Odpowiedzi o mobilności w misjach
Rzeczowe odpowiedzi na pytania, które studenci, pisarze i entuzjaści lotów kosmicznych zadają najczęściej o napędzanych siłą mięśni rowerach kosmicznych, księżycowych łazikach i planetarnych pojazdach badawczych.
Żaden rower z kołami nigdy nie wylądował na Księżycu. Stacjonarne ergometry rowerowe bez kół działały na orbicie na pokładzie Skylaba, Salutów, Mira, modułów Spacelab promów kosmicznych oraz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (CEVIS) do treningu układu krążenia astronautów. Inżynierowie NASA badali przed Apollo 15 pojazdy nawierzchniowe z pedałami i doszli do wniosku, że zginanie ciśnieniowego skafandra w biodrach i kolanach zużywa zbyt dużo tlenu i wody chłodzącej w porównaniu z lekkimi elektrycznymi silnikami w piastach kół.
Naturalne i syntetyczne elastomery przechodzą poniżej temperatury zeszklenia w głębokim mrozie kriogenicznym (-173°C w czasie nocy księżycowej, -120°C na Marsie) i pod obciążeniem pękają jak krucha ceramika. Próżnia i intensywne promieniowanie ultrafioletowe także degradują łańcuchy polimerowe, a niewietrzone odłamki bazaltu grożą nienaprawialnym rozerwaniem opony. Tkana stalowa linka powlekana cynkiem, obrabiane aluminium 7075 i sprężyny ze stopu nitinolu o właściwościach superelastycznych pracują w zakresie setek stopni bez sprężonego powietrza.
Na prostym odcinku, w gładkim, ciśnieniowym korytarzu – tak. W rzeczywistości przewrócenie się odwróconego wahadła zachodzi na Księżycu około 2.45 raza wolniej (√6), co daje jeźdźcowi dużo czasu na reakcję i korektę pochylenia. Problem pojawia się przy skręcaniu, hamowaniu lub uderzeniu w kamienie na luźnym regolicie: przy sześciokrotnie mniejszym dociskowym nacisku przednia opona ślizga się w bok, zanim wytworzy dość siły dośrodkowej, by skręcić pełną masę bezwładnościową rowerzysty.
Eugene Cernan osiągnął 18 km/h (11.2 mph), jadąc z górki w pojeździe LRV-3 Apollo 17 w grudniu 1972 roku. Na płaskim gruncie mórz łaziki Apollo zwykle jeździły z prędkością 9–11 km/h. Nawet przy 15 km/h najechanie na małe kratery powodowało, że wszystkie cztery koła jednocześnie traciły kontakt z powierzchnią.
Silniki spalinowe czerpią około 78% masy reagentów z bogatej w tlen atmosfery Ziemi (spalając około 14.7 kg powietrza na każdy 1 kg benzyny). Ani Księżyc (próżnia), ani Mars (95% CO₂ przy 0.6% ziemskiego ciśnienia) nie dostarczają wolnego utleniacza. Wożenie zbiorników z ciekłym tlenem do napędu tłokowego waży znacznie więcej niż panele słoneczne, ogniwa paliwowe czy radioizotopowe generatory jądrowe napędzające bezszczotkowe silniki elektryczne o sprawności 90%.
Stopień wznoszący modułu księżycowego pozostawiał na powierzchni ciężki stopień zniżania i miał ściśle racjonowane paliwo hipergoliczne, by wynieść dwóch astronautów oraz około 110 kg bezcennych próbek geologicznych na spotkanie z modułem dowodzenia. Pozostawienie 210-kilogramowego łazika – zaparkowanego około dwustu metrów dalej, aby jego kamera TV mogła sfilmować start – zmaksymalizowało zwrot próbek naukowych.
Łaziki Apollo były wyposażone w Boeing Navigation System, łączący żyroskop kierunkowy (okresowo wyrównywany za pomocą przyrządu z cieniem Słońca, ponieważ Słońce przesuwa się po księżycowym niebie tylko o 0.5 stopnia na godzinę) z impulsami ze wszystkich czterech kół, by obliczać odległość i kierunek powrotu do modułu księżycowego z dokładnością do 100 metrów. Nowoczesne łaziki łączą inercyjne czujniki pomiarowe (IMU), czujniki Słońca, stereoskopową odometrię wizyjną i wysokorozdzielcze dopasowywanie terenu na podstawie danych orbitalnych.
Łazik Mars Exploration Rover Opportunity trzyma rekord, przejechawszy 45.16 kilometra (28.06 mili) po Meridiani Planum w okresie od stycznia 2004 do czerwca 2018 roku. Drugie miejsce należy do radzieckiego łazika księżycowego Łunochod 2 (39 km w 1973 roku), a tuż za nim plasują się załogowy LRV-3 z Apollo 17 (35.89 km) oraz łaziki marsjańskie Curiosity i Perseverance, które nadal zwiększają swój dystans.
Łaziki księżycowe mogą być prowadzone bezpośrednio przez astronautów na pokładzie lub sterowane zdalnie przy opóźnieniu radiowym 2.6 s w obie strony między Ziemią a Księżycem. Mars znajduje się w odległości 4 do 22 minut świetlnych; gdyby łazik jechał z prędkością 10 km/h, mógłby spaść z ukrytego uskoku dziesięć minut, zanim operatorzy na Ziemi w ogóle zobaczą zagrożenie. Powolne przełożenie (~4.2 cm/s) mnoży mały moment obrotowy silnika (~100 W całkowitej mocy napędu), dając jednocześnie procesorom pokładowym czas na zbudowanie trójwymiarowych siatek terenu.
Masz nierozwiązane pytanie o mobilność?
Jeśli twoje pytanie dotyczy konkretnego stopu kół, raportu z misji lub spekulacyjnego parametru pojazdu, którego nie ma na liście powyżej, wyślij ustrukturyzowane zapytanie do naszej redakcji.
Zapytaj warsztat