кране-транспортёре

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
Создать модель исследовательского комплекса
для изучения вертикальных кратеров на Марсе.
АКТУАЛЬНОСТЬ И НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЙ:
Существует гипотеза о том, что на Марсе,
возможно, когда-то существовала жизнь! Мы
предлагаем поискать остатки белковых молекул.
На Марсе встречается лёд, в котором могли сохраниться фрагменты белковых
молекул. Однако, условия на Марсе таковы, что из-за низкого давления и низких
темпеатур вода может находиться лишь в двух агрегатных состояниях: твёрдом
(лёд) и водяной пар, т.е. лёд испаряется, минуя жидкую фазу, поэтому остатки
белковой формы жизни не могли сохраниться на поверхности, но могли сохраниться
в глубине вертикальных пещер во льду, т.к. солнечный свет туда не попадает.
В отличие от других аппаратов, уже исследовавших Марс, наш комплекс нацелен не
на обнаружение атомов химических элементов, которые необходимы для
зарождения жизни, при наличии которых жизнь на Марсе когда-то могла
существовать, но, возможно, её и не было. Наш комплекс предназначен для
исследования марсианского льда на наличие в нём белка химическим путём. За
основу взята биуретовая реакция на белок.
ЭЛЕМЕНТЫ КОМПЛЕКСА И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ:
1. Спускаемый модуль;
2. Кран-транспортёр;
3. Лаборатория.
СПУСКАЕМЫЙ МОДУЛЬ
выполняет:
1) забор проб грунта;
2) построение 3D-карты кратера.
Забор грунта осуществляется при
помощи двустворчатого ковша.
Датчики расстояния, в т.ч. два
ультразвуковых и один
электрооптический используются
для определения положения спускаемого модуля относительно дна, стен и края
кратера. По датчику касания фиксируется контакт с дном кратера. Информация с
датчиков поступает на NXT модуля, этот же NXT управляет работой двигателя
ковша и двигателя, вращающего один из датчиков расстояния, с помощью которого
осуществляется построение 3d-карты. Значения УЗ датчика и угла поворота
отправляются по одному из каналов связи на NXT, соединённый с главным
компьютером.
Спуск и подъём модуля осуществляется при помощи лебёдки, установленной на
подвижном кране-транспортёре.
КРАН-ТРАНСПОРТЁР
предназначен для перемещения лебёдки вместе со спускаемым модулем в
горизонтальной плоскости. К NXT крана присоединены три двигателя, один из
которых вращает лебёдку, а два других перемещают кран с модулем, в ковше
которого грунт, к месту, где этот грунт, предположительно содержащий кусочки
никогда не таявшего льда с вмёрзшими в него молекулами белка, попадёт в
лабораторию. NXT модуля и NXT крана связаны между собой каналом связи. NXT
крана отдаёт команды своим моторам, сообразуясь с сигналами от NXT модуля.
ЛАБОРАТОРИЯ – сложное сооружение, состоящее из нескольких согласованно
работающих устройств.
Грунт со льдом сначала попадает в
ШЛЮЗОВУЮ КАМЕРУ.
Химическая реакция должна пройти с веществом в жидком состоянии, но из-за
малых значений давления и температуры на Марсе лёд переходит в пар, минуя
жидкую фазу. Атмосферное давление у поверхности составляет около 600 Па, т.е.
0,006Атм. , что значительно ниже давления, соответствующего тройной точке воды.
Для проведения химической реакции
давление в лаборатории нужно сначала
поднять хотя бы в 10 раз. Поэтому
сначала грунт попадает в шлюзовую
камеру после открытия верхней
переборки, которая после этого сразу
закрывается. В шлюзовой камере
находится резервуар с воздухом. После
попадания грунта в камеру воздух из
резервуара выпускается в камеру.
Давление в камере и в зоне реакции
выравнивается, после чего открывается нижняя переборка. Теперь лёд тает, и
образовавшаяся вода стекает в пробирку.
Перед тем, как принять следующую порцию грунта со льдом, шлюзовая камера
снова отделяется от зоны реакции, с помощью насоса воздух вновь собирается в
резервуар, давление понижается до марсианского, и шлюзовая камера открывается.
В зоне реакции осуществляется т.н. биуретовая реакция на белок. Для этого через
дозаторы в пробирку впрыскиваются последовательно NaOH и CuSO4, после чего
содержимое пробирки тщательно перемешивается вращением пробирки вокруг
своей оси. Первоначально в пробирку попадает талая вода, в которой может
содержаться белок. В роли марсианского льда с белком – замороженный в
холодильнике яичный белок с водой.
Сигналом к началу проведения реакции служит замыкание особых гибких
контактов. Для NXT «REACTION» эти контакты – датчик касания. Как только
уровень жидкости поднимается до контактов, они замыкаются, а для NXT это
эквивалентно нажатию датчика касания. Контакты выводятся из пробирки, и она
подводится к дозаторам.
Дозаторами служат шприцы, из которых реактивы вытесняются воздухом,
нагнетаемым туда малыми насосами. Вращение стола с пробирками, дозаторов и
работу насосов координирует один и тот же NXT «REACTION» через
мультиплексор моторов. Перемешивание содержимого пробирок осуществляется
двигателями, управляемыми другим NXT, получающим команды от NXT
«REACTION».
В результате реакции раствор приобретает синий цвет, если белка в растворе нет,
или фиолетовый цвет, если белок там есть. Датчик цвета различает эти цвета:
фиолетовый он квалифицирует как black.
Сразу после проведения реакции цвет раствора
анализируется цветовым датчиком. Результат
отображается на экране компьютера, с которым связан тот же NXT, на который
приходят данные для построения 3d-карты.
После завершения химического анализа пробирки с результатами следует
герметично закупорить. Тогда их можно будет отправлять на базу, на Землю, на
орбитальную станцию, или они смогут дожидаться прилёта космонавтов.
Ввинчивается пробирка в крышку теми же двигателями, при помощи которых
перемешивается раствор при проведении химической реакции. Команда на эту
операцию инициируется нажатием датчика касания, соединённого с NXT
«REACTION», опускающейся «рукой» с крышкой. Рукой управляет отдельный NXT
«BANKA», он же доставляет «руке» новую тару.
ТК – транзисторный ключ.
Применение данного электронного
устройства в нашем проекте вызвано
необходимостью осуществления
связи одного из NXT c другим. Наш
опыт работы в среде LabVIEW
показывает, что в совместной работе
нескольких NXT есть особенности,
иногда создающие проблемы,
которые мы постарались решить
таким образом.
+
+
5В
1В
_
На вход схемы с одного из выходов NXT : А, В или С подаётся 1В, тогда на выходе
схемы, соединённой с одним из сенсорных входов другого NXT появится
напряжение 5В. Этот скачок и будет зафиксирован.
ФРАГМЕНТЫ ПРОГРАММ
1) Для построения 3d-карты на главный NXT, подключённый к компьютеру,
отправляются данные: расстояние до стены, угол поворота УЗ датчика.
2) На основе полученных данных строится карта.
3) Спускаемый модуль должен взять пробу грунта, приблизившись ко дну
кратера. При этом глубина не определена.
4) Приблизившись к дну кратера, модуль должен остановиться, для этого он
отправляет лебёдке соответствующую команду; затем, взяв грунт, отправляет
новую команду, на подъём; выбравшись наружу, отсылает очередную команду
для транспортировки себя к лаборатории и т.п.
5) Всеми процессами в лаборатории управляет следующая программа:
6) Содержимое пробирок нужно тщательно перемешать.
7) Если цветовой датчик выдаст значение black, значит в результате реакции
раствор окрасился в фиолетовый цвет, следовательно, в воде присутствовали
молекулы белка.