Lunochod – Technik/Vergleiche/Referenzierungen

Weiter gehts...

Hier eine kurze Präsi mit Grundinfos zu:

- Instrumentierung
- Landestelle
- durchgeführte „Arbeiten“
- Erkenntnisse
- Steuerzentrale
- Erprobung
- Referenzfahrzeuge

http://stp.cosmos.ru/uploads/media/Lunokhod_talk_Microrover_workshop.pdf

dksk

Zum Motorenthema habe ich noch was (aus meiner Sicht) Interessantes gefunden.
Schön frühzeitig im Projekt wurde klar, dass die bisherigen Motor/Getriebesysteme den Bedingungen eines längeren Mondaufenthaltes nicht sicher gewachsen waren. Insbesondere die Mondtag/Mondnacht – Temperaturbelastungen und die lange Zeitdauer, in der ein hohes Drehmoment für die Räder bereitgestellt werden muss, waren neue Entwicklungsherausforderungen.
Ich hab mal versucht eine Abschätzung über die Anzahl der Motoren im Lunochod zu machen.
Dabei komme ich auf mindestens 19 Motore.

-   Radantrieb 8 Motoren
-   Hebe/Senkmechanik am Nachlaufrad und Dichtemesser 1 Motor (die Scheerenwagenhebermechanik geht da für beide Geräte aus einem Antriebslock raus)
-   Hauptantenne Drehung 1 Motor
-   Hauptantenne Höhenwinkel  1 Motor
-   Panoramakamera vertial re./li. 2 Motoren
-   Panoramakamera horizontal re./li. 2 Motoren
-   Deckelaufklapper 1 Motor
-   Heizungsgebläse 1 Motor (unterschiedliche Angaben gefunden)
-   Kursgyroskop ? 1 Motor
-   Neigungsgyroskop ? 1 Motor

Um eine ausreichende Entwicklungssicherheit zu bekommen, wurde ein experimentelles Motor-Getriebesystem „R 1“ entwickelt und vorab an Bord der Mond-Orbiter Luna 11 und Luna 12 erprobt. Da die Luna 11 Mission einige Probleme hatte, sind die meisten Infos, die ich gefunden habe auf Luna 12 referenziert.



Die besonderen Anforderungen an die Mechanik und Elektrik/Elektronik ergeben sich aus 3 Hauptbedingungen -- Vakuum, Strahlung und  Temperaturbereich auf dem Mond. Nicht zuletzt müssen die durch die beim Start wirkenden Beschleunigungen und daraus folgenden Kräfte natürlich auch als erstes aufgenommen und überstanden werden.

Die für den Radantrieb gewählte Getriebekombination (3 Planetenstufen) hatte einen Wirkungsgrad von 0,85, was sehr gut ist. Dies hat aber für die Gesamtfunktion auch einen Nachteil. Es wird eine separate Radgetriebe- Bremse benötigt um in Gefahrensituationen eine schnelle Bremsung einzuleiten bzw. bei maximaler Schrägstellung ein ausreichendes Haltemoment am Hang verfügbar zu haben.
Die Sonnen- und Planetenräder waren aus einem speziellen selbstschmierenden Werkstoff hergestellt. Neben einer thermischen Bauteilbehandlung kam noch ein spezieller Schmierstoff „ВНИИ НП-249“ zum Einsatz.

Quellen:
http://autsys.aalto.fi/fsr/attach/Material/RCLslides.pdf
http://www.istc.ru/istc/db/inst.nsf/wsu/i0001262?OpenDocument&lang=Eng

Zum Thema Referenzierungen noch folgende Infos:

Im laufenden Thread gab es schone einen Hinweis aus dem „Tank on the moon“ Film, dass die Tschnernobyl – Roboter auf Lunochod-Grundlage geschaffen wurden.
Dabei hat sich das System STR-1 bewährt.



Weiterführende Infos dazu hier:
http://www.rovercompany.ru/News/New_01.html

Nach den erfolgreichen Lunochod Missionen gab es natürlich daran anknüpfende Weiterentwicklungen. Eine bemerkenswerte Studie ist das Fahrgestelltestsystem „XM PK“, welches die Chang’e-3 Yutu Rover Fahrwerkskonfiguration mit der Einzelradlenkung schon vorwegnimmt


dksk

Haben die Chinesen etwa auch hier russische Technik kopiert und weiterentwickelt?

Und @dksk: Wer hat die von Dir benutzten Quellen ins Englische übersetzt? Ist das bekannt? Die Originalsprache dürfte ja Russisch sein.

NASA-Techniker waren Ende der 1990er Jahre auch vor Ort und haben sich die Lösungen der Russen angesehen. Erfahrungen werden halt weltweit genutzt.

Ich hab das Dokument mit den 3 Bildern auch noch als längere Version, direkt vom Herausgeber „VNIITRANSMASH“.
Die englische Übersetzung werden dort die Spezis wohl auch selbst mit gemacht haben, damit der Empfängerkreis dieser Infos entsprechend weltweit ausgedehnt wird.
http://www.enlight.ru/ib/tech/vtm/vniitm.pdf

Die Puplizierungsplattform „ISTC”, auf die der zweite Link im obigen Beitrag verweißt ist quasi sowas wie ein Transferzentrum, was es ja hier auch für verschiedene Themen gibt, um Forschung, Industrie, Anbieter und Kunden über eine gemeinsame Plattform zusammenzubringen.
http://www.istc.ru/istc/istc.nsf/fa_MainPageMultiLang?OpenForm&lang=Eng
Zitat aus dem Link
“The International Science and Technology Center (ISTC) is an intergovernmental organization connecting scientists from Russia, Georgia and other countries of the Commonwealth of Independent States (CIS) with their peers and research organizations in the EU, Japan, Republic of Korea, Norway and the United States.”

Die Wissenschaftler standen ja schon in früheren Zeiten mehr oder weniger im internationalen Austausch. Die Hersteller der Spezialtechnik waren auf Grund staatlicher Restriktionen bzw. Geheimhaltung da eher im Hintergrund.
Mitte der 1980er Jahre gab es bekanntlich eine außerordentliche politisch-gesellschaftliche wie ökonomische Veränderung in der SU.
Die Institute und Herstelle waren dadurch z.T. auch gezwungen neue Kunden zu finden bzw.
ihr know-how und Forschungsergebnisse zu vermarkten. Hinzu kam das Finden von Anwendungen und Märkten für Produkte und Ergebnisse – auf die diese noch gar nicht abzielen konnten.
Für freigegebene Projekte ist da auch schnell was gemacht worden. Zusätzlich entstand ein großer Markt im Umfeld der Rüstungskonversion.

VNIITRANSMASH ist damals auch eine Aktiengesellschaft
(JOINT-STOCK COMPANY
RUSSIAN MOBILE VEHICLE ENGINEERING INSTITUTE )
 geworden und bietet seither seine Leistungen weltweit an. Auf ihre in den alten Zeiten erbrachten Leistungen und Ergebnisse dürfen die Mitarbeiter zu Recht stolz sein – und diese als beste Referenzen verwenden.
Gleichsam hat diese Veröffentlichung den großen Vorteil, daß im Netz immer mehr dieser Daten verfügbar sind.

dksk

Immer wieder beeindruckend, wenn man die Jahre betrachtet....

--- Technik/Vergleiche/ Referenzierungen ---

Ich hab mal einen Ähnlichkeitsbetrachtung vom Lunochod zum Yutu gemacht – und eine nachvollziehbare Evolution der Fahrzeuge festgestellt – siehe Bild.



Die Grundsätzliche Auslegung eines automatischen mobilen Mondlabors hat sich dabei seit den 1970er Jahren nicht wesentlich geändert. Grundlage der Mobilität ist ein entsprechendes Fahrgestell, das mit dem Mondboden hinsichtlich Festigkeit und Struktur klar kommt und die Fahzeugmasse sicher tragen kann (Bodendruck). Die maximale Radeinsinkung und Spurtreue sind weitere Kriterien.
Das Dahtgeflechtrad des Lunochod stellt dabei offensichtlich den Stand der Technik für die Mondoberfläche dar.(LRV ist im weiteren Sinne auch Drahtgeflecht, wobei hier eine unvergleichlich größere dynamische Belastung durch die Geschwindigkeit im Fahrbetrieb gegeben war)
Die maximale Einsinktiefe unter „normalen“ Bedingungen betrug bis zu 2 cm. An Kraterrändern sanken die Räder deutlich mehr – bis 20 cm ein. Bodenuntersuchungen in diesen Bereichen zeigten auch entsprechende Unterschiede in der Bodenstruktur. Siehe Quellenlink Nr. 3 unten. Im Bild ist die Analyse des Bodens mit "Krümelstrkenbetrachtung" und eine gewisse Viskosität beschrieben (russisch)



In den Panoramabildern ist das leichte Einsinken der Räder auch sichtbar und wurde sicher von der Bodenstation auch als Kriterium zur Fahrtbewertung herangezogen



Die seitlich offene Form des Rades ist für die lockere obere Struktur der oberen Bodenschicht ebenfalls vorteilhaft.
Da das Lunochod eine kraftresultierende Lenkung durch die 2 x 4 richtungsfesten Räder hatte, konnte bei der seitlichen Schiebebewegung auch das lose Bodenmaterial mit geringerem Widerstand bewegt werden bzw. durch das Rad geschoben werden.
Seitlich geschlossene Räder wären hier sicherlich von Nachteil, da eine zusätzliche seitliche Hemmkraft entstünde . Die seitliche Schiebebewegung muß natürlich mit einem entsprechenden Traktionsüberschuß  in Radhauptrichtung sichergestellt werden.
Die Drehung des Fahrzeuges ist somit Folge des resultierenden Kraftvektors, der ein Drehmoment um den Schwerpunkt erzeugt.



Diese Art von Fahrwerk und Lenkung wurde vom Konstruktionsbüro ВНИИ-100  entworfen, welches sich sonst eher mit massiveren Fahrzeugen beschäftigte



Aus den Erfahrungen mit den Fahrzeugen folgte bezüglich Fahrwerk die Weiterentwicklung auf 6  Räder (3 Achsen) mit Lenkung für die äußeren Räder. Damit wird das Fahrwerk aufwendiger (zusätzliche Mechanik, Aktuatoren, Steuerung). Durch den Wegfall von 2 Rädern und die optimierte Traktion kann das aber kompensiert werden. Ein weiterer Entwicklungsschritt ist die Radaufhängung je Seite mit dem s.g. Rocker-Bogie System, welches dann auch bei Yutu Einzug fand. Damit sind die Hauptkörperstabilität und die Überwindungsfähigkeiten in unwegsamem Gelände nochmals verbessert.
http://de.wikipedia.org/wiki/Rocker-Bogie
Quellen:
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/ziv/1991/5/planetoh.html
troistvo-avtomobilya.ru/rulevoe-upravlenie/printsip-povorota-kolesny-h-mashin/
http://www.lpi.usra.edu/science/kring/lunar_exploration/briefings/lunar_mobility_review.pdf

dksk

От Лунохода к Марсоходу

-   Vom „MONDGÄNGER“  zum MARSGÄNGER“   -

Hier noch ein ansehenswerter Film zur Fahrwerksentwicklung bis hin zu supergeländgängigen Marsmobilen – ab 10 min wird es richtig interessant.
Der Inhalt kompensiert die schlechte Bild- und Tonqualität.

http://rutube.ru/video/46e0d200331c78743d531436b6fbce68/

dksk

Nachdem es jetzt schon einige Zwischenbetrachtungen zu den Weiterentwicklungen/Nachfolgeprojekten gab, möchte ich ein paar Basisinformationen zum Lunochod-Projekt an sich hier nochmal darstellen.

Zitat aus Wikipedia:
Mit Lunochod (russisch Луноход für Mondgänger), auch bekannt unter der Bezeichnung Luna E-8, wird der Typ von sowjetischen Mondmobilen bezeichnet, die im Rahmen des Luna-Programms den Mond erforschten. Es waren die ersten ferngesteuerten Fahrzeuge auf einem an„deren Himmelskörper. Maßgeblich an der Konstruktion der Rover war der russische Ingenieur Alexander Kemurdschian beteiligt.
Es gab drei Missionen: Die erste endete mit der Explosion der Proton-Trägerrakete, zwei weitere verliefen sehr erfolgreich:
•   Erster Lunochod-Startversuch (E-8 Nr. 201) am 19. Februar 1969: Nutzlastverkleidung der Trägerrakete kollabiert nach etwa einer Minute Flugzeit, was zur Zerstörung der Rakete führte
•   Luna 17 (E-8 Nr. 203) mit der Nutzlast Lunochod 1 im Jahr 1970/1971 und
•   Luna 21 (E-8 Nr. 204) mit der Nutzlast Lunochod 2 im Jahr 1973
Geplante Mission:
•   Luna 25 mit der Nutzlast Lunochod 3 im Jahr 1977“
http://de.wikipedia.org/wiki/Lunochod

Mit dieser Grundlage ist es einfacher Bezüge und Zuweisungen im Kontext von „Technik/Vergleiche/Referenzierungen“ zu erkennen und die entsprechenden Informationen klarer zu verstehen.

Lunochod 2 hält momentan noch den Rekord für die längste gefahrene Strecke auf dem Mond. (mal sehen was am Ende dieses Jahres da von Yutu geboten wird)



dksk

höchst interessante Grafik !

Um seine Aufgaben erfolgreich durchführen zu können (und auch die ganzen Motoren anzutreiben) benötigt der Lunochod permanent Energie in ausreichender Menge. Diese zur Verfügung zu stellen ist Aufgabe des…..

Lunochod- Energiekomplexes

Hier versuche ich mal eine Strukturierung:
Dieser Komplex besteht aus 4 Teilsystemen, die in zumindest kausalem Zusammenhang als Gesamtkomplex betrieben werden bzw. aufeinander angewiesen sind.
-   Wärmeregulierungssystem und Wärmequelle -RHU
-   Speicherbatterien
-   Solarzellen und Deckel
-   Steuerungs- und Regelungssystem des Energiekomplexes
Betrachtet man die Grundabhängigkeiten der 4 Systeme, so wird deren hohe Komplexität und integrative Auslegung deutlich.
Beispiele:
Das Wärmeregulierungssystem bedarf Strom um mittels Lüfter eine kontinuierliche Umwälzung der Gasfüllung im Fahrzeughauptkörper zu gewährleisten. Der Strom wird durch die Batterien bzw. Solarzellen bereitgestellt. Die Solarzellen im Deckelinneren können nach der Mondnacht nur in Funktionsstellung kommen, wenn noch Strom aus den Batterien bereitgestellt werden kann. Diese dürfen während der Mondnacht nicht zu kalt werden und benötigen wiederum die Wärme aus der RHU bzw. der Solarzellendeckelantrieb benötigt Strom um am Ende des Mondtages zugeklappt und am Ende der Mondnacht aufgeklappt zu werden.
Während des Mondtages benötigen die Batterien Strom aus den Solarzellen im Deckel um wieder aufgeladen zu werden. Die Ventilatoren brauchen Strom um durch Umwälzung der Gasfüllung  in ausreichender Menge die überschüssige Wärme zur oberen Seite des  Fahzeughauptkörper zu fördern, um die Abstrahlung in den offenen Raum zu gewährleisten. (Thermodynamiker – bitte korrigieren, wenn nötig) Das Steuerung- und Regelungssystem benötigt natürlich auch zu jeder Zeit Strom, damit das Alles mit Allem zusammenpaßt.
Die Gesamtheit dieser gegenseitigen Abhängigkeiten und Funktionen wurde dann entsprechend in der
Auslegung der Hardware berücksichtigt.
Jetzt gehe ich mal auf die 4 Teilsysteme ein:

-------   Wärmeregulierungssystem und Wärmequelle - RHU   ------------

Zum Wärmeregulierungssystem wurden schon am Beginn des Threads einige Grundinfos gegeben.
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=12187.0
Weiterführend will ich hier (bezogen auf den Link) auf die Heizungseinheit (3)  - mit Brennstoffelement (21) auf Po 210 Basis eingehen.

Bezüglich der Begrifflichkeiten wird die Heizungseinheit häufig als RHU – von „radio nucleic unit“ – bezeichnet.

Im Lunochod kam eine Radioisotopen Wärmequelle vom Typ В3-Р70-4 (westl. Schreibweise V3-R70-4) zum Einsatz.



Radioisotop Wärmequelle B3- P70 -4 (Übersetzungsversuch) - zum gezeigten Bild des B3-P70-4

 1 - Kapsel ( Tantal) mit Yttrium Polonium 2 - Ummantelung Rumpf ( Tantalmetall) , 3 – Getter-Dichtung (komprimierte Yttrium Späne) 4 - Ummantelung Deckel ( Tantalmetall) 5 - Dämpfer (gepreßte Späne, Legierung auf Niob -Basis ), 6 - Abdeckung Korrosionsschutz  Schale ( eine Legierung auf Niob -Basis ) 7 - Rumpf Korrosionschutz
( Niob -Legierung ), 8 - Schale stoßfest ( Niob -Legierung ) , 9 - stoßfeste Deckelschale ( eine Legierung auf Niob -Basis)



Der Sicherheitscontainer ist bei Po 210 sehr wichtig, da es eine hohe Radiotoxizität hat.
http://www.buetzer.info/fileadmin/pb/pdf-Dateien/Polonium.pdf
Weitere Infos:
thermische Leistung, 150-170 W
Durchmesser, mm, nicht mehr als 20,8
Höhe, mm, nicht mehr als 100
Gewicht, g, nicht mehr als 200
Temperaturregime, nicht mehr als 1000°C
Kollisionssicherheit bei Geschwindigkeit gegen festen Körper bis 100 m/s
Betriebsdauer, mindestens 105 Tage

Die Zuverlässigkeit, Robustheit und Sicherheit der Radioisotop Wärmequelle B3- P70 -4 wurde auf 2 Arten bestätigt. Wobei diese vom „Worst case“ bis „Best case“ reichen.

1.   Worst Case

Die Kapsel B3- P70 -4 überstand den Raketenabsturz mit dem ersten Lunochod Луноход 8ЕЛ№201 am 19.02.1969 und wurde unversehrt bei der Trümmersuche aufgefunden.
Bei Interesse: Beschreibung auf einer russischen Seite.
http://samlib.ru/s/stepanow_a_n/poligonbaikonur.shtml
Hier wird u.a. die Ursachenforschung (Versagen der Nutzlastverkleidung) und die Suche in den Trümmern nach wichtigen Bauteilen beschrieben.
Zur Zeitdauer, bis die Kapsel B3- P70 -4 gefunden und geborgen wurde gibt es unterschiedliche Angaben. Das russische Nuklearzentrum Sarow führt in seinem Dokument Auffinden in versiegeltem/unversehrtem Zustand offiziell auf.

2.   Best Case

" Lunochod-1" funktionierte 322 Tage (von 17. November 1970 bis zum 4. Oktober, 1971), und "Lunochod-2" 220 Tage, womit die Anforderungen deutlich übertroffen (105 Tage Mindestbetriebsdauer).
Hier noch ein Bild von der Heizungseinheit mit Isolationsummantelung und den Umströmungsanschlüssen. Im Inneren wird die Kapsel B3- P70 -4 untergebracht.





Quellen:
http://www.nationalsecurity.ru/library/00073/00073sarov046.htm
http://isjaee.hydrogen.ru/pdf/11_2004_zavalishin.pdf
http://www.bochvar.ru/vniinm/history/1970_1979/moon_rover/
http://www.bochvar.ru/news/news_vniinm/more_dojdey/
http://in-technics.ru/radioizotopnyj-blok-obogreva/

Fortsetzung folgt…. (sang BAP ja auch schon 1988)

dksk

Weiter geht es mit dem  --------- Wärmeregulierungssystem -----------

 Ich bin kein Thermodynamikspezi – hab mal vor langer Zeit Teil 1 und 2 absolviert – aber ich war da nicht so begabt – bitte bei Bedarf kompetent korrigieren.

Die Wärmeregulierung findet innerhalb der Systemgrenzen des Fahrzeuges statt. Diese sind räumlich durch den Haupkörper des Fahrzeuges eingegrenzt. Über diese Systemgrenzen findet ein Austausch mit der Umgebung (offener Weltraum in Mondoberflächennähe) statt. Somit muß die Differenz, die durch Energiefluß in beide Richtungen entsteht ausgeglichen werden. Wobei hier die entsprechenden Regelgrenzen eine jeweilige Änderung innerhalb eines definierten Bereiches zulassen, sodaß das System eine entsprechende „Trägkeit“ haben kann. Ganz stark vereinfacht: Mondtag – Wärme von außen nach innen – wenn zu heiß: kühlen. Mondnacht – Wärme von innen nach außen – wenn zu kalt: wärmen. 
Der Hauptkörper ist als umgedrehter Kegelstumpf gestaltet und besteht aus einer Magnesiumlegierung mit folgenden Hauptabmessungen aussen:
Durchmesser unten: ca. 1,3 m
Durchmesser oben: ca. 1,77 m
Höhe: ca. 0,68 m
Für die Abschätzung des nutzbaren Innenraumes gehe ich von ca. 0,05 m „technischer Wandstärke“ mit Versorgungsleitungen, Kabeln, Kanälen etc. aus. Damit ist die nutzbare Quadratgrundfläche am Boden mit ca. 0,83 m Seitenlänge definiert. Darin befinden sich die Batterien, Elektrotechnik, Geräte etc.



 Der Hauptkörper ist mit Stickstoff gefüllt und hermetisch verschlossen. Die Stückstoffüllung führt zu einer Art „Gleichverteilung der Wärme“, da die Bauteile kontinuierlich umströmt werden. Somit werden zu starke Temperaturdifferenzen verhindert und ein kontinuierlicher Temperaturausgleich zwischen Gas und Bauteilen ist möglich. Bei lokal zu starker Erwärmung wird diese auch „verteilt“ und somit in Extremsituationen eine gewisse Trägheit genutzt um entgegen zu regeln. (umgangssprachliche Beschreibung)
 Innerhalb des Hauptkörpers sind die Werte für Druck, Volumen und Temperatur miteinander in Relation. Die Formel P1*V1/T1 = P2*V2/T2 ist ja noch erinnerlich, wobei V1=V2=const. gesetzt werden kann.
Somit sind Druck und Temperatur die Hauptgrößen zur Überwachung.
Der Druck ist mit einem Bereich von 735 mm Hg bis770 mm Hg definiert. Die Temperatur mit 0°C bis *30°C. Zu diesen Werten gibt es unterschiedliche Angaben – je nach Quelle. Ich habe hier die aus meiner Sicht passenden herangezogen.
 Aus dem Hauptkörper ragen noch Geräte, wie z.B. Kameras mit entsprechender Umfassung hervor. Der Hauptkörper und große Anbauten sind außen mit einer Glasfaserisolationsmatte, die aus ca. 20 Schichten besteht, umnäht.


 Die Oberseite weist ein besonderes 2-teiliges Isolationssystem auf.
1.    An der Oberfläche des Hauptkörpers ist eine spezielle Isolationsfolie aufgebracht, die stark reflektierende Eigenschaften und eine sehr glatte Oberfläche hat. Dadurch ist die Absorption des Sonnenlichtes am Mondtag von vorne herein minimiert. (bei geöffnetem Deckel) Gleichzeitig ist sie bezüglich Wärmeabstrahlung von innen nach außen optimiert (Vorzugsrichtung). Dies ist für das Arbeitsregime „Kühlen“ wichtig.
(Bild der Folie zeigt Lunochod 3)
2.     Die Deckeloberfläche ist ebenfalls mit der Glasfaserisolationsmatte entsprechend dem Hauptkörper isoliert und hat, wenn der Deckel geschlossen ist somit volle Isolationsfunktion an der Oberfläche des Hauptkörpers.

Das Wärmeregulierungssystem kann in 2 Hauptbetriebsarten betrieben werden „Wärmen“ und „Kühlen“.
 Auf dem Prinzipschaltbild erkennt man die Funktionsweise anhand der Hauptbauteile und deren sehr einfachen Auslegung. Es gibt einen zentralen Klappenantrieb mit Verteilerwelle und Gestänge, eine Rückstellfeder und das wars. Seinerzeit wurden in der Automatisierung von Systemen noch vordergründig Funktionselemente mit den Booleschen Operationen an sich belegt. Die Verknüpfung über Gestänge, Mechaniken etc. war zur Funktionsbildung primär gegenüber elektronischen Steuerungen. Heutzutage wird erst mal eine SPS mit Maximalausstattung (Speicherplatz und Adressen) genommen und eine unendliche AWL reingeklopft, wobei die Merker nie ausreichen, falls mal mittendrin was stehen bleibt.
Die Betriebsart wird insgesamt durch 3 qualitative und 2 quantitative Werte, die entsprechend geschaltet werden, bestimmt.


qualitativ 1: Deckelstellung: auf/zu
qualitativ 2: Ventilschaltung Kreislauf (kalt/heiß)
qualitativ 3: Ventilatordrehrichtung (drücken/saugen)
 
quantitativ 1: Anzahl der Ventilatoren (1,2 oder 3)
quantitativ 2: Drehzahl der Ventilatoren (niedrig, mittel, hoch)
 Beispiel „Wärmen – maximale Temperatur“  (Luft würd über Po 210 Element erhitzt, nach oben gesaugt und über den zentralen Verteiler innen rausgelassen und umströmt die Bauteile)
Deckel:zu
Ventilschaltung: Durchlauf heißes Element
Ventilatordrehrichtung: saugen
Anzahl Ventilatoren: 3
Drehzahl Ventilatoren: max.

Beispiel “ Kühlen – minimale Temperatur“   (Luft wird nach oben an die Decke des Behälters geblasen – durch die Deckelwand und die Spezialfolie wird Wärme nach oben abgestrahlt. Luft mit Wärmeverlust wird an den Körperwänden nach unten geleitet) Die Deckelklappe des Fahrzeuges ist geöffnet.
Deckel: auf
Ventilschaltung: kein Durchlauf am heißen Element
Ventilatordrehrichtung: drücken
Anzahl Ventilatoren: 3
Drehzahl Ventilatoren: max.


 Das Hauptelement mit den Ventilen und Stellelementen zur Bestimmung des Betriebsregimes und den Verteilungsdüsen. Vor der Wärmequelle: Ventil rot – geschlossen; Ventil grün - geöffnet

 
 Das System war insgesamt sehr zuverlässig und somit gab es sogar Untersuchungen, ein angepaßtes Arbeitsregime einzuführen.
Dazu wurde gemessen, wieviel Wärme während der Mondnacht „verlorenging“ um die nötige Ausgleichsmenge abzuschätzen.
Während der Februar-Mondnacht (07.-19.02.1971) wurde mit Lunochod 2 erfolgreich getestet, den Deckel offen zu lassen und den Wärmeverlust mit der verfügbaren Leistung des Po 210 Elements komplett auszugleichen.
Das stellte für die Solarzellen auch einen Worst Case Test in Bezug auf den Temperaturunterschied dar. Gleichzeitig war aber auch mit dem Wiederaufgehen der Sonne unmittelbar elektrische Leistung über die Solarzellen verfügbar.
Lunochod 2 wurde übrigens auch mit geöffnetem Deckel vom LRO „wiederentdeckt“.


Quellen:
Siehe alle vorangehenden Beiträge und:
http://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/reports/2007/R802.pdf
http://www.astronaut.ru/bookcase/books/salah03/text/03.htm
https://images.raumfahrer.net/up037809.jpg
Screenshots aus dem Film “Tank on the Moon”
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%83%D0%BD%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%B4_%28%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0%29
http://79.174.78.50/forum/index.php?topic=310855.20
 
dksk

Nun zum elektrischen Energiesystem des Lunochod, mit dem Thema:

----- Speicherbatterien ------

Der Lunochod hatte einen Akkumulatorkombiblock, mit folgenden technischen Kennwerten an Bord:

Silber -Cadmium-Batterien

Anode - Cadmium-
Elektrolyt - Kaliumhydroxid
Kathode - Silber-Oxid

Verglichen mit Silber-Zink-Batterie sind die spezifischen Eigenschaften (EMK 1,6 V, 45-90 Wh / kg) geringer, aber es könnten mehr als 3000 Lade-Entlade-Zyklen problemlos überstanden werden (bis 6000 Zyklen möglich). Durch die geringere Löslichkeit von Cadmium im Kaliumhydroxid gibt es keine Bildung von Dendriten (Gefahr von Kurzschlußbrücken)
Dies war für das spezielle MondTAG und MONDNACHT Arbeitsregime ausschlaggebend.
Nach den 2 Wochen Bordnetzbetrieb (Ventilation, Datenübertragung, BMSR) sind die Batterien stark entladen.

Optionen:

    Theoretische Energieverbrauch :
    Spezifische Energie (Wh / kg) : ca. - 45 bis 90 Wh / kg.
    Spezifische Energiedichtet (Wh / dm ³) : ca. - 120 Wh / dm ³ .
    Elektro-Motorische-Kraft : 1,6 V.
    Betriebstemperatur: -30 ... +50 ° C.


Zu den Bordnetz-Leistungsdaten des Akkumulatorkombiblocks gibt es folgende Informationen:

Blockkappazität: 200 Ah Lunochod 1
Bordspannung: 27 V


Die mechanisch-elektrischen Außenschnittstellen der Akkumulatoren entsprachen dem Standard der „Onboard-Batterien“ dieses Leistungsbereiches für sowjetische Luft- und Raumfahrzeuge jener Zeit.
Speziell die Gehäuse-, Isolations- Befestigungsauslegung basierte auf der Übernahme der entsprechenden Standardkassettensysteme. Die Zellen waren für die Anwendung im Lunochod mit den entsprechenden Anpassungen für Anode, Elektrolyt und Kathode ausgeführt.
Diese Akkus haben typischerweise ebenfalls eine Spannung von ca. 27 V – aber eine Einzel-
Kapazität von 25 -28 Ah. Daher sind für das Lunochod 8 Einzelakkus zum Block zusammengeschalten. Damit wird die maximale Kapazität zur Verfügung gestellt, wobei gleichzeitig eine gewisse Redundanz für Reserve/Umschaltoption vorhanden ist.

Da kaum Informationen zum Inneren des Lunochod zu finden sind, habe ich eine Baraumab-
schätzung auf Grundlage der Abmessungen der Standardakkutypen im Vergleich mit einem Bild des Lunochod Untergestells mit Innenbauteilen gemacht. Das Bild ist wieder ein Screenshot aus „Tank on the moon“



Aus meiner Sicht ist die Vergleichbarkeit gegeben.

Zur Akkuanordnung noch eine Variantenüberlegung:
In einigen Bildern von Fahrwerkserprobungsmustern ist in der Mitte des Chassis ein Rahmen zu erkennen.
Dies könnte ein Gasverteilungsschacht (Düsen oder Diffusor?) sein, um die Umströmung der mittleren Akkus zu optimieren.



Somit könnten die mittleren Akkus seitlich angeordnet sein.

 
Wenn die Sonne zu Beginn des Mondtages wieder erscheint, werden die Akkus wieder vollständig aufgeladen. Dazu besitzt der Lunochod Solarzellen im Deckel. Da kommt als nächstes Thema.



Quellen:

http://kik-sssr.ru/10-7-4_Pressa_2_Lunohod.htm

http://samlib.ru/d/dmitriew_p/lunohod.shtml


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B1%D1%80%D1%8F%D0%BD%D0%BE-%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%BC%D0%B8%D0%B5%D0%B2%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%BA%D0%BA%D1%83%D0%BC%D1%83%D0%BB%D1%8F%D1%82%D0%BE%D1%80


http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%BE%D1%80%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%BD%D0%B0%D0%B1%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%BB%D0%B5%D1%82%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%B0%D0%BF%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B2

http://oz-niihit.ru/aircraft.html

http://www.rigel.ru/rigel/akk/s_k_e.html
http://guap.ru/guap/kaf71/meth/5_2.pdf

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D1%83%D0%BD%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%B4_%28%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D0%BC%D0%BC%D0%B0%29

dksk

--- Solarzellen ----

Der Lunochod hat Galliumarsenid- Solarzellen (GaAs) im Inneren des Klappdeckels installiert.
Diese zeichnen sich durch eine sehr gute Temperaturbeständigkeit, geringen Leistungsabfall bei Erwärmung und Robustheit gegenüber UV-Strahlung aus.
Der Wirkungsgrad war entsprechend dem damaligen Stand der Technik mit ca. 11% sehr hoch.
Die Zellengesamtfläche von Lunochod 1 betrug 3,5 m², wobei die Elemente zu Modulen zusammengeschaltet wurden.
Die Leistung betrug 180 Watt.
Hersteller war die „Wissenschaftliche Produktionsbetrieb KVANT“
http://www.npp-kvant.ru/



Es gibt auf den verfügbaren Bildern mehrere Zellenbelegungsvarianten und die Information, daß die Zellengesamtfläche bei Lunochod 2 vergrößert wurde. Die wahrscheinlichste Belegungsstruktur
entspricht aus meiner Sicht diesen Bildern, da hier auch die Kontaktfinger, Modulstruktur und die Batteriezusammenfassung erkennbar sind.
Der Gesamtwirkungsgrad der Solarzellenbatterie hängt aber auch von einem geometrischen Positionsparameter bezüglich Lichteinfallswinkel ab, der beim Lunochod wiederum von 3 Unterparametern beeinflußt wird.

1.   Koordinate nördliche Breite – Position des Lunochod auf dem Mond
2.   Schräglage des Geländeprofils, auf dem sich der Lunochod gerade befindet.
3.   Mechanischer Ausgleich durch Bewegung des Solarzellendeckels in Fahrzeughauptrichtung.

Zu 1.
Die Fahrzeuge wurden auf der nördlichen Mondhalbkugel angelandet. Die nördliche Breite
betrug  ca. 38.25° ( Lunochod  1) und ca. 25,85° (L unochod 2).
Damit ergibt sich aufgrund der Oberflächenkrümmung der „ Mondkugel“ eine Schrägstellung zur Projektionsrichtung des Sonnenlichtes (ekliptikparallel).



Zu 2.
Die hohe Geländegängigkeit führte im Fahrbetrieb auch zu einer dem Bodenprofil folgenden Schrägstellung des Lunochods, sowohl um die Längs- als auch Querachse. Die maximale Schrägstellung war mit 45° zur Querachse definiert. Die aufgeklappte Solarzelleneinheit folgte dabei der Fahrzeugbewegung. Diese überlagert Punkt 1 additiv/subtrativ.

Zu 3.
Der Solarzellendeckel ist am hinteren Bereich des Fahrzeuges schwenkbar gelagert. Er kann insgesamt um 180° geschwenkt werden.
Wenn das Fahrzeug in Fahrtrichtung von Nord nach Süd ausgerichtet ist, kann der Deckel in Kompensationswinkelstellung gebracht werden, sodaß für diese Position die optimale Sonneneinstrahlung auf die Solarzellen in Normalrichtung wirkt.
Die Startstrecken von Lunochod 1 und 2 nach der Landung beginnen beide mit einer diesbezüglichen Hauptausrichtung, sodaß die Batterien nach dem Flug und Anlandung optimal geladen werden konnten.



In Fahrtrichtung West, Nord, und Ost ist keine Kompensationswinkelstellung möglich, sodaß hier nur die projezierte Fläche der Solarzellen wirksam wird.

Quellen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle
http://www.mami.ru/storage/files/kaf/techp/Tehnologii_solnechnoj_energetiki_.pdf
http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=70&ved=0CG0QFjAJODw&url=http%3A%2F%2Fwww.springer.com%2Fcda%2Fcontent%2Fdocument%2Fcda_downloaddocument%2F9783540793588-c2.pdf%3FSGWID%3D0-0-45-648607-p173817025&ei=hZrTUrPSJYKpyAPRnIHoDg&usg=AFQjCNERUCu03s6s6nPQq0PkBskde66Leg
http://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=12&ved=0CDYQFjABOAo&url=http%3A%2F%2Fwww.mosenergosbyt.ru%2Fportal%2Fpls%2Fportal%2Fdocs%2F1%2F1036065.PPT&ei=iPPSUsCjLI_GswavyIGYDA&usg=AFQjCNHvKTJNh_UBlahvauK1qu66VV7Gwg&bvm=bv.59026428,d.Yms

dksk

----- Deckel  --------

Er besteht aus einer Trage- und Funktionsstruktur. Die Tragestruktur ist gewölbt und auf der Oberseite mit Spanten verstärkt. Wie bereits beschrieben trägt er auf der Unter/Innenseite die Solarzellen und weitere Funktionsbauteile auf der Oberseite.
Der Deckel des Lunochod erfüllt mehrere Aufgaben, aus denen sich seine beiden Hauptstellungen am Fahrzeug ableiten.

Stellung geschlossen:
-        Transportschutz bei Start, Flug und Anlandung
-        Isolationswirkung  für das Wärmegegulierungssystem - Betriebsart  „Wärmen“ (MONDNACHT)

Stellung offen:
-        Aufladeposition der Solarzellen (MONDTAG) – innerhalb des Verstellbereiches bis 180°

Bei schwierigen Fahrsituationen könnte der Deckel optional zur Schwerpunktsbeeinflussung verstellt werden, um die Vorder- oder Hinterräder zu be/entlasten.
Um seine Funktionen sicherzustellen ist der Deckel am hinteren Rand des Fahrzeuges an zwei Stellen drehbar gelagert. Diese Lager sind als Gelenkkopflager ausgeführt und somit auch bei Fluchtungsproblemen höchst bewegungsflexibel. Der Verstellantrieb greift mit einem Hebel mittig zwischen den Lagerstellen punktuell an den Deckel. Dieser Angriffspunkt ist auch begrenzt flexibel geführt (leichter Positionsausgleich)  Damit ist das System statisch bestimmt bei höchster Robustheit gegenüber Bewegungseinflüssen und die Funktionskräfte verteilen sich symmetrisch.



Mit dem Schwenkhebel (mittig) ist ein Bewegungsmechanismus auf der Oberseite verbunden, der neben der Bewegungsübertragung noch 2 weitere Aufgaben übernimmt.
Wenn der Deckel geöffnet wird, kommt es im ersten Bewegungsabschnitt (Hebelhub) zur Betätigung eines Zuggestänges, welches die Deckelverriegelung (vorne am Deckel) öffnet.  Auf der unter dem Deckel befindlichen Hauptkörperoberseite ist die entsprechende Schlossfalle im vorderen Bereich angebracht.
Erst danach folgt die Öffnungsbewegung des Deckels bis zur gewünschten Öffnungsstellung.
Außerdem wird ein Abstützanschlag bei 180° Stellung bereitgestellt.
 
Im oberen Teil des Bildes sieht man das Zuggestänge und oben rechts den Abstützanschlag mit Auflagefläche.



Im unteren Bereich des Bildes sieht man die Hebeldurchführung und das Schloßsystem mit der Schlossfalle unten.

Aufgrund der Funktionswichtigkeit des Deckels ist der entsprechende Verstellantrieb von entscheidender Funktionsbedeutung. Insbesondere das erste Aufstellen des Deckels nach der Anlandung ist die Grundlage für einen erfolgreichen Betrieb auf dem Mond (längerfristige Stromversorgung).
Wie schon weiter vorne beschreiben, gab es positive Versuche, die MONDNACHT mit offenem Deckel zu überstehen. Dies zeigt die ausreichende Robustheit des thermischen Systems.

Um einen Vergleich zu führen, referenziere ich hier auf ein bisher verfügbares Bild der entsprechenden Deckel (Solarzellen)-Versteller – Lösung vom Chang’e-3-Yutu Rover.



Hier befindet sich der Verstellantrieb „einseitig“ am hinteren Gelenk der Deckelsolarzelle.
Die Hebelarme und Kräfte sind hier nicht symmetrisch, wodurch eine, wenn auch geringe, Torsionsbeanspruchung entsteht. Bei Störeinflüssen kann sich speziell am vorderen Lager z.B.  eine deutliche Verstärkung eines resultierenden Hemmoments, welches von der hinten liegenden Antriebseinheit überwunden werden muß, ergeben.

dksk

Gestern habe ich auf zdf-info einen interessante Dokumentation über die Lunochods namens
"Mit dem Auto auf den Mond" gesehn.
Bekannt war mir ja schon die gute Dokumentation "Tanks on the Moon"
die vor Jahren mal auf Servus TV lief.
Für alle die es verpasst haben, die Wiederholung läuft am
Freitag 07.02.2014, 05:45 - 06:30 Uhr.
Ansonsten kann ich nur auf die Mediathek verweisen.

Für mehr infos:
http://www.zdf.de/ZDF/zdfportal/programdata/08f09dee-c131-3898-beea-3efa0cea90b0/20271158

Für alle die es verpasst haben, die Wiederholung läuft am
Freitag 07.02.2014, 05:45 - 06:30 Uhr.

Und auch nochmal am gleichen Tag beim selben Sender um 15 Uhr, sehe ich gerade bei einem Online-Videorekorder.

Nun zum….

----------  Steuerungs- und Regelungssystem des Energiekomplexes ------------

Wie schon vorab beschrieben, ist der Energiekomplex des Lunochod ein Kernelement um ein langfristiges „Überleben“ des Fahrzeuges unter den Bedingungen auf dem Mond sicherzustellen.

Dass die ganzen vorher beschriebenen Systeme zugehörige Steuerungs- und Regelungssysteme haben ist auf den ersten Blick selbstverständlich. Wieso betone ich deren Wichtigkeit mit einem eigenen Absatz?

Dazu mal folgende Betrachtung vorab, mit der finalen Aussage: „die überwiegende Zeit ist das Fahrzeug auf sich alleine gestellt und muss autonom sein Überleben sichern!“

Eine AKTIVE „Führung“ des Fahrzeuges von der Erde war mit wechselseitiger Richtfunkkommunikation möglich. Basis dafür ist hier die Sichtbarkeit von Sender und Empfänger.
Diese Sichtbarkeit ist nur während eines zeitlichen  „Kommunikationsfensters“ gegeben.
Als Basis meiner zeitlichen Betrachtung dieses Fensters nehme ich die Lunation.
Lt. Wikipedie, Suchbegriff: Lunation
„Der mittlere Mondmonat (synodische Monat) beträgt derzeit sekundengenau
29,530589 d (29 Tage, 12 Stunden, 44 Minuten, 2,9 Sekunden) „

Ich habe als Vergleichswert vom aktuellen Mondmonat mal die Auf- und Unterganszeiten betrachtet um eine durchschnittliche Sichtbarkeit abzuschätzen. (Basis: Breitengrad 50° Nord)
http://news.astronomie.info/sky201402/mond.html?

Diese liegt bei ca. 12,022 h täglich als Gesamtdurchschnitt.
Wenn ich bei einer Positionsabschätzung (ungefähr Lunochod) links oben auf dem Mond, Tag 10 bis Tag 24 (Mondsicheldarstellung) nehme, komme ich auf 12,14 Stunden. (einfache Excel Tabelle)
Weiterhin wissen wir, dass MONDTAG und MONDNACHT sich auch die Zeit des Mondmonats teilen. Somit ist das Fahrzeug nur die Hälfte der Zeit (MONDTAG) im AKTIVEN Missionsmodus.
D.h. eine aktive Verbindung mit dem Fahrzeug ist bei den beiden Voranstellungen theoretisch nur zu einem Viertel des Mondmonats möglich (nur während MONDTAG und nur durchschnittlich 12 h/d).
Da sind wir gleich mal bei NUR 25% der Missionszeit pro Mondmonat.
Davon geht aber noch was verloren.
Wenn der Mond aufgeht, muss er sich erst mal soweit nach oben über den Horizont bewegen, dass das Fahrzeug auf dem entsprechenden Mondbreitengrad über dem Erdhorizont „zu sehen“ ist. (dieser ist einen bestimmten positionsabhängigen Abstand von der erst- und letztsichtbaren Mondoberkante entfernt)
Gleichsam ist diese Position beim Untergang des Mondes auch früher unter dem Horizont als der obere Rest der Mondsichel.
Da die Fahrzeuge auf der nördlichen Mondhälfte sind ist diese Zeit auf jeden Fall geringer, als bei einer Positionierung auf der südlichen Mondhälfte. Das erklärt aus meiner Sicht auch  TEILWEISE die Grobpositionierung der Lunochods und Yutu auf der nördlichen Mondhälfte.
Ich habe zur Steigzeit des ca. halben Monddurchmessers auf die Schnelle Nichts gefunden und schätze den dadurch entstehenden Sichtzeitverlust mit je ca.15 min. für Auf- und Untergang d.h. in Summe ca. ½ h.

Die Bodenstation, die für die Lunochods die Signalkommunikation durchgeführt hat, befand sich in der Nähe von Simferopol auf der Krim. Ihre Position lag auf ca. 45.3° Nord.
In wieweit dieser Unterschied von ca. 4.7° nordlicher Breite ebenfalls einen Einfluß hat weiß ich nicht. Kann hier jemand helfen?
Damit komme ich auf 11 ½ Stunden Kommunikationszeitfenster je Erdentag im MONDTAG netto. Damit sind die 25% der Gesamtzeit je Mondmonat noch mal unterschritten. Dabei sind keine Reserven, Puffer und logistische Pausen etc. eingerechnet, die diesen Prozentsatz noch mal reduzieren. Die Vor- und Nachbereitungszeit der Hibernation habe ich hier ebenfalls nicht betrachtet.

Damit wird deutlich, dass ÜBER 75% der Missionszeit kein aktiver Missionsbetrieb mit dem Fahrzeug möglich ist. (Über passive Möglichkeiten werde ich beim folgenden Thema „Antennenkomplex“ noch was versuchen darzustellen).

Damit ist das --  Steuerungs- und Regelungssystem des Energiekomplexes --- zu Recht priorisiert gegenüber anderen Systemen des Fahrzeuges. Es sichert die ausreichende ZEIT, um planmäßige UND UNPLANMÄßIGE Dinge vorzubereiten und durchzuführen.

Diese Abschätzung ist sehr stark vereinfacht – vielleicht kann hier ein Spezi konkretisieren bzw. korrigieren?

dksk

Teil 2
----------  Steuerungs- und Regelungssystem des Energiekomplexes ------------

Die Teilsysteme des Energiekomplexes hatten spezifische Steuerungs- und Regelungssysteme, die der jeweiligen Aufgabenstellung entsprachen.

-------- Wärmeregulierungssystem
Das Wärmeregulierungssystem war einerseits zeitgesteuert und folgte damit einem vordefinierten Parameter-Profil. Dieses Profil beinhaltete die Daten, die sich aus der planbaren MONDTAG – MONDNACHT-Temperaturkurve ergaben.
Die Werte waren relativ genau bekannt, da in Vorbereitung der unbemannten/bemannten Landung komplexer Stationen hierzu ausreichend Datenmaterial in vorangegangenen sowjetisch/amerikanischen Vorbereitungsprogrammen gesammelt wurde.



Das Bild zeigt neben dem Temperaturverlauf auch gut die Hysterese beim Übergang von MONDTAG/MONDNACHT/MONDTAG (Temperaturänderung hinkt zeitlich nach).
Zur zeitlichen Steuerung kam noch ein Temperaturregelungssystem, welches auf Basis laufender Meßwerte die Temperatur innerhalb der vorgegebenen Systemgrenzen „hielt“.
In Kombination beider Systeme wurden die jeweils optimale Betriebsart, sowie innerhalb dieser, die qualitativen und quantitativen Werte realisiert (siehe vorher; Detailbeschreibung Wärmeregulierungssystem).

-------- Speicherbatterien
Die Speicherbatterien wurden durch einen Laderegler in Kombination mit einem Ladestromverteiler entsprechend der verfügbaren Elektroenergie versorgt. Da die Batterien nach der MONDNACHT jeweils stark entladen waren, war das Arbeitsprogramm des Lunochod auch in den ersten Tagen danach auf die Aufladung der Batterien ausgelegt. Die Ladestromverteilung war nötig, da insgesamt 8 Hauptbatterien versorgt werden mußten, ohne gegenseitigen Ausgleichsstrom-Fluß.
Während des MONDTAGES waren erdtäglich mindestens 12 h für das Betriebsart „Laden“ in der passiven Fahrzeugphase verfügbar (außerhalb des Kommunikationszeitfensters von der Erde).
Hier ein typisches Schaltbild des Elektrosystems mit Solarzellenmodul, Akku und Peripheriebauteilen.



СБ – солнечная батарея ------------Solarmodul
 ШС – шунтовой стабилизатор –- Shuntstabilisator
ЗУ – зарядное устройство --------- Laderegler
 РУ – разрядное устройство ------- Lastregler
 АБ – аккумуляторная батарея --- Akkumulatorbatterie
 Н – нагрузка –-------------------------- Verbraucher

Während der aktiven Fahrzeugphase wurde der Elektroenergieverbrauch je nach Leistungsbedarf aus den Batterien oder den Solarzellen gedeckt. Diese Regelung ist „ähnlich“ der Anwendung des „Lichtmaschinenreglers“ im konventionellen irdischen Fahrzeugen.
Die Nennleistung des Lunochod lag bei 0,25 kW – mit maximaler Kurzzeitleistung von 1 kW für 10 min.
Mit diesem Regelungssystem war die Grundlage für eine lange Lebenszeit des Akkukomplexes und der Bereitstellung von Maximalleistung im Notfall gegeben.

------  Solarzellen und Deckel
Zum Thema „Die reale Solarzelle“ habe ich hier eine Infoseite gefunden, die dem Verständnis des vorangezeigten Schaltbildes (mit Shunt) auch dienlich ist.
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_a/backbone/ra_1_2.html
Die Solarzellen wurden durch den Deckel in die Ladeposition gebracht. Dazu konnte, wie vorab beschrieben, bei Südausrichtung noch ein Kompensationswinkel entsprechend Fahrzeugschrägstellung eingestellt werden um den maximalen Wirkungsgrad zu erzielen.
Der Wirkungsgrad ist über die Winkelfunktion vom relativen Einfallwinkel des Lichts abhängig.



Daher war diese relativ einfache Regelung sehr wichtig. Die entsprechende Stellgröße in Bezug auf die relative Position zur Sonne wurde durch einen Photodetektor und Abgleich mit den Navigationsdaten ermittelt.
Die Verstellung des Deckels war mit einer logischen Schutzschaltung kombiniert, der eine Kollision mit der vorderen Hauptantenne verhinderte.
Wichtig war diese Schaltung z.B. unmittelbar nach der Anlandung, wenn das Fahrzeug den ersten
Statuskontakt mit der Bodenstation aufnimmt. Dazu war primär die Hauptsendeantenne bei geschlossenem Deckel auszurichten. Wenn die erste Ausrichtung über den Fahrzeugkörper gezeigt hätte, wäre bei nachfolgender Deckelöffnung die Gefahr der Kollision gegeben gewesen.
Daher wurde dieser erst nach optionaler Positionsanpassung und Schwenkfreiheit zu Antenne geöffnet. Der Deckel sollte ja den Sendestrahl auch nicht als Blende beeinflussen.
Die jeweilige Deckelöffnung nach der MONDNACHT war ab einem Sonnenstand von 5° über dem vorgesehen.

-------
Die Steuerungs- und Regelungssysteme der Bestandteile des Energiekomplexes konnten natürlich auch über die Missionsführung von der Bodenstation (nahe Simferopol) mit veränderten Parametern geführt werden. Grundlage dafür war eine wechselseitige Signalübertragung.

 Für diese war u.a. der
----- Antennenkomplex des Lunochod ----- zuständig.


Quellen:
http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/5/1091/
http://books.google.de/books?id=nVeY7vMCtOkC&pg=PA259&lpg=PA259&dq=lunokhod+sun+over+horizont&source=bl&ots=6y1Osk5qsT&sig=Ki-yXwi2KXVdZrltzH75TnY54dI&hl=de&sa=X&ei=w6nvUoboKaW9ygOu14C4Cw&ved=0CC4Q6AEwAA#v=onepage&q=lunokhod%20sun%20over%20horizont&f=false
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/projekte/solar/alpha-p.htm

dksk

----- Zwischenkorrektur zum Thema Solarzellenflächenanordnung im Deckel! -----

Bei meinen aktuellen Recherchen zum Antennenkomplex bin ich auf ein Detail gestoßen, das die Anordnung der Solarzellen am Lunochod  auf dem Mond zeigt.
In den Panoramaaufnahmen zeigt das Fahrzeug ja teilweise interessante Einzelheiten, die an den Ausstellungsfahrzeugen bzw. Presseabbildungen nicht vorhanden bzw. unvollständig sind, einschließlich vollständiger Thermoisolation.



Dabei sieht es so aus, daß es zusätzliche Solarzellenflächen außerhalb des Deckelumfanges mit entsprechender Gegenfläche am Fahrzeughauptkörper gab. Dazu habe ich bisher NUR EINE Fahrzeugprinzipzeichnungen gefunden, in der diese sogar dargestellt sind. An den Ausstellungsmustern ist hierzu z.B. am Deckel bei Lunochod 2 nur eine zusätzliche Rahmenkontur oben (Haltegriff ;-) erkennbar gewesen.
Im Panoramabild sieht man sowohl die zusätzlichen Flächen am Deckel und Hauptkörper mit entsprechendem Schattenwurf am Boden. Zum Vergleich habe ich Bilder mit Details, die dies untermauern zusammengestellt.

Quellen:

http://dic.academic.ru/dic.nsf/polytechnic/4900/%D0%9B%D0%A3%D0%9D%D0%9E%D0%A5%D0%9E%D0%94
http://www.planetology.ru/panoramas/lunokhod1.php?page=7&language=english
http://www.pluska.sk/ine/veda/objavili-lunochod-2.html
Vorabthread, Übernahmebilder mit Einzelquellen

dksk

Der Antennenkomplex des Lunochod besteht aus 3 unterschiedlichen Antennensystemen/typen am Fahrzeug und dem Antennenkomplex der Bodenstation.

Die Hauptbodenstation in der Nähe von Simferopol (Krim) (Bodenmesstelle Nr. 10/ Наземный измерительный пункт № 10» (НИП-10)), war im Netz des kosmischen Komando- und Messkomplexes integriert.
Der Komplex in Simferopol umfaßte: eine Empfangsantenne TNA-400; Empfangsantenne TNA-200 UHF; Dezimeter Sender "Horizont"; Meter-Kanal-Sender "Turquoise", Ausrüstungen "Velvet", stationäre Antenne K-524, sowie alle Systempunkte zur Steuerung des Lunochod .
Die markanteste Antennenanlage der Bodenstation stellt ein Radiotelekop TNA-400 dar.



http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%9D%D0%90-400
http://www.kik-sssr.ru/Map_KIK_SSSR.htm
 
Die klassischen Aufgabeninhalte zum Empfang und Übertragung von:
- Telemetriedaten
- Bahn/Positions/Bewegungsdaten
- Komandosignaldaten und deren Bestätigungen
sind auch hier beim Missionbetrieb mittel Datenübertragung vorhanden gewesen.

Die Fahrzeugantennen sind je nach Hauptaufgabe, auch auf diese spezifisch ausgelegt.
Grundsätzlich bekommen bei der Entfernung Erde-Mond/Mond-Erde auch die Themen Signallaufzeit und Signalstärke eine entscheidende Bedeutung, die bei der Auslegung/Erzeugung der Übertragunsparameter berücksichtigt werden müssen
Um einen Eindruck bezüglich Signallaufzeit zu bekommen, hat Wiki hier eine geeignete Darstellung parat.



Hier erst mal ein Überblick zu den Antennen am Fahrzeug



Im ersten Auslegungsschritt wurde auf bewährte Systeme, die bereits in Vorgängermissionen erfolgreich eingesetzt wurden, zurückgegriffen (Luna 9 bis Luna 16). Dies betraf die  Spiralkegelantenne und die Stabantennensysteme. Da die Führung eines mobilen Forschungskomplexes – was das Lunochod ja darstellt – aufgrund der umgebenden „geologischen“ Besonderheiten zusätzliche Herausforderungen darstellte, wurde hierfür eine visuelle Missionsführung vorgesehen. Diese mußte mit den entsprechenden Datengrundlagen in ausreichender Qualität und Übertragungsdichte versorgt werden. Um dies sicherzustellen, wurde eine spezielle Wendelantenne mit hoher Richtwirkung entwickelt und eingesetzt.

Im Folgenden möchte ich die 3 Antennensysteme detaillierter beschreiben.

Quellen:
http://www.rand.org/content/dam/rand/pubs/reports/2007/R802.pdf
https://images.raumfahrer.net/up037795.gif?uselang=ru
http://kik-sssr.ru/Dovgan--Odisseia-2.htm

dksk

Antennensystem 1 -Stabantenne

Hauptaufgabe: Empfang von Funkbefehlen
Frequenzbereich: 115 MHz/183 MHz– Empfang von Kommandosignalen/Bahnverfolgung-Positionsdaten
Es sind insgesamt 4 Antennen am Umfang des Hauptkörpers angebracht und decken somit einen Bereich von +/- 180° ab.



Antennensystem 2 – Spiralkegelantenne mit mittlerer Richtwirkung

Hauptaufgabe: Übertragung von Televisions- und  Telemetriedaten/Empfang von Kommandosignalen
Frequenzbereich: 922 MHz/768 MHz



Antennensystem 3 – Wendelantenne mit hoher Richtwirkung

Hauptaufgabe: Übertragung von Fernsehbildern in hoher Datenrate
Frequenzbereich: 750 MHz Televisionsdatenübertragung



Die Antenne ist als Wendelantenne ausgeführt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Wendelantenne



Die gesendeten Wellen sind bauformbedingt zirkular polarisiert



http://de.wikipedia.org/wiki/Polarisation
Die Wendelantenne besitzt eine hohe Richtwirkung (Antennengewinn). Sie wird mit ca. 30° angebeben.
http://de.wikipedia.org/wiki/Antennengewinn
Rückseitig dient eine Metallfläche als Gegengewicht (Reflektor) für die koaxialen Speisung.
Dies führt zu einem Optimum in Bezug auf Reichweite und erforderliche Sendeleistung.
Im vorderen Bereich sind Scheiben angeordnet, deren Funktion nicht ganz klar ist.
Aus meiner Sicht könnten diese als „Direktoren“ arbeiten. (Bei Kreuzyagi mit polarisierten Wellen ist das ähnlich mit den gekreuzten Direktoren).
Siehe hier auch als „Zusatzinfo“
http://dk7zb.darc.de/Download/zirkular.pdf

Evtl. können hier die Spezis, wie DF2MZ noch was ergänzen/korrigieren?

Zusätzlich kann die Antenne auf die Erde ausgerichtet und während der Fahrt nachgeführt werden, um die Stabilität und Übertragungssicherheit der Funkverbindung zu gewährleisten.
Nur so ist eine kontinuierliche Signalübertragung möglich, welche die Grundlage für die operativen Entscheidungen während der Fahrzeugbewegung ist.
Die Ausrichtung erfolgt halbautomatisch auf Basis eines Gyroskopsystems und Unterstützung durch einen Operator in der Bodenstation.



Die Antenne kann jede Position in der Halbsphäre über seiner Hauptachse anfahren.
Die Antriebseinheit kann einen Schwenkbereich von 360° und einen Höhenwinkel bis 90° anfahren.
Die Höhenachse wird mit einer Drehfeder unterstützt. Die jeweilige Position wurde durch die Hemmung der Schnecke in der ersten Getriebestufe gehalten, sodaß keine zusätzliche Bremse erfoderlich war.
Der Antrieb besteht aus zwei bürstenlosen Gleichstrommotoren mit einer Nennleistung von jeweils 10W.
  Dieser Antrieb enthält auch die folgenden Bauteile:
  - Zahnrad-und Schneckengetriebe;
  - Endschalter;
  - Endplatten / Faltenbalg-Dichtung für Drehverbindungen  - Labyrinthdichtungen.
 Füllung mit ЦИАТИМ-221 Schmiermittel für höchste tribologische Anforderungen
 
Quellen:
http://www.svengrahn.pp.se/radioind/E8radio/E8Radio.htm
http://www.istc.ru/istc/db/inst.nsf/wsu/i0001262?OpenDocument&lang=Eng
http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/vestnik-an/1974/mars-74.html
http://fr7904ur.bget.ru/10.7.8.2_Avtomuseum_Lunohod_p.3.htm
http://uz.denemetr.com/docs/294/index-20292-1.html?page=2

dksk

Fahrzeug, Energieversorgung, Antennen etc. – nun kann die Missionsführung beginnen.
Wie schon beim Antennenkomplex kurz erwähnt, wurde die Mission durch ein Team von Spezialisten vom Boden aus geführt. Dieses Team bestand aus einer Vielzahl von technischen, organisatorischen und wissenschaftlichen Mitarbeitern. Die Hauptverantwortung in der Interaktion Mensch-Maschine trug dabei ein 5-köpfiges Team bestehend aus:

Kommandant
Fahrer
(Bord)Ingenieur
Navigator
Funk/Antennenoperator

Dieses Team arbeitete in 2 Schichten und bestand insgesamt aus 2 mal 5 Mitgliedern plus 1 Reservist. Da höchste Konzentration nötig war, war die maximale Arbeitszeit auf 5 Stunden begrenzt. D.h. je Kommunikationsfenser 2 Schichten am Fahrzeug aktiv.
Die Ausbildung starteten 14 Spezialisten, von denen während der aktiven Missionszeit nur noch die oben erwähnten 11 Mitglieder übrig blieben.
Hier eine Übersicht zur prinzipiellen Steuerung des Lunochod-Systems durch die Operatoren.







Hier, die Operatoren im Einsatz.
 Um der besonderen Situation der räumlich und auch zeitlich (Signallaufzeit Befehl zum Mond + Signallaufzeit Quittierung zur Erde + Reaktionszeit Mensch) Rechnung zu tragen, wurde der Lunochod mit einer zusätzlichen Steuerungsautomatik versehen, die einerseits kritische Situationen erkennen und andererseits vordefinierte Schutzaktionen automatisch ausführen konnte.

dksk

Dabei wurden während der Fahrt des Lunochod 4 Hauptparameter ständig überwacht.
1.       Kippung/Neigung des Fahrzeuges (Winkel und Beschleunigung)
2.       Strombelastung der Elektromotoren der Räder
3.       Temperatur der Antriebe
4.       Aktivität der Antriebe/Versagen
Die Werte für die 4 Hauptparameter wurden über den Block des automatischen Chassis (Блок автоматики шасси (БАШ) ermittelt. Dieser Block ist u.a. mit Neigungs/Beschleunigungssensoren ausgestattat.



Wenn das System eine Überschreitung der vordefinierten und erprobten Grenzen erkannte, wurde hier durch das Sicherheitssystem (Система безопасности движением (СБД) primär ein STOP Signal gegeben.
Eine einfache wie effektive STOP-Einrichtung war die in die Antriebe intergrierte Magnetbremse (öffnet bei Bestromung – Ruhestrombremse)



dksk