nun, dass man dabei die Räder überbeansprucht. Mit einer angepassten Routenplanung sollte Curiosity aber noch eine Weile fahren können.

Ich betrachte das ganze aus Sicht der Mechanik. Die Steuerungselektronik und Autopilotfunktionen kenne ich nicht. In wieweit automatische Kollisionsabfragen dafür angepasst werden müssen kann ich nicht beurteilen.
Wissen tue ich natürlich nichts genaues über Curiosity, es ist einfach meine Interpretation der wenigesn Infos die ich dazu bisher gesehen habe.