Tehtäväsuunnittelijana et koskaan aloita piirtämällä alustaa. Aloitat pinnan kiihtyvyydestä, rakeiden geometriasta, ilmanpaineesta ja pukujen kinematiikasta. Valitse alta maapallon ulkopuolinen käyttöympäristö nähdäksesi, miksi tavallinen maanpäällinen ajoneuvo on suunniteltava uudelleen kosketuspinnasta alkaen.
Kuussa 80 kg painava astronautti, jolla on 90 kg painava elämäntukipuku, painaa vain 276 newtonia – vastaa 28 kilon kantamista Maassa – mutta kääntyessä tai jarruttaessa hänen hitausmassansa on silti koko 170 kg. Kapea kaksipyöräinen runko menettää normaalivoimaa kraatereiden yli, jolloin takapyörä pyörii pölyisessä, terävän teräväreunaisessa silikaattipölyssä, kun vauhti vie ratsastajan ja rungon tangentiaalisesti ulospäin.
3D-suunnittelurenderöinti • Pyörän kosketuspintatutkimus
Marsissa painovoima on yli kaksinkertainen Kuuhun verrattuna ja ilmakehä on ohut, noin 6 millibaaria hiilidioksidia. Tuulen puhaltama pöly peittää kuitenkin vaarallisia sulfaattihiekkakuoppia ja teräviä kuplaisia basalttituulenkuluja. Curiosityn alumiinipyörät, jotka olivat vain millimetrin paksuisia, puhkesivat kilometrien tasaisen kuormituksen jälkeen sementoituneiden kallioharjanteiden yli.
3D-suunnittelurenderöinti • Nitinolinen verkkorengas
Kiertoradan laboratorioissa, kuten Skylabissa ja Kansainvälisellä avaruusasemalla, polkupyörät luopuvat kokonaan pyöristään, haarukoistaan ja ohjaustangoistaan. Koska painovoima ei vedä pyöräilijää satulalle, ratsastajat kiinnittävät kenkänsä polkimiin ja nojaavat rintakehän tukityynyihin, kun tärinää eristävät kiinnikkeet estävät polkemisliikkeitä häiritsemästä mikrogravitaatiokokeita.
Dokumentaarinen valokuva • Lentoergometri
Vain tulevaisuuden paineistetussa Kuun kupolissa tai suljetussa laavaputkisiirtokunnassa ihmisvoimin kulkeva polkupyörä saa takaisin maanpäällisen hienostuneisuutensa. Vapautuneena jäykistä avaruuspuvun lonkkalaakereista ja tyhjiön kylmähitsauksesta paidanhihoissa liikkuvat ratsastajat voisivat kallistua jyrkästi paraabelimaisten velodromin seinämien suuntaan ja tuottaa mutkissa keinotekoisen normaalivoiman.
Spekulatiivisen konseptin renderöinti • Asuinmoduulipyörä
Ennen spekulatiivisten avaruuspyörien tai hyppivien tutkimusmatkailijoiden arviointia jokainen maailman ulkopuolisen liikkuvuuden tutkimus nojaa laitteistoon, joka todella selviytyi laukaisun tärinästä, syvän avaruuden matkasta ja planeettojen laskeutumisista.
Vahvistettu lentovalokuva • Apollo LRV (1971)
Boeingin ja General Motors Delco Electronicsin rakentama 210 kg painava taitettava sähköinen mönkijä kuljetti 17 kuukaudessa kahta pukeutunutta astronauttia ja geologisia näytteitä Hadley Rillen, Descartes-ylänkön ja Taurus-Littrowin yli.
Vahvistettu museo-/testivalokuva • Lunokhod
Viisihenkiset miehistöt ohjasivat Maasta kahdeksanpyöräisiä neuvostomönkijöitä live-televisiolähetyksen viiveellä. Ne edelläkävijöinä kehittivät itsenäisen vääntötankojousituksen, titaanisäteisiä lankavanteita ja polonium-210-lämpösuojausyksiköitä, jotka selviytyivät kahden viikon mittaisten Kuun öiden yli.
Vahvistettu lentovalokuva • Mars 2020
Yhdistämällä 1,025 kg painava ydinvoimalla toimiva kuusipyöräinen geologi ja 1.8 kg painava koaksiaalinen helikopteri osoitettiin, että pyöräpohjainen maastoliikenne ja ilmatiedustelu toimivat yhdessä lohkareisten jokideltojen yli.
Voisiko astronautti yksinkertaisesti taittaa kevyen titaanisen maastopyörän laskeutujan tukikohdassa ja polkea viiden kilometrin päässä olevan kraatterin reunalle? Ilmailun ihmistekijätutkijat kysyivät juuri tätä 1960-luvun lopulla ja havaitsivat kolme ratkaisevaa fyysistä estettä.
Spekulatiivisen konseptin renderöinti • Leveäasentoinen Kuun kolmipyörä
Ensinnäkin kaasupaineistetut avaruuspuvut toimivat kuin täytetyt paloletkut: lantion ja polven taivuttaminen 75 kertaa minuutissa 29.6 kPa:n sisäistä painetta vastaan uuvuttaa ajajan ja nostaa aineenvaihdunnan lämpökuormat yli sen, minkä kannettava sublimaattori tai vesikalvohaihdutin pystyy poistamaan. Toiseksi 0.165 g:n painovoimassa enimmäisjarrutus laskee noin 0.08 g:hen ennen kuin pyörät lukkiutuvat ja luistavat irtonaisen regoliitin päällä. Kolmanneksi tiiviisti suljetut rasvavoiteluiset laakerit kaasuuntuvat tyhjiössä, ja silikaattihiukkaset kuluttavat paljaita rullaketjuja minuuteissa.
Ihmisvoimin toimivat konseptit saavat uskottavuutta silloin, kun ne ovat käsikammella tai lyhyellä kampikierrolla toimivia makuuasentoisia kolmipyöriä, joissa on suljetut harmonisen vaihteen navat, tai kaapeliohjattuja sukkulapyöriä suojaisissa ojissa.
Tutustu historiallisiin ja spekulatiivisiin kuukiertoajoneuvoihin →Apollo 11:stä 14:ään kävelevät astronautit pysyivät noin 1.5 kilometrin säteellä laskeutujastaan, koska kulutustarvikkeet ja väsymys asettivat tiukan paluukävelyn turvarajan. Omistetut miehistön liikkumisjärjestelmät muuttavat lyhyet retket useampipäiväisiksi alueellisiksi retkikunniksi.
3D-renderöinti • Ehdotettu paineistamattoman LTV-luokan ajoneuvo
Pysyvästi varjossa olevien kuun etelänavan reunojen tutkimiseen suunnitellut seuraavan sukupolven avoimet miehistöajoneuvot yhdistävät astronauttien manuaalisen T-kahvaohjauksen robottiseurantaan miehitettyjen laskeutumisten välillä. Toisin kuin Apollon kertakäyttöiset hopea-sinkkiakut, nykyiset LTV-suunnitelmat tähtäävät kymmenen vuoden käyttöikään lämmitetyillä litiumioniakkupaketeilla ja robottisilla rahtivinsseillä.
3D-renderöinti • Ehdotettu paineistetun risteilijän luokka
Kun tutkimuskohteet ovat 100 kilometrin päässä, elämän ylläpitojärjestelmien kantaminen jokaisen astronautin selässä on tehotonta. Paineistetut maastoautot – kuten NASAn testattu Space Exploration Vehicle (SEV) -prototyyppi ja JAXAn regeneratiiviseen polttokennoon perustuva Lunar Cruiser – mahdollistavat sen, että miehistö voi asua, nukkua ja ajaa paidanhihoin ja astua ulos suitport-liitännöistä, jotka pitävät myrkyllisen pölyn hytin ulkopuolella.
Maan ulkopuoliset ajoneuvot harvoin hajoavat siksi, että moottorilta puuttuu vääntömomenttia. Ne hajoavat siinä kohdassa, missä säätymättömät mineraalit, tyhjiömetallurgia ja säteily kohtaavat. Avaa alla oleva työpajaselostus tarkastellaksesi planeettojen alustan suunnittelua ohjaavia pääasiallisia rajoitteita.
Maan hiekka on pyöristynyt veden ja tuulen vaikutuksesta. Kuun regoliitti syntyy, kun mikrometeoriittien hypernopeat törmäykset sulattavat ja murskaavat kiven terävähkiksi aglutinaateiksi, joiden pinnalla on nanofaasista rautaa. Ultraviolettivalo varaa nämä jyvät, joten ne kohoavat leijumaan pyörännapoihin, jäähdytinsäleikköihin ja pyöriviin tiivisteisiin. Apollo 17:n lokasuojajatke, joka oli improvisoitu laminoiduista kuukartoista ja klemmareista, oli välttämätön, koska pölypilvet peittivät tummat lämpöpinnat ja akkujen lämpötilat nousivat.
Lue koko tribologia- ja pölyselvitys →Maan ilmassa ohut oksidi- ja kosteuskalvo estää puhtaiden metallipintojen sulautumisen. Kovassa tyhjiössä (10-12 torr) paljaat teräshammasrattaat tai polkupyörän ketjun rullat, joista kitka on poistanut oksidin, voivat kylmähitsautua pysyvästi yhteen. Tavalliset kumiset sisärenkaat sublimoivat pehmittimensä ja murtuvat kuin lasi alle -70°C:ssa, minkä vuoksi suunnittelijat kääntyvät molybdeenidisulfidi (MoS₂) -kuivavoiteluaineiden ja punottujen metallijousirenkaiden puoleen.
Tutustu kuivavoitelustandardeihin →Miehitetyt ajoneuvot eivät koskaan aja, ennen kuin akut ovat tyhjät. Jokainen matka noudattaa paluukävelyn rajaa: jos ajoneuvo jää kokonaan liikkumattomaksi kauimmaisessa pisteessään, astronauteilla on oltava riittävästi happea, jäähdytysvettä ja päivänvaloa tai toissijainen ajoneuvo palatakseen turvallisesti laskeutujalle. Apollo-tehtävät ajoivat ensin ulospäin ja keräsivät näytteitä sisäänpäin, jotta jäljellä olevat puvun kulutustarvikkeet vastasivat aina jäljellä olevaa kävelymatkaa.
Tutustu tehtävien turvallisuusrajoihin →Selkeä ajattelu eksoottisista kuljetusvälineistä tarkoittaa lentotestattujen koneiden erottamista rahoitetuista prototyypeistä ja mielikuvituksellisista ajatuskokeista. Tässä työpajassa jokaisella ajoneuvolla on selkeä valmiusluokitus.
| Ajoneuvokonsepti / järjestelmä | Työpajan tila | Kohdekappale | Voimanlähde ja jousitus | Keskeinen suunnitteluviite |
|---|---|---|---|---|
| Apollo Kuun liikkumisajoneuvo | Lennetty laitteisto | Kuu (meret / ylänköalueet) | 4 × 186 W tasavirtanapamoottoria, kaksoiskolmiotukivarsi, sinkitty pianolankarengas | Apollo 15, 16, 17 lentoraportit (1971–72) |
| ISS CEVIS -polkupyöräergometri | Lennetty laitteisto | Matala Maan kiertorata (0 g) | Ihmisen polkimet ja kampi, passiivisilla hitausvärähtelyn eristystuilla | NASAn ihmistutkimusohjelman vastatoimet |
| JAXA / Toyota Lunar Cruiser | Ehdotettu ajoneuvo | Kuun etelänapa ja kaukopuoli | Regeneratiivinen polttokenno ja aurinkopaneeli, 6 metallijousirengasta | JAXAn Artemis-arkkitehtuuritutkimukset |
| Titan Dragonfly -roottorikopteri | Ehdotettu ajoneuvo | Titan (1.45 bar N₂, 0.138 g) | MMRTG-ydinvoimalla varustettu 8-roottorinen koaksiaalinen oktokopteri | NASAn New Frontiers -tehtävä (JHU APL) |
| Avopintainen EVA-kuupyörä | Spekulatiivinen konsepti | Kuun pinta | Suljettu harmoninen vaihde, leveäverkkoiset vanteet; rajoittuu puvun nivelten vääntömomenttiin | 1960-luvun kuun pinnan liikkuvuuden kompromissitutkimukset |
Jatka neljään omistettuun insinööridokumenttiin, jotka käsittelevät ihmisvoimin toimivia kuukiertoajoneuvoja, miehistön maastoautoja, robottipyörien mekaniikkaa ja äärimmäisiä ympäristörajoitteita.
Suunnitteletko kovan tieteen skenaariota, luokkahuoneen fysiikkatehtävää tai konseptitutkimusta? Laadi jäsennelty selostus toimitukselliseen työpajaamme.
Käytämme evästeitä Käytämme välttämättömiä evästeitä sivuston toimintaan ja suostumuksellasi valinnaisia evästeitä käyntien mittaamiseen. Voit muuttaa tätä milloin tahansa. Lue lisää