Jak działają łaziki księżycowe

Załóżmy, że po raz pierwszy podróżujesz do parku narodowego. Ponadto załóżmy, że w planowanym miejscu docelowym nie ma transportu publicznego, a zabytki, które chcesz zobaczyć, są daleko od siebie. Co byś zrobił? Wiele osób podróżowało ze sobą na rowerze lub samochodzie . Ale co by było, gdyby ten park był oddalony na Księżycu o 252 000 mil (405 500 km) ? Jak się teraz poruszasz?

Jeśli miałeś niezwykłe szczęście być jednym z astronautów , którzy chodzili po Księżycu podczas pierwszych kilku misji Apollo , używałeś nóg. Twoja eksploracja była ograniczona tym, jak daleko można było przejść, niosąc setki funtów skafandra kosmicznego , sprzętu i próbek skał. Twoje systemy podtrzymywania życia, które mogły działać przez około 4 godziny, również utrudniały dalszą wędrówkę. Ale astronauci Apollo z późniejszych misji, takich jak 15-17, prowadzili samochód, księżycowy pojazd wędrowny ( LRV ), który przypominał buggy na wydmach.

Teraz, gdy NASA rozważa powrót na Księżyc na dłuższe misje i założenie bazy księżycowej, potrzebne są bardziej wyrafinowane łaziki księżycowe o większym zasięgu, a może nawet pojemności życiowej. (W tym artykule skupimy się na załogowych łazikach, a nie na robotach, które teraz krążą wokół Marsa lub mogą kiedyś badać Księżyc). Aby sprostać tym potrzebom, NASA opracowała prototypy dwóch nowych łazików. Jednym z nich jest bezciśnieniowa ciężarówka lub rydwan na Księżycu. Drugi z nich nazywany jest różnie księżycowym łazikiem elektrycznym (LER) lub małym łazikiem ciśnieniowym (SPR). Podczas gdy oryginalny LRV był jak buggy na wydmach, SPR jest bardziej jak rozbudowany minivan, który może przemierzać księżyc. Niedawno SPR przemierzyła Pennsylvania Avenue jako uczestnik prezydenta Obamyparada inauguracyjna.

Zasiądźmy za kierownicą niektórych z tych łazików, zaczynając od tych starszych z czasów Apollo, a kończąc na przyszłych pojazdach, które astronauci mogą zabrać ze sobą podczas kolejnej wizyty na Księżycu w 2020 roku.

1. Księżycowy pojazd wędrowny Apollo
2. Jazda po Księżycu Apollo LRV
3. Przystanek LRV na Księżycu
4. Księżycowa ciężarówka
5. Mały łazik ciśnieniowy
6. Przyszłość księżycowych łazików

Jest początek lat 70. i astronauta Apollo przebywa na Księżycu z kilkoma kolegami. Ubrany w niezbędny, nieporęczny skafander, musi zbadać oddalony o kilka mil krater, więc kieruje się do łazika. Wchodzi o 35 centymetrów na siedzenie typu krzesła ogrodowego w środkowej komorze aluminiowego podwozia. Łazik ma około 10 stóp długości (3 metry), 6 stóp szerokości (prawie 2 metry) i prawie 4 stopy (1 metr) wysokości. Jest mniej więcej wielkości współczesnego Volkswagena Garbusa.

Jego partner dołącza do niego na drugim miejscu, gdy pierwszy astronauta przegląda LRV. Sprzęt komunikacyjny (antena o wysokim zysku do zdjęć i danych, antena o niskim zysku do głosu i kamery telewizyjnej ), zasilanie (dwie baterie 36-woltowe ) oraz sprzęt nawigacyjny znajdują się w przedniej komorze. W środkowym przedziale znajdują się dwa siedzenia, wyświetlacz i ręczny kontroler do prowadzenia LRV. W schowku za nimi znajduje się sprzęt naukowy i do pobierania próbek skał (narzędzia, torby). Pod nimi cztery koła łazika są wykonane z dwóch aluminiowych ram (rama wewnętrzna i zewnętrzna), podczas gdy same opony są wykonane z ocynkowanej siatki drucianej z tytanowymi bieżnikami w jodełkę.

Wyznaczony kierowca spogląda w dół na konsolę wyświetlacza pośrodku przedziału załogi LRV, aby się zorientować. Wyświetlacz nawigacyjny znajduje się na górze z wyświetlaczem komputera, kompasem słonecznym , wyświetlaczem prędkości (0-12 mph, 0-20 km/h), przyciskami resetowania i miernikiem kąta nachylenia, który śledzi nachylenie, na którym łazik się porusza. Na dole znajdują się przełączniki zasilania, które rozdzielają energię z dwóch akumulatorów, monitory zasilania akumulatorów oraz przełączniki sterujące silnikami elektrycznymi układu kierowniczego i napędowego.

Zanim astronauta będzie mógł rozpocząć jazdę, musi wypełnić listę kontrolną uruchamiania, której pierwszym krokiem jest obserwacja słońca za pomocą kompasu słonecznego. Kiedy już przekaże ten odczyt ludziom w kontroli misji, wysyłają one z powrotem dane do zaprogramowania komputera nawigacyjnego . Ten odczyt daje komputerowi nawigacyjnemu LRV punkt odniesienia w pobliżu modułu księżycowego, lądownika Apollo, który służy jako baza domowa na Księżycu. Podczas pracy komputer śledzi namiar łazika względem modułu księżycowego za pomocą żyroskopu i mierząc odległość (zakres) poprzez liczbę obrotów koła. Kompas na wyświetlaczu pokazuje północ księżycową.

Po wypełnieniu listy kontrolnej nadszedł czas, aby wyruszyć.

Apollo LRV nie był dostarczany z kierownicą per se. Miał jednak ręczny kontroler umieszczony tuż za konsolą wyświetlacza na podłokietniku, który koordynował sterowanie, silniki napędowe i hamulce. Kontroler znajdował się pośrodku przedziału załogi, aby każdy astronauta mógł prowadzić, chociaż dowódca zwykle robił zaszczyty. Jest również wyposażony w uchwyt w kształcie litery T, ułatwiający obsługę z nieporęcznymi rękawicami skafandra.

Każde koło pojazdu LRV może działać niezależnie za pomocą silnika elektrycznego i kierować niezależnie od pozostałych kół, dzięki czemu pojazd LRV może skręcać nawet w przypadku awarii jednego układu kierowniczego. Podobnie każde koło miało również niezależne hamulce. Dla NASA nadmiarowość zawsze była priorytetem. Ponadto ta konfiguracja pozwalała na mały promień skrętu wynoszący 10 stóp (3 metry).

Uchwyt T może obracać się w lewo, w prawo, do przodu lub do tyłu i poruszać się do przodu lub do tyłu. Był również wyposażony w przycisk, który mógł zablokować kontroler do użycia w kierunku do przodu, a także pierścień do zwolnienia hamulca postojowego. Ruchy pilota ręcznego kierowały LRV w następujący sposób:

Let's return to our two astronauts journeying outward to explore the crater. The LRV's suspension minimizes the bumps of the uneven terrain, but they're strapped in with ­toeholds, handholds and seat belts anyway. Although the LRV is desi­gned go up a slope as steep as 25 degrees or to travel as far as 40 miles (67 kilometers), they won't travel more than 6 miles (10 kilometers) from the lunar module. If the rover failed, they could still walk back to the module before their life support systems ran out.

I pojawiły się nieprzewidziane problemy, mechaniczne i inne. Na przykład podczas misji Apollo 17 komandor Gene Cernan odłamał kawałek błotnika łazika, gdy młotek w jego kieszeni skafandra złapał go, gdy przechodził obok. Błotnik blokował księżycowy pył wzbijany przez siatkowe koła łazika. Gdyby astronauci nie naprawili błotników, koła pokryłyby astronautów i sprzęt pyłem księżycowym – zagrożenie zarówno dla ludzi, jak i sprzętu. Zrobili nowy błotnik z laminowanej mapy i taśmy klejącej, co pozwoliło im dalej korzystać z pojazdu. Całkiem pomysłowy.

Co się dzieje, gdy LRV dotrze do celu?

Gdy astronauci dotrą do celu, zatrzymują się i włączają hamulec postojowy. Po wyjściu na górę ponownie ustawiają anteny o wysokim i niskim zysku na Ziemi , aby mogły komunikować się z kontrolą misji. Kontrola misji zdalnie steruje kamerą telewizyjną LRV, podczas gdy astronauci rozmieszczają sprzęt i zbierają próbki skał i gleby, które umieszczają z tyłu LRV.

Ale ile mogą przetransportować na drodze próbek skał? Chociaż sam LRV waży 460 funtów (209 kilogramów) na Ziemi, może utrzymać przy pełnym obciążeniu 1080 funtów (490 kilogramów). Obejmuje to dwóch astronautów w skafandrach i plecakach (800 funtów lub 363 kilogramy), sprzęt komunikacyjny (100 funtów lub 45 kilogramów), sprzęt naukowy (120 funtów lub 54 kilogramy) i skały księżycowe (60 funtów lub 27 kilogramów) [źródło: NASA ] . Właściwie nie jest to duży dopuszczalny ciężar próbek, jeśli zdarzyło się, że większe okazy przykuły uwagę astronauty.

Po ustaleniu celów na miejscu astronauci przenoszą się do innego miejsca i powtarzają swoją pracę. Odwiedzają wiele lokalizacji podczas jednej wycieczki, po czym wracają do modułu księżycowego, aby wyładować próbki, odpocząć i przygotować się do księżycowego spaceru następnego dnia.

Ten niezwykły pojazd rozszerzył nasz zakres eksploracji Księżyca. Najdłuższy pojedynczy napęd LRV osiągnął 20,5 mil (20,1 km) w odległości 4,7 mil (7,6 km) od modułu księżycowego podczas misji Apollo 17.

Teraz, gdy doświadczyliśmy Apollo LRV, spójrzmy na znacznie nowsze koncepcje łazika księżycowego.

­

Leć ze mną na księżyc

Firma Boeing Aerospace Company zbudowała cztery LRV dla programu Apollo. Trzy latały na lotach Apollo 15-17, a jeden został zatrzymany na części po odwołaniu późniejszych lotów Apollo. Całkowity koszt łazików, dwóch symulatorów grawitacyjnych 1/6 i trenażera wyniósł 38 milionów dolarów [źródło: Williams ].

Łaziki przybyły na Księżyc złożone w jednej ćwiartce etapu zejścia z modułu księżycowego. Na pierwszym księżycowym spacerze astronautów rozstawiliby łazik z modułu opadania za pomocą kabli i rozłożyli go za pomocą kabli zwalniających na LRV. Ostatnim krokiem było zamocowanie błotników.

Podczas gdy Apollo LRV był używany głównie do rozszerzania zdolności eksploracyjnych astronautów podczas krótkiego pobytu na Księżycu , NASA planuje budowę bazy księżycowej na dłuższe misje – od miesięcy do lat w porównaniu z czasami Apollo. Dłuższe misje wymagają pojazdów zdolnych do wykonywania ciężkich prac, takich jak budowa, kopanie i ciągnięcie ładunków. W tym celu NASA zaprojektowała prototyp księżycowej ciężarówki.

Księżycowa ciężarówka to mobilna platforma przeznaczona do podróżowania po Księżycu. Podobnie jak jego przodkowie Apollo, nie jest pod ciśnieniem, więc astronauci będą musieli nosić skafandry kosmiczne podczas jego obsługi. Ciężarówka jest przeznaczona do przewożenia ładunku, a NASA bada możliwość dodania do niej innego sprzętu, takiego jak koparko-ładowarka lub dźwig. Ciężarówka ma przewozić aż czterech astronautów.

Kierowca astronauta stoi na stanowisku kierowcy. Może rozejrzeć się w dowolnym kierunku, aby przesunąć ciężarówkę. Ciężarówka ma sześć kół, a każde koło ma dwie opony. Koła można kierować niezależnie w obrocie 360 ​​stopni. Taka konfiguracja zapewnia wózkowi ogromną zwrotność. Może iść w dowolnym kierunku: do przodu, do tyłu, na boki lub dowolna ich kombinacja.

Wózek napędzają dwa silniki elektryczne z dwubiegową skrzynią biegów. Wózek może opuścić się do poziomu gruntu i podnieść z siłą podnoszenia 4000 funtów (17 800 niutonów). Może osiągnąć maksymalną prędkość 15 mil na godzinę lub 25 km na godzinę, gdy nie jest załadowany.

Prototypowa ciężarówka księżycowa została opracowana w NASA Johnson Space Center w Houston i przetestowana w obszarze symulacji księżyca w Moses Lake w stanie Waszyngton, gdzie wydmy mogą symulować środowisko księżycowe.

Przyjrzyjmy się nowej koncepcji łazika ciśnieniowego.

Zdanie egzaminu na prawo jazdy księżycowej

Tak jak uczeń-kierowca musi nauczyć się obsługiwać samochód, astronauci muszą nauczyć się prowadzić łaziki w ramach szkolenia dla każdej misji, w której łazik będzie zaangażowany. Dla dowódców i pilotów modułów księżycowych lotów Apollo 15-17 oznaczało to wielomiesięczne szkolenie z łazikiem na pustyni w Arizonie. Ponieważ nowe łaziki są prototypami, a nie modelami produkcyjnymi, zespoły inżynierów (w tym niektórzy astronauci) prowadzą i oceniają w różnych miejscach testowych. Gdy NASA ustanowi misje księżycowe z wyznaczonymi załogami, ci astronauci rozpoczną szkolenie łazików, ale nie potrwa to przez jakiś czas.

Zarówno Apollo LRV, jak i ciężarówka kosmiczna były i będą obsługiwane przez astronautów w skafandrach kosmicznych . Oznacza to, że eksploracja Księżyca jest ograniczona długością podtrzymania życia, jaką zapewniają skafandry. Inną wadą łazików bezciśnieniowych jest to, że nie chronią astronautów przed rozbłyskami słonecznymi, które mogą potencjalnie narazić ich na śmiertelne dawki promieniowania. Ale łazik ze środowiskiem pod ciśnieniem umożliwiłby astronautom zbadanie większej części księżyca i zapewniłby awaryjne schronienie przed nieoczekiwanymi zdarzeniami słonecznymi.

To jest idea małego łazika ciśnieniowego NASA. SPR składa się z modułu siedliska ciśnieniowego zamontowanego na podwoziu ciężarówki księżycowej. Z SPR astronauci mogli badać powierzchnię księżyca z kokpitu z szerokim polem widzenia. Mogli również wyposażyć moduł jako terenową stację naukową. W rzeczywistości SPR może podróżować praktycznie wszędzie, gdzie jedzie księżycowa ciężarówka.

Moduł siedliskowy łazika (lub środowisko życia) pozwoliłby dwóm astronautom – czterem w nagłych wypadkach – żyć i pracować wygodnie w „środowisku koszulowym” przez okres do trzech dni. Środowisko z rękawami koszuli oznacza po prostu takie, w którym astronauci nie muszą nosić skafandrów kosmicznych. Kolejnym takim środowiskiem jest baza księżycowa.

Moduł ciśnieniowy ma małą łazienkę , prysznic z mgiełką do kąpieli gąbkowych, zasłony zapewniające prywatność, szafki na narzędzia, miejsca na stół warsztatowy i dwa siedzenia załogi, które można złożyć z powrotem do łóżek. Astronauci muszą nawadniać paczki żywności , ponieważ nie ma kuchni. Wszystkie funkcje oszczędzają miejsce. Podczas testów terenowych w Arizonie astronauta Mike Gernhardt poinformował, że czuje się komfortowo, nawet jak wahadłowiec kosmiczny [źródło: NASA ].

Astronauci mogą wchodzić i wychodzić z modułu z jednego środowiska z rękawami do drugiego za pomocą włazu dokującego śluzy powietrznej. Mogą również wyjść i wsiąść do łazika bezpośrednio do skafandrów kosmicznych przez skafander bez konieczności rozszczelniania modułu habitatu. To wyczyn, którego astronauci Apollo mogliby zazdrościć, ponieważ musieli rozładować i ponownie zwiększyć ciśnienie w całym module księżycowym, kiedy wychodzili i wracali. I w przeciwieństwie do Apollo, astronauci nie musieliby wnosić do środka swoich zakurzonych skafandrów kosmicznych, dzięki czemu wnętrze habitatu byłoby czystsze. W testach skafandra astronauci mogą założyć skafandry kosmiczne w 10 minut lub mniej.

Wewnątrz każdego habitatu, takiego jak moduł księżycowy czy wahadłowiec kosmiczny, instrumenty wytwarzają ciepło. Aby utrzymać stałą temperaturę wewnętrzną, nadmiar ciepła musi zostać odprowadzony do przestrzeni kosmicznej. Moduł księżycowy odrzucił energię cieplną poprzez odparowanie wody. Prom kosmiczny korzysta z grzejników. Moduł habitatu SPR odrzuca ciepło wewnętrzne, topiąc lód w śluzie lodowej wokół skafandra, co zmniejsza ilość wody, którą musi przenosić łazik.

Specyfikacje SPR (z podwoziem)

Waga : 8818 funtów lub 4000 kilogramów

Ładowność : 8818 funtów lub 4000 kilogramów

Wysokość : 14,1 stopy lub 4,3 metra

Długość : 14,8 stopy lub 4,5 metra

Szerokość na kołach : 13,1 stopy lub 4 metry

Prędkość : 6 mph lub 10 km/h

Zasięg : 144 mil lub 240 kilometrów

[źródło: NASA ]

Zanim nowe koncepcje księżycowego łazika znajdą się w pobliżu Księżyca , zostaną przetestowane i ponownie przetestowane w środowiskach podobnych do księżyca. Takie środowiska powinny mieć ukształtowanie terenu podobne do księżyca i najlepiej doświadczać ekstremalnych temperatur. NASA ma kilka miejsc, w których lubi wypróbowywać swoje koncepcje.

Środowiska pustynne, takie jak wydmy Moses Lake w stanie Waszyngton i Black Point w stanie Arizona, zapewniają tereny nie z tego świata, a także ekstremalne upały, takie jak temperatury występujące w bezpośrednim świetle słonecznym Księżyca. Niskie temperatury i księżycowe krajobrazy można znaleźć w bazie Haughton na wyspie Devon za kołem podbiegunowym. Antarktyda zapewnia również podobnie dobrze dopasowane środowisko do testowania technologii łazika księżycowego i bazy księżycowej.

W niedawnym trzydniowym teście SPR w Black Point, zespół astronautów i geologów został oskarżony o zdobycie jak największej wiedzy o przepływach lawy za pomocą SPR. Astronauta Mike Gernhardt poinformował, że uczestnicy spędzali mniej czasu w skafandrach kosmicznych i byli bardziej produktywni. Wszyscy zaangażowani w program uznali test za sukces. Uczestnicy nauczyli się nawet, jak zmienić przebitą oponę w skafandrze [źródło: NASA ].

Obecnie tylko Chiny i Stany Zjednoczone aktywnie realizują załogowy program księżycowy. Chińczycy zaprezentowali niedawno robotyczny księżycowy łazik o napędzie atomowym, ale nie rozmawiali o załogowym pojeździe. Jak dotąd NASA ma większe doświadczenie w umieszczaniu człowieka na Księżycu oraz projektowaniu i obsłudze łazików księżycowych.

Księżycowa ciężarówka i SPR to tylko dwie technologie w projekcie Return to the Moon, prowadzonym przez NASA Exploration Division. NASA opracowuje również i testuje koncepcje, takie jak nadmuchiwane siedliska dla bazy księżycowej. Ostatecznie pojazdy nośne Orion CEV i Ares mogą zastąpić obecny prom kosmiczny. Mając w ręku wszystkie te technologie, NASA ma nadzieję, że do 2020 r. wróci ludzi na Księżyc.

Czytaj dalej, aby uzyskać więcej linków do artykułów, które mogą Ci się spodobać, w tym o lądowaniach na Księżycu , łazikach marsjańskich i Google Lunar X Prize .

Powiązane artykuły

Więcej świetnych linków

­