Antworten zur Mobilität im Einsatz
Verständliche technische Antworten auf die Fragen, die Schüler, Autoren und Raumfahrtbegeisterte am häufigsten zu fahrradähnlichen Weltraumfahrzeugen, Mondbuggys und planetaren Rovern stellen.
Auf dem Mond ist noch nie ein Fahrrad mit Rädern gelandet. Stationäre Fahrrad-Ergometer ohne Räder wurden im Orbit an Bord von Skylab, Saljut, Mir, den Spacelab-Modulen des Space Shuttles und der Internationalen Raumstation (CEVIS) zum Herz-Kreislauf-Training der Astronauten eingesetzt. NASA-Ingenieure untersuchten Bodenfahrzeuge mit Pedalantrieb vor Apollo 15 und kamen zu dem Ergebnis, dass das Beugen eines druckbeaufschlagten Raumanzugs an Hüfte und Knie im Vergleich zu leichten elektrischen Radnabenmotoren zu viel Sauerstoff und Kühlwasser verbraucht.
Natürliche und synthetische Elastomere werden bei der extremen Kälte unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur spröde (-173 °C während der Mondnacht, -120 °C auf dem Mars) und zerbrechen unter Last wie Keramik. Hohes Vakuum und intensives ultraviolettes Licht zersetzen zudem die Polymerketten, und unverwitterte Basaltsplitter bergen das Risiko nicht reparierbarer Platzer. Geflochtener verzinkter Stahldraht, gefräste Teile aus Aluminium 7075 und superelastische Federn aus Nitinol-Legierung bleiben ohne Druckluft über Hunderte Grad biegsam.
Auf gerader Strecke in einem glatten, druckbeaufschlagten Korridor ja. Tatsächlich dauert das Umkippen eines invertierten Pendels auf dem Mond etwa 2,45-mal länger (√6), sodass ein Mensch im Fahrradsattel genug Reaktionszeit hat, um in Schräglage zu lenken. Das Problem entsteht beim Kurvenfahren, Bremsen oder beim Auftreffen auf Steine im lockeren Regolith: Bei sechsmal geringerer Normalkraft nach unten rutscht das Vorderrad seitlich weg, bevor es genug Zentripetalkraft aufbauen kann, um die gesamte Trägheitsmasse zu drehen.
Eugene Cernan erreichte im Dezember 1972 mit LRV-3 von Apollo 17 bergab 18 km/h (11,2 mph). Auf ebenem Mare-Gelände fuhren die Apollo-Rover in der Regel mit 9 bis 11 km/h. Selbst bei 15 km/h hoben alle vier Räder gleichzeitig von der Oberfläche ab, sobald sie auf kleine Krater trafen.
Verbrennungsmotoren beziehen rund 78 % ihrer Reaktionsmasse aus der sauerstoffreichen Erdatmosphäre (für 1 kg Benzin werden etwa 14,7 kg Luft verbrannt). Weder der Mond (Vakuum) noch der Mars (95 % CO₂ bei 0,6 % des Erdluftdrucks) bietet freien Oxidator. Flüssigsauerstofftanks für einen Kolbenmotor wiegen weit mehr als Solarmodule, Brennstoffzellen oder Radioisotopen-Generatoren, die 90 % effiziente bürstenlose Elektromotoren antreiben.
Die Aufstiegsstufe der Mondlandefähre ließ die schwere Abstiegsstufe auf der Oberfläche zurück. Ihr hypergoler Treibstoff war streng rationiert, damit zwei Astronauten und rund 110 kg unbezahlbare geologische Proben zum Kommandomodul zurückgebracht werden konnten. Das 210 kg schwere Fahrzeug blieb ein paar hundert Meter entfernt stehen, damit seine TV-Kamera den Start filmen konnte. So wurde die Rückführung wissenschaftlicher Proben maximiert.
Apollo-Rover trugen ein Boeing-Navigationssystem, das einen Richtungskreisel (der regelmäßig mit einer Sonnenschatten-Vorrichtung ausgerichtet wurde, da sich die Sonne am Mondhimmel nur um 0,5 Grad pro Stunde bewegt) mit Impulsen aller vier Räder kombinierte. So ließen sich Entfernung und Richtung zurück zur Mondlandefähre auf 100 Meter genau berechnen. Moderne Rover verbinden Trägheitsmesseinheiten (IMUs), Sonnensensoren, stereoskopische Kamera-Odometrie und hochauflösenden Geländeabgleich aus dem Orbit.
Der Mars-Rover Opportunity der NASA hält den Rekord mit 45,16 Kilometern (28,06 Meilen), die er zwischen Januar 2004 und Juni 2018 auf der Meridiani-Ebene zurücklegte. Auf Platz zwei liegt der sowjetische Mondrover Lunochod 2 (1973 39 km), dicht gefolgt vom bemannten LRV-3 von Apollo 17 (35,89 km) sowie den Mars-Rovern Curiosity und Perseverance, die beide weiterhin Strecke sammeln.
Mondrover können von Astronauten an Bord direkt gesteuert oder per Fernsteuerung bei einer Funkverzögerung von 2,6 Sekunden für die Hin- und Rückverbindung zwischen Erde und Mond bedient werden. Der Mars ist 4 bis 22 Lichtminuten entfernt. Würde ein Rover mit 10 km/h fahren, könnte er über eine verborgene Steilkante stürzen, bevor die Kontrolleure auf der Erde die Gefahr überhaupt sehen. Eine langsame Übersetzung (etwa 4,2 cm/s) verstärkt das geringe Motordrehmoment (insgesamt etwa 100 W Antriebsleistung) und gibt den Bordrechnern Zeit, 3D-Geländenetze zu erstellen.
Haben Sie eine offene Frage zur Mobilität?
Wenn Ihre Frage eine bestimmte Radlegierung, einen Missionsbericht oder einen spekulativen Fahrzeugparameter betrifft, der oben nicht aufgeführt ist, senden Sie uns Ihre strukturierte Anfrage an unsere Redaktion.
Fragen Sie den Workshop