화성 탐사선이 왜 그렇게 느린가요?

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화성 탐사선은 일반적으로 매우 느립니다. 예를 들어, 호기심은 시간당 평균 속도가 약 30 미터입니다.

왜 이렇게 느리게 디자인 되었습니까? 특정 전원 제한 때문입니까 아니면 다른 이유로 인한 것입니까? 왜 그렇게 느린 가장 큰 이유는 무엇입니까?

mobile-robot design

— 날카로운
소스

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아래에 물리적 제한 사항이 있지만 다음 사항도 고려해야 합니다.

하나는 45mph로 가면 바위에 부딪 칠 때 넘어 질 가능성이 훨씬 높으며, 코스와 속도를 설계하면 실수로 수백만 / 아주 멀리 떨어져있는 10 억 달러 규모의 장치입니다. :)

— 익명 펭귄

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그것은과 더 가지고 로커 대차 서스펜션 무엇보다도을.

이 시스템은 크기가 큰 장애물을 극복 할 때 차량에 대한 동적 충격 및 결과적인 손상을 최소화하기 위해 약 10cm / s의 느린 속도로 사용하도록 설계되었습니다.

느리게 이동하는 대신, 로버는 휠 지름의 두 배인 암석을 등반 할 수 있습니다 (일반 서스펜션은 휠 지름의 절반 이상으로 문제가 있음). 이것은 말 그대로 외계인 풍경을 여행 할 때 중요합니다.

( http://en.smath.info/forum/yaf_postst995p2_Animation-of-mechanisms.aspx 를 통한 이미지 )

내비게이션 카메라로 캡처 한 연속 프레임 간의 상관 관계 개선 , 경로 계획 시간 및 전력 절약 등의 다른 이점도 있습니다 . 그러나 서스펜션 시스템이 제공하는 기능이 없으면 ( 정착되지 않거나 손상을 입히지 않고 화성 표면에 존재하는 장애물을 극복) , 다른 이점은 약점입니다.

— 이안
소스

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옳은! 이것이 주된 이유이며 안전과 예측 가능성의 필요성에서 비롯됩니다. 화성에 로버를 얻는 것은 매우 비싸며, 한 번 거기에 있으면 귀중합니다. 에너지는 졸당 거리의 요소이지만 시간당 거리에는 그다지 중요하지 않습니다. 에너지를 많이 사용하지 않는 다른 활동에 더 많은 시간을 보내는 더 빠른 로버를 상상할 수 있습니다. 서스펜션과 에너지가 요소가 아닌 경우 자율성이 솔에서 상당히 많은 이동을 허용 할 수 있기 때문에 통신 제한은 그다지 중요하지 않습니다. 호기심 프로세서는 정신과 기회보다 훨씬 빠릅니다.

— Mark Adler

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@MarkAdler 모두 사실이지만, 빠른 버스트에 사용하기 위해 전력을 절약하도록 설계된 로버는 그 목적을 위해 매우 무거운 배터리를 휴대해야하므로 고품질 서스펜션 만이 유일한 장애는 아닙니다.

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호기심에서 졸당 이동성에 대한 주요 에너지 제한은 모터를 구동하는 에너지가 아니라 모터와 기어 박스를 아침에 작동 온도까지 가열 하는 에너지 입니다. 우리에게 실제로 필요한 것은 주변 화성 온도에서 작동 할 수있는 모터와 기어 박스입니다. MSL 프로젝트는 이러한 개발을 시도했지만 문제가 발생하여 기존 기술로 넘어갔습니다.

— Mark Adler

매우 낮은 온도로 인해 어떤 문제가 발생합니까?

— Ansis Māliņš

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잠깐, @MarkAdler?

— Ian

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이것은 소프트볼 질문처럼 보이지만 놀랍도록 미묘합니다. 여기에 훌륭한 답변이 있지만 기본적인 엄격함을 추가 할 수 있습니다.

로버가 너무 느리게 움직이는 이유는 본질적으로 수백만 달러의 장비로 조심해야 할 필요가 있습니다. 그러나 언급 할 가치가있는 다른 설계 제약이 있습니다.

$\int_{T_{i n i t i a l}}^{T_{f i n a l}} [c_{0} v (t)^{2} + c_{1} a (t)^{2} + c_{3} v (t) + c_{4} a (t) + c_{5} v (t) * a (t) + C] d t$ $\int^{T_{final}}_{T_{initial}} [ c_0 v(t)^2 + c_1 a(t)^2 + c_3v(t) + c_4a(t) + c_5v(t)*a(t) + C ]dt$ $c_0...c_6$ . 참고 LIDAR는 Google Car 와 같은 자율적이고 운전자가없는 차량에 광범위하게 사용됩니다 . 어느 날 저에게 ...
$O(r^3)$ $r$
통신 지연 . 언급 된 바와 같이, 로봇은 i) 자율적이며 ii) 감지 제한적이다. 인간은 로봇이 어리석은 짓을하지 않기 위해 끊임없이 "체크인"해야한다 (최신 계획 알고리즘에도 불구하고). 이것은 로봇이 지시를 많이 기다릴 것이므로 목표에 대한 평균 진행이 느리다 는 것을 의미합니다 . 이전의 참고 문헌에서이 문제를 다룹니다.
안정성 . 안정성 / 견고성을 달성하기 위해 로버는 로커 대차 시스템을 사용합니다. 이 참조 하십시오 . 이 시스템은 느린 속도로 작동하도록 설계되었습니다. 빨리 가서 바위를 치면 로버가 고장납니다. 센서 기반 모션 계획을 상상해보십시오. 이제 모든 관련 센서가 로봇 상단에 부착 된 마스트에 있을 때이를 수행 하십시오. 감지 페이로드를 안정적으로 유지하는 것이 매우 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

— 조쉬 밴더 훅
소스

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대단해! 내 게시물과 같지만 과학적인 용어로 말하면됩니다. 나는 이것을 선호하여 내 게시물을 삭제하지만이 시점의 평판은 너무 유혹적입니다 : D 확실하지만, 결국에는 더 높은 점수를 얻을 것입니다.

— Shahbaz

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: D 삭제하지 마십시오. 문맹자를위한 멋진 주제별 사진이 있습니다.

— rics

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나는 물리학의 그런 전문가는 아니지만 몇 가지 이유를 생각할 수 있습니다.

힘 . 작업을 수행하는 데 필요한 힘의 양은 해당 작업을 수행하는 데 걸리는 시간에 반비례합니다. 더 빨리 무언가를하려면 더 많은 힘이 필요하다는 것이 잘 알려져 있습니다.
계산 속도 . 위의 권력에 관한 진술은 움직임에만 국한되지 않습니다. 계산에도 마찬가지입니다. 랩톱이 절전 모드 일 때 느리게 실행되는 것을 보셨습니까? 프로세서를 사용하면 무언가를 두 배나 빠르게 계산할 수 있으려면 4 배 더 많은 에너지가 필요합니다. 결과적으로, 아마도 화성 탐사선의 CPU도 고속으로 작동 하지 않을 것 입니다. 따라서 로버가 이동하기 전에 무언가를 처리하는 데 시간이 필요한 경우 (예 : 환경 이미지) 더 느리게 이동해야 데이터가 더 느린 속도로 수신됩니다. 처리 할 수있을 정도로 느립니다.
안정성 . 나는 당신 에게이 현상에 대한 공식을 줄 필요가 없다고 생각합니다.

간단히 말해, 이동 속도가 느릴수록 능선 위로 이륙 할 가능성이 줄어들고 착륙시 안정성이 떨어질 수 있습니다.
기동성 . 합리적으로 느린 속도로가더라도 스티어링에 아무런 문제가 없습니다. 다른 한편으로, 고속에서는 회전하기 위해 더 큰 곡률과 바깥 쪽 휠의 압력이 더 필요합니다.

안정성과 같은 이러한 문제 중 일부는 지구상의 로봇에도 해당됩니다. 그러나 지구상에서 차량이 뒤집어지면 항상 뒤집을 수 있지만 화성에서는 화성인을 믿을 수 없습니다 (로버가 등에 붙어 붙어 숭배하기 시작할 수 있습니다). .

— 샤바 즈
소스

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에너지는 아마도 주요 제한 요소 일 것입니다. 호기심의 무게는 거의 1 톤 (하위 소형과 유사)이지만 전원은 125W의 전력 만 생산합니다. 드라이브 트레인에 모든 전원을 사용할 수있는 경우는 .16HP뿐입니다. 컴퓨터, 악기 및 라디오도 모두 공유하기 때문에 실제 사용 가능한 양은 적습니다.

— Dan Neely

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난 당신의 필요 총알을 강력한 이유로 생각하는 것을 주저합니다. 현재 기술로는 고속, 긴 시간, 로버에 충분한 전력을 얻는 것이 불가능하므로 제안 된 모든 미션은 느린 이동 속도와 비교적 작은 면적에 대한 심도있는 연구를 위해 설계되었습니다. 하루에 10-100km의 로버가 가능하다면 완전히 다른 연구 제안이 가능했을 것입니다. 예 Valles Marineris의 길이를 조사하여 어떻게 조각되었는지 확인하십시오.

— Dan Neely

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+1 중력의 차이를 고려하면 안정성이 심각한 문제가 될 수 있습니다.

— Sulthan

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"작업에 사용하는 에너지의 양은 해당 작업을 수행하는 데 걸리는 시간의 제곱에 반비례합니다." -사실이 아닙니다. 두 배나 빠른 일을하려면 두 배의 힘이 필요하지만 같은 양의 에너지가 필요합니다. 제한 요소가 속도 자체의 제곱과 같은 유체 저항 스케일과 같이 제곱 자체로 확장되는 것이 아니라면이를 화성 로버에 적용하려면 어떤 특정 제한 요소가 있는지 설명해야합니다.

— MatsT

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이것이 로봇이 전반적으로 느려지는 이유는 모두 호기심이지만, 호기심이 느려지는 이유는 서스펜션 디자인의 결과입니다.

— Ian

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한 가지 이유는 지구와 화성의 통신 지연 때문입니다.

지구에서 화성까지의 신호 왕복 시간은 몇 분이므로 로봇을 실시간으로 원격 조작 할 수 없습니다. 이는 로봇이 갇히거나 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해 자율적 인 장애물 회피 기능이 필요하다는 것을 의미합니다.

Mars rovers의 위험 방지 장비는 일반적으로 매우 보수적 인 방식으로 설계되었으므로 주행 속도가 느려지고 환경을 점검하기 위해 자주 정지합니다.

Wikipedia에서 화성 탐사 로버 (영적 및 기회) :

... 위험 회피 소프트웨어로 인해 20 초 동안 10 초마다 정지하여 해당 지형을 관찰하고 이해할 수 있습니다.

— 야생 갑각류
소스

바로 그거죠. 차량 설계 / 빌드 / 런칭 / 원격 업데이트시 사용 가능한 프로세서와 소프트웨어는 그보다 더 빠를 수 없습니다.

— 호브

마치 이것이 hazard avoidance잘못된 패러다임 인 것 같습니다. 로봇은 50m 수직 하강 비행 후 충돌 착륙 후 바퀴벌레처럼 행동해야합니다 : 일어나서 부기. 당신은 화성에서 몇 분 거리에있는 것이 아니라 지구에서도 테스트 할 수 있습니다.

— ott--