Στη Γη, ο άνθρωπος πάνω σε ποδήλατο είναι ο πιο ενεργειακά αποδοτικός ταξιδιωτικός οργανισμός που έχει ποτέ μετρηθεί, καταναλώνοντας περίπου 0.15 κιλοθερμίδες ανά κιλό ανά χιλιόμετρο. Αυτή η αξιοσημείωτη απόδοση ενέπνευσε τους πρώτους σχεδιαστές αποστολών προς τη Σελήνη να θέσουν ένα εξαπατηλά απλό ερώτημα: αν η μάζα του φορτίου προς τη Σελήνη κοστίζει δεκάδες χιλιάδες δολάρια ανά κιλό, γιατί να κουβαλάμε βαριές μπαταρίες όταν οι αστροναύτες φέρνουν δύο πόδια;
Ιστορικές μελέτες και εικαστικοί σχεδιασμοί
Εικαστική απόδοση σχεδιασμού • Σεληνιακό ποδήλατο με κίνηση άξονα
Για να κατανοήσουμε γιατί ένα ποδήλατο γραβέλ της Γης δεν μπορεί απλώς να δεθεί σε σεληνιακό σκάφος προσγείωσης, πρέπει να διαχωρίσουμε το βάρος από τη μάζα. Η μάζα (μετρούμενη σε κιλά) καθορίζει την ορμή και την κινητική ενέργεια· το βάρος (μάζα πολλαπλασιασμένη με την τοπική επιτάχυνση της βαρύτητας) καθορίζει την κάθετη δύναμη των ελαστικών και τη μέγιστη πρόσφυση.
Η μέγιστη πλευρική τριβή ισούται με τον συντελεστή τριβής (μ) επί την κάθετη δύναμη (m ċ g), ενώ η απαιτούμενη κεντρομόλος δύναμη παραμένει m ċ v² / r. Επειδή το g στη Σελήνη είναι 1.62 m/s² και όχι 9.81 m/s², η ελάχιστη ασφαλής ακτίνα στροφής στα 18 km/h (5 m/s) εκτοξεύεται κατά έναν παράγοντα έξι, ακόμη και πριν ληφθεί υπόψη ότι η χαλαρή, πουδραρισμένη σκόνη πυριτικών ενώσεων μειώνει το μ κάτω από 0.35.
Η σύγκρουση με βράχο 6 εκατοστών σε ταχύτητα 4 m/s μεταδίδει μια κατακόρυφη ώθηση ταχύτητας στον τροχό και στο πλαίσιο. Υπό τη βαρύτητα της Γης, το ελαστικό επιστρέφει στο έδαφος σε δεκάδες χιλιοστά του δευτερολέπτου. Υπό τη σεληνιακή βαρύτητα, ο χρόνος αιώρησης διαρκεί έξι φορές περισσότερο, με αποτέλεσμα ο μπροστινός τροχός να μην μπορεί να κατευθυνθεί στο κενό μέχρι την επαφή με το έδαφος.
Ένα σακίδιο Φορητού Συστήματος Υποστήριξης Ζωής (PLSS) μετατοπίζει το κέντρο μάζας του αναβάτη με στολή προς τα πάνω και προς τα πίσω. Κατά το δυνατό φρενάρισμα του μπροστινού τροχού σε ποδήλατο με ρόμβο πλαίσιο, προκύπτει αστάθεια ανατροπής ακόμη και σε μικρές επιβραδύνσεις, ενώ το φρενάρισμα του πίσω τροχού απλώς γλιστρά πάνω από το ρεγκόλιθο χωρίς να μειώνει την ταχύτητα.
Κατά τις αξιολογήσεις κινητικότητας στην επιφάνεια πριν από το Apollo, στο NASA Langley Research Center και στο Manned Spacecraft Center, οι μηχανικοί δοκίμασαν διατάξεις βάδισης σε μειωμένη βαρύτητα (όπως ο προσομοιωτής σεληνιακής βαρύτητας κεκλιμένου επιπέδου του Donald Hewes) παράλληλα με μικρά τροχοφόρα σκούτερ και ποδηλατικές ιδέες. Ο καθοριστικός περιορισμός δεν ήταν ποτέ η καρδιαγγειακή κατάσταση του ανθρώπου· ήταν το μηχανικό έργο που χανόταν στην κάμψη μιας αεροπιεσμένης στολής.
Η στολή Apollo A7LB λειτουργούσε σε περίπου 25.5 kPa (3.7 psi) καθαρού οξυγόνου, ενώ οι νεότερες στολές εξερεύνησης λειτουργούν κοντά στα 29.6 έως 56.5 kPa. Η κάμψη ενός αεροπιεσμένου υφασμάτινου κυλίνδρου μειώνει ελαφρά τον εσωτερικό του όγκο, απαιτώντας από τους τετρακέφαλους και τους καμπτήρες του ισχίου του αστροναύτη να συμπιέζουν το αναπνεόμενο αέριο σε κάθε πεντάλ. Ακόμη και όταν προστίθενται αρθρώσεις σταθερού όγκου και περιστροφικά ρουλεμάν μέσης, η συνεχής κυκλική κάμψη του ισχίου στις 60 έως 80 RPM παράγει περίπου 500 έως 700 W μεταβολικής θερμότητας.
Στη Σελήνη, η θερμότητα δεν μπορεί να αποβληθεί με αεράκι ή με εξάτμιση του ιδρώτα στον αέρα. Κάθε watt θερμότητας του αναβάτη πρέπει να βράζει νερό ψύξης θυσίας στο κενό μέσω του υποχωρητή (sublimator) ή του εξατμιστή μεμβράνης της στολής. Ένα πεντάχιλιομετρικό σπριντ με πεντάλ θα μπορούσε να καταναλώσει περισσότερη μάζα νερού ψύξης από τη μάζα της μπαταρίας που εξοικονομείται με την παράλειψη ηλεκτρικού κινητήρα στην πλήμνη του τροχού· ακριβώς γι' αυτό οι ηλεκτρικοί κινητήρες στις πλήμνες των τροχών κέρδισαν τη σύμβαση του Apollo Lunar Roving Vehicle.
Ενώ τα τροχοφόρα ποδήλατα έμειναν στη Γη, οι σταθερές μηχανές πεντάλ έγιναν απαραίτητος εξοπλισμός πτήσης σχεδόν σε κάθε σταθμό τροχιάς μεγάλης διάρκειας από το 1973.
Εξοπλισμός σταθμού πτήσης • Τροχιακό εργόμετρο
Στο Skylab, το 1973–1974, οι αστροναύτες Charles Conrad, Owen Garriott και οι διάδοχοί τους έκαναν ποδήλατο σε βαθμονομημένο εργόμετρο για το ιατρικό πείραμα M171, αποδεικνύοντας ότι η καθημερινή έντονη ποδηλασία διατηρούσε την αερόβια ικανότητα (VO₂ max) σε έλλειψη βαρύτητας. Τα σοβιετικά πληρώματα των Salyut και Mir βασίζονταν σε ανθεκτικά βελοεργόμετρα με φρένο τριβής.
Στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, το CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System), κατασκευασμένο στη Δανία, αφαιρεί εντελώς τον στύλο του καθίσματος. Τα μέλη του πληρώματος δένουν τα παπούτσια ποδηλασίας στα πεντάλ, κρατούν σταθεροποιητικές λαβές ή ακουμπούν σε ράχη και φτάνουν έως 250 W, ενώ οι αντηρίδες με απόσβεση ελατηρίου εμποδίζουν τις αρμονικές πεντάλ των 1–2 Hz να ταρακουνούν τα ευαίσθητα φορτία κρυσταλλικής ανάπτυξης και τηλεσκοπίων.
Εν τω μεταξύ, μελέτες σε επίγειες φυγοκέντρους, μεταξύ των οποίων τα συμπαγή πειράματα τεχνητής βαρύτητας Twin-Bike του MIT, έχουν δοκιμάσει φυγοκέντρους μικρής ακτίνας με ανθρώπινη ώθηση, όπου δύο αστροναύτες ποδηλατούν γύρω από έναν εσωτερικό κυκλικό δρόμο μέσα σε κυλινδρικό διαστημικό module βαθέος διαστήματος, συνδυάζοντας αερόβια προπόνηση με φόρτιση των οστών από υπερβαρύτητα.
Όταν αφαιρέσουμε την αντίσταση της διαστημικής στολής ή περιορίσουμε τη γεωμετρία των τροχών, οι μηχανές με ανθρώπινη ώθηση επανεισέρχονται στις νόμιμες αρχιτεκτονικές μελέτες για μακροπρόθεσμες σεληνιακές βάσεις.
Μέσα σε ένα σφραγισμένο σεληνιακό σωλήνα λάβας 2 χιλιομέτρων ή σε δίκτυο φουσκωτών διαδρόμων πιεσμένο στα 70 kPa, οι αστροναύτες φορούν ελαφριά αθλητικά ρούχα. Εδώ, ένα αλουμινένιο ποδήλατο χρησιμότητας 6 kg ή τρίκυκλο φορτίου καταργεί τα καυσαέρια, τον κίνδυνο σπινθήρων και την υποδομή φόρτισης μπαταριών, ενώ λειτουργεί ταυτόχρονα ως υποχρεωτική καθημερινή καρδιαγγειακή άσκηση.
Με ταχύτητα 10 m/s (36 km/h) γύρω από έναν απότομα κεκλιμένο κυκλικό δρόμο ακτίνας 12 μέτρων, παράγεται κεντρομόλος επιτάχυνση 8.33 m/s². Με τη διανυσματική πρόσθεση της σεληνιακής βαρύτητας (1.62 m/s²), ο αναβάτης βιώνει 8.49 m/s², σχεδόν το 87% του βάρους στη Γη, παρέχοντας μηχανική φόρτιση στους μηρικούς τραχήλους και στους οσφυϊκούς σπονδύλους, διατηρώντας παράλληλα την ευκινησία του.
Ανάμεσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα και ένα ενδιαίτημα σε απόσταση 1.5 km, ένα τεντωμένο καλώδιο οδήγησης από ανοξείδωτο ατσάλι ή ελαφρύ μονόδρομο δικτυωτό δοκάρι επιτρέπει σε ένα χειροκίνητο καρότσι διάσωσης χωρίς κινητήρα να μετακινεί έναν αστροναύτη με στολή, χρησιμοποιώντας τις αρθρώσεις των ώμων του άνω σώματος, χωρίς αντίσταση κύλισης από το ρεγκόλιθο.
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