På Jorden er et menneske på sykkel den mest energieffektive reisende organismen som noensinne er målt, og bruker omtrent 0.15 kilokalorier per kilogram per kilometer. Denne bemerkelsesverdige effektiviteten fikk tidlige planleggere av månemisjoner til å stille et tilsynelatende enkelt spørsmål: Hvis nyttelast til Månen koster titusenvis av dollar per kilogram, hvorfor bære tunge batterier når astronautene allerede har to ben?
Historiske studier og spekulative design
Spekulativt konseptbilde • Månesykkel med akseldrift
For å forstå hvorfor en grussykkel fra Jorden ikke bare kan festes til en månelander, må du skille mellom vekt og masse. Masse (målt i kilogram) styrer bevegelsesmengde og kinetisk energi; vekt (masse multiplisert med lokal tyngdeakselerasjon) styrer normalkraften på dekkene og maksimalt veigrep.
Maksimal sidefriksjon er lik friksjonskoeffisienten (μ) ganger normalkraften (m ċ g), mens nødvendig sentripetalkraft fortsatt er m ċ v² / r. Fordi g på Månen er 1.62 m/s² i stedet for 9.81 m/s², blir minste trygge svingradius ved 18 km/t (5 m/s) seks ganger større, selv før du tar hensyn til løst, pulverformet silikatstøv som senker μ under 0.35.
Når du treffer en 6 centimeter stor stein med 4 m/s, får hjul og ramme en oppadrettet vertikal hastighetsimpuls. Under jordens tyngdekraft er dekket tilbake på bakken i løpet av titalls millisekunder. Under månens tyngdekraft blir svevetiden seks ganger lengre, og forhjulet kan ikke styres i vakuum før det treffer bakken igjen.
En ryggsekk for livsstøttesystem (PLSS) flytter tyngdepunktet til den kledde syklisten oppover og bakover. Ved kraftig bremsing med forhjulet på en diamantramme oppstår tipping forover ved små retardasjoner, mens bremsing med bakhjulet bare får sykkelen til å skli over regolitt uten å miste fart.
Under evalueringer av overflatemobilitet før Apollo ved NASA Langley Research Center og Manned Spacecraft Center testet ingeniørene gangrigger i redusert tyngdekraft (for eksempel Donald Hewes' simulator for månegravitasjon med skråplan) sammen med små hjulbaserte scootere og pedalkonsepter. Den avgjørende begrensningen var aldri menneskets kardiovaskulære form; det var det mekaniske arbeidet som gikk tapt ved å bøye en gasstrykksatt drakt.
En Apollo A7LB-drakt ble brukt ved omtrent 25.5 kPa (3.7 psi) ren oksygen, mens neste generasjons utforskningsdrakter opererer nær 29.6 til 56.5 kPa. Å bøye en trykksatt stoffsylinder reduserer det indre volumet litt, og det krever at astronautens quadriceps og hoftebøyere komprimerer pustegassen ved hvert pedaltak. Selv når konvolutte ledd med konstant volum og roterende midjelagre legges til, gir vedvarende syklisk hoftebøyning ved 60 til 80 RPM omtrent 500 til 700 watt metabolsk varme.
På Månen kan varme ikke avgis gjennom vind eller svette som fordamper i omgivelsene. Hvert watt varme fra syklisten må koke offerkjølevann til vakuum gjennom drakten sin sublimator eller membranfordamper. En pedalsprint på fem kilometer kan forbruke mer kjølevannsmasse enn batterimassen som spares ved å utelate en elektrisk navmotor, og nettopp derfor vant elektriske hjuldrifter kontrakten for Apollo Lunar Roving Vehicle.
Mens sykler med hjul ble værende på Jorden, ble stasjonære pedalmaskiner uunnværlig flyutstyr om bord på praktisk talt alle romstasjoner for langvarig drift siden 1973.
Flyvd stasjonsutstyr • Ergometer i bane
Om bord på Skylab i 1973–1974 brukte astronautene Charles Conrad, Owen Garriott og deres etterfølgere en kalibrert sykkelergometer til det medisinske eksperimentet M171, og viste at kraftig daglig sykling bevarte aerobisk kapasitet (VO₂ max) i vektløshet. Sovjetiske Salyut- og Mir-mannskaper stolte på robuste veloergometre med børstebremser.
På den internasjonale romstasjonen fjerner den danskbygde CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System) setepinnen helt. Besetningsmedlemmer klikker sykkelsko fast i pedalene, holder stabiliserende håndtak eller lener seg tilbake mot en ryggpute, og øker til opptil 250 watt, mens fjærdempede støtter hindrer 1–2 Hz pedalharmoniske fra å riste ømfintlige nyttelaster for krystallvekst og teleskoper.
I mellomtiden har bakkesentrifugestudier, inkludert MITs kompakte Twin-Bike-eksperimenter med kunstig tyngdekraft, testet menneskedrevne sentrifuger med kort radius, der to astronauter sykler rundt et sirkulært innvendig spor i en sylindrisk dyprommodul for å kombinere aerob trening med belastning av bein i hypergravitasjon.
Når vi fjerner motstanden fra romdrakten eller begrenser hjulgeometrien, blir menneskedrevne maskiner igjen relevante arkitektoniske studier for langsiktige månebaser.
I en forseglet lavatunnel eller et oppblåsbart korridornettverk på 2 kilometer, trykksatt til 70 kPa, bruker astronautene lette treningsklær. Her eliminerer en 6 kg sykkel i aluminium eller en lasttrehjulssykkel eksos, gnistrisiko og infrastruktur for batteriladning, samtidig som den fungerer som obligatorisk daglig kardiovaskulær trening.
Å sykle med 10 m/s (36 km/t) rundt en kraftig skrånende sirkelbane med 12 meters radius gir 8.33 m/s² sentripetalakselerasjon. Vektorsummert med tyngdekraften på Månen (1.62 m/s²) opplever syklisten 8.49 m/s², nesten 87 % av vekten på Jorden, noe som gir mekanisk belastning på lårhalsene og lenderyggvirvlene samtidig som man forblir smidig.
Mellom en kjernekraftreaktor og et habitat 1.5 km unna lar en strammet styrekabel i rustfritt stål eller en lett monorailfagverk en ikke-drevet, håndsveivet redningstralle flytte en astronaut i drakt ved hjelp av skulderlagrene i overkroppen, uten rullemotstand fra regolitt.
Vi bruker informasjonskapsler Vi bruker nødvendige informasjonskapsler for å drive nettstedet og, med ditt samtykke, valgfrie informasjonskapsler for å måle besøk. Du kan endre dette når som helst. Les mer