A Földön a kerékpározó ember a valaha mért legenergiatakarékosabb utazó élőlény, kilométerenként és kilogrammonként nagyjából 0.15 kilokalóriát fogyaszt. Ez a figyelemre méltó hatékonyság arra ösztönözte a korai holdküldetés-tervezőket, hogy egy látszólag egyszerű kérdést tegyenek fel: ha a Holdra juttatott hasznos teher kilogrammonként tízezer dollárokba kerül, miért vigyenek nehéz akkumulátorokat, ha az űrhajósok két lábbal érkeznek?
Történeti tanulmányok és spekulatív tervek
Spekulatív koncepciórender • Tengelyhajtású holdi kerékpár
Ahhoz, hogy megértsük, miért nem lehet egyszerűen a holdkompra erősíteni egy földi gravel kerékpárt, különítsük el a súlyt a tömegtől. A tömeg (kilogrammban mérve) a lendületet és a mozgási energiát határozza meg; a súly (a tömeg és a helyi gravitációs gyorsulás szorzata) határozza meg a gumi normálerejét és a maximális tapadást.
A maximális oldalirányú súrlódás a súrlódási tényező (μ) és a normálerő szorzata (m ċ g), miközben a szükséges centripetális erő m ċ v² / r. Mivel a Holdon g 1.62 m/s², nem pedig 9.81 m/s², a 18 km/h (5 m/s) sebességhez tartozó biztonságos minimális fordulósugár hatszorosára nő – még mielőtt figyelembe vennénk, hogy a laza, porszerű szilikátpor a μ értékét 0.35 alá csökkenti.
Egy 6 centiméteres kőbe 4 m/s sebességgel ütközve a kerék és a váz függőleges irányú sebességimpulzust kap felfelé. A Föld gravitációja alatt a gumi több tizedmásodperc alatt visszaér a talajra. A holdi gravitáció alatt a levegőben töltött idő hatszorosára nyúlik, így az első kerék a földet érésig vákuumban nem kormányozható.
A hordozható életfenntartó rendszer (PLSS) hátizsákja a kerékpározó űrruhás ember tömegközéppontját felfelé és hátra tolja. Gyémántvázas kerékpáron elöl erősen fékezve már kis lassulásnál is előrebukási instabilitás lép fel, míg a hátsó fék használata csak elcsúszást okoz a regolitban, a sebességet viszont nem csökkenti.
Az Apollo-előtti felszíni mobilitási vizsgálatok során a NASA Langley Kutatóközpontban és a Manned Spacecraft Centerben a mérnökök csökkentett gravitációjú járásszimulátorokat (például Donald Hewes lejtős síkú holdgravitáció-szimulátorát) teszteltek kis kerekes rollerekkel és pedálos koncepciókkal együtt. A döntő korlátot sosem az emberi keringési kondíció jelentette, hanem a gázzal nyomás alatt álló űrruha hajlítására elpazarolt mechanikai munka.
Az Apollo A7LB űrruhát nagyjából 25.5 kPa (3.7 psi) tiszta oxigénnel üzemeltették, a következő generációs felfedezőruhák pedig 29.6 és 56.5 kPa közelében működnek. A nyomás alatt álló szövethenger hajlítása enyhén csökkenti annak belső térfogatát, így az űrhajósnak a combizmaival és csípőhajlítóival minden pedálütemnél össze kell préselnie a légzőgázt. Még akkor is, ha állandó térfogatú harmonikaízületeket és forgó derékcsapágyakat építenek be, a 60–80 RPM fordulatszámon folyamatos csípőhajlítás nagyjából 500–700 watt anyagcsere-hőt termel.
A Holdon a hő nem távozhat szellővel vagy a verejték levegőbe párolgásával. A kerékpározó minden wattnyi hőjét áldozati hűtővíznek kell vákuumba párologtatnia az űrruha szublimátorán vagy membrános párologtatóján keresztül. Egy ötkilométeres pedálos sprint több hűtővíz-tömeget emészthet fel, mint amennyi akkumulátor-tömeget az elektromos kerékagymotor elhagyásával megspórolnánk – éppen ezért nyerte meg az elektromos kerékhajtás az Apollo Lunar Roving Vehicle szerződését.
Míg a kerekes kerékpárok a Földön maradtak, az álló pedálos gépek 1973 óta nélkülözhetetlen repülési eszközökké váltak szinte minden hosszú távú űrállomáson.
Repült állomási hardver • Űrbeli ergométer
A Skylabon 1973–1974-ben Charles Conrad, Owen Garriott és utódaik egy kalibrált kerékpár-ergométeren pedáloztak az M171 orvosi kísérlethez, bizonyítva, hogy a napi intenzív kerékpározás súlytalanságban is megőrzi az aerob kapacitást (VO₂ max). A szovjet Szaljut- és Mir-legénységek masszív, fékpofás veloergométerekre támaszkodtak.
A Nemzetközi Űrállomáson a dán gyártmányú CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System) teljesen elhagyja az ülésoszlopot. A személyzet tagjai kerékpáros cipőjüket a pedálokba kattintják, stabilizáló fogantyúba kapaszkodnak vagy egy hátlapnak dőlnek, és akár 250 wattig tekernek, miközben a rugós csillapítású támaszok megakadályozzák, hogy az 1–2 Hz-es pedálozási harmonikusok megrázzák az érzékeny kristálynövesztő és távcsőkísérleteket.
Eközben földi centrifugakísérletek – köztük az MIT kompakt Twin-Bike mesterséges gravitációs kísérletei – olyan emberi erővel hajtott, kis sugarú centrifugákat vizsgáltak, ahol két űrhajós egy henger alakú mélyűri modul belsejében lévő körpálya körül pedálozik, hogy az aerob edzést a csontokat terhelő hipergravitációval kombinálják.
Ha eltávolítjuk az űrruha ellenállását, vagy korlátozzuk a kerékgeometriát, az emberi erővel hajtott gépek ismét jogos építészeti tanulmányok tárgyává válnak a hosszú távú holdbázisok számára.
Egy 2 kilométeres, lezárt holdi lávacsatornában vagy 70 kPa-ra nyomás alá helyezett felfújható folyosóhálózatban az űrhajósok könnyű sportruhát viselnek. Itt egy 6 kg-os alumínium használati kerékpár vagy teherháromkerekű jármű kiküszöböli a kipufogást, a szikraveszélyt és az akkumulátor-töltési infrastruktúrát, miközben kötelező napi kardiovaszkuláris edzésként is szolgál.
A 12 méter sugarú, meredeken dőlt körpályán 10 m/s (36 km/h) sebességgel haladva 8.33 m/s² centripetális gyorsulás keletkezik. A holdi gravitációval (1.62 m/s²) vektoriálisan összegezve a kerékpáros 8.49 m/s²-et tapasztal – ez a földi súly közel 87%-a –, amely terheli a combnyakat és az ágyéki csigolyákat, miközben a mozgás könnyed marad.
Egy atomreaktor és 1.5 km-re lévő lakóhely között egy feszített, rozsdamentes acél vezetőkábel vagy könnyű monosínes rácstartó lehetővé teszi, hogy egy hajtás nélküli, kézzel hajtott mentőkocsi a felsőtest vállcsapágyainak segítségével mozgassa az űrruhás űrhajóst, a regolit gördülési ellenállása nélkül.
Sütiket használunk A webhely működtetéséhez szükséges sütiket használunk, a látogatások méréséhez pedig – az Ön hozzájárulásával – opcionális sütiket. Ezt bármikor módosíthatja. Bővebben