Ως σχεδιαστής αποστολών, δεν αρχίζετε ποτέ σχεδιάζοντας τον σκελετό. Ξεκινάτε με την επιτάχυνση της επιφάνειας, τη γεωμετρία των κόκκων, την ατμοσφαιρική πίεση και την κινηματική της στολής. Επιλέξτε παρακάτω ένα εξωγήινο περιβάλλον λειτουργίας για να δείτε γιατί ένα συνηθισμένο επίγειο όχημα πρέπει να ξανασχεδιαστεί από την επιφάνεια επαφής και πάνω.
Στη Σελήνη, ένας αστροναύτης 80 kg με στολή υποστήριξης ζωής 90 kg ζυγίζει μόλις 276 νιούτον —ισοδύναμο με το να κουβαλάει 28 kg στη Γη— αλλά εξακολουθεί να φέρει ολόκληρη τη μάζα αδράνειας των 170 kg όταν στρίβει ή φρενάρει. Ένα στενό πλαίσιο με δύο τροχούς χάνει την κάθετη δύναμη πάνω από κρατήρες, με αποτέλεσμα ο πίσω τροχός να περιστρέφεται στη σκόνη των πυριτικών, κοφτερή σαν ξυράφι, ενώ η ορμή παρασύρει τον αναβάτη και το πλαίσιο εφαπτομενικά προς τα έξω.
Τρισδιάστατη Μηχανική Απεικόνιση • Μελέτη Επαφής Τροχού
Ο Άρης προσφέρει περισσότερο από διπλάσια βαρύτητα της Σελήνης και μια λεπτή ατμόσφαιρα διοξειδίου του άνθρακα περίπου 6 χιλιοστόμπαρ, ωστόσο η σκόνη που μεταφέρει ο άνεμος κρύβει επικίνδυνες παγίδες από θειικά άμμους και αιχμηρά ηφαιστειογενή βασαλτικά βραχώδη σχηματισμούς. Τροχοί από αλουμίνιο πάχους μόλις χιλιοστών στο Curiosity υπέστησαν τρυπήματα μετά από χιλιόμετρα σταθερής φόρτισης πάνω από τσιμεντωμένες βραχώδεις κορυφογραμμές.
Τρισδιάστατη Μηχανική Απεικόνιση • Ελαστικό Πλέγματος Νιτινόλης
Μέσα σε τροχιακά εργαστήρια όπως το Skylab και ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός, τα ποδήλατα αποβάλλουν εντελώς τους τροχούς, τα πιρούνια και το τιμόνι. Χωρίς βαρύτητα που να τραβά τον ποδηλάτη στη σέλα, οι αναβάτες περνούν τα παπούτσια τους στα πεντάλ και ακουμπούν σε μαξιλάρια θωρακικής συγκράτησης, ενώ τα στηρίγματα απομόνωσης από κραδασμούς εμποδίζουν τις κινήσεις των πεταλιών να διαταράξουν τα πειράματα μικροβαρύτητας.
Φωτογραφία Ντοκιμαντέρ • Εργόμετρο Πτήσης
Μόνο μέσα σε ένα μελλοντικό πιεσουρόμενο σεληνιακό θόλο ή έναν σφραγισμένο οικισμό σε σωλήνα λάβας το ποδήλατο με ανθρώπινη δύναμη ξαναβρίσκει τη γήινη χάρη του. Απαλλαγμένοι από τα άκαμπτα ρουλεμάν ισχίου της διαστημικής στολής και από την ψυχρή συγκόλληση στο κενό, οι αναβάτες σε αέρα χωρίς στολή θα μπορούσαν να γέρνουν απότομα πάνω σε παραβολικά τοιχώματα βελοδρομίου για να παράγουν τεχνητή κάθετη δύναμη στις στροφές.
Απεικόνιση Υποθετικής Έννοιας • Ποδήλατο Οικήματος
Πριν αξιολογήσουμε υποθετικά διαστημικά ποδήλατα ή αναπηδώντες εξερευνητές, κάθε μελέτη της κινητικότητας εκτός Γης βασίζεται σε εξοπλισμό που πράγματι επέζησε από τους κραδασμούς της εκτόξευσης, τη διαστημική μεταφορά και την προσγείωση σε πλανήτες.
Επαληθευμένη Φωτογραφία Πτήσης • Apollo LRV (1971)
Κατασκευασμένο από τις Boeing και General Motors Delco Electronics σε μόλις 17 μήνες, αυτό το αναδιπλούμενο ηλεκτρικό όχημα των 210 kg μετέφερε δύο αστροναύτες με στολές και γεωλογικά δείγματα σε όλο το Hadley Rille, τα Ορεινά Descartes και το Taurus-Littrow.
Επαληθευμένη Φωτογραφία Μουσείου/Δοκιμής • Lunokhod
Χειριζόμενα μέσω τηλεοπτικής καθυστέρησης από πληρώματα πέντε ατόμων στη Γη, τα οκτάτροχα σοβιετικά οχήματα εξερεύνησης πρωτοπόρησαν στην ανεξάρτητη ανάρτηση με ράβδους στρέψης, στεφάνια από τιτάνιο με ακτίνες και θερμικές μονάδες επιβίωσης με πολώνιο-210 κατά τη διάρκεια των δύο εβδομάδων σεληνιακών νυχτών.
Επαληθευμένη Φωτογραφία Πτήσης • Mars 2020
Η σύζευξη ενός γεωλόγου έξι τροχών με πυρηνική ενέργεια, 1.025 kg, με ένα ομοαξονικό ελικόπτερο 1.8 kg απέδειξε ότι η επιφανειακή διέλευση με τροχούς και η εναέρια αναγνώριση λειτουργούν μαζί σε δέλτα ποταμών γεμάτα βράχους.
Θα μπορούσε ένας αστροναύτης απλώς να ξεδιπλώσει ένα ελαφρύ ορειβατικό ποδήλατο από τιτάνιο στη βάση ενός σεληνιακού σκάφους και να πεδαλάρει ως το χείλος ενός κρατήρα πέντε χιλιομέτρων μακριά; Μηχανικοί ανθρώπινων παραγόντων στην αεροδιαστημική όντως έθεσαν αυτό το ερώτημα στα τέλη της δεκαετίας του 1960 —και βρήκαν τρία αποφασιστικά φυσικά εμπόδια.
Απεικόνιση Υποθετικής Έννοιας • Ευρύ Σεληνιακό Τρίκυκλο
Πρώτον, οι διαστημικές στολές με αέριο υπό πίεση συμπεριφέρονται σαν φουσκωμένες πυροσβεστικές μάνικες: η κάμψη του ισχίου και του γονάτου 75 φορές ανά λεπτό, ενάντια σε εσωτερική πίεση 29,6 kPa, εξαντλεί τον αναβάτη και αυξάνει τα μεταβολικά θερμικά φορτία πέρα από ό,τι μπορεί να αποβάλει ένας φορητός εξαχνωτής ή ένας εξατμιστής με υμένιο νερού. Δεύτερον, σε 0,165 g, η μέγιστη επιβράδυνση πέδησης πέφτει σε περίπου 0,08 g πριν κλειδώσουν οι τροχοί και ολισθήσουν πάνω στο μη συμπαγές ρηγόλιθο. Τρίτον, τα σφραγισμένα ρουλεμάν με γράσο αποβάλλουν αέρια στο κενό, ενώ τα λεπτά σιλικάτη φθείρουν μέσα σε λίγα λεπτά τις εκτεθειμένες αλυσίδες.
Εκεί όπου οι ιδέες με ανθρώπινη ισχύ ξαναποκτούν αληθοφάνεια είναι στα χειροκίνητα ή βραχύβηματα ανακλινόμενα τρίκυκλα που χρησιμοποιούν σφραγισμένα αρμονικά κιβώτια στα κέντρα των τροχών, ή στα ποδήλατα μεταφοράς με καλωδιακή καθοδήγηση μέσα σε προστατευμένες τάφρους.
Εξερευνήστε τους ιστορικούς & εικασιακούς σεληνιακούς κύκλους →Οι αστροναύτες του Apollo 11 έως 14 που περπατούσαν έμεναν σε απόσταση περίπου 1,5 χιλιομέτρου από το σκάφος προσεδάφισης, επειδή τα αναλώσιμα και η κόπωση όριζαν σκληρό όριο ασφαλούς επιστροφής με τα πόδια. Τα αφιερωμένα συστήματα κινητικότητας του πληρώματος μετατρέπουν τις σύντομες εξόδους σε περιφερειακές αποστολές πολλών ημερών.
Τρισδιάστατη απεικόνιση • Προτεινόμενη κατηγορία μη πιεστικών LTV
Σχεδιασμένα για τις μόνιμα σκιασμένες άκρες του νότιου πόλου της Σελήνης, τα ανοιχτά οχήματα πληρώματος της επόμενης γενιάς συνδυάζουν χειρισμό από αστροναύτη με μοχλό τύπου T και αυτόνομη ρομποτική αναγνώριση μεταξύ των επανδρωμένων προσεδαφίσεων. Σε αντίθεση με τις μπαταρίες ασημιού-ψευδαργύρου μίας αποστολής του Apollo, οι σύγχρονοι σχεδιασμοί LTV στοχεύουν σε δεκαετή διάρκεια ζωής με θερμαινόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου και ρομποτικούς γερανούς φορτίου.
Τρισδιάστατη απεικόνιση • Προτεινόμενη κατηγορία πιεστικών οχημάτων
Όταν οι στόχοι της εξερεύνησης βρίσκονται 100 χιλιόμετρα μακριά, το να κουβαλά κάθε αστροναύτης το σύστημα υποστήριξης ζωής στην πλάτη του είναι αναποτελεσματικό. Τα πιεστικά οχήματα, όπως το δοκιμασμένο πρωτότυπο Space Exploration Vehicle (SEV) της NASA και το Lunar Cruiser της JAXA με αναγεννητικό κελί καυσίμου, επιτρέπουν στα πληρώματα να ζουν, να κοιμούνται και να οδηγούν με ελαφριά ενδυμασία, βγαίνοντας από θύρες στολών που κρατούν την τοξική σκόνη έξω από τον θάλαμο.
Τα οχήματα εκτός Γης σπάνια αποτυγχάνουν επειδή ένας κινητήρας στερείται ροπής. Αποτυγχάνουν εκεί όπου τα άκαιρα ορυκτά, η μεταλλουργία του κενού και η ακτινοβολία συναντιούνται. Ανοίξτε κάθε δελτίο εργαστηρίου παρακάτω για να εξετάσετε τους βασικούς περιορισμούς που διέπουν τον σχεδιασμό του πλανητικού σασί.
Η άμμος της Γης στρογγυλεύει από το νερό και τον άνεμο. Ο σεληνιακός ρηγόλιθος σχηματίζεται από κρούσεις μικρομετεωριτών υπερταχείας ταχύτητας που λιώνουν και θρυμματίζουν το πέτρωμα σε οξείες συσσωματώσεις επικαλυμμένες με νανοφασικό σίδηρο. Η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία φορτίζει φωτοηλεκτρικά αυτούς τους κόκκους, με αποτέλεσμα να αιωρούνται προς τα κέντρα των τροχών, τα πτερύγια των ψυγείων και τις περιστροφικές στεγανώσεις. Η προέκταση του φτερού του Apollo 17, αυτοσχέδια από πολύστρωτους σεληνιακούς χάρτες και σφιγκτήρες, ήταν απαραίτητη, επειδή οι νέφη σκόνης κάλυψαν τις σκούρες θερμικές επιφάνειες και προκάλεσαν αύξηση της θερμοκρασίας των μπαταριών.
Διαβάστε το πλήρες δελτίο τριβολογίας & σκόνης →Στον αέρα της Γης, λεπτά στρώματα οξειδίου και υγρασίας εμποδίζουν τις καθαρές μεταλλικές επιφάνειες να συγχωνευθούν. Στο υψηλό κενό (10-12 torr), τα γυμνά δόντια χάλυβα των γραναζιών ή τα ρουλεμάν αλυσίδας ποδηλάτου, απογυμνωμένα από οξείδιο λόγω τριβής, μπορούν να συγκολληθούν μόνιμα το ένα με το άλλο. Οι συνηθισμένες λαστιχένιες εσωτερικές σαμπρέλες εξαχνώνουν τους πλαστικοποιητές και θρυμματίζονται σαν γυαλί κάτω από -70°C, γεγονός που ωθεί τους σχεδιαστές προς ξηρά λιπαντικά δισουλφιδίου του μολυβδαινίου (MoS₂) και υφασμένα μεταλλικά ελατήρια ελαστικών.
Εξετάστε τα πρότυπα ξηρής λίπανσης →Τα επανδρωμένα οχήματα δεν ταξιδεύουν ποτέ μέχρι να μηδενιστούν οι μπαταρίες τους. Κάθε διαδρομή υπακούει στον περιορισμό της επιστροφής με τα πόδια: αν το όχημα υποστεί πλήρη ακινητοποίηση στο πιο απομακρυσμένο σημείο του, οι αστροναύτες πρέπει να διαθέτουν αρκετό οξυγόνο, νερό ψύξης και φως ημέρας, ή ένα δευτερεύον όχημα, για να επιστρέψουν με ασφάλεια στο σκάφος προσεδάφισης. Οι αποστολές Apollo κινήθηκαν πρώτα προς τα έξω και δειγματοληπτούσαν προς τα μέσα, ώστε τα υπόλοιπα αναλώσιμα της στολής να ταιριάζουν πάντα με την υπόλοιπη απόσταση πεζοπορίας.
Εξερευνήστε τα όρια ασφάλειας των αποστολών →Η καθαρή σκέψη για εξαιρετικά μέσα μεταφοράς σημαίνει τον διαχωρισμό των μηχανών με αποδεδειγμένη πτήση από τα χρηματοδοτούμενα πρωτότυπα και τα φανταστικά πειράματα σκέψης. Σε όλο αυτό το εργαστήριο, κάθε όχημα φέρει σαφή ταξινόμηση ετοιμότητας.
| Έννοια οχήματος / Σύστημα | Κατάσταση εργαστηρίου | Σώμα-στόχος | Πρόωση & ανάρτηση | Βασική τεχνική αναφορά |
|---|---|---|---|---|
| Σεληνιακό Όχημα Μεταφοράς Apollo | Υλικό που έχει πετάξει | Σελήνη (Mare / Ορεινές περιοχές) | 4 × 186 W κινητήρες DC στο κέντρο των τροχών, διπλός ψαλιδωτός βραχίονας, ελαστικά από χορδή πιάνου με επιψευδάργυρο | Αναφορές πτήσεων Apollo 15, 16, 17 (1971–72) |
| Εργόμετρο ποδηλάτου CEVIS του ISS | Υλικό που έχει πετάξει | Χαμηλή τροχιά της Γης (0 g) | Ανθρώπινο πεντάλ με παθητικές αναρτήσεις απομόνωσης κραδασμών αδράνειας | Αντίμετρα του Προγράμματος Έρευνας Ανθρώπου της NASA |
| JAXA / Toyota Lunar Cruiser | Προτεινόμενο όχημα | Σεληνιακός νότιος πόλος & σκοτεινή όψη | Αναγεννητικό κελί καυσίμου + ηλιακή συστοιχία, 6 ελαστικά από μεταλλικά ελατήρια | Μελέτες αρχιτεκτονικής Artemis της JAXA |
| Ελικόπτερο Titan Dragonfly | Προτεινόμενο όχημα | Τιτάνας (1,45 bar N₂, 0,138 g) | Οκτάκοπτερο ομοαξονικό με 8 δρομείς, με πυρηνική τροφοδοσία MMRTG | Αποστολή New Frontiers της NASA (JHU APL) |
| Ποδήλατο σεληνιακής επιφάνειας για εξόδους EVA | Υποθετική Έννοια | Σεληνιακή επιφάνεια | Σφραγισμένος αρμονικός μηχανισμός, ανοιχτά πλέγματα στις ζάντες· περιορίζεται από τη ροπή των αρθρώσεων της στολής | Μελέτες σύγκρισης σεληνιακής κινητικότητας της δεκαετίας του 1960 |
Συνεχίστε στους τέσσερις αφιερωμένους τεχνικούς φακέλους μας, που καλύπτουν τους σεληνιακούς κύκλους με ανθρώπινη ισχύ, τα επανδρωμένα οχήματα εξερεύνησης, τη μηχανική ρομποτικών τροχών και τις ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Σχεδιάζετε ένα σενάριο σκληρής επιστήμης, ένα πρόβλημα φυσικής για την τάξη ή μια μελέτη έννοιας; Ετοιμάστε ένα δομημένο δελτίο για το συντακτικό μας εργαστήριο.
Χρησιμοποιούμε cookies Χρησιμοποιούμε τα απαραίτητα cookies για τη λειτουργία του ιστότοπου και, με τη συγκατάθεσή σας, προαιρετικά cookies για τη μέτρηση των επισκέψεων. Μπορείτε να το αλλάξετε ανά πάσα στιγμή. Διαβάστε περισσότερα