Science >> Wetenschap & Ontdekkingen > >> Astronomie

Inside Lunar Rovers:van Apollo tot de maanmissies van morgen

Stel je voor dat je een reis plant naar een afgelegen nationaal park zonder openbaar vervoer en met een grote afstand tussen attracties. De meeste mensen zouden een fiets of een auto meenemen. Stel je nu eens dat park voor, 405.500 kilometer verderop op de maan. Hoe zou jij je verplaatsen?

Vroege Apollo-astronauten konden slechts een beperkte afstand lopen, met grote pakken, levensondersteunende pakketten en wetenschappelijke apparatuur in de hand. Hun vermogen om te verkennen werd beperkt door zowel hun fysieke uithoudingsvermogen als de levensondersteunende periode van vier uur. Vanaf Apollo 15 bestuurden astronauten het Lunar Roving Vehicle (LRV), een duinbugachtig platform dat hun bereik dramatisch uitbreidde.

Tegenwoordig ontwerpt NASA rovers van de volgende generatie voor langere verblijven op de maan en een toekomstige maanbasis. Twee prototypes illustreren de sprong in capaciteit:een drukloze maanwagen (ook wel de “strijdwagen” genoemd) en een kleine drukwagen (SPR). Terwijl de originele LRV op een duinbuggy leek, lijkt de SPR meer op een compacte minivan, die in staat is om met een bemanning in een afgesloten leefgebied het maanoppervlak te doorkruisen. De SPR nam in 2009 zelfs deel aan de inaugurele parade van president Obama op Pennsylvania Avenue.

Het Apollo-maanvoertuig

Begin jaren zeventig stapte een Apollo-astronaut in het 3 meter lange, 1,8 meter brede en 1,2 meter hoge aluminium chassis van de sneltram. De centrale stoel van het voertuig leek op een tuinstoel, en het bemanningscompartiment bevatte twee stoelen, een displayconsole, een handcontroller en opbergruimte voor wetenschappelijke uitrusting.

Het voorste compartiment bevatte de high-gain en low-gain antennes, een 36-volt voedingssysteem uit twee batterijen en navigatieapparatuur. Het displaypaneel bevatte een zonnekompas, snelheidsmeter, hellingshoekmeter en bedieningselementen voor de elektrische stuurinrichting en aandrijfmotoren. De vier wielen van de LRV – elk met een dubbel frame, gegalvaniseerde pianodraadbanden en titanium chevrons – konden onafhankelijk worden bestuurd en geremd, waardoor een kleine draaicirkel van 3 meter en redundantie tegen defecten werden gegarandeerd.

Voor vertrek vulde de chauffeur een opstartchecklist in, die begon met een waarneming van de zon op het kompas. Deze meting gaf de navigatiecomputer een referentiepunt ten opzichte van de maanmodule, de thuisbasis van de bemanning. Vervolgens volgde de computer de koers van de rover met behulp van een gyroscoop en wielomwentelingentellers, waardoor het noorden van de maan op het scherm werd weergegeven.

Rijden op de maan met de Apollo LRV

Het stuursysteem van de LRV was gecentreerd rond een handcontroller met een T-handgreep die naar links, rechts, vooruit of achteruit kon draaien. De controller was ook voorzien van een remknop en een ontgrendelingsring voor de parkeerrem. Bewegingen van de hendel vertaalden zich in voorwaartse of achterwaartse versnelling en richtingswendingen, waardoor beide astronauten konden rijden.

De vering dempte oneffen terrein, terwijl de teensteunen, handgrepen en veiligheidsgordels de bemanning vasthielden. De sneltram kon hellingen tot 25 ° overbruggen, in totaal 67 km afleggen en was beperkt tot een straal van 10 km vanaf de maanmodule om te beschermen tegen uitputting van de levensondersteuning. Mechanische ongelukken deden zich voor:op Apollo 17 scheurde commandant Gene Cernan per ongeluk een spatbord terwijl hij een hamer passeerde, maar de bemanning improviseerde een vervanging van een gelamineerde kaart en ducttape, waardoor de rover verder kon rijden.

Een sneltramstop op de maan

Bij aankomst parkeerden astronauten de sneltram en richtten de antennes opnieuw uit om de communicatie met de missiecontrole te behouden. Terwijl de tv-camera van het voertuig op afstand werd bediend, zette de bemanning instrumenten in en verzamelde monsters, die ze in het achtercompartiment opsloegen. De sneltram kon bij volledige belading in totaal 490 kg vervoeren, inclusief twee astronauten (363 kg), communicatieapparatuur (45 kg), wetenschappelijke uitrusting (54 kg) en maanstenen (27 kg). De monstercapaciteit bleef bescheiden, maar het ontwerp van het voertuig breidde de verkenning van de maan uit tot buiten de mogelijkheden van alleen lopen.

Tijdens Apollo 17 bereikte de langste enkele sneltramrit een afstand van 20,1 km (20,5 mijl), waarmee een maximale afstand van 7,6 km (4,7 mijl) vanaf de maanmodule werd afgelegd.

De maanwagen

De maanwagen van NASA is een mobiel platform bedoeld voor bouwen, graven en vervoeren tijdens toekomstige langdurige missies. Zonder druk moeten astronauten tijdens de operatie een pak dragen, maar er is plaats voor maximaal vier bemanningsleden. Zes wielen, elk met twee banden en onafhankelijke 360°-besturing, zorgen voor uitzonderlijke manoeuvreerbaarheid:vooruit, achteruit, zijwaarts of welke combinatie dan ook.

Aangedreven door twee elektromotoren en een transmissie met twee versnellingen, kan de truck 17.800 N (4.000 pond) heffen en ongeladen een snelheid van 25 km/u bereiken. Prototypetests vonden plaats in het maansimulatiegebied van het Johnson Space Center in Moses Lake, Washington, waar zandduinen maanregolieten nabootsen.

De kleine autorover

In tegenstelling tot de sneltram en de vrachtwagen biedt de SPR een afgesloten, onder druk staande habitat die astronauten beschermt tegen zonnevlammen en de noodzaak van het dragen van een pak tijdens veldwerk vermindert. De cockpit van de SPR, gemonteerd op het chassis van de maanwagen, biedt een breed gezichtsveld en de habitat kan dienen als veldwetenschappelijk station.

De habitatmodule biedt plaats aan twee bemanningsleden (vier in noodgevallen) en biedt zo drie dagen lang een omgeving met hemdsmouwen. Het omvat een kleine badkamer, een vernevelende douchekop, privacygordijnen, gereedschapskasten, een werkbank en achteroverklapbare stoelen die ook dienst doen als bedden. Het voedsel wordt ter plaatse gerehydrateerd; Het compacte ontwerp van de module weerspiegelt de beperkte beschikbare ruimte tijdens maanmissies. Astronaut Mike Gernhardt meldde dat het interieur tijdens veldtests in Arizona net zo comfortabel aanvoelde als de Space Shuttle.

Toegang tot de habitat vindt plaats via een luchtsluis-dockingluik of een pakpoort waarmee de bemanning pakken kan aantrekken zonder de module drukloos te maken. Het aantrekken van de Suitport duurt tien minuten of minder, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de volledige drukverlaging van de maanmodule die nodig was tijdens Apollo. De warmte die in de habitat wordt gegenereerd, wordt afgevoerd door het smelten van ijs in een ijssluis rond de haven, waardoor de waterlading afneemt.

De toekomst van maanrovers

Voordat ze worden ingezet, ondergaan nieuwe rover-concepten strenge tests in omgevingen op aarde die maanterrein en extreme temperaturen nabootsen. Testlocaties zijn onder meer de zandduinen van Moses Lake, Black Point in Arizona, Haughton in het Canadese Noordpoolgebied en Antarctica. Tijdens een recente driedaagse SPR-test op Black Point hebben astronauten en geologen lavastromen onderzocht, waarbij ze een hogere productiviteit en een kortere paktijd rapporteerden. Deelnemers leerden zelfs hoe ze een lekke band konden verwisselen terwijl ze een pak droegen.

Momenteel voeren alleen NASA en China actieve bemande maanprogramma's uit. Hoewel China onlangs een nucleair aangedreven robotwagentje presenteerde, heeft het nog geen bemand voertuig aangekondigd. De ervaring van NASA met het plaatsen van astronauten op de maan en het besturen van rovers geeft NASA een duidelijk voordeel.

De maanwagen en SPR maken deel uit van NASA's bredere Return to the Moon-initiatief, dat ook opblaasbare habitats en aankomende lanceervoertuigen zoals Orion en Ares omvat. Met deze technologieën wil NASA tegen 2020 mensen terugbrengen naar de maan.