science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe Lunar Rovers werken

De Amerikaanse president Barack Obama en First Lady Michelle Obama zien hoe NASA's elektrische maanrover de achterkant van de inaugurele parade opvoert. Alex Wong/Getty Images

Stel, u gaat voor het eerst naar een nationaal park. In aanvulling, stel dat er geen openbaar vervoer is op je geplande bestemming, en de bezienswaardigheden die je wilt zien liggen ver uit elkaar. Wat zou jij doen? Veel mensen zouden een fiets of een auto meenemen om rond te reizen. Maar wat als dat park 252, 000 mijl (405, 500 kilometer) verder op de maan? Hoe kom je nu rond?

Als je het buitengewone geluk had een van de astronauten te zijn die op de maan liep tijdens de eerste paar Apollo-missies, je hebt je benen gebruikt. Je ontdekkingstocht werd beperkt door hoe ver je kon lopen terwijl je honderden kilo's ruimtepak droeg, apparatuur en gesteentemonsters. Uw levensondersteunende systemen, die ongeveer 4 uur zou kunnen werken, belemmerde ook hoe ver je kon dwalen. Maar Apollo-astronauten van latere missies, zoals 15-17, reed een auto, een maanzwervend voertuig ( LRV ) die leek op een duinbuggy.

Nu NASA overweegt terug te keren naar de maan voor langere missies en een maanbasis te vestigen, er zijn meer geavanceerde maanrovers nodig met een groter bereik en misschien zelfs levenscapaciteit. (In dit artikel zullen we ons concentreren op bemande rovers in plaats van op de robotrovers die nu rond Mars cruisen of op een dag de maan zullen verkennen). Om aan deze behoeften te voldoen, NASA heeft prototypes ontwikkeld van twee nieuwe rovers. Een daarvan is een drukloze maanwagen of -wagen. De andere wordt afwisselend de maan-elektrische rover (LER) of de kleine drukrover (SPR) genoemd. Terwijl de originele LRV een duinbuggy was, de SPR is meer een verlengde minivan die de maan kan doorkruisen. Onlangs, de SPR doorkruiste Pennsylvania Avenue als deelnemer aan de inaugurele parade van president Obama.

Laten we achter het stuur van enkele van deze rovers kruipen, te beginnen met de oudere uit de Apollo-dagen en ons een weg te banen naar de toekomstige voertuigen die astronauten mee kunnen nemen als ze de maan opnieuw bezoeken in 2020.

Inhoud
  1. Het Apollo Lunar Zwervend Voertuig
  2. Rijden op de maan met de Apollo LRV
  3. Een LRV-stop op de maan
  4. De maanwagen
  5. De kleine onder druk staande Rover
  6. De toekomst van maanrovers

Het Apollo Lunar Zwervend Voertuig

In december 1972, Apollo-astronauten Eugene Cernan en Harrison Schmitt brachten ongeveer 75 uur door met het verkennen van de Taurus-Littrow-vallei van de maan. De twee waren de laatste mensen die op de maan liepen of reden - bij hun verkenningen geholpen door een maanzwervend voertuig. Foto met dank aan NASA

Het is begin jaren zeventig en een Apollo-astronaut hangt met enkele collega's op de maan. Gekleed in het vereiste omvangrijke ruimtepak, hij moet een krater op enkele kilometers afstand verkennen, dus gaat hij naar de rover. Hij stapt 14 inch (35 centimeter) omhoog in de stoel van het type tuinstoel in het middelste compartiment van het aluminium chassis. De rover is ongeveer 10 voet lang (3 meter), 6 voet breed (bijna 2 meter) en bijna 4 voet (1 meter) hoog. Het is ongeveer zo groot als een moderne Volkswagen Kever.

Zijn partner voegt zich bij hem op de andere stoel terwijl de eerste astronaut de LRV inspecteert. De communicatieapparatuur (high-gain antenne voor foto's en data, low-gain antenne voor spraak- en tv-camera), stroomvoorziening (twee 36 volt accu's) en navigatieapparatuur bevinden zich in het voorvak. In het middencompartiment bevinden zich de twee stoelen, de weergave-eenheid en de handcontroller voor het besturen van de LRV. Het opbergvak erachter bevat wetenschappelijke en gesteentebemonsteringsapparatuur (gereedschap, Tassen). Daaronder zijn de vier wielen van de rover elk gemaakt van twee aluminium frames (een binnen- en buitenframe), terwijl de banden zelf zijn gemaakt van gegalvaniseerd pianogaas met titanium chevron-loopvlakken.

De aangewezen bestuurder kijkt neer op de displayconsole in het midden van het LRV-personeelscompartiment om zich te oriënteren. Het navigatiescherm zit bovenop met een computerscherm, een zonnekompas, snelheidsweergave (0-12 mph, 0-20 km/u), reset-knoppen en een pitch-hoekmeter die de helling volgt waarop de rover zich bevindt. Aan de onderkant bevinden zich de stroomschakelaars die de stroom van de twee batterijen verdelen, de batterijvermogensmonitors en de schakelaars die de elektrische stuurmotoren en aandrijfmotoren aansturen.

Voordat de astronaut kan gaan rijden, hij moet de opstartchecklist invullen, de eerste stap is het waarnemen op de zon met het zonnekompas. Zodra hij die lezing geeft aan de mensen bij missiecontrole, ze sturen gegevens terug om de navigatiecomputer te programmeren. Deze meting geeft de LRV-navigatiecomputer een referentiepunt in de buurt van de maanmodule, het Apollo-landingsvaartuig dat op de maan als hun thuisbasis dient. Terwijl in bedrijf, de computer houdt de koers van de rover ten opzichte van de maanmodule bij met behulp van een gyroscoop en door het meten van afstand (bereik) door het aantal wielomwentelingen. Een kompas op het display toont het noorden van de maan.

Zodra de checklist is voltooid, het is tijd om naar buiten te gaan.

Rijden op de maan met de Apollo LRV

Apollo 17-commandant Gene Cernan bestuurt de LRV Foto met dank aan NASA

De Apollo LRV kwam niet per se met een stuur. Het deed, echter, een handbediening hebben die zich net achter de displayconsole op een armsteun bevindt, die de aansturing coördineerde, aandrijfmotoren en remmen. De controller bevond zich in het midden van het bemanningscompartiment, zodat beide astronauten konden rijden, hoewel de commandant meestal de eer deed. Het kwam ook met een T-handvat voor eenvoudige bediening met de omvangrijke handschoenen van het pak.

Elk wiel van de LRV kon onafhankelijk werken door een elektromotor en onafhankelijk van de andere wielen sturen, zodat de LRV kon draaien, zelfs als één stuurstang het begaf. evenzo, elk wiel had ook onafhankelijke remmen. Voor NASA, redundantie is altijd een prioriteit geweest. In aanvulling, deze opstelling maakte een kleine draaicirkel van 10 voet (3 meter) mogelijk.

De T-hendel kan naar links draaien, Rechtsaf, naar voren of naar achteren en vooruit of achteruit gaan. Het kwam ook met een knop die de controller kon vergrendelen voor gebruik in voorwaartse richting, evenals een ring om de parkeerrem los te maken. De bewegingen van de handcontroller leidden de LRV als volgt:

  • Voorwaarts draaien =vooruit accelereren
  • Achteruit draaien =achteruit accelereren
  • Draai naar links =draai naar links
  • Draai naar rechts =draai naar rechts
  • Schuif de hendel naar achteren =trek de rem aan en laat de gashendel los
  • De controller helemaal naar achteren schuiven =de parkeerrem inschakelen

Laten we terugkeren naar onze twee astronauten die naar buiten reizen om de krater te verkennen. De ophanging van de LRV minimaliseert de hobbels van het oneffen terrein, maar ze zijn vastgebonden met teensteunen, handgrepen en veiligheidsgordels toch. Hoewel de LRV is ontworpen om een ​​helling op te gaan die zo steil is als 25 graden of om te reizen tot 40 mijl (67 kilometer), ze zullen niet meer dan 10 kilometer van de maanmodule reizen. Als de rover faalde, ze konden nog steeds teruglopen naar de module voordat hun levensondersteunende systemen op waren.

En onverwachte problemen, mechanisch en anderszins, gebeurde. Bijvoorbeeld, op de Apollo 17-missie, Commandant Gene Cernan brak een stuk van het spatbord van de rover toen een hamer in de zak van zijn ruimtepak het ving toen hij voorbijkwam. Het spatbord blokkeerde het maanstof dat door de gaaswielen van de rover werd opgeworpen. Als de astronauten het spatbord niet hadden gerepareerd, de wielen zouden de astronauten en uitrusting met maanstof hebben bedekt - een gevaar voor zowel de mannen als de uitrusting. Ze maakten een nieuw spatbord van een gelamineerde kaart en ducttape, waardoor ze het voertuig konden blijven gebruiken. Vrij ingenieus.

Wat gebeurt er als de LRV zijn bestemming bereikt?

Een LRV-stop op de maan

Zodra de astronauten op hun bestemming zijn aangekomen, ze stoppen en trekken de parkeerrem aan. Na het uitstappen, ze richten zowel de high- als low-gain antennes op de aarde zodat ze kunnen communiceren met missiecontrole. Missiecontrole bedient de tv-camera van de LRV op afstand terwijl de astronauten apparatuur inzetten en rots- en grondmonsters oppikken. die ze achterin de LRV plaatsen.

Maar hoeveel kunnen ze vervoeren in de vorm van gesteentemonsters? Hoewel de LRV zelf 460 pond (209 kilogram) weegt op aarde, het kan ondersteunen 1, 080 pond (490 kilogram) volledig geladen. Dat omvat twee astronauten in pakken en rugzakken (800 pond of 363 kilogram), communicatieapparatuur (100 pond of 45 kilogram), wetenschappelijke apparatuur (120 pond of 54 kilogram) en maanstenen (60 pond of 27 kilogram) [bron:NASA]. Dat is eigenlijk geen groot gewicht voor monsters als sommige grotere exemplaren toevallig de aandacht van een astronaut trekken.

Zodra ze hun doelstellingen op de site hebben vastgesteld, de astronauten gaan naar een andere locatie en herhalen hun werk. Ze bezoeken meerdere locaties tijdens een enkele excursie voordat ze terugkeren naar de maanmodule om monsters uit te laden, rust en bereid je voor op de moonwalk van de volgende dag.

Dit opmerkelijke voertuig breidde ons bereik van maanverkenningen uit. De langste enkele LRV-schijf klokte af op 20,1 kilometer op een afstand van 7,6 kilometer van de maanmodule tijdens de Apollo 17-missie.

Nu we de Apollo LRV hebben ervaren, laten we eens kijken naar de veel nieuwere concepten van maanrovers.

Vlieg me naar de maan

De Boeing Aerospace Company bouwde vier LRV's voor het Apollo-programma. Drie vlogen op Apollo-vluchten 15-17, en één werd bewaard voor onderdelen nadat latere Apollo-vluchten werden geannuleerd. De totale kosten waren $ 38 miljoen voor de rovers, twee 1/6 zwaartekrachtsimulators en een trainer [bron:Williams].

De rovers kwamen op de maan aan, opgevouwen in een kwadrant van de afdalingsfase van de maanmodule. Op de eerste maanwandeling van de astronauten, ze zouden de rover vanaf de afdalingsmodule met kabels inzetten en hem met ontgrendelingskabels op de LRV uitvouwen. De laatste stap was het bevestigen van de spatborden.

Lees verder

De maanwagen

Ruimtepakingenieur Dustin Gohmert rijdt NASA's nieuwe prototype van een maanvrachtwagen door de Lunar Yard van het Johnson Space Center. De truck is gebouwd om dingen als offroaden gemakkelijk te maken. Foto met dank aan NASA

Terwijl de Apollo LRV voornamelijk werd gebruikt om de verkenningsmogelijkheden van de astronauten uit te breiden tijdens een kort verblijf op de maan, NASA is van plan een maanbasis te bouwen voor langere missies - maanden tot jaren in vergelijking met Apollo's dagen. Langere missies vereisen voertuigen die zwaar werk kunnen doen, zoals constructie, graven en vervoeren van lasten. Hiertoe, NASA heeft een prototype maanwagen ontworpen.

De maanwagen is een mobiel platform gemaakt om op de maan te reizen. Net als zijn Apollo-voorouders, het staat niet onder druk, dus astronauten zullen ruimtepakken moeten dragen tijdens het gebruik ervan. De vrachtwagen is ontworpen om vracht te verplaatsen, en NASA onderzoekt de mogelijkheid om er andere apparatuur aan toe te voegen, zoals een graafmachine of kraan. De vrachtwagen is bedoeld om maar liefst vier astronauten te vervoeren.

De astronautenbestuurder staat op de zitstok van de bestuurder. Hij of zij kan in elke richting rondkijken om de vrachtwagen te verplaatsen. De vrachtwagen heeft zes wielen, en elk wiel heeft twee banden. De wielen kunnen onafhankelijk worden bestuurd in een rotatie van 360 graden. Deze opstelling geeft de truck een enorme wendbaarheid. Het kan alle kanten op:vooruit, achteruit, zijwaarts of een combinatie daarvan.

Twee elektromotoren drijven de truck aan met een transmissie met twee snelheden. De vrachtwagen kan dalen tot grondniveau en weer omhoog gaan met een hefkracht van 4, 000 pond (17, 800 Newton). Onbeladen kan hij een maximumsnelheid van 15 mph of 25 km/h halen.

Het prototype maanvrachtwagen werd ontwikkeld in het Johnson Space Center van NASA in Houston en getest in het maansimulatiegebied van het centrum bij Moses Lake, Wassen., waar de zandduinen de maanomgeving kunnen simuleren.

Laten we eens kijken naar het nieuwe concept van de onder druk staande rover.

Slagen voor je Lunar-rijexamen

Net zoals een leerling-chauffeur moet leren hoe hij een auto moet besturen, astronauten moeten leren rovers te besturen als onderdeel van de training voor elke missie waarbij een rover betrokken is. Voor de commandanten en piloten van de maanmodule van Apollo-vluchten 15-17, dat betekende maandenlang trainen met een rover in de woestijn van Arizona. Omdat de nieuwe rovers prototypes zijn in plaats van productiemodellen, technische teams (waaronder enkele astronauten) rijden en evalueren op verschillende testlocaties. Zodra NASA maanmissies heeft opgezet met aangewezen bemanningen, die astronauten beginnen met rovertraining, maar dat zal niet voor even zijn.

De kleine onder druk staande Rover

Denk je dat je daar maximaal drie dagen zou kunnen wonen en werken? Foto met dank aan NASA

Zowel de Apollo LRV als de ruimtetruck werden en worden bestuurd door astronauten in ruimtepakken. Dat betekent dat verkenning van de maan wordt beperkt door de levensduur die de pakken bieden. Een ander nadeel van drukloze rovers is dat ze de astronauten niet beschermen tegen zonnevlammen, die hen mogelijk kunnen blootstellen aan dodelijke doses straling. Maar een rover met een omgeving onder druk zou astronauten in staat stellen meer van de maan te verkennen en een noodopvang te bieden tegen onverwachte zonne-evenementen.

Dat is het idee achter NASA's kleine onder druk staande rover. De SPR bestaat uit een onder druk staande habitatmodule die op het chassis van de maanwagen is gemonteerd. Van de SPR, astronauten konden het maanoppervlak verkennen vanuit een cockpit met een breed gezichtsveld. Ze zouden de module ook kunnen uitrusten als een veldwetenschapsstation. In feite, de SPR kan vrijwel overal gaan waar de maanwagen gaat.

De habitatmodule (of leefomgeving) van de rover zou twee astronauten - vier in noodgevallen - in staat stellen om maximaal drie dagen comfortabel te leven en te werken in een "omgeving met hemdmouwen". Een omgeving met hemdsmouwen betekent gewoon een omgeving waarin de astronauten hun ruimtepakken niet hoeven te dragen. De maanbasis is zo'n omgeving.

De drukmodule heeft een kleine badkamer, een vernevelende douchekop voor sponsbaden, privacy gordijnen, kasten voor gereedschap, werkbankgebieden en twee bemanningsstoelen die kunnen worden neergeklapt tot bedden. De astronauten moeten voedselpakketten opnieuw hydrateren omdat er geen keuken is. Alle functies zijn ruimtebesparend. Tijdens veldtesten in Arizona, astronaut Mike Gernhardt meldde dat het comfortabel aanvoelde, zelfs zoals de spaceshuttle [bron:NASA].

Astronauten kunnen de module betreden en verlaten van de ene omgeving met hemdsmouwen naar de andere met behulp van een luchtsluis-docking luik. Ze kunnen de rover ook rechtstreeks in hun ruimtepak verlaten en binnenkomen via de pakpoort zonder de habitatmodule te hoeven ontluchten. Dat is een prestatie waar Apollo-astronauten jaloers op zouden zijn, omdat ze de hele maanmodule moesten ontluchten en weer onder druk moesten zetten toen ze vertrokken en opnieuw binnenkwamen. En in tegenstelling tot Apollo, astronauten hoeven hun stoffige ruimtepakken niet mee naar binnen te nemen, waardoor de binnenkant van de habitat schoner blijft. In tests van de suitport, astronauten kunnen ruimtepakken in 10 minuten of minder aantrekken.

Binnen elke habitat, zoals de maanmodule of space shuttle, de instrumenten genereren warmte. Om een ​​constante interne temperatuur te behouden, overtollige warmte moet worden afgevoerd naar de ruimte. De maanmodule verwierp warmte-energie door water te verdampen. De spaceshuttle maakt gebruik van radiatoren. De SPR-habitatmodule stoot interne warmte af door ijs te smelten in een ijssluis rond de pakpoort, waardoor de hoeveelheid water die de rover moet vervoeren, wordt verminderd.

SPR-specificaties (met chassis)

Gewicht :8, 818 pond of 4, 000 kilogram

Laadvermogen :  8, 818 pond of 4, 000 kilogram

Hoogte :14,1 voet of 4,3 meter

Lengte :14,8 voet of 4,5 meter

Breedte op wielen :13,1 voet of 4 meter

Snelheid :6 mph of 10 kph

Bereik :144 mijl of 240 kilometer

[bron:NASA]

Lees verder

De toekomst van maanrovers

NASA's nieuwste rover beklimt een heuvel bij Black Point Lava Flow in Arizona, de site van de 2008 Desert RATS-- of Research and Technology Studies-tests. Foto met dank aan NASA/Regan Geeseman

Voordat de nieuwe concepten van de maanrover ergens in de buurt van de maan komen, ze zullen worden getest en opnieuw getest in maanachtige omgevingen. Dergelijke omgevingen moeten een terrein hebben dat lijkt op dat van de maan en idealiter extreme temperaturen ervaren. NASA heeft verschillende plekken waar het graag zijn concepten uitprobeert.

Woestijnomgevingen zoals de zandduinen van Moses Lake, Wassen., en zwarte punt, Aris., bieden buitenaards terrein, evenals extreme hitte, zoals de temperaturen in direct maanlicht. Koude temperaturen en maanlandschappen zijn te vinden op de Haughton-basis op Devon Island in de poolcirkel. Antarctica biedt ook een vergelijkbare geschikte omgeving voor het testen van maanrover en maanbasisconcepttechnologieën.

In een recente driedaagse test van de SPR op Black Point, een team van astronauten en geologen moest met behulp van de SPR zoveel mogelijk leren over de lavastromen. Astronaut Mike Gernhardt meldde dat deelnemers minder tijd in ruimtepakken doorbrachten en dat ze productiever waren. Iedereen die bij het programma betrokken was, prees de test als een succes. De deelnemers leerden zelfs hoe ze een lekke band moesten verwisselen terwijl ze een ruimtepak droegen [bron:NASA].

Momenteel, alleen China en de Verenigde Staten voeren actief een bemand maanprogramma uit. De Chinezen hebben onlangs een nucleair aangedreven robot maanrover onthuld, maar ze hebben nog niet gesproken over een bemand voertuig. Tot dusver, NASA heeft meer ervaring met het plaatsen van een man op de maan en met het ontwerpen en bedienen van maanrovers.

De maanwagen en SPR vertegenwoordigen slechts twee technologieën in het Return to the Moon-project van de NASA Exploration Division. NASA ontwikkelt en test ook concepten zoals opblaasbare habitats voor een maanbasis. Eventueel, de draagraketten Orion CEV en Ares kunnen de huidige spaceshuttle vervangen. Met al deze technologieën in de hand, NASA hoopt tegen 2020 mannen naar de maan terug te brengen.

Blijf lezen voor meer links over artikelen die u misschien leuk vindt, waaronder maanlandingen, Mars rovers en de Google Lunar X Prize.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe maanlandingen werken
  • Hoe de Google Lunar X-prijs werkt
  • Hoe de Mars-verkenningsrovers werken
  • Hoe het Apollo-ruimtevaartuig werkte
  • Hoe de maan werkt
  • Hoe de Orion CEV zal werken
  • Hoe NASA werkt
  • Zullen mensen de komende 50 jaar in de ruimte leven?
  • Hoe Lunar Liquid Mirror Telescopen werken
  • Hoe Space Food werkt
  • Hoe werkt naar de badkamer gaan in de ruimte?

Meer geweldige links

  • Het Apollo Lunar Zwervend Voertuig
  • NASA's nieuwe Lunar Electric Rover

bronnen

  • Christensen B. "NASA's strijdwagen:niet de maanrover van je vader." RUIMTE.com. http://www.space.com/businesstechnology/080312-technov-nasa-chariot.html
  • kring, DA "Lunar Mobility Review." Lunar Planetair Instituut. 2006. http://www.lpi.usra.edu/science/kring/lunar_exploration/briefings/lunar_mobility_review.pdf
  • Kumagai, J. "NASA landt in Moses Lake." IEEE-spectrum. Juli 2008. http://www.spectrum.ieee.org/jul08/6377
  • Nasa. "Apollo 15 persmap." 15 juli 1971.http://www.hq.nasa.gov/alsj/a15/A15_PressKit.pdf
  • Nasa. "Constellation:NASA's nieuwste conceptvoertuigen maken off-road rijden niet meer van deze wereld." 27 februari 2008.http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/main/lunar_truck.html
  • Nasa. "Constellation:Three Days in the Desert Test Lunar RV." 3 december 2008. http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/main/desert_RATS.html
  • Nasa. "Handboek voor maanrover-operaties." Apollo maanoppervlak dagboek. 2 november 2005.http://www.hq.nasa.gov/alsj/lrvhand.html
  • Nasa. "NASA Apollo Lunar Roving Vehicle-documentatie." Apollo maanoppervlak dagboek. 10 september 2007.http://www.hq.nasa.gov/alsj/alsj-LRVdocs.html
  • Nasa. "Op de maan met Apollo 15:een gids voor Hadley Rille en de Apennijnen." Juni 1971. http://www.lpi.usra.edu/lunar/documents/NTRS/collection2/NASA_TM_X_68638.pdf
  • Nasa. "Factsheet over het concept van de kleine onder druk staande Rover." http://www.nasa.gov/pdf/284669main_spr_factsheet_web.pdf
  • Patel, N. "NASA onthult de Chariot 'maanvrachtwagen'." Engadget.com. 30 okt. 2007. http://www.engadget.com/2007/10/30/nasa-unveils-the-chariot-lunar-truck/
  • Wetenschap @ NASA. "Maanstof en ducttape." 21 april 2008. http://science.nasa.gov/headlines/y2008/21apr_ducttape.htm
  • Whittington, M "NASA's nieuwe maanrover." 25 okt. 2008. http://www.associatedcontent.com/article/1146128/nasas_new_lunar_rover.html