Исследовательская работа

Применение роботов для исследований других планет.

Ученик: Томайлы К.А. 2А класс

Средняя школа №14

Содержание

• Введение • Основная часть• Заключение• Список источников• Приложение

Я интересуюсь космическими исследованиями. Особенно исследованиями планеты Марс.

Марс вторая (после Венеры) ближайшая к земле планета. Люди проявляют интерес к этой планете с древних времен, а с изобретением телескопов на поверхности Марса были открыты каналы.

Введение

Что заставило ученых говорить о возможности разумной жизни на Марсе а писателей фантастов написать множество произведений в которых действуют «марсиане». Вопрос существования внеземной жизни один из самых интересных вопросов, который стоит перед исследователями космоса.

Ближайшая планета, которую можно исследовать уже сейчас это Марс.

• Есть ли жизнь на Марсе сейчас ?

• Была ли она в прошлом ?

• Если была, то как и почему она погибла ?

• Можно ли сделать Марс пригодным для обитания человека и выращивания растения и животных в будущем ?

Как же мы можем исследовать Марс ? В книгах о космической технике и сети интернет я прочитал, что полет и высадка человека на Марс очень сложная задача на грани возможностей современной техники. Некоторые специалисты говорят, что это невозможно в ближайшее время.

Магнитное поле земли защищает нас и космонавтов на орбите от солнечной радиации

Пилоты должны лететь к Марсу долгое время (около года в один конец) без защиты от солнечной радиации.

Необходимо везти с собой запас кислорода и продуктов для людей на время всей экспедиции а так же топливо на обратный полет.

И все равно экипаж не может быть большим, что увеличивает риск экспедиции. Если один человек заболеет его будет некем заменить. Риск для космонавтов будет слишком велик.

Мы пока не умеем делать эффективную и легкую защиту от метеоритов и радиации.

Мы не умеем делать достаточно мощные ракеты.

Все существующие проекты полета человека на Марс существуют пока только на бумаге и обещают быть очень сложными и дорогими.Такими сложными и дорогими, что скорее всего не будут завершены в ближайшее время.

Что же делать ? Как нам исследовать Марс и другие планеты уже сейчас.

Мне кажется выход есть. Мы можем применить роботов и автоматические аппараты. Для них перечисленные выше трудности не имеют значения.

• Но могут ли они производить сложные научные опыты необходимые для поиска жизни ?

• Могут ли они самостоятельно действовать если связь с землей временно прекратиться ?

• Могут ли современные роботы заменить человека — исследователя на поверхности Марса ?

Для поиска ответов на эти вопросы я решил провести исследование.

Актуальность исследования: Ответы на эти вопросы позволят понять надо ли рисковать людьми и тратить средства на пилотируемый полеты уже сейчас. Может быть можно обойтись роботами а пилотируемые полеты отложить до изобретения более совершенных космических технологий.

Проблема исследования: С одной стороны лучшим исследователем является человек, так как ни один робот пока не может заменить человека во всех ситуациях и ни один компьютер не умеет мыслить самостоятельно и решать нестандартные задачи. С другой стороны посылка человека на Марс дорога, опасна и очень сложна (возможно за гранью возможностей современной техники)

Цель исследования: Понять, могут ли современные роботы хорошо выполнять задачи по поискам жизни на планете Марс.

Основная часть

Задачи исследования:

Ответить на вопросы

• Какие опыты нужно сделать чтобы обнаружить жизнь или подходящие условия для ее существования в настоящем и прошлом.

• Могут ли современные роботы сделать эти опыты самостоятельно

Методы исследования:

• Анализ литературы по теме

• Поиск информации в сети интернет

Гипотеза исследования:

Я предполагаю, что современные роботы могут сделать все необходимое для исследования жизни на Марсе и в посылке для этого людей нет необходимости.

Обнаружение жизниДля обнаружение жизни на другой планете сначала нужно проверить есть ли там подходящие условия. Если подходящих условий нет, то дальше искать нет смысла. Чтобы проверить была ли жизнь на планете в прошлом, сначала тоже нужно проверить были ли подходящие условия в прошлом. Самое главное условие — на планете есть химические вещества из которых как из кирпичиков могут быть построены живые организмы. Что же это за вещества.

Мы знаем что все живые существа состоят из клеток. Клетка — это организованная часть живой материи: она усваивает пищу, способна существовать и расти, может разделиться на две каждая из которых унаследует гены родитель кой клетки. Рассмотреть их мы можем только под микроскопом.

Существует много разных видов клеток, но все они состоят из более мелких «кирпичиков» - органических веществ (белков, жиров и углеводов). Органические вещества — это вещества, которые входят в состав живых организмов и образуются только при их участии.

Все органические вещества построены на основе химического элемента углерода С.. Сам по себе углерод не является органическим веществом. Из этого вещества кстати построен грифель наших карандашей, но карандаш от этого не становиться живым. Но без углерода жизнь невозможна. Вода состоит из кислорода и водорода H2O. Значит если мы найдем на другой

планете химические элементы углерод, кислород, водород и воду в жидком состоянии — мы можем сказать, что жизнь на планете возможна. Если же мы обнаружим молекулы органических веществ мы можем сказать что жизнь существует сейчас или существовала ранее. Например земная нефть имеет в составе органические молекулы. Нефть это продукт переработки остатков древних живых организмов, если мы обнаружим подобное вещество на Марсе мы можем сказать, что жизнь там была в древности.

Мы знаем что жизнь может существовать в ограниченном диапазоне температуры. Например мы знаем что кипячение воды убивает почти всех микробов и температура кипения воды 1000 С Температура при которой разрушаются почти все органические вещества 300 0 С

Жизни нужна энергия. На земле почти все живое существует за счет энергии солнца (фотосинтеза), но некоторые формы бактерий используют химиосинтеза — получение энергии для жизни за счет химических реакций. Такие бактерии обнаружены в горячих источниках на дне океана.

Слишком высокий уровень радиации убивает жизнь.

Значит марсоход должен уметь:

• делать опыты для поиска воды (в жидком виде или в виде льда).

• Должен уметь искать углерод и его соединения.

• Должен уметь искать молекулы органических веществ.

• Должен уметь измерять температуру и давление, а так же уровень радиации на поверхности.

• Должен уметь измерять количество солнечной энергии на поверхности.

Эти опыты марсоход должен уметь делать с большим количеством разных марсианских веществ из разных мест. Для этого он должен уметь передвигаться по Марсу. Он должен уметь брать пробы веществ для анализа из воздуха, с поверхности почвы и должен уметь бурить скважины, для взятия проб из глубины почвы.

Это минимальный набор «умений» нашего робота-марсохода. Максимальный вес научной аппаратуры, самого марсохода и топлива сильно ограничен большим расстоянием до Марса и возможностью современных ракет.

Марсоход "Curiosity" («Любопытство») Curiosity превосходит всех своих предшественников, и не только по сложности, но и просто по отправляемой к Марсу массе. Cтартовая масса нового марсианского аппарата равна 3839 кг.

Самая первая задача Марсианской миссии доставка робота-марсохода на Марс и его мягкая посадка без участия человека.

Комплекс Curiosity делится на три основные части:

1. перелетная ступень, обеспечивающая полет по траектории от Земли к Марсу, включая коррекции этой траектории, общей массой 539 кг

2. система обеспечения входа в атмосферу, торможения и посадки массой 2401 кг3. «ровер» (сам марсоход) массой 899 кг.

Другое название этого комплекса MSL- Mars Science Laboratory, то есть марсианская научная лаборатория.

Перелетная ступень выводиться на траекторию полета к Марсу с помощью ракеты Atlas V

Перелетная ступень выполнена в виде цилиндрического «бублика» диаметром 4.50 м и высотой около 0.90 м с фиксированной солнечной батареей на нижней его части и десятью радиаторами жидкостной системы терморегулирования по периметру. В течение всего полета до Марса она управляется бортовым компьютером ровера. Питание ступени осуществляется от шести панелей солнечных батарей общей площадью 12.8 м2, выдающих 1080 Вт у Марса при наихудшей возможной ориентации, а при необходимости - и от радиоизотопного генератора марсохода.

Топливо хранится в двух титановых сферических баках диаметром по 48 см. На перелетной ступени установлена антенна, с помощью которой осуществляется связь с Землей. Десантный комплекс можно разделить на лобовой экран, хвостовой обтекатель, находящуюся внутри них посадочную ступень и собственно полезный груз - ровер. Все его системы также управляются компьютером марсохода.

Посадочная ступень, несет полезный груз не на себе, а под собой: марсоход крепится к ней пироболтами. Ступень оснащена восемью посадочными двигателями - по два на четырех углах платформы запас топлива (387 кг) - хранится в трех сферических баках.

Действительно, длина ровера без учета манипулятора достигает 3.00 м, ширина - 2.77 м, а высота с мачтой с телекамерами - 2.13 м. Система движения имеет в своем составе шесть ведущих колес диаметром 0.51 м с грунтозацепами, причем четыре из них - ориентируемые. Максимальная скорость Curiosity - 4 см/с.

Манипулятор с пятью степенями свободы несет турель массой 33 кг с двумя научными приборами и тремя инструментами для копки грунта, фрезерования камней и дробления образцов. Ровер питается от расположенного в хвостовой части радиоизотопного генератора типа, имеющего в своем составе 4.8 кг радиоактивного изотопа плутония-238. Минимальный ресурс генератора - 14 лет. Для ля планирования движения и обнаружения опасностей ровер оснащен в общей сложности 12 техническими камерами, в том числе двумя парами навигационных камер NavCam с полем зрения 45° и «картинкой» размером 1024x1024 элемента, а также четырьмя стереопарами контрольных камер HazCam с объективом типа «рыбий глаз» и полем зрения 124°. Эти камеры поровну распределены между двумя компьютерами.

Марсоход может говорить с землей через собственную радиостанцию и через три искусственных спутника Марса. Это увеличивает надежность связи.

Марсоход — передвижная научная лаборатория

REMS (Rover Environmental Monitoring Station) станция мониторинга окружающей среды — Изучение погоды и определение уровня ультрафиолетового излучения Солнца

RAD (Radiation Assessment Detector) датчик радиации

MARDI (Mars Descent Imager) посадочная камера - цветная видеосъемка на этапе спуска на поверхность Марса и посадки для оценки геологического контекста и уточнения места посадки

DAN - Обнаружение участков поверхности и объектов с максимальным содержанием водорода и, следовательно, воды

Камера Mast - Съемка поверхности Марса в различных спектрах: видимом (дневная съемка), инфракрасном(ночная съемка)

ChemCam (Chemistry & Camera) — прибор для определения химического состава почвы путем лазерного испарения поверхностного слоя и измерения спектра испаренного вещества

"Голова" марсохода в высоту 2,1 м над уровнем поверхности. На этой мачте два основных прибора: это стерео "глаза" (камеры), для проведения стерео съемки поверхности Марса и ChemCam лазер, который будет испарять вещество горных пород на глубину до 9 метров, что позволит определить их химический состав.

APXS - определение химического состава почвы

MAHLI (Mars Hand Lens Imager) микрокамера на манипуляторе - микроскопическая съемка пород, фунта, инея и льда

SAM (Sample Analysis at Mars) анализатор органических соединений - анализ образцов почвы камней и атмосферы, определение большого количества органических веществ.

CheMin - определение химического состава взятых образцов. В то время, как сам марсоход Curiosity является гигантом среди исследовательских космических аппаратов, то его анализатор CheMin - это вершина миниатюризации. Обычные приборы подобного типа, имеют размеры, сопоставимые с размерами холодильника. А CheMin - это куб со стороной всего в 25 сантиметров.

MEDLI атмосферный датчик этапа спуска - контроль температур и давлений на траектории посадки аппарата.

CHIMRA — инструмент для взятия проб грунта. Расположенного на манипуляторе марсохода. Включает в себя вибрационный совок, устройства для просеивания и очистки отбираемых проб песка и сыпучего материала, полученного методом бурения твердых пород. Способность марсохода выкопать, просеять образцы грунта, которые затем будут поданы к бортовым анализирующим устройствам, является одной из самых важных частей миссии аппарата. Ведь эти анализирующие устройства, Chemistry and Mineralogy (CheMin) и Sample Analysis at Mars (SAM), являются теми самыми инструментами, с помощью которых будет определено то, были ли когда-нибудь условия в исследуемой местности благоприятными для существования там жизни.

Все приборы марсохода это результат работы международной команды ученых.

Есть на марсоходе и Российский прибор DAN

Его задача активное зондирование верхнего слоя грунта Марса толщиной до 0.5-1.0 м с целью поиска воды и водородсодержащих соединений.

Результаты работы марсохода.14 сентября 2012 марсоход обнаружил на поверхности Марса русло древней реки, которая текла на поверхности Красной Планеты в незапамятные времена. Научная ценность сделанного открытия очень велика, так как это является первым доказательством того, что на поверхности Марса существовали реки и водоемы, которые могли быть колыбелью жизни.

Главным доказательством того, что данное место является руслом реки, является гравий. Ученые НАСА изучили изображения камней и обнаружили то, что их размеры и форма указывают на то, что древняя река была достаточно быстрым потоком. Камни гравия имеют округлые формы, что предполагает то, что они перемещались потоком воды на достаточно большие расстояния. При размерах в несколько сантиметров и десятки сантиметров эти камни слишком велики и тяжелы для того, что бы они могли быть перемещены ветром.

Исследуя частицы почвы, полученные в результате бурения, марсоход обнаружил, что в кратере Гейла было пресноводное озеро, которое существовало несколько тысяч лет и было пригодным для жизни микробов. "Если бы мы взяли микроорганизмы с Земли и поместили в среду обнаруженного озера, смогли бы они выжить? Ответ - да", - указал руководитель миссии Curiosity Джон Гротцингер. "Сейчас мы знаем, что на Марсе была пресная вода", - добавил он.

«Кьюриосити» обнаружил весомые доказательства существования жизни на Марсе.

Анализ порошка, полученного в результате бурения марсианского камня, показал, что в прошлом окружающая среда Красной планеты обеспечивала благоприятные условия для функционирования микроорганизмов.

Заключение В результате моего исследования я узнал какие признаки говорят о существовании жизни сейчас или в прошлом. Какие эксперименты нужно проделать на поверхности Марса, чтобы получить ответ существует ли там жизнь сейчас или существовала ли она в прошлом.

Я так же изучил устройство и возможности самого современного марсохода Curiosity (Кьюриосити).

Я узнал какие открытия он уже успел сделать. Он уже доказал существование пресноводных рек и озер на Марсе в прошлом и доказал возможность существования там жизни в прошлом пусть даже и в виде бактерий.

Я считаю, что моя гипотеза доказана. Современные роботы могут делать все исследования для поиска жизни на Марсе самостоятельно. Нет необходимости для этого рисковать людьми в полете на Марс. Можно сосредоточиться на разработке новых, еще более совершенных роботов.

Список источников.1. Гусейханов М., Раджабов О. «Концепции современного естествознания»

Учебник

2. Интернет сайт vsedz.ru

3. Интернет сайт sbio.inf

4. Интернет сайт galspace.spb.ru

5. Интернет сайт photojournal.jpl.nasa.gov

6. Интернет сайт itar-tass.com

Приложение.