Марсоход, который сам выбирает подвеску и походку
Четырёхколёсный ERNEST прошёл 26 км по калифорнийской пустыне за 37 часов движения, распределённых на семь дней. Центральный двухосевой шарнир меняет кинематику машины и позволяет поднимать отдельные колёса, перераспределяя сцепной вес на рыхлом склоне. Измерения на песке показывают, какую цену такая подвижность платит приводами и энергией.
Лаборатория JPL завершила полевой пробег прототипа ERNEST — Exploration Rover for Navigating Extreme Sloped Terrain. Машина длиной 1.2 м прошла 26 км в Colorado Desert на юге Калифорнии. Движение заняло 37 часов в рамках семидневной кампании, максимальная заявленная скорость составила 1 км/ч. ERNEST предназначен для отработки ходовой части будущих аппаратов, которым потребуется ходить по осыпям, рыхлому реголиту и пересечённому рельефу Луны или Марса.
Главный узел платформы называется Active Gimbal Suspension. Передняя тележка соединена с корпусом совмещёнными шарнирами рыскания и крена, которыми управляют два отдельных привода. Вместе с четырьмя тяговыми и четырьмя рулевыми приводами они образуют десять степеней исполнительной части. На испытаниях контроллер задействовал шесть приводов: четыре колёсных и два AGS, используя активный шарнир для смены направления и положения тележки.
Кинематика даёт возможность наклонять и разворачивать переднюю часть, поднимать одно из колёс, переносить нагрузку на остальные точки контакта и проходить уступ высотой порядка диаметра колеса. В документации JPL зафиксированы подъёмы по лунному имитатору реголита на уклонах до 30°, движение по рыхлому гранулированному материалу с уклоном до 35° и преодоление ступени высотой с колесо. Все четыре колеса остаются ведущими и управляемыми; доступно также боковое смещение шасси.
Активная подвижность требует энергии и усложняет мехатронику, поэтому шарнир сделан переключаемым. В пассивном состоянии тележка свободно следует рельефу, сокращая расход на удержание позы. Для фиксации использованы два соленоидных стопорных механизма shotbolt. Приводы собраны на BLDC-моторах, электромагнитных тормозах, редукторах Harmonic Drive и абсолютных магнитных энкодерах. Такая архитектура сохраняет тягу при остановке и даёт контроллеру данные о положении каждого узла.
Алгоритм управления обучали в симуляторе DARTS, откалиброванном по результатам испытаний аппарата. Модель включает жёсткие контакты колёс с рельефом и террамеханику Bekker–Wong для деформируемого грунта. В контроллер поступают разреженная стереометрия местности, поза шасси, углы шарниров и сигналы четырёх шестикомпонентных датчиков силы и момента. Предварительно команда проверила 11 вариантов активной подвески на двух аппаратах длиной около 0.6 м.
В лабораторном сравнении на сухом песчаном склоне 20° активная схема получила cost of transport 13.4 против 21.3 у пассивной конфигурации. На влажном песке пассивный вариант застревал. Эти цифры относятся к конкретной геометрии грунта, массе и режимам теста, поэтому они пока характеризуют стендовую платформу. Ресурс приводов, герметизация от пыли, радиационная стойкость, тепловой режим и полный энергобаланс для космического применения ещё требуют отдельной квалификации.
Сравнение ERNEST с Curiosity и Perseverance по «порядку» относится к верхней скорости автономной навигации действующих марсоходов. Механическая предельная скорость их приводов в это сравнение не входит. Следующим техническим этапом для ERNEST заявлена стыковка локального выбора режима подвески с дальним планированием маршрута: ходовая часть уже умеет менять контакт с грунтом, а маршрутный контур должен определить, где этот манёвр оправдывает дополнительный расход энергии.