روكر بوجي

نظام التعليق المتأرجح هو نظام تعليق ابتكره مهندس ناسا دونالد ب. بيكلر عام 1988 لاستخدامه في مركبة ناسا الجوالة على سطح المريخ "سوجورنر" ، ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} والذي أصبح منذ ذلك الحين التصميم المفضل لدى ناسا للمركبات الجوالة. ^{[ 4 ]} وقد استُخدم في روبوتات مهمة استكشاف المريخ " سبيريت " و " أوبورتيونيتي" عام 2003 ، ^{[ 5 ]} وفي مركبة "كيوريوسيتي" التابعة لمهمة مختبر علوم المريخ (MSL) عام 2012 ، ^{[ 6 ]} ومركبة " بيرسيفيرانس " التابعة لمهمة المريخ 2020 ، ^{[ 7 ]} ومركبة " براغيان ^" التابعة لمهمة تشاندرايان-3 التابعة لمنظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO) عام 2023.

ينشأ جزء "التأرجح" في نظام التعليق من حركة التأرجح للوصلة الكبيرة المثبتة على هيكل المركبة على كل جانب. وترتبط هذه الأذرع المتأرجحة ببعضها البعض وبهيكل المركبة عبر ترس تفاضلي . وبالنسبة للهيكل، تدور الأذرع المتأرجحة في اتجاهين متعاكسين للحفاظ على تلامس متساوٍ تقريبًا بين العجلات. ويحافظ الهيكل على متوسط ​​زاوية ميل كلا الذراعين المتأرجحين. ويُجهز أحد طرفي الذراع المتأرجح بعجلة دافعة، بينما يُثبت الطرف الآخر على محور العربة.

يشير مصطلح " العربة " في نظام التعليق إلى الوصلة الصغيرة التي تدور حول ذراع التأرجح في المنتصف، والتي تحتوي على عجلة قيادة في كل طرف. كانت العربات تُستخدم عادةً كعجلات تحميل في جنازير الدبابات العسكرية كعجلات وسيطة لتوزيع الحمل على الأرض، كما كانت شائعة الاستخدام في مقطورات الشاحنات نصف المقطورة . أما الآن، فتُفضل كل من الدبابات والشاحنات نصف المقطورة أنظمة التعليق ذات الأذرع الخلفية .

في مركبة Sojourner الجوالة، تتصل العجلات الأمامية بالعربات، بينما في مركبتي MER و MSL الجوالتين، تتصل العجلات الأمامية بالروافع.

يُعد تصميم الروكر-بوغي نظام تعليق مفصلي غير مُعلق يستخدم محاور منفصلة بدلاً من المحاور كاملة العرض. ويهدف هذا التصميم إلى الحفاظ على التلامس بين جميع العجلات الست والتضاريس غير المستوية، مع توزيع أحمال العجلات من خلال التمفصل الميكانيكي ومتوسط ​​الحمل. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يُمكّن تصميم نظام التعليق المركبة الجوالة من تسلق عوائق أكبر بكثير من نصف قطر العجلة مع الحد من حركة هيكل المركبة. في تطبيقات المركبات الجوالة، مثل مهمة استكشاف المريخ، صُمم نظام الروكر-بوجي بنطاق حركي كافٍ لتجاوز عوائق يبلغ  ارتفاعها حوالي 20 سم. ^{[ 9 ]}

كما هو الحال مع أي نظام تعليق، فإن ثبات الميلان محدود بارتفاع وموقع مركز ثقل المركبة. تضمنت المتطلبات الهندسية لنظام تعليق مركبة استكشاف المريخ الجوالة ثباتًا لا يقل عن 45  درجة في كل من الميلان والدوران في الظروف الثابتة. ^{[ 9 ]} أما بالنسبة لمركبة كيوريوسيتي الجوالة، فتنص وثائق المهمة على أن المركبة يمكنها تحمل ميلان لا يقل عن 45  درجة دون انقلاب، على الرغم من أن الحدود التشغيلية تحد من قيم الميلان المسموح بها إلى قيم أقل. ^{[ 10 ]}

تُستخدم أنظمة التعليق ذات العجلات المتأرجحة عادةً عند السرعات المنخفضة لتقليل أحمال الصدمات الديناميكية عند اجتياز العوائق الكبيرة. وقد وصفت وثائق ناسا الهندسية لنظام تعليق مركبة استكشاف المريخ أهداف التصميم التي تهدف إلى الحد من أحمال الصدمات الانتقالية إلى ما لا يزيد عن 6  أضعاف قوة الجاذبية الأرضية أثناء اجتياز العوائق. ^{[ 9 ]}

تحتوي كل عجلة من عجلات مركبة كيوريوسيتي الست على محرك دفع مستقل. ^{[ 11 ]} كما تحتوي العجلات الأمامية والخلفية على محركات توجيه مستقلة، مما يسمح للمركبة بالدوران في مكانها. وتتضمن العجلات نتوءات لتوفير قوة جر على التربة الرخوة والأسطح الصخرية. ^{[ 12 ]}

عند تسلق سطح عائق شبه عمودي، تدفع العجلات الأمامية باتجاه العائق بينما توفر العجلات الوسطى والخلفية قوة دفع للأمام. ومع صعود العجلة الأمامية، يرتفع الجزء الأمامي من المركبة. ثم تصعد العجلة الوسطى العائق، تليها العجلة الخلفية، مع الحفاظ على تلامس وثبات المركبة بفضل نظام التعليق المفصلي خلال هذه العملية. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

نظراً لأن التقدم الأمامي قد يتباطأ أثناء اجتياز العوائق، فإن مركبات الروكر-بوغي مصممة عموماً للتنقل على التضاريس الوعرة بدلاً من السفر بسرعات عالية. وقد بحثت مفاهيم المركبات الجوالة المستقبلية المقترحة للعمليات السطحية المأهولة أنظمة تنقل عالية السرعة لاستخدامها جنباً إلى جنب مع رواد الفضاء وفي مهمات الاستكشاف بعيدة المدى. ^{[ 8 ]}

انبثق نظام التعليق ذو العجلات المتأرجحة من دراسات حركة المركبات الجوالة التي أجريت في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا خلال أواخر ثمانينيات القرن الماضي. وشملت الأعمال المبكرة على مفاهيم المركبات الجوالة على سطح المريخ مركبات تجريبية بست عجلات مصممة لتحسين الثبات والقدرة على تسلق العوائق على التضاريس الوعرة. ^{[ 13 ]}

بحسب روايات برنامج "مارس باثفايندر"، طوّر دونالد ب. بيكلر عدة نماذج أولية مبكرة للمركبة الجوالة قبل اعتماد تصميم نظام التعليق النهائي. وشملت هذه النماذج نموذجًا خشبيًا مفصليًا استُخدم لتوضيح آلية عمل نظام تعليق بست عجلات بدون نوابض، تلاه نموذج أولي مُزوّد ​​بمحرك يُعرف باسم "بانتوغراف بيكلر"، والذي استخدم وصلات رباعية القضبان متوازية لتوفير خلوص أرضي عالٍ وتحسين قدرة المركبة على اجتياز العوائق. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

تم دمج تصميم البانتوغراف في دراسات المركبات الجوالة لمهمة المريخ المقترحة لإعادة العينات عام 1988، حيث شكّل أساس تصميم مركبة جوالة مفصلية بست عجلات طُوّر في مختبر الدفع النفاث (JPL). ^{[ 16 ]} لاحقًا، عمل بيكلر على مركبات جوالة تجريبية من سلسلة روكي ، والتي اعتمدت تصميمًا مبسطًا للعربة المتأرجحة، حافظ على مزايا الحركة للتصاميم السابقة مع تحسين أداء التسلق مقارنةً بمفاهيم المركبات الجوالة السابقة ذات الست عجلات. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 13 ]}

تم إضفاء الطابع الرسمي على مفهوم التعليق في براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,840,394، نظام التعليق المفصلي ، الذي تم تقديمه في عام 1987 وصدر في عام 1989. ^{[ 19 ]}

• آيبوت
• ويبليتري (آلية)

• المهندس الذي اخترع نظام تعليق مركبة المريخ الجوالة... في مرآبه - فيلم وثائقي عن حياة دونالد بيكلر ونظام التعليق روكر-بوغي، الذي ابتكره ابن دونالد بيكلر، ويحتوي على معلومات تاريخية إضافية بما في ذلك لقطات أرشيفية.
• فيديو على يوتيوب لعربة روكر-بوغي مصممة على غرار إحدى مركبات المريخ الجوالة - فيديو من إعداد نغوين دوك ثانغ لرسوم متحركة لنظام تعليق روكر-بوغي لمركبة المريخ الجوالة.