Sådan fungerer Lunar Rovers

Antag, at du rejser til en nationalpark for første gang. Ud over, Antag, at der ikke er offentlig transport på din planlagte destination, og de seværdigheder, du vil se, er langt fra hinanden. Hvad ville du gøre? Mange mennesker ville tage en cykel eller en bil med sig for at rejse rundt. Men hvad nu hvis parken var 252, 000 miles (405, 500 kilometer) væk på månen? Nu hvordan kommer du rundt?

Hvis du havde den ekstraordinære held at være en af ​​astronauterne til at gå på månen under de første få Apollo -missioner, du brugte dine ben. Din udforskning var begrænset af, hvor langt du kunne gå, mens du bar hundredvis af kilo rumdragt, udstyr og stenprøver. Dine livsstøttesystemer, som kunne fungere i cirka 4 timer, forhindrede også, hvor langt du kunne vandre. Men Apollo -astronauter fra senere missioner, gerne 15-17, kørte bil, -en månesvingende køretøj ( LRV ) der lignede en klitvogn.

Nu hvor NASA overvejer at vende tilbage til månen for forlængede missioner og etablere en månebase, mere sofistikerede månerovere er nødvendige med større rækkevidde og måske endda levende kapacitet. (I denne artikel vil vi fokusere på bemandede rovere frem for de robot, der nu sejler rundt på Mars, eller som en dag kan udforske månen). For at imødekomme disse behov, NASA har udviklet prototyper af to nye rovere. Den ene er en trykløs månebil eller vogn. Den anden kaldes forskelligt månens elektriske rover (LER) eller den lille trykrover (SPR). Mens den originale LRV var som en klitvogn, SPR ligner mere en udvidet minibus, der kan krydse månen. For nylig, SPR krydsede Pennsylvania Avenue som deltager i præsident Obamas indsættelsesparade.

Lad os sætte os bag rattet på nogle af disse rovere, starter med de ældre fra Apollo -tiden og arbejder os frem mod de fremtidige køretøjer, som astronauter kan tage med sig, når de aflægger månen endnu et besøg i 2020.

1. Apollo Lunar Roving Vehicle
2. Kørsel på månen med Apollo LRV
3. Et LRV -stop på månen
4. Månevognen
5. Den lille trykrover
6. Fremtiden for Lunar Rovers

Apollo Lunar Roving Vehicle

Det er begyndelsen af ​​1970'erne, og en Apollo -astronaut hænger ud på månen med nogle kolleger. Klædt i den nødvendige omfangsrige rumdragt, han har brug for at udforske et krater flere kilometer væk, så han leder mod roveren. Han træder 35 centimeter op i sædet på plænestolen i midten af ​​aluminiums chassiset. Roveren er cirka 10 fod lang (3 meter), 6 fod bred (næsten 2 meter) og næsten 4 fod (1 meter) høj. Det er nogenlunde på størrelse med en moderne Volkswagen Beetle.

Hans partner slutter sig til ham på det andet sæde, da den første astronaut undersøger LRV. Kommunikationsudstyret (højforstærket antenne til billeder og data, lavforstærket antenne til stemme og tv-kamera), strøm (to 36-volts batterier) og navigationsudstyr er placeret i det forreste rum. I midterrummet er de to sæder, displayenheden og håndkontrollen til at køre LRV. Opbevaringsrummet bag dem indeholder videnskabeligt udstyr og stenudtagningsudstyr (værktøjer, poser). Under dem er roverens fire hjul hver lavet af to aluminiumsstel (en indre og ydre ramme), mens selve dækkene er lavet af galvaniseret klaver trådnet med titanium chevron slidbaner.

Den udpegede chauffør kigger ned på displaykonsollen i midten af ​​LRV -besætningsrummet for at få lejer. Navigationsdisplayet sidder øverst med en computerskærm, et solkompas, hastighedsvisning (0-12 mph, 0-20 km / t), nulstillingsknapper og en stigningsvinkelmåler, der sporer den hældning, som roveren er på. I bunden er afbryderne, der fordeler strøm fra de to batterier, batteristrømovervågningerne og de kontakter, der styrer de elektriske styremotorer og drivmotorer.

Inden astronauten kan begynde at køre, han skal udfylde opstartstjeklisten, det første trin er at se på solen med solkompasset. Når han først giver den læsning til folkene ved missionskontrol, de sender data tilbage for at programmere navigationscomputeren. Denne aflæsning giver LRV -navigationscomputeren et referencepunkt nær månemodulet, Apollo -landingsfartøjet, der fungerer som deres hjemmebase, mens de er på månen. Mens den var i drift, computeren holder styr på roverens leje i forhold til månemodulet ved hjælp af et gyroskop og ved at måle afstand (rækkevidde) gennem antallet af hjulomdrejninger. Et kompas på displayet viser månens nord.

Når tjeklisten er udfyldt, det er tid til at tage ud.

Kørsel på månen med Apollo LRV

Apollo LRV kom ikke med et rat i sig selv. Det gjorde, imidlertid, have en håndbetjening placeret lige bag skærmkonsollen på et armlæn, som koordinerede styringen, køre motorer og bremser. Controlleren var placeret i midten af ​​besætningsrummet, så enten astronauten kunne køre, selvom kommandanten normalt gjorde æren. Det kom også med et T-håndtag til nem betjening med dragten omfangsrige handsker.

Hvert hjul i LRV'en kunne fungere uafhængigt af en elektrisk motor og styre uafhængigt af de andre hjul, så LRV'en kunne dreje, selvom en styrekobling mislykkedes. Tilsvarende hvert hjul havde også uafhængige bremser. For NASA, redundans har altid været en prioritet. Ud over, denne opsætning tillod en stram venderadius på 10 fod (3 meter).

T-håndtaget kunne drejes til venstre, ret, foran eller bagud og gå fremad eller bagud. Det kom også med en knap, der kunne låse controlleren til brug i en fremadgående retning, samt en ring til at frigøre parkeringsbremsen. Håndkontrollerens bevægelser styrede LRV således:

• Drej fremad =accelerere fremad
• Drej baglæns =accelerere baglæns
• Drej til venstre =drej til venstre
• Drej til højre =drej til højre
• Skub håndtaget bagud =træk bremsen fra, og frigiv gashåndtaget
• Skub regulatoren helt tilbage =aktiver parkeringsbremsen

Lad os vende tilbage til vores to astronauter, der rejser udad for at udforske krateret. LRV's affjedring minimerer ujævnhederne i det ujævne terræn, men de er spændt fast med tåholdere, håndtag og sikkerhedsseler alligevel. Selvom LRV er designet, kan du gå op ad en skråning så stejl som 25 grader eller rejse op til 67 kilometer, de vil ikke rejse mere end 10 kilometer fra månemodulet. Hvis roveren mislykkedes, de kunne stadig gå tilbage til modulet, før deres livsstøttesystemer løb tør.

Og uventede problemer, mekanisk og på anden måde, skete. For eksempel, på Apollo 17 -missionen, Kommandør Gene Cernan afbrød et stykke af roverens skærm, da en hammer i hans rumdragtlomme fangede den, da han gik forbi. Skærmen blokerede månestøvet, der blev sparket op af roverens nethjul. Hvis astronauterne ikke havde repareret skærmen, hjulene ville have dækket astronauter og udstyr i månestøv - en fare for både mændene og udstyret. De lavede en ny skærm fra et lamineret kort og gaffatape, hvilket tillod dem at fortsætte med at bruge køretøjet. Ret genialt.

Hvad sker der, når LRV når sin destination?

Et LRV -stop på månen

Når astronauterne ankommer til deres destination, de stopper og trækker parkeringsbremsen. Efter at have klatret ud, de justerer både høj- og lavforstærkningsantennerne til Jorden, så de kan kommunikere med missionskontrol. Missionskontrol betjener fjernsynets LRV's fjernsynskamera, mens astronauterne udsender udstyr og optager sten- og jordprøver, som de placerer bag på LRV.

Men hvor meget kan de transportere i vejen for stenprøver? Selvom LRV selv vejer 209 kilo på Jorden, det kan understøtte 1, 090 pund (490 kg) fuldt lastet. Det inkluderer to astronauter i dragter og rygsække (800 pund eller 363 kilo), kommunikationsudstyr (100 pund eller 45 kg), videnskabeligt udstyr (120 pund eller 54 kilo) og månesten (60 pund eller 27 kilo) [kilde:NASA]. Det er faktisk ikke en stor vægtmængde for prøver, hvis der skete nogle større eksemplarer for at fange en astronauts øje.

Når de har fastlagt deres mål på stedet, astronauterne går videre til et andet sted og gentager deres arbejde. De besøger flere steder på en enkelt udflugt, før de vender tilbage til månemodulet for at aflæse prøver, hvile og forberede den næste dags månevandring.

Dette bemærkelsesværdige køretøj udvidede vores udvalg af måneudforskning. Det længste enkelt LRV -drev klokket ind på 20,1 miles (20,1 kilometer) i en afstand af 7,7 kilometer fra månemodulet under Apollo 17 -missionen.

Nu hvor vi har oplevet Apollo LRV, lad os se på de meget nyere lunar rover -koncepter.

Boeing Aerospace Company byggede fire LRV'er til Apollo -programmet. Tre fløj på Apollo-flyvninger 15-17, og en blev opbevaret til dele, efter at senere Apollo -flyvninger blev aflyst. De samlede omkostninger var $ 38 millioner for roverne, to 1/6 tyngdekraftsimulatorer og en træner [kilde:Williams].

Roverne ankom på månen foldet op i en kvadrant af månemodulets nedstigningstrin. På astronauternes første månevandring, de ville installere roveren fra nedstigningsmodulet ved hjælp af kabler og folde det ud med frigivelseskabler på LRV. Det sidste trin var at fastgøre skærmene.

Månevognen

Mens Apollo LRV hovedsageligt blev brugt til at udvide astronauternes udforskningskapacitet under et kort ophold på månen, NASA planlægger at bygge en månebase til forlængede missioner - måneder til år kontra Apollos dage. Længere missioner kræver køretøjer, der er i stand til at udføre tungt arbejde, som byggeri, grave og trække last. Til denne ende, NASA har designet en prototype månebil.

Månebilen er en mobil platform, der er beregnet til at rejse på månen. Ligesom sine Apollo -forfædre, det er ikke presset, så astronauter bliver nødt til at bære rumdragter, mens de betjener det. Lastbilen er designet til at flytte last, og NASA undersøger muligheden for at tilføje andet udstyr til det, som en rendegraver eller kran. Lastbilen er beregnet til at transportere hele fire astronauter.

Astronautchaufføren står ved førerens aborre. Han eller hun kan se sig rundt i enhver retning for at flytte lastbilen. Lastbilen har seks hjul, og hvert hjul har to dæk. Hjulene kan styres uafhængigt i en rotation på 360 grader. Denne opsætning giver lastbilen enorm manøvredygtighed. Det kan gå i alle retninger:fremad, baglæns, sidelæns eller enhver kombination deraf.

To elmotorer driver lastbilen med en to-trins transmission. Lastbilen kan sænke sig til jorden og hæve op igen med en løftekraft på 4, 000 pund (17, 800 newton). Den kan opnå en maksimal hastighed på 15 mph eller 25 km / t, når den er losset.

Prototypen månebil blev udviklet på NASAs Johnson Space Center i Houston og testet i centerets månesimuleringsområde ved Moses Lake, Vask., hvor klitterne kan simulere månemiljøet.

Lad os se på det nye trykbærende rover -koncept.

Ligesom en elevchauffør skal lære at betjene en bil, astronauter skal lære at køre rovere som en del af uddannelsen til enhver mission, hvor en rover vil blive involveret. For kommandanterne og månemodulets piloter på Apollo-flyvninger 15-17, det betød træning med en rover i Arizona -ørkenen i flere måneder. Fordi de nye rovere er prototyper frem for produktionsmodeller, ingeniørteam (som inkluderer nogle astronauter) kører og evaluerer på forskellige teststeder. Når NASA først har etableret månemissioner med udpegede mandskaber, disse astronauter vil begynde rover -træning, men det vil ikke være et stykke tid.

Den lille trykrover

Både Apollo LRV og rumvognen blev og vil blive betjent af astronauter i rumdragter. Det betyder, at månens udforskning er begrænset af den levetid, dragterne giver. En anden ulempe ved rovers uden tryk er, at de ikke beskytter astronauterne mod solopblussen, som potentielt kan udsætte dem for dødelige doser af stråling. Men en rover med et presset miljø ville give astronauter mulighed for at udforske mere af månen og tilbyde et nødrum for uventede solhændelser.

Det er tanken bag NASAs lille rover under tryk. SPR består af et levestedsmodul under tryk monteret på månevognens chassis. Fra SPR, astronauter kunne udforske månens overflade fra et cockpit med et bredt synsfelt. De kunne også udstyre modulet som en feltvidenskabelig station. Faktisk, SPR kan gå stort set overalt, hvor månebilen kører.

Roverens habitatmodul (eller bomiljø) ville tillade to astronauter-fire i nødstilfælde-at leve og arbejde komfortabelt i et "skjorteærmet miljø" i op til tre dage. Et skjorteærmet miljø betyder bare et, hvor astronauterne ikke behøver at bære deres rumdragter. Månebasen er et andet sådant miljø.

Modulet under tryk har et lille badeværelse, et tåget brusehoved til svampebade, fortrolighedsgardiner, skabe til værktøj, arbejdsbordsområder og to mandskabssæder, der kan foldes tilbage til senge. Astronauterne skal rehydrere madpakker, fordi der ikke er noget køkken. Alle funktioner er pladsbesparende. Under felttest i Arizona, astronaut Mike Gernhardt rapporterede, at det føltes behageligt, selv som rumfærgen [kilde:NASA].

Astronauter kan komme ind og ud af modulet fra et skjorteærmet miljø til et andet ved hjælp af en airlock docking-luge. De kan også forlade og komme ind i roveren direkte i deres rumdragter gennem suitporten uden at skulle trykke på habitatmodulet. Det er en bedrift, som Apollo-astronauter ville misunde, da de var nødt til at gøre hele månemodulet trykløst og sætte det på tryk igen, da de forlod og kom ind igen. Og i modsætning til Apollo, astronauter behøvede ikke at bringe deres støvede rumdragter indenfor, derved holder levestedets indre renere. I test af suitport, astronauter kan tage rumdragter på på 10 minutter eller mindre.

Inde i ethvert habitat, som månemodul eller rumfærge, instrumenterne genererer varme. For at opretholde en konstant indre temperatur, overskydende varme skal afvises til det ydre rum. Månemodulet afviste varmeenergi ved at fordampe vand. Rumfærgen bruger radiatorer. SPR -habitatmodulet afviser intern varme ved at smelte is i en islås omkring suitporten, hvilket reducerer mængden af ​​vand, roveren skal transportere.

Vægt :8, 818 pund eller 4, 000 kilo

Nyttelast :8, 818 pund eller 4, 000 kilo

Højde :14,1 fod eller 4,3 meter

Længde :14,8 fod eller 4,5 meter

Bredde ved hjul :13,1 fod eller 4 meter

Hastighed :6 mph eller 10 km / t

Rækkevidde :144 miles eller 240 kilometer

[kilde:NASA]

Fremtiden for Lunar Rovers

Inden de nye lunar rover -koncepter går overalt nær månen, de vil blive testet og gentestet i månelignende miljøer. Sådanne miljøer skal have terræn, der ligner månens og ideelt set opleve ekstreme temperaturer. NASA har flere steder, hvor den kan lide at prøve sine koncepter.

Ørkenmiljøer, såsom klitterne ved Moses Lake, Vask., og Black Point, Ariz., levere terræn af denne verden-type, samt ekstrem varme, ligesom temperaturerne i direkte månesollys. Kolde temperaturer og månelandskaber kan findes på Haughton -basen på Devon Island i polcirklen. Antarktis giver også et lignende velegnet miljø til test af lunar rover og månebasekonceptteknologier.

I en nylig tredages test af SPR på Black Point, et team af astronauter og geologer blev anklaget for at lære så meget som muligt om lavastrømmene ved hjælp af SPR. Astronaut Mike Gernhardt rapporterede, at deltagerne brugte mindre tid i rumdragter, og at de var mere produktive. Alle involverede i programmet hyldede testen som en succes. Deltagerne lærte endda at skifte et fladt dæk, mens de havde en rumdragt på [kilde:NASA].

I øjeblikket, kun Kina og USA forfølger aktivt et bemandet måneprogram. Kineserne afslørede for nylig en atomdrevet robotmånerover, men de har ikke diskuteret et bemandet køretøj. Indtil nu, NASA har mere erfaring med at placere en mand på månen og i at designe og betjene månens rovere.

Månebilen og SPR repræsenterer kun to teknologier i NASA Exploration Division's Return to the Moon -projektet. NASA udvikler og tester også koncepter som oppustelige levesteder til en månebase. Til sidst, lanceringskøretøjerne Orion CEV og Ares kan erstatte den nuværende rumfærge. Med alle disse teknologier i hånden, NASA håber at kunne returnere mænd til månen inden 2020.

Fortsæt med at læse for flere links om artikler, du måske kan lide, herunder månelandinger, Mars rovers og Google Lunar X Prize.

Masser mere information

Relaterede HowStuffWorks -artikler

• Sådan fungerer månelandinger
• Sådan fungerer Google Lunar X Prize
• Sådan fungerer Mars Exploration Rovers
• Sådan fungerede rumfartøjet Apollo
• Sådan fungerer månen
• Sådan fungerer Orion CEV
• Sådan fungerer NASA
• Vil mennesker leve i rummet i de næste 50 år?
• Hvordan Lunar Liquid Mirror Telescopes fungerer
• Sådan fungerer Space Food
• Hvordan fungerer det at gå på badeværelset i rummet?

Flere store links

• Apollo Lunar Roving Vehicle
• NASAs New Lunar Electric Rover

Kilder

• Christensen B. "NASA's Chariot:Not Your Father's Lunar Rover." SPACE.com. http://www.space.com/businesstechnology/080312-technov-nasa-chariot.html
• Kring, D.A. "Lunar Mobility Review." Lunar Planetary Institute. 2006. http://www.lpi.usra.edu/science/kring/lunar_exploration/briefings/lunar_mobility_review.pdf
• Kumagai, J. "NASA rører ved Moses Lake." IEEE -spektrum. Juli 2008. http://www.spectrum.ieee.org/jul08/6377
• NASA. "Apollo 15 pressekit." 15. juli kl. 1971. http://www.hq.nasa.gov/alsj/a15/A15_PressKit.pdf
• NASA. "Konstellation:NASAs nyeste konceptkøretøjer tager terrængående veje ud af denne verden." 27. februar kl. 2008. http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/main/lunar_truck.html
• NASA. "Constellation:Three Days in the Desert Tests Lunar RV." 3. december, 2008. http://www.nasa.gov/mission_pages/constellation/main/desert_RATS.html
• NASA. "Lunar Rover Operations Handbook." Apollo Lunar Surface Journal. 2. november kl. 2005. http://www.hq.nasa.gov/alsj/lrvhand.html
• NASA. "NASA Apollo Lunar Roving Vehicle Documentation." Apollo Lunar Surface Journal. 10. september, 2007. http://www.hq.nasa.gov/alsj/alsj-LRVdocs.html
• NASA. "On the Moon with Apollo 15:A Guidebook to Hadley Rille and the Apennine Mountains." Juni 1971. http://www.lpi.usra.edu/lunar/documents/NTRS/collection2/NASA_TM_X_68638.pdf
• NASA. "Lille presset Rover -koncept -faktablad." http://www.nasa.gov/pdf/284669main_spr_factsheet_web.pdf
• Patel, N. "NASA afslører vognen 'månevogn.'" Engadget.com. 30. oktober kl. 2007. http://www.engadget.com/2007/10/30/nasa-unveils-the-chariot-lunar-truck/
• Science @ NASA. "Moondust and Duct Tape." 21. april kl. 2008. http://science.nasa.gov/headlines/y2008/21apr_ducttape.htm
• Whittington, M "NASA's New Lunar Rover." 25. oktober kl. 2008. http://www.associatedcontent.com/article/1146128/nasas_new_lunar_rover.html