Wenn Curiosity Lichter hätte, könnte es abends fahren oder arbeiten?

Wenn der Mars-Rover Curiosity mit Licht ausgestattet gewesen wäre, wäre er in der Lage, abends zu fahren oder andere Arbeiten zu erledigen? Dies könnte eine Kombination aus LED-Scheinwerfern, Radlichtern und/oder einem Scheinwerfer auf dem beweglichen Roboterarm sein.

Da die Chancen, dass ein Reh vor dem Rover kreuzt, ziemlich gering sind und die Felsen im Allgemeinen an Ort und Stelle bleiben (obwohl es bemerkenswerte Ausnahmen gibt ! siehe unten), müssten sie die meiste Zeit nur vielleicht einmal pro Sekunde oder sogar weniger blinken Zeit. Die effizientesten LED-Leuchten sind sowieso pulsweitenmoduliert, und es gibt LED-Blitzgeräte für Kameras, sodass dies nicht unbedingt einen großen Stromverbrauch darstellen würde.

An Bord der Curiosity sind bereits zwei Wärmequellen verfügbar, um die Dinge potenziell auf Betriebstemperatur zu halten – die zirkulierenden Flüssigkeiten, die indirekt durch thermische Infrarotstrahlung vom MMRTG erwärmt werden , und elektrische Heizgeräte, die direkt von der elektrischen Leistung des MMRTG gespeist werden. Und natürlich bedeutet das Vorhandensein des MMRTG, dass Curiosity (im Gegensatz zu früheren Mars-Rover-Designs) nicht auf Tageslicht für elektrische Energie angewiesen ist. Allerdings weiß ich nicht, ob diese ausreichen, um den Abendbetrieb zu ermöglichen. Ich denke, es gibt abends (im Gegensatz zum Morgen) Restwärme im Raumschiff und auf der Marsoberfläche.

Ich behaupte nicht, dass dies eine gute Idee für die Curiosity-Mission ist, dies würde die Komplexität, das Gewicht und das Risiko mit geringfügigen Vorteilen erhöhen. Es scheint mir jedoch, dass dies getan werden könnte, obwohl es Faktoren geben kann, die ich nicht berücksichtigt habe. Es wird zukünftige Rover-Missionen auf dem Mars und anderen Körpern geben, also frage ich nach einem Neugier-mit-Licht als Bezugspunkt.

unten: Auf dem Mars bewegt sich gelegentlich etwas. Von Tall Boulder rollt den Marshügel hinunter und landet aufrecht , "Die HiRISE-Kamera (High Resolution Imaging Science Experiment) auf dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA hat diese Ansicht am 3. Juli 2014 aufgenommen." Klicken Sie für eine größere Ansicht.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie müssten das Sichtsystem neu programmieren, damit es zwischen Tages- und Nachtansichten übersetzen kann: Das gleiche Gelände würde ganz anders aussehen.
@Hobbes, das ist ein wirklich guter Punkt. Ich habe vielleicht nur ein paar, vielleicht höchstens 10 Meter voraus gedacht, wo noch genügend Tageslichtbilder verfügbar waren, um das bevorstehende Gelände größtenteils zu verstehen, und die Nachtbeleuchtung hauptsächlich dazu diente, Dinge zu vermeiden, von denen bereits bekannt war, dass sie dort draußen sind. Langstreckennavigation bei Nacht klingt mit den bestehenden Bildgebungssystemen von Curiosity plötzlich sehr schwierig.
Ist diese Frage also, ob Curiosity dies tun könnte, oder ob das Konzept in einem zukünftigen Mars-Rover-Design realisierbar wäre?
@MichaelKjörling Ich habe den Wortlaut so angepasst, dass er sich speziell auf den Curiosity-Rover konzentriert, wobei nur strategisch platzierte LED-Leuchten hinzugefügt wurden. Eine Frage über die beste Technologie für einen Rover, der für den Betrieb ohne Sonnenlicht ausgelegt ist, wäre eine logische nächste Frage, und wenn sie niemand zuerst stellt und sie noch nicht gestellt wurde, könnte ich sie stellen.
@Hobbes Ein "Scheinwerfer" am beweglichen Roboterarm würde zumindest einen Vergleich des bevorstehenden Geländes ermöglichen, das aus leicht unterschiedlichen Winkeln beleuchtet wird. Das ist zumindest ein bisschen wie sonnenbeschienene Bilder, die zu verschiedenen Tageszeiten für die Schattenanalyse aufgenommen wurden, aber sicherlich nicht dasselbe.
Es ist einfacher, mehrere Lichter zu haben, zwischen ihnen zu wechseln und die Schatten zu analysieren.
@Innovine Arm ermöglicht es Ihnen, ein Licht in einer weitaus größeren Auswahl an Konfigurationen (sowohl vertikal als auch horizontal) zu platzieren und auszurichten als mit einem Satz statischer, am Chassis montierter Lichter. Sie würden es nur bei Bedarf verwenden, vielleicht um ein mehrdeutiges Geländemerkmal aufzulösen oder einen Arbeitsbereich zu beleuchten. " ... eine Kombination aus LED-Scheinwerfern, Radscheinwerfern und/oder einem Scheinwerfer auf dem beweglichen Roboterarm "
Es ist jedoch viel energieeffizienter, zusätzliche Glühbirnen zu installieren, und wenn Sie die ganze Zeit mit dem Arm herumfuchteln, verschleißen die Motoren zusätzlich. LED-Leuchten wiegen und kosten nicht viel, daher ist die Platzierung an verschiedenen Orten vernünftig, billig und es ist unwahrscheinlich, dass sie den Betrieb des Rovers in irgendeiner Weise beeinträchtigen. Ich danke Ihnen jedoch für die Idee der Schattenanalyse
@Innovine noch einmal: " Sie würden es nur bei Bedarf verwenden, vielleicht um ein mehrdeutiges Geländemerkmal aufzulösen oder einen Arbeitsbereich zu beleuchten." Sie müssen die Masse des Kupferdrahts hinzufügen, die für die Stromversorgung jedes Lichts erforderlich ist, sowie die zusätzlichen Logik- und Halbleiterrelais, die zum Ein- und Ausschalten jedes einzelnen erforderlich sind.
Wenn Sie nachts fahren, ist dies sehr wichtig. Wie auch immer.
Ein zu berücksichtigender Punkt - Kommunikation. Da der Mars weiter außen umkreist, ist die Erde (allgemein gesagt) tagsüber am Himmel, aber nachts nicht oder zumindest nicht sehr lange. Abhängig davon, wie die Kommunikation gehandhabt wird, könnte dies die Nützlichkeit von Operationen außerhalb des Tageslichts einschränken.
@Andrew Ich hatte den Eindruck, dass Curiosity heutzutage eine beträchtliche Menge autonomer Bewegungen ausführt, die nicht unbedingt Kommunikation erfordern. Liege ich falsch? Ok, vielleicht antworte stattdessen hier !
@Hobbes Curiosity hat Bilder von Phobos und der Erde bei Sonnenuntergang und Sonnenaufgang aufgenommen, und ich denke auch bei Nacht. Das Abbilden des gleichen Geländes bei Tag und Nacht könnte für zukünftige autonome 25-Stunden-Rover mit viel mehr als Curiositys armem elektrischem Effekt von 1/6 PS hilfreich sein.
Das hätte unter anderem größere Batterien zur Folge gehabt, wenn Ihre Beleuchtung sehr lange halten soll, es gibt Überlegungen zur Nutzlast für die ursprünglichen Startkosten, die Entscheidung, keine Nachtlichter aufzunehmen, war möglicherweise so einfach.
@Pelinore, wie ich bereits im 2. Absatz der Frage erwähnt habe, können LED-Leuchten jeweils für Millisekunden "eingeschaltet" sein und nur "blitzen", wenn die Kameras ein Bild aufnehmen müssen. Es wäre nicht die Art und Weise, wie Menschen Taschenlampen oder Scheinwerfer verwenden.
Ich habe jetzt keine Zeit für eine Antwort, aber dieses Dokument behandelt einige der Navigationsprobleme: digital.library.ryerson.ca/islandora/object/RULA%3A4596/…
Wird es nicht von Menschen gesteuert? Wäre eine weitere Einschränkung die Personalausstattung?
@MagicOctopusUrn nicht einmal annähernd. Zum Einstieg siehe Wie viel kann der Marsrover Curiosity nach vier Jahren Betrieb autonom leisten? aber Sie müssen mehr lesen, um zu verstehen, wie es funktioniert.
Ein großes Problem, das ich sehe, ist, dass der Rover während der Nachtzeit keine Signale von der Erde senden oder empfangen kann
@LonelyFox Ich bin mir aus zwei Gründen nicht sicher, ob das stimmt: 1) Ich habe gefragt: "... könnte es abends fahren oder arbeiten? " und nicht mitten in der Nacht aus thermischen Gründen, dafür ist es möglicherweise zu kalt Einige Dinge müssen um 2 Uhr morgens Ortszeit in Betrieb sein, aber für kurze Zeit nach Sonnenuntergang können alle Teile noch warm genug sein. Sein Kern wird durch zirkulierende Flüssigkeit aus seinem RTG erwärmt, damit der Computer in Ordnung ist. 2) Der Rover fährt und beprobt im Allgemeinen alleine ohne ständige Kontrolle. Es speichert Daten und Bilder und sendet sie regelmäßig zur Erde, sodass während dieser Zeiten keine Signale gesendet oder empfangen werden müssen
@LonelyFox Curiosity wartet im Allgemeinen entweder auf einen günstigen Satellitenpass, um seine gespeicherten Daten und Bilder zur Erde zu senden, oder sendet gelegentlich, wenn es geplante Gelegenheiten gibt, direkt zur Erde: Hat der Curiosity-Rover jemals über seine Hochleistungsantenne direkt mit der Erde kommuniziert? Signalstärke & Datenrate?
@uhoh 1) mein Gehirn hat den „Abend“-Teil nicht registriert, danke für die Klarstellung 2) ich wusste nicht, dass der Rover hauptsächlich Satelliten für seine Datenübertragung verwendet. Ich dachte, es würde immer seine hohe Verstärkung dafür verwenden. Vielen Dank für die Korrektur.
@LonelyFox Willkommen im Weltraum! Ich habe Ehrfurcht vor dieser Mission und Stack Exchange ist ein großartiger Ort, um Informationen darüber auszutauschen. :-)

Antworten (3)

TLDR: Der Rover ist leistungsbegrenzt, nicht tageslichtbegrenzt

Licht reicht nicht aus, um Nachtfahrten zu ermöglichen.

  1. Der Rover ist durch die verfügbare Leistung begrenzt. Das RTG produzierte zu Beginn der Mission ~114 W und sank bis 2025 auf 54 W. Es benötigt 45-70 W im Schlaf, mindestens 150 W im Wachzustand und 500 W während der Fahrt.
    Das bedeutet, dass der Rover nur wenige Stunden am Tag fahren kann. Dann muss er anhalten, schlafen und seine Batterien aufladen. An den meisten Tagen ist der Rover 6 Stunden aktiv, mit bis zu 3 Stunden Fahrzeit.

  2. Die Antriebs- und Lenkmotoren des Rovers müssen vor dem Fahren auf über -55 ºC aufgeheizt werden. Nachts, wenn die Umgebungstemperatur am niedrigsten ist, kann dies 2 Stunden oder länger dauern, plus viel Strom, was das Energiebudget für den Rest des Tages reduziert. Das RTG kann die Motoren nicht direkt erwärmen: Die Freon-Schleife, die die Wärme vom RTG leitet, reicht nicht bis zu den Antriebsmotoren. Wenn möglich, wird das Fahren für die wärmste Zeit des Tages (früher Nachmittag) geplant, um die Menge der elektrischen Heizung zu minimieren, aber für Planungszwecke ist es vorteilhaft, früher loszufahren (häufig gegen 11.00 Uhr), um mehr Zeit für Aktivitäten nach dem Fahren zu haben.

Während das Fahren bei Nacht technisch möglich ist, wenn Sie Lichter haben, würden Sie mehr Energie aufwenden, um die gleiche Strecke zurückzulegen, und den wissenschaftlichen Betrieb beeinträchtigen, indem Sie ihr Energiebudget reduzieren.

Quelle für 1 und 2: Emily Lakdawallas ausgezeichnetes „ The design and engineering of Curiosity “.

Dies ist eine ausgezeichnete Antwort. Vielen Dank, dass Sie dies so gründlich durchgearbeitet haben!
Das erreichte Optimierungsniveau ist angesichts der geringen Leistung des RTG absolut unglaublich. Ich meine, mit 100 Watt bewegen sie ein Fahrzeug, betreiben einen Computer und mehrere wissenschaftliche Tools. Der Rover verwendet einen 200-MHz-BAE-RAD75-Prozessor mit 256 MB RAM, 2 GB Flash und dem VxWorks-Betriebssystem.
"Absenkung auf 54 W bis 2025." Die Halbwertszeit von Plutonium 238 beträgt 87,7 Jahre, also sollte die Leistung nach so vielen Jahren 57 W betragen. Wenn die Leistung alle 10 Jahre um 10 % abfallen würde, wäre die Halbwertszeit weniger als 87,7 Jahre, so wäre es Man kann mit Sicherheit sagen, dass die Leistung innerhalb von 20 Jahren auf nicht mehr als 80 % der anfänglichen 114 W abfallen würde!
@Cornelisinspace Zusätzlich zum Pu-Zerfall bauen sich die Thermoelemente ab, sodass die Leistung immer geringer ist, als der Pu-Zerfall allein vermuten lässt.
Bietet das Angebot Informationen zum Strombudget, die dabei helfen könnten, bei welcher Steigung die Neugier doppelt so viel Strom zu fahren wie bei einer flachen Steigung? ?

Die Leistung des thermoelektrischen Radioisotopengenerators der Curiosity ist für die Heizelemente begrenzt. "Das MMRTG produziert im Laufe der Zeit weniger Strom, da sein Plutoniumbrennstoff zerfällt: bei seiner Mindestlebensdauer von 14 Jahren, wenn die elektrische Ausgangsleistung auf 100 Watt gesunken ist." https://en.wikipedia.org/wiki/Curiosity_(Rover)

Das RTG lädt kontinuierlich 2 Batterien. Wenn die Batterien leer sind, muss die Curiosity sitzen bleiben, während die Batterien vom RTG aufgeladen werden. Um die Batterien nicht vollständig zu entladen, kann ein Balanceakt von Funktionen durchgeführt werden, der Float-Modus genannt wird. Die Batterien dienen als Medium zwischen dem RTG und der Elektronik.

Die 2 Batterien der Curiosity (die für höhere elektrische Anforderungen verwendet werden) werden durch das Hinzufügen von Lichtern stärker belastet, und das Extra ("elektrische Heizungen, die strategisch auf Schlüsselkomponenten platziert sind", um zu funktionieren [Wiki]) erfordert mehr Strom.

(Die Temperaturen am Landeplatz können zwischen –127 und 40 °C (–197 bis 104 °F) variieren; daher wird das thermische System den Rover für den größten Teil des Marsjahres erwärmen. Wiki) Ich konnte keine optimale Temperatur finden für den Betrieb, aber es ist davon auszugehen, dass bei aktuellen elektrischen Maschinen nach Gefriertemperaturen der Wirkungsgrad dramatisch abfällt.

Nach so vielen Minusgraden neigen Öle und Schmiermittel dazu, zu gelieren, was den mechanischen Widerstand der Teile erhöht. Extreme Kälte ist schlecht für jedes Fahrzeug.

Der RTG ist direkt mit den Heizelementen verbunden, um nachts zu laufen, was mehr Heizelemente erfordern würde, um mehr Teile zu erwärmen, was einer höheren Belastung der Curiosity-Strombatterien gleichkommt, was die Betriebslebensdauer kurz- und langfristig verkürzt. Lichter sind nicht das Problem, es ist nur viel effizienter, tagsüber mit weniger Strom zum Heizen zu laufen.

Die meisten Lithium-Ionen-Batterien können nur 3000 Mal oder 3000 Tage aus einem entladenen Zustand aufgeladen werden, aber wenn sie über dem Gefrierpunkt im Float-Modus gehalten werden, könnten sie viel länger halten. Auch das Aufladen nachts, wenn es kalt ist, ist besser für die Batterien.

Es hätte größer, schwerer und mit mehr High-Tech gebaut werden können, um es nachts sehen zu können, aber was ist nachts, das man tagsüber nicht sehen kann?

"100 Watt pro Stunde" ist eine Änderungsrate der Stromerzeugung. Der Bedarf an einem RTG würde in Watt gemessen, aber die Rate, mit der RTGs Strom erzeugen, wird vollständig von ihrer Konstruktion bestimmt. Hast du eine Quelle für den Verjährungsanspruch?
@ErinAnne Er meinte wahrscheinlich 100 Wattstunden pro Stunde ;)
Etwas flüchtiges Googeln zeigt an, dass die 100-W-Bewertung EOL-Stromerzeugung für das RTG ist ... dieser ganze Absatz riecht nur für mich.
Zu Beginn der Mission produzierte das RTG ~114 W (mit kleinen täglichen Schwankungen aufgrund der Umgebungstemperatur.
@Hobbes Ich habe das bekommen, konnte aber nach unten angepasst werden und es wurde gesagt, dass 100 Watt ideal seien, selbst wenn es 114 tun könnte. Danke für die Abstimmung
@ErinAnne du hast Recht, ich habe nicht mehr als den Wiki-Link gesehen und musste einige Lücken ausfüllen.

Probleme mit nächtlichem Roving:

  1. Power- Kein wirkliches Problem mit Curiosity, da es nuklear angetrieben wird. Ein Teil dieser Energie wird jedoch verwendet, um nachts thermische Probleme zu bewältigen.
  2. Fähigkeit, Land zu sehen – Dies könnte das größte Problem sein. Wenn Sie sich nachts bewegen, wird es viel schwieriger, das Terrain des Landes zu sehen, wodurch es wahrscheinlicher wird, Fehler zu machen. Die Beleuchtung funktioniert am besten, wenn sie außeraxial ist. Während Sie dies bis zu einem gewissen Grad tun können, wäre es sehr schwierig, es richtig zu machen, und schwierig zu testen.
  3. Thermische Probleme – Mars ist nachts viel kälter. Diese erhöhte Kälte macht es wahrscheinlicher, dass die Dinge spröder werden. Ein nächtlicher Umzug kann dazu führen, dass Dinge kaputt gehen.
  4. Kommunikation – Dies ist nicht wirklich ein Problem, da Curiosity Relais-Rover zur Kommunikation verwendet. Tatsächlich ist dies eine der Hauptaktivitäten, die Curiosity nachts durchführt, nämlich seine Daten zu übertragen, damit es während des wertvollen Tages nicht anhalten und reden muss.

Unterm Strich könnte es getan werden, aber es fügt eine Menge Risiko hinzu. Es kann getan werden, aber es fügt viel Risiko hinzu. Ich bin mir sicher, dass es eines Tages passieren wird, wenn ein Rover zum Mars für viel weniger als 2,5 Milliarden Dollar zu haben ist, aber im Moment ist es einfach zu riskant, dies zu tun.

Macht ist natürlich das Hauptproblem, und wie Sie sagten, kein wirkliches Problem für Curiosity. Thermische Probleme sind eigentlich zweitrangig, aber ich finde Ihre Angabe dazu völlig uninformativ. Es gibt einige gute kostenlose Literatur, die verwendet werden könnte, um diesen Punkt zu vertiefen. Die Fähigkeit zu sehen ist definitiv ein großes (tertiäres) Problem, aber es ist ein lösbares Problem und es gibt Literatur dazu. Ich finde diese Antwort fehlt. Ihre Schlussfolgerung spricht dies an, als ob es sich um eine Frage des „Wird es getan“ handelt. Es ist nicht. Es ist eine Frage von "Könnte es getan werden", und ich denke, Ihre Antwort ist kurz davor.
Curiosity verwendet ein System mit mechanisch gepumpter zirkulierender Flüssigkeit (CFC-11), um einen Teil der 2000 W Wärme aus dem RTG in andere Bereiche zu bringen, und so konkurriert dies größtenteils nicht um elektrische Energie.
Anscheinend waren Sie noch nicht bereit, diese Antwort zu posten. Ich sehe wiederholte Sätze, und obwohl Sie sagen "... es fügt viel Risiko hinzu", ist das einzige Risiko, das Sie angegeben haben, die Sprödigkeit.
Ich sehe Sie sagen: "[...] Neugier [...] übermittelt nachts ihre Daten, damit sie während des wertvollen Tages nicht anhalten und reden muss.". Warum muss es aufhören zu reden? Nicht genug Leistung, um sowohl die Antenne als auch andere Geräte zu betreiben? Ich denke, der Hauptvorteil des Nachtfahrens wäre die effiziente Nutzung der Zeit. Wenn die Nacht jedoch bereits mit "Reden" (oder anderen Dingen) beschäftigt ist, die sie tagsüber nicht kann, dann verschwindet dieser Vorteil.
Das Zeigen muss sehr präzise sein, um zu sprechen, und wie Sie gesagt haben, erfordert das Sprechen eine beträchtliche Menge an Kraft, was das Energiebudget belastet.
Ich meine mich zu erinnern, dass es die Nacht nutzt, um die Batterien aufzuladen, die den Energieverbrauch während des Tages ergänzen.
Ich dachte, das ist eine +1 wert, aber ich habe es bereits hochgestimmt
Wenn Curiosity Lichter hätte, könnte es abends fahren oder arbeiten?
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