火星探査機はなぜそんなに遅いのですか?


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火星探査機は通常非常に遅いです。たとえば、好奇心の平均速度は1時間あたり約30メートルです。

なぜそんなに遅いのですか?それは、特定の電力制限によるものですか、それとも他の理由によるものですか?それが遅い理由の一番の理由は何ですか?


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以下で説明する物理的な制限がありますが、これも考慮してください。このような猛烈な速度でどこに行きますか?

1つは、45 mphになった場合、岩にぶつかったときに転倒する可能性がはるかに高く、そのコースと速度を設計した場合、誤って数百万台を台無しにしたときに解雇されたくないということです。非常に遠く離れた10億ドルのデバイス。:)
匿名ペンギン

回答:


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これは、とやるべきことがあるロッカーボギーサスペンション何よりもの。

このシステムは、大きな障害物を乗り越える際の動的な衝撃とその結果生じる車両への損傷を最小限に抑えるために、約10 cm / sの低速で使用するように設計されています。

ゆっくりと移動する代わりに、ローバーはホイール直径の2倍の岩を登ることができます(通常のサスペンションでは、ホイール直径の半分を超えるものに問題があります)。これは、文字通りエイリアンの風景を旅行するときに重要です。

クライミング

http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspxを介した画像)

低速には他にも利点があります。ナビゲーションカメラキャプチャされた連続するフレーム間の相関関係の改善、パスの計画時間の延長、および省電力です。ただし、サスペンションシステムによって提供される機能(スタックしたり損傷したりすることなく火星の表面に存在する障害物を乗り越える)がなければ、他の利点は無意味です。


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正しい!それが主な理由であり、安全性と予測可能性の必要性に由来しています。火星にローバーを手に入れるのは非常に高価で、一度そこに行くと高価です。エネルギーは、1ゾルあたりの距離の要因ですが、1時間あたりの距離ではそれほどではありません。他の(それほどエネルギーを消費しない)アクティビティのために、1日の時間がより長い、より速いローバーを想像できます。通信の制限はそれほど大きな要因ではありません。なぜなら、サスペンションとエネルギーが要因ではない場合、自律性はゾルでかなりのロービングを可能にするからです。Curiosityプロセッサは、Spirit and Opportunityよりもはるかに高速です。
マークアドラー

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@MarkAdler本当ですが、クイックバーストで使用するために電力を節約するように設計されたローバーは、そのために非常に重いバッテリーを持ち歩く必要があるため、高品質のサスペンションが唯一の障害ではありません。

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たまたまCuriosityでは、ゾルあたりのモビリティの主なエネルギー制限は、モーターを動かすエネルギーではなく、モーターとギアボックスを朝の動作温度まで加熱するエネルギーです。本当に必要なのは、周囲の火星の温度で動作できるモーターとギアボックスです。MSLプロジェクトはそれらを開発しようとしましたが、問題にぶつかり、既存の技術に戻りました。
マークアドラー

非常に低い温度によって引き起こされる問題は何ですか?
アンシスマリリシュ

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@MarkAdler?
イアン

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これはソフトボールの質問のように思えますが、驚くほど微妙です。ここにはいくつかの優れた答えがありますが、基本的な厳密さを追加できます。

ローバーの移動が非常に遅いのは、本質的に数百万ドルの機器に注意する必要があるためです。しかし、言及する価値のある他の設計上の制約がいくつかあります。

  • TinitialTfinal[c0v(t)2+c1a(t)2+c3v(t)+c4a(t)+c5v(t)a(t)+C]dt
    c0...c6。注LIDARは、Google Carなどの自動運転の無人車両で広く使用されています。それは私に...をもたらします
  • O(r3)r

  • 通信遅延。前述のように、ロボットはi)自律型であり、ii)センシングが制限されています。人間は、ロボットが愚かなことをしていないことを確認するために、常に「チェックイン」する必要があります(最先端の計画アルゴリズムにもかかわらず)。これは、ロボットが指示を待つことを意味する多くのことを、目標に向かってこのように遅いの平均進捗状況を。以前の参考文献はこれに対処しています。

  • 安定性。安定性/堅牢性を実現するために、ローバーはロッカーボギーシステムを使用しています。これを参照してください。このシステムは、低速で動作するように設計されています。速く行って岩にぶつかると、ローバーが壊れます。そのセンサーベースのモーションプランニングを想像してみてください。ここで、関連するすべてのセンサーがロボットの上部に取り付けられたマスト上にあるときに実行してください。検知ペイロードを安定させることが非常に重要であることがわかります。


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これは素晴らしい!私の投稿に似ていますが、科学用語で説明します。私はこれを支持して私の投稿を削除しますが、この時点での評判は魅力的すぎます:D
シャーバズ

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:D削除しないでください。非識字者向けの素敵な話題の写真があります。
rics

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私は物理学の専門家ではありませんが、いくつかの理由が考えられます。

  • パワー。タスクを実行するために必要な電力量は、そのタスクを実行するのにかかる時間に反比例します。何かをより速く行うにはより多くの電力が必要であることはよく知られていると思います。
  • 計算速度。(上記の)力に関する声明は、動きに限定されません。計算にも当てはまります。ラップトップが省電力モードになっていると、動作が遅くなることに気づきましたか?プロセッサを使用すると、何かを2倍速く計算する場合、4倍のエネルギーが必要になります。その結果、おそらく、マーズローバーのCPUも高速で動作していません。したがって、移動する前に何かを処理するためにローバーが時間を必要とする場合(環境の画像など)、低速でデータを受信するように低速で移動する必要があります。それらを処理できるように十分に遅い。
  • 安定性。この現象の公式を示す必要はないと思います。

    車のジャンプ

    簡単に言えば、速度が遅くなればなるほど、尾根を越えて持ち上がる可能性が小さくなり、着陸時に安定性が失われる可能性があります。

  • 機動性。適度に遅い速度で行けば、ステアリングに問題はありません。一方、高速では、曲がるのにより大きな曲率が必要であり、外側の車輪にかかる圧力も大きくなります。

安定性などのこれらの問題の一部は、地球上のロボットにも当てはまることに注意してください。ただし、ここでは地球上で車両をひっくり返すことができますが、火星では火星人を信頼することはできません(ローバーが背中に貼り付いて崇拝し始めるのを好むかもしれません。 。


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おそらくエネルギーが主要な制限要因です。好奇心の重みはほぼ1トン(サブコンパクトに似ています)ですが、その電源は125Wの電力しか生成しません。ドライブトレインにすべての電力が利用可能である場合、それは.16HPのみです。コンピュータ、機器、ラジオもすべて共有しているため、実際に利用できる量は少なくなります。
ダンニーリー

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私はあなたの必要な弾丸を強力な理由として考えることをためらっています。現在の技術では、高速で長時間のローバーに十分なパワーを得ることができないため、提案されたミッションはすべて、移動速度が遅く、比較的狭いエリアの詳細な調査のために設計されました。10〜100km /日の範囲のローバーが可能であれば、まったく異なる研究提案が可能になります。ex Valles Marinerisの長さを調べて、どのように彫刻されたかを判断します。
ダンニーリー

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+1重力の違いを考慮すると、安定性は深刻な問題になる可能性があります。
スルタン

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「タスクに使用するエネルギー量は、そのタスクを実行するのにかかる時間の2乗に反比例します。」-これは本当ではありません。2倍の速度で何かを行うには、2倍の力が必要ですが、同じ量のエネルギーが必要です。制限要因がそれ自体で正方形に比例するものでない限り(速度の2乗に比例する流体抵抗のように)、それを火星探査機に適用するには、特定の制限要因があることを説明する必要があります。
MatsT

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これらはすべて、ロボットが一般に遅くなる理由のすべてですが、キュリオシティが遅くなる理由は、サスペンションの設計の結果です。
イアン

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1つの理由は、地球と火星間の通信遅延によるものです。

地球から火星への信号の往復時間は数分です。これは、ロボットをリアルタイムで遠隔操作できないことを意味します。つまり、ロボットが立ち往生したりトラブルに巻き込まれたりするのを防ぐために、ロボットには何らかの障害物回避機能が必要です。

火星探査機の危険回避装置は、一般的に非常に保守的な方法で設計されています。つまり、低速で運転し、頻繁に停止して環境を確認します。

ウィキペディアから、火星探査ローバー(スピリットと機会)のために:

...ハザード回避ソフトウェアにより、10秒ごとに20秒間停止し、走行した地形を観察して理解します。


正確に。車両の設計/構築/起動/リモート更新時に利用可能なプロセッサとソフトウェアは、それより速くなることはありません。
ホブ

これhazard avoidanceは間違ったパラダイムのように見えます。ロボットは、50 mの垂直飛行の後、クラッシュ着陸した後、ゴキブリのように行動する必要があります:立ち上がってブギー。火星のわずか数分のところではなく、地球上でもテストできます。
ott--
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