Maapallolla pyörällä ajava ihminen on mitattu energiatehokkaimmaksi liikkujaksi: hän kuluttaa noin 0,15 kilokaloria kilogrammaa kohti kilometrillä. Tämä merkittävä tehokkuus sai varhaiset Kuun-matkojen suunnittelijat esittämään yksinkertaiselta näyttävän kysymyksen: jos hyötykuorman kuljettaminen Kuuhun maksaa kymmeniä tuhansia dollareita kilolta, miksi kuljettaa raskaita akkuja, kun astronautit tuovat mukanaan kaksi jalkaa?
Historialliset tutkimukset ja spekulatiiviset suunnitelmat
Spekulatiivinen konseptirenderöinti • Akselivetoinen kuupyörä
Jotta ymmärtää, miksi maapallon maastopyörää ei voi yksinkertaisesti kiinnittää kuun laskeutujaan, erota paino ja massa toisistaan. Massa (mitattuna kilogrammoina) määrää liikemäärän ja liike-energian. Paino (massa kerrottuna paikallisella painovoiman kiihtyvyydellä) määrää renkaan kohtisuoran voiman ja suurimman pitävyyden.
Suurin sivuttaiskitka on kitkakerroin (μ) kertaa kohtisuora voima (m ċ g), kun taas vaadittu keskipakovoima on m ċ v² / r. Koska g Kuussa on 1,62 m/s² eikä 9,81 m/s², pienin turvallinen kääntösäde 18 km/h:n (5 m/s) nopeudella kasvaa kuusinkertaiseksi, ja tämä on ennen kuin otetaan huomioon, että löyhä, jauhemainen silikaattipöly laskee μ:n alle 0,35:n.
Kun 6 senttimetrin kiveen osutaan nopeudella 4 m/s, pyörään ja runkoon kohdistuu ylöspäin suuntautuva pystysuuntainen nopeusimpulssi. Maan painovoimassa rengas palaa maahan kymmenissä millisekunneissa. Kuun painovoimassa ilmassaoloaika venyy kuusinkertaiseksi, jolloin etupyörää ei voi ohjata tyhjiössä ennen kosketusta maahan.
Kannettava elämäntukijärjestelmä (PLSS) -reppu siirtää puvussa ajavan henkilön painopisteen ylös ja taakse. Kun timanttirunkoisen pyörän etujarrua käytetään voimakkaasti, kaatumisvaara syntyy jo pienillä hidastuvuuksilla, kun taas takajarrulla pyörä vain luistaa regoliitin yli eikä vauhti juuri laske.
Ennen Apollo-ohjelmaa tehdyissä pinnan liikkuvuuden arvioinneissa NASAn Langleyn tutkimuskeskuksessa ja Manned Spacecraft Centerissä insinöörit testasivat pienennetyn painovoiman kävelylaitteita (kuten Donald Hewesin kaltevan tason kuun painovoiman simulaattoria) sekä pieniä pyöräskootteja ja polkumalleja. Ratkaiseva rajoite ei koskaan ollut ihmisen sydän- ja verenkiertokunto. Se oli kaasulla paineistetun puvun taivuttamiseen kuluva mekaaninen työ.
Apollo A7LB -puku toimi noin 25,5 kPa:n (3,7 psi) paineessa puhtaalla hapella, kun seuraavan sukupolven tutkimuspuvut toimivat noin 29,6–56,5 kPa:ssa. Paineistetun kangassylinterin taivuttaminen pienentää hieman sen sisätilavuutta, joten astronautin reisilihakset ja lonkankoukistajat joutuvat puristamaan hengityskaasua jokaisella polkuiskulla. Vaikka mukaan lisätään vakiotilavuuden nivelet ja pyörivät vyötärölaakerit, jatkuva lonkan koukistus 60–80 kierroksella minuutissa tuottaa noin 500–700 wattia aineenvaihduntalämpöä.
Kuussa lämpöä ei voi poistaa tuulella tai hikoilulla, joka haihtuu ilmaan. Jokainen ajajan tuottama watti on haihdutettava uhrattavaan jäähdytysveteen, joka kiehautetaan tyhjiöön puvun sublimaattorin tai kalvohaihduttimen kautta. Viiden kilometrin polkuspurtti voisi kuluttaa enemmän jäähdytysvettä kuin mitä sähkömoottorin jättämisellä pyörännavasta säästettäisiin akkumassaa. Juuri siksi sähköiset pyöräasemat voittivat Apollo Lunar Roving Vehicle -sopimuksen.
Kun pyörät pysyivät maapallolla, kiinteät polkulaitteet tulivat välttämättömiksi lentolaitteiksi lähes jokaisella pitkäkestoisella kiertoradan asemalla vuodesta 1973 lähtien.
Lennetty asemalaitteisto • Kiertoradan ergometri
Skylabissa vuosina 1973–1974 astronautit Charles Conrad, Owen Garriott ja heidän seuraajansa polkivat kalibroitua pyöräergometriä lääketieteellisessä kokeessa M171. Koe osoitti, että päivittäinen rasittava pyöräily säilyttää aerobisen kapasiteetin (VO₂max) painottomuudessa. Neuvostoliiton Saljut- ja Mir-miehistöt luottivat kestäviin harjajarrullisiin veloergometreihin.
Kansainvälisellä avaruusasemalla tanskalainen CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System) poistaa istuinpylvään kokonaan. Miehistön jäsenet kiinnittävät pyöräilykengät polkimiin, pitävät kiinni tukikahvoista tai nojaavat selkätukeen ja polkevat jopa 250 wattia. Jousivaimennetut tuet estävät 1–2 Hz:n polkemisvärähtelyjä ravistelemasta herkkiä kidekasvatus- ja teleskooppikuormia.
Samaan aikaan maanpäällisissä sentrifugitutkimuksissa, kuten MIT:n kompaktissa Twin-Bike-keinopainovoimakokeessa, on testattu ihmisvoimalla toimivia lyhyen säteen sentrifugeja. Niissä kaksi astronauttia polkee sisäisellä ympyräradalla sylinterimäisen syvän avaruuden moduulin sisällä, jotta aerobinen kunto ja ylipainovoiman luustoa vahvistava kuormitus yhdistyisivät.
Kun poistamme avaruuspuvun vastuksen tai rajoitamme pyöräasetelman, ihmisvoimalla toimivat koneet palaavat oikeutettuihin arkkitehtonisiin tutkimuksiin pitkäaikaisille kuukannoille.
Suljetussa 2 kilometrin mittaisessa kuun laavaputkessa tai ilmatäytteisessä käytäväverkostossa, joka on paineistettu 70 kPa:iin, astronautit käyttävät kevyitä urheiluvaatteita. Tässä 6 kg:n alumiininen hyötypyörä tai rahtikolmipyörä poistaa pakokaasut, kipinäriskin ja akkujen latausinfrastruktuurin. Samalla se toimii pakollisena päivittäisenä kuntoliikuntana.
Ajaminen nopeudella 10 m/s (36 km/h) jyrkästi kallistetulla 12 metrin säteen ympyräradalla tuottaa 8,33 m/s² keskipakokiihtyvyyden. Kun tämä lasketaan yhteen Kuun painovoiman (1,62 m/s²) kanssa, ajaja kokee 8,49 m/s². Se on lähes 87 % maapallon painosta, ja se kuormittaa reisiluun kaulaa ja selkänikamia, mutta ajaja pysyy silti ketteränä.
Ydinvoimalaitoksen ja 1,5 km:n päässä olevan asuinmoduulin välillä jännitetty ruostumattomasta teräksestä valmistettu ohjausvaijeri tai kevyt yksikiskoinen ristikko mahdollistaa virattoman, käsikammella käytettävän pelastusvaunun liikkumisen. Puvussa oleva astronautti käyttää yläruumiinsa olkalaakereita, eikä regoliitin vierintävastus haittaa.
Käytämme evästeitä Käytämme välttämättömiä evästeitä sivuston toimintaan ja suostumuksellasi valinnaisia evästeitä käyntien mittaamiseen. Voit muuttaa tätä milloin tahansa. Lue lisää