Na Ziemi człowiek na rowerze to najbardziej energooszczędny organizm podróżujący, jaki kiedykolwiek zmierzono, zużywający około 0.15 kilokalorii na kilogram na kilometr. Ta niezwykła wydajność zainspirowała wczesnych planistów misji księżycowych do zadania pozornie prostego pytania: skoro dostarczenie ładunku na Księżyc kosztuje dziesiątki tysięcy dolarów za kilogram, po co wozić ciężkie baterie, skoro astronauci mają ze sobą dwie nogi?
Studia historyczne i projekty spekulatywne
Render koncepcyjny o charakterze spekulatywnym • Rower księżycowy z napędem wałowym
Aby zrozumieć, dlaczego rower gravelowy z Ziemi nie może po prostu zostać przymocowany do lądownika księżycowego, trzeba odróżnić ciężar od masy. Masa (mierzona w kilogramach) określa pęd i energię kinetyczną; ciężar (masa pomnożona przez lokalne przyspieszenie grawitacyjne) określa siłę nacisku opony i maksymalną przyczepność.
Maksymalne boczne tarcie jest równe współczynnikowi tarcia (μ) pomnożonemu przez siłę nacisku (m ċ g), podczas gdy wymagana siła dośrodkowa wynosi nadal m ċ v² / r. Ponieważ g na Księżycu wynosi 1.62 m/s², a nie 9.81 m/s², minimalny bezpieczny promień skrętu przy 18 km/h (5 m/s) rośnie sześciokrotnie, jeszcze zanim uwzględni się luźny, pyliasty regolit krzemianowy, który obniża μ poniżej 0.35.
Najechanie na kamień o wysokości 6 centymetrów z prędkością 4 m/s nadaje kołu i ramie pionowy impuls prędkości w górę. Przy grawitacji ziemskiej opona wraca na podłoże w ciągu dziesiątek milisekund. Przy grawitacji księżycowej czas lotu wydłuża się sześciokrotnie, przez co przednie koło nie daje się sterować w próżni aż do momentu zetknięcia z podłożem.
Plecak z przenośnym systemem podtrzymywania życia (PLSS) przesuwa środek masy jadącego w skafandrze w górę i do tyłu. Przy mocnym hamowaniu przednim na rowerze o ramie romboidalnej dochodzi do niestabilności przewrotu już przy niewielkich opóźnieniach, natomiast hamowanie tylnym kołem jedynie powoduje poślizg po regolicie bez wytracania prędkości.
Podczas przedapollińskich ocen mobilności na powierzchni w NASA Langley Research Center i Manned Spacecraft Center inżynierowie testowali stanowiska do chodzenia w zmniejszonej grawitacji (takie jak symulator grawitacji księżycowej na pochylni Donalda Hewesa) oraz małe skutery z kołami i koncepcje pedałowe. Decydującym ograniczeniem nigdy nie była wydolność krążeniowa człowieka, lecz praca mechaniczna tracona na zginanie skafandra pod ciśnieniem gazu.
Skafander Apollo A7LB pracował przy około 25.5 kPa (3.7 psi) czystego tlenu, natomiast skafandry eksploracyjne nowej generacji działają przy około 29.6–56.5 kPa. Zginanie ciśnieniowego cylindra z tkaniny nieznacznie zmniejsza jego wewnętrzną objętość, przez co czworogłowe uda i zginacze bioder astronauty muszą sprężać gaz oddechowy przy każdym obrocie korby. Nawet po dodaniu przegubów falistych o stałej objętości i obrotowych łożysk w pasie, długotrwałe cykliczne zginanie bioder przy 60–80 RPM generuje około 500–700 watów ciepła metabolicznego.
Na Księżycu ciepła nie da się oddać przez wiatr ani odparowanie potu do otaczającego powietrza. Każdy wat ciepła pochodzącego od jeźdźca musi zagotować wodę chłodzącą w próżni, przez sublimator lub membranowy parownik skafandra. Pięciokilometrowy sprint na pedałach mógłby zużyć więcej masy wody chłodzącej niż masa baterii zaoszczędzona dzięki rezygnacji z elektrycznego silnika w piaście, i właśnie dlatego napędy elektryczne w kołach wygrały kontrakt na Apollo Lunar Roving Vehicle.
Podczas gdy rowery z kołami pozostały na Ziemi, stacjonarne urządzenia do pedałowania stały się niezbędnym sprzętem lotniczym na niemal każdej długotrwałej stacji orbitalnej od 1973 roku.
Sprzęt stacji lotniczej • Orbitalny ergometr
Na pokładzie Skylaba w latach 1973–1974 astronauci Charles Conrad, Owen Garriott i ich następcy pedałowali na skalibrowanym ergometrze rowerowym w ramach eksperymentu medycznego M171, co dowiodło, że intensywna codzienna jazda na rowerze zachowuje wydolność tlenową (VO₂ max) w stanie nieważkości. Załogi radzieckich stacji Salut i Mir korzystały z wytrzymałych veloergometrów z hamulcami szczotkowymi.
Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej duński CEVIS (Cycle Ergometer with Vibration Isolation and Stabilization System) w ogóle nie ma siodełka. Członkowie załogi wpinają buty rowerowe w pedały, trzymają stabilizujące uchwyty lub opierają się o podparcie pleców i rozpędzają się do 250 watów, podczas gdy tłumione sprężynowo wsporniki nie dopuszczają, by harmoniczne pedałowania 1–2 Hz wstrząsały delikatnymi ładunkami do wzrostu kryształów i teleskopami.
Równolegle badania na naziemnych wirówkach, w tym kompaktowe eksperymenty MIT Twin-Bike nad sztuczną grawitacją, testowały napędzane siłą mięśni krótkopromieniowe wirówki, w których dwaj astronauci pedałują po wewnętrznym okręgu cylindrycznego modułu kosmicznego, łącząc trening tlenowy z obciążeniem kości w hipergrawitacji.
Gdy usuniemy opór skafandra lub ograniczymy geometrię kół, maszyny napędzane siłą mięśni wracają do uprawnionych studiów architektonicznych dla długoterminowych baz księżycowych.
Wewnątrz szczelnej, dwukilometrowej rury lawowej lub sieci nadmuchiwanych korytarzy pod ciśnieniem 70 kPa astronauci noszą lekką odzież sportową. Tu rower aluminiowy lub trójkołowy wózek towarowy o masie 6 kg eliminuje spaliny, ryzyko iskrzenia i infrastrukturę do ładowania baterii, a jednocześnie pełni rolę obowiązkowego codziennego ćwiczenia kardiologicznego.
Jazda z prędkością 10 m/s (36 km/h) po stromo pochylonym torze kołowym o promieniu 12 metrów wytwarza przyspieszenie dośrodkowe 8.33 m/s². Po dodaniu wektorowym grawitacji księżycowej (1.62 m/s²) jeździec odczuwa 8.49 m/s², czyli prawie 87% ziemskiego ciężaru, co obciąża szyjki kości udowych i kręgi lędźwiowe, zachowując jednocześnie zwinność.
Między reaktorem jądrowym a habitatem oddalonym o 1.5 km naprężona prowadnica linowa ze stali nierdzewnej lub lekka kratownica monoszyny pozwala bezsilnikowemu wózkowi ratunkowemu, napędzanemu korbą, przemieszczać astronautę w skafandrze dzięki pracy barków, bez oporu toczenia regolitu.
Używamy plików cookie Używamy niezbędnych plików cookie do działania serwisu oraz, za zgodą użytkownika, opcjonalnych plików do mierzenia odwiedzin. Można to zmienić w dowolnym momencie. Czytaj więcej