Модель планетохода «Кристалл» дает представление о ходовой части и элементной базе. Модель планетохода работает в автономном режиме, движется по заданной траектории, умеет объезжать обрывы и высокие преграды, исследует поверхности на присутствие залежей полезных ископаемых и при наличии - подает звуковой сигнал.

На протяжении всей своей истории, человечество занималось потреблением и эксплуатацией природных ресурсов для удовлетворения своих потребностей. Большая часть таких ресурсов относиться исчерпаемым невозобновляющимися ресурсам (горные материалы, руды, минералы, ископаемое топливо).

Поэтому необходимость в исследовании недр соседних планет для поиска новых полезных ископаемых и альтернативных источников энергии стоит очень остро.

Исходя из этого возникает проблема, как создать модель планетохода для исследования полезных ископаемых и передачи информации на землю.

Таким образом, целью нашего проекта стало создание модели планетохода, работающий в автономном режиме для исследования поверхности планет и поиска полезных ископаемых.

Задачи:

  • 1.Контент-анализ для определения основных требований к техническим характеристикам планетохода.

2.Разработка конструкции планетохода и элементной базы.

3.Монтаж элементной базы планетохода.

4.Программирование микроконтроллеров Arduino.

5.Проведение испытаний планетохода.

Новизна проекта модель планетохода, работающего в автономном режиме и способного находить полезные ископаемые и передавать визуально информацию.

Создание проекта заняло у нас около 4 месяцев.

На 1 этапе по созданию модели планетохода нами был проведен анализ конструкции существующих планетоходов («Соджорнер», «Кьюриосити»,«Луноход – 1»)

Исходя из этого, были выявлены основные требования к планетоходам:

  • Высокая прочность корпуса.
  • Хорошая проходимость.
  • Маневренность.
  • Автономность.
  • Мощная батарея.
  • Поисковые датчики.
  • Устройства передачи информации

Опираясь на данные требования была разработана модель планетохода «Кристалл» имеющего 3 пары колесного шасси, автоматическое управление, 2 датчика расстояния, металлоискатель, камеру, аккумуляторное питание и солнечную).

Было принято решение о синтезе нескольких наборов конструкторов:

Каркас из конструктора Tetrix,

Ходовая часть – наборы Arduino,

Электрокомпоненты разных производителей.

Обшивка – оргстекло и фанера, вырезанные по чертежам на лазерном станке.

Элементная база состоит из двух управляющих устройств - микроконтроллеров Arduinouno, выполняющих функции:

  • Управление драйвером для моторов.
  • Автоматизация работы подуправляющего устройства (MotorShield).
  • Контроль работы металлоискателя и датчика расстояния.
  • Контроль работы солнечной батареи.
  • Управление камерой.
  • 2) Периферия:
  • Цифровых инфракрасных датчика препятствия (1-30 см) – 2 шт.
  • Металлоискатель MDS-60 сборочная модель.
  • Камера OV 7670.
  • 3) Источник электрической энергии:
  • Аккумуляторное питание MGBOT.
  • Солнечная батарея.
  • В ходе испытаний планетохода на прохождение препятствий была выявлена оптимальная скорость для модели планетохода «Кристалл», она равняется 1-2 м. в секунду, которая обеспечивает сохранность конструкции и помогает успешно выполнять исследовательские функции.
    Модель Первого искусственного спутника Земли ИСЗ-1 служит наглядным пособием для знакомства с историей развития и становления космической промышленности. Авторы изучили историю создания Первого искусственного спутника Земли и вклад уральских предприятий в создание спутника. В технологиях 3D прототипирования создана модель сфер спутника. Модель оснащена электронным устройством, воспроизводящий сигналы спутника.

    В ходе работы над проектом мы выяснили, что общим руководителем создания ИСЗ-1 был Королёв Сергей Павлович. Это советский учёный, конструктор, главный организатор производства ракетно-космической техники и ракетного оружия СССР, и основоположник практической космонавтики. Одним из крупнейших предприятий по созданию систем управления баллистическими ракетами был НИИ 885. Дочерние предприятие СКБ 626 находилось на территории Свердловской области (г. Свердловск), в дальнейшем НПО "Автоматика". Именно здесь в 1957 году для спутника были изготовлены кварцевые резонаторы и собраны радиопередатчики. В ходе посещения музея истории Уралмашзавода мы узнали, что прессформы для полусфер спутника выполнены на Уралмашзаводе, а отштампованы на Каменск-Уральском металлургическом заводе, так как там находился самый большой на то время в Европе пресс. Полусферы изготавливались способом гидровытяжки.

    На основе анализа имеющихся схем и чертежей Первого искусственного спутника Земли мы разработали и сконструировали модель сфер спутника в масштабе 1:3.

    Для создания проекта была выбрана программа «Autodesk 3DstudioMAX», по причине большой вариативности, и удобства разрезания деталей после масштабирования. Для начала мы выбрали примитив: сфера. Первым делом после создания сферы мы путем разделения ее на две части создали 2 полусферы с размерами: диаметр 140 мм.,70 мм в высоту. После чего мы создали внутренний диаметр полусфер 120 мм, и мы вдавили ее в глубину на 60 мм получив пространство для размещения приборов. Затем мы создали отверстия на стенках полусфер диаметром в 30 мм для их дальнейшего соединения. Так же были созданы крепления для антенн, примитивом которых была трапеция с основаниями 15мм, 20мм в длину и 5мм., 10 мм в ширину, и с высотой 5 мм.

    Путем создания трапеции мы получили оптимальную форму для крепления антенн, после чего проделали в них отверстия с помощью цилиндров диаметром 4 мм для антенн.

    Печать проводилась методом экструдирования пластика «PLA» на 3D принтере «РrusaI3». Модели были загружены на принтер управляющими программами «Polygon» и «Repitor-Host», в них детали были разбиты на слои для последующей печати.После печати модель была проведена постобработка сфер. 

    Первая модель ИСЗ-1 была оснащена передатчик с помощью макетной платы и программируемого микроконтроллера «ARDUINO». Кроме этого нам требовалось создать программу для воспроизведения сигнала. Для начала мы собрали на макетной плате схему нашего передатчика.

    Модель ракетного истребителя БИ-1 – это наглядное пособие, в масштабе 1:100 существовавшего во времена Великой Отечественной войны ракетного самолета БИ-1. Модель истребителя является статичной, позволяет познакомиться с внешней формой самолета, а также с материалом, из которого он был сделан, а также узнать историю его появления.
    • 1.В ходе 1 этапа мы собирали информации по теме проекта. Мы выяснили:
    • БИ получил название в честь своих конструкторов Березняк — Исаев. Перехватчик представлял собой цельнодеревянный моноплан с жидкостным ракетным двигателем.
    • Разработка самолета начата в 1941 году.
    • Летные испытания планера проходили в Москве, истребителя - на территории Свердловской области.
    • По информации, полученной из музея «Строганофф» на Билимбаевском чугунолитейном заводе продолжились работы по созданию и испытанию БИ-1.
    • По информации, полученной из музея школы №60 города Кольцово, мы узнали подробности жизни смерти летчика-испытателя БИ-1 Григорий Яковлевич Бахчиванджи. 27 марта 1943 года с Бахчиванджи случилась трагедия (крушение самолета) после которого выпуск БИ-1 прекратился.
    • БИ-1 сыграл важную роль в развитии реактивной авиации. Известны слова Юрия Гагарина: «Без полета Григория Бахчиванджи не было бы 12 апреля 1961 года».

    На 2 этапе мы создали чертежи модели БИ-1. Для восстановления чертежей модели БИ-1 нами были использованы компоновочные чертежи, предоставленные музеем Строганофф. Используя программу CorelDRAW, мы перевели изображение в векторное изображение, сохраняя масштаб 1:100. В дальнейшем сопоставляя пропорции, создали необходимые детали для модели.

    На 3 этапе выполнили модель. Сохраняя исторический аспект мы решили изготовить модель истребителя БИ-1 цельнодеревянным. При помощи лазерно-гравировального станка получили детали корпуса фюзеляжа, крыльев, хвостового оперения, шасси, кабины. Собрали ее. Перед Вами готовая модель самолета.

    • 2.Модель самолета мы представили музейным работникам, с которыми работали в ходе проекта. По их словам, наша модель похожа на реактивный самолет БИ-1.
    • 3.В дальнейшем мы хотим изготовить действующую модель-копию БИ-1 к соревнованиям по ракетомоделизму в классе ракет S11P (модели-копии ракетопланов и космических кораблей).
    • 4.Согласно предварительно договоренности чертежи, выполненные нами для создания модели необходимы фонду «Строганофф» для создания подарочных моделей БИ-1. 
    В проекте представлена история создания межконтинентальной крылатой ракеты «Буря». В ходе работы над проектом авторы узнали о вкладе Верхнесалдинского металлургического предприятия в создании титана, из которого изготавливался корпус крылатой ракеты. Авторы в программе 3D’Studio MAX произвели помодульное построение корпусов ускорителей, маршевой ступени и реактивного двигателя модели МКР «Буря». Создали управляющую программу послойной печати для 3D принтера и напечатали модули. На модулях была проведена постпечатная обработка и они собраны в модель.

    Для создания проекта была выбрана программа «Autodesk 3DstudioMAX», по причине большой вариативности и удобства дробления деталей после масштабирования.

    Вначале нами была создана габаритная коробка с размерами: 20 396 мм в высоту, 12 710 мм в ширину и в длину 6 642 мм.

    На нее был наложен чертеж МКР «Буря», взятый из Интернета (см. рис. 6.1, 6.2). Чертеж изменен по ширине для правильного наложения текстуры.

    Рис 6.1. Чертеж МКР «Буря»

    Рис 6.2. Чертеж МКР «Буря» в программе 3D Studio Max

    Для коррекции чертежа были использованы простые примитивы «цилиндр» с размерами Æ1 453 мм и Æ2 200 мм, и в высоту 18 930 мм и 19 980 мм соответственно. В дальнейшем данные цилиндры стали корпусами для ускорителя и маршевой ступени (см. рис. 7).

    Рис 7. Создание корпуса ускорителя и маршевой ступени

    Путем конвертирования объектов в редактируемую сетку, были изменены вершины цилиндра и, таким образом, получился обтекатель. Используя модификацию «экструдирование» грани по бокам модели были переведены в отрицательное значение, получились швы, которые имитируют сварочные швы на листах металла.

    Для создания обтекателя маршевой ступени из цилиндра была вырезана цилиндрическая полость, при помощи логических операций «Boolean». Далее внутрь полости при помощи логических операций был добавлен объект «труба», который имитирует часть системы воздушного прямоточного реактивного двигателя. Вершины «трубы» были изменены через конвертирование в редактируемую сетку.

    Стабилизаторы и крылья были сделаны из коробок. Далее они были конвертированы в редактируемую сетку, а вершины были поправлены по изображению на чертеже.

    Соединительный элемент для ступеней был сделан из цилиндров и коробки путем объединения их в одну деталь (см. рис. 8).

    Рис 8. 3D модель МКР «Буря»

    Последним этапом создания модели стало масштабирование объекта до нужных нам размеров и нарезка для печати. Для этого диаметр ускорителя приведен к Æ45 мм, на его основе уменьшена вся модель.

    Для распечатывания модели мы разрезали детали на отрезки по 130-140 мм модификатором «Boolean».

    МКР «Буря» была напечатана методом послойного экструдирования пластика «FDM» на двух 3D принтерах: «Picasodesignerpro 250» и «Prusai3». Модели загружены на принтер управляющими программами «Polygon» и «Repitor-Host», в них детали были разбиты на слои для последующей печати.

    После печати модель была обработана наждачной бумагой для сглаживания граней модели и придания округлости форм.

    Следующим этапом стало наложение аэрозольной грунт-эмали для создания мелкодисперсной пленки, которая помогает осуществить покраску модели, в соответствующие цвета: маршевая ступень темно-зелёный, ускорители светло-серый с металлическим отблеском. Окраска осуществлялась акриловыми красками и кисточками.

    Финальным этапом стала сборка всей модели. Для склеивания выбран клей «Момент кристалл» по причине отсутствия следов и достаточно прочного соединению.

    Рис 9. Готовая 3D модель МКР «Буря»


    Выводы и результаты

    По результатам проделанной нами работы была изучена история создания МКР «Буря». Одним из интересных фактов в истории мы отметили роль нашей Свердловской области в части оснащения МКР «Буря».

    На основе анализа имеющихся схем и чертежей межконтинентальной крылатой ракеты «Буря» мы разработали и сконструировали стендовую модель ракеты, которая также включает в себя компоновку расположения прямоточного воздушно-реактивного двигателя. В программе 3D’StudioMAX произвели помодульное построение корпусов ускорителей, маршевой ступени и реактивного двигателя. Создали управляющую программу послойной печати для 3D принтера.

    Таким образом, на основе исторических фактов и чертежей создан стендовый макет МКР «Буря». Цель - достигнута.

    Данный проект может служить наглядным пособием для знакомства с историей развития и становления космической промышленности, может применяться в нашем учебном заведении при проведении занятий по программе дополнительного образования «Аэро» (авиа- и ракетомоделирование), а также при проведении аналогичных занятий в других учебных заведениях.

    Подписка на новости
    Контакты

    Адрес: г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка 145, к. 1119 (на карте)

    Тел.: +7 (343) 355-93-88

    info@cosmoport.club