Il presidente degli Stati Uniti Barack Obama e la First Lady Michelle Obama guardano il rover elettrico lunare della NASA in coda alla parata inaugurale. Alex Wong/Getty Images Supponi di essere in viaggio per la prima volta in un parco nazionale. Inoltre, supponiamo che non ci siano mezzi pubblici nella destinazione prevista, e i luoghi che vuoi vedere sono molto distanti. Cosa faresti? Molte persone porterebbero con sé una bicicletta o un'auto per viaggiare. Ma cosa succede se quel parco fosse 252, 000 miglia (405, 500 chilometri) di distanza sulla luna? Ora come ti muovi?
Se hai avuto la straordinaria fortuna di essere uno degli astronauti a camminare sulla luna durante le prime missioni Apollo, hai usato le gambe La tua esplorazione era limitata da quanto avresti potuto camminare trasportando centinaia di libbre di tuta spaziale, attrezzature e campioni di roccia. I tuoi sistemi di supporto vitale, che potrebbe funzionare per circa 4 ore, anche ostacolato quanto lontano potevi vagare. Ma gli astronauti dell'Apollo delle missioni successive, come 15-17, guidava una macchina, un veicolo lunare itinerante ( LRV ) che assomigliava a un dune buggy.
Ora che la NASA sta pensando di tornare sulla luna per missioni estese e stabilire una base lunare, sono necessari rover lunari più sofisticati con una portata maggiore e forse anche una capacità di vita. (In questo articolo ci concentreremo sui rover con equipaggio piuttosto che su quelli robotici che ora stanno girando intorno a Marte o che un giorno potrebbero esplorare la luna). Per soddisfare queste esigenze, La NASA ha sviluppato prototipi di due nuovi rover. Uno è un camion o un carro lunare non pressurizzato. L'altro è chiamato variamente il rover elettrico lunare (LER) o il piccolo rover pressurizzato (SPR). Mentre l'LRV originale era come un dune buggy, l'SPR è più simile a un minivan esteso che può attraversare la luna. Recentemente, la SPR ha attraversato Pennsylvania Avenue partecipando alla parata inaugurale del presidente Obama.
Mettiamoci al volante di alcuni di questi rover, a partire da quelli più vecchi dei giorni dell'Apollo e proseguendo verso i futuri veicoli che gli astronauti potrebbero portare con sé quando faranno un'altra visita alla luna nel 2020.
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Nel dicembre 1972, Gli astronauti dell'Apollo Eugene Cernan e Harrison Schmitt hanno trascorso circa 75 ore esplorando la valle Taurus-Littrow della luna. I due furono gli ultimi umani a camminare o cavalcare sulla luna, aiutati nelle loro esplorazioni da un veicolo lunare itinerante. Foto per gentile concessione della NASA Sono i primi anni '70 e un astronauta dell'Apollo è in giro sulla luna con alcuni colleghi. Rivestito con la necessaria tuta spaziale ingombrante, ha bisogno di esplorare un cratere a diverse miglia di distanza, così si dirige verso il rover. Sale di 14 pollici (35 centimetri) nel sedile tipo sedia a sdraio nel vano centrale del telaio in alluminio. Il rover è lungo circa 10 piedi (3 metri), 6 piedi di larghezza (quasi 2 metri) e quasi 4 piedi (1 metro) di altezza. È più o meno delle dimensioni di un moderno Maggiolino Volkswagen.
Il suo partner lo raggiunge nell'altro sedile mentre il primo astronauta esamina l'LRV. Le apparecchiature di comunicazione (antenna ad alto guadagno per immagini e dati, antenna a basso guadagno per voce e telecamera), alimentazione (due batterie da 36 volt) e apparecchiature di navigazione si trovano nel vano anteriore. Nel vano centrale ci sono i due sedili, l'unità di visualizzazione e il controller manuale per guidare l'LRV. Il vano portaoggetti dietro di loro contiene attrezzi scientifici e per il campionamento delle rocce (strumenti, borse). Sotto di loro le quattro ruote del rover sono costituite ciascuna da due telai in alluminio (un telaio interno ed uno esterno), mentre gli stessi pneumatici sono realizzati in rete metallica zincata con battistrada a chevron di titanio.
L'autista designato guarda la console del display al centro dello scompartimento dell'equipaggio LRV per orientarsi. Il display di navigazione si trova in alto con un display del computer, una bussola solare, visualizzazione della velocità (0-12 mph, 0-20 km/h), pulsanti di reset e un misuratore dell'angolo di beccheggio che tiene traccia della pendenza su cui si trova il rover. Nella parte inferiore ci sono gli interruttori di alimentazione che distribuiscono l'alimentazione dalle due batterie, i monitor della potenza della batteria e gli interruttori che controllano i motori elettrici dello sterzo e i motori di azionamento.
Prima che l'astronauta possa iniziare a guidare, deve completare la lista di controllo di avvio, il primo passo è l'osservazione del sole con la bussola solare. Una volta che ha dato quella lettura alle persone al controllo della missione, rimandano i dati per programmare il computer di navigazione. Questa lettura fornisce al computer di navigazione LRV un punto di riferimento vicino al modulo lunare, il mezzo da sbarco Apollo che funge da base di partenza mentre sono sulla luna. Durante il funzionamento, il computer tiene traccia del rilevamento del rover rispetto al modulo lunare utilizzando un giroscopio e misurando la distanza (range) attraverso il numero di giri della ruota. Una bussola sul display mostra il nord lunare.
Una volta completata la lista di controllo, è ora di uscire.
Il comandante dell'Apollo 17 Gene Cernan alla guida dell'LRV Foto per gentile concessione della NASA L'Apollo LRV non è venuto con un volante di per sé. lo ha fatto, però, avere un controller manuale situato appena dietro la console del display su un bracciolo, che coordinava la guida, azionare motori e freni. Il controller era situato al centro dello scompartimento dell'equipaggio in modo che entrambi gli astronauti potessero guidare, anche se di solito il comandante faceva gli onori di casa. Inoltre è arrivato con un'impugnatura a T per un facile utilizzo con i guanti ingombranti della tuta.
Ogni ruota dell'LRV potrebbe funzionare indipendentemente da un motore elettrico e sterzare indipendentemente dalle altre ruote in modo che l'LRV possa girare anche se un collegamento dello sterzo si guasta. Allo stesso modo, ogni ruota aveva anche freni indipendenti. Per la NASA, la ridondanza è sempre stata una priorità. Inoltre, questa configurazione ha consentito uno stretto raggio di sterzata di 10 piedi (3 metri).
La maniglia a T potrebbe ruotare a sinistra, Giusto, avanti o indietro e andare avanti o indietro. Inoltre è venuto con un pulsante che potrebbe bloccare il controller per l'uso in una direzione in avanti, nonché un anello per rilasciare il freno di stazionamento. I movimenti della pulsantiera hanno guidato l'LRV in questo modo:
Torniamo ai nostri due astronauti in viaggio verso l'esterno per esplorare il cratere. La sospensione del LRV riduce al minimo i dossi del terreno irregolare, ma sono legati con appigli per i piedi, comunque appigli e cinture di sicurezza. Sebbene l'LRV sia progettato per salire su un pendio ripido fino a 25 gradi o per viaggiare fino a 40 miglia (67 chilometri), non viaggeranno a più di 6 miglia (10 chilometri) dal modulo lunare. Se il rover fallisce, potevano ancora tornare al modulo prima che i loro sistemi di supporto vitale si esaurissero.
E problemi imprevisti, meccanico e non, si è verificato. Per esempio, nella missione Apollo 17, Il comandante Gene Cernan ha rotto un pezzo del parafango del rover quando un martello nella tasca della sua tuta spaziale lo ha catturato mentre passava. Il paraurti bloccava la polvere lunare sollevata dalle ruote in rete del rover. Se gli astronauti non avessero riparato il paraurti, le ruote avrebbero coperto gli astronauti e l'equipaggiamento di polvere lunare, un pericolo sia per gli uomini che per l'equipaggiamento. Hanno modellato un nuovo parafango da una mappa laminata e del nastro adesivo, che ha permesso loro di continuare a utilizzare il veicolo. Abbastanza geniale.
Cosa succede una volta che l'LRV raggiunge la sua destinazione?
Una volta che gli astronauti arrivano a destinazione, si fermano e azionano il freno di stazionamento. Dopo essere uscito, riallineano entrambe le antenne ad alto e basso guadagno alla Terra in modo che possano comunicare con il controllo della missione. Il controllo della missione aziona la telecamera dell'LRV a distanza mentre gli astronauti distribuiscono l'attrezzatura e raccolgono campioni di roccia e terreno, che mettono nella parte posteriore del LRV.
Ma quanto possono trasportare in termini di campioni di roccia? Sebbene l'LRV stesso pesi 460 libbre (209 chilogrammi) sulla Terra, può supportare 1, 080 libbre (490 chilogrammi) a pieno carico. Ciò include due astronauti in tuta e zaini (800 libbre o 363 chilogrammi), apparecchiature di comunicazione (100 libbre o 45 chilogrammi), attrezzature scientifiche (120 libbre o 54 chilogrammi) e rocce lunari (60 libbre o 27 chilogrammi) [fonte:NASA]. In realtà non è una grande tolleranza di peso per i campioni se alcuni esemplari più grandi attirano l'attenzione di un astronauta.
Una volta stabiliti i loro obiettivi sul sito, gli astronauti si spostano su un altro sito e ripetono il loro lavoro. Visitano più località in una singola escursione prima di tornare al modulo lunare per scaricare campioni, riposati e preparati per il moonwalk del giorno successivo.
Questo straordinario veicolo ha ampliato la nostra gamma di esplorazione lunare. L'unità LRV più lunga è stata registrata a 20,5 miglia (20,1 chilometri) a una distanza di 4,7 miglia (7,6 chilometri) dal modulo lunare durante la missione Apollo 17.
Ora che abbiamo sperimentato l'Apollo LRV, diamo un'occhiata ai concetti di rover lunari molto più recenti.
Portami sulla luna
La Boeing Aerospace Company ha costruito quattro LRV per il programma Apollo. Tre hanno volato sui voli Apollo 15-17, e uno è stato tenuto per le parti dopo che i voli Apollo successivi sono stati cancellati. Il costo totale è stato di 38 milioni di dollari per i rover, due simulatori di gravità 1/6 e un trainer [fonte:Williams].
I rover sono arrivati sulla luna ripiegati in un quadrante della fase di discesa del modulo lunare. Durante il primo moonwalk degli astronauti, dispiegherebbero il rover dal modulo di discesa usando i cavi e lo aprirebbero con i cavi di rilascio sull'LRV. L'ultimo passo è stato attaccare i parafanghi.
Per saperne di più
L'ingegnere di tute spaziali Dustin Gohmert guida il nuovo prototipo di camion lunare della NASA attraverso il Lunar Yard del Johnson Space Center. Il camion è stato costruito per rendere facili cose come il fuoristrada. Foto per gentile concessione della NASA Mentre l'Apollo LRV è stato utilizzato principalmente per estendere le capacità di esplorazione degli astronauti durante un breve soggiorno sulla luna, La NASA sta pianificando la costruzione di una base lunare per missioni estese:mesi o anni rispetto ai giorni di Apollo. Le missioni più lunghe richiedono veicoli in grado di svolgere lavori pesanti, come la costruzione, scavare e trasportare carichi. A tal fine, La NASA ha progettato un prototipo di camion lunare.
Il camion lunare è una piattaforma mobile realizzata per viaggiare sulla luna. Come i suoi antenati Apollo, non è pressurizzato, quindi gli astronauti dovranno indossare tute spaziali durante il funzionamento. Il camion è progettato per spostare merci, e la NASA sta esplorando la possibilità di aggiungere altre apparecchiature, come una terna o una gru. Il camion è destinato a trasportare fino a quattro astronauti.
Il conducente dell'astronauta si trova al trespolo del conducente. Lui o lei può guardarsi intorno in qualsiasi direzione per spostare il camion. Il camion ha sei ruote, e ogni ruota ha due pneumatici. Le ruote possono essere sterzate indipendentemente in una rotazione di 360 gradi. Questa configurazione conferisce al carrello un'enorme manovrabilità. Può andare in qualsiasi direzione:avanti, indietro, lateralmente o una loro combinazione.
Due motori elettrici alimentano il carrello con una trasmissione a due velocità. Il carrello può abbassarsi a livello del suolo e rialzarsi con una forza di sollevamento di 4, 000 sterline (17, 800 newton). Può raggiungere una velocità massima di 15 mph o 25 km/h quando è scarica.
Il prototipo di camion lunare è stato sviluppato presso il Johnson Space Center della NASA a Houston e testato nell'area di simulazione lunare del centro a Moses Lake, Lavare., dove le dune di sabbia possono simulare l'ambiente lunare.
Diamo un'occhiata al nuovo concetto di rover pressurizzato.
Superare il test di guida lunareProprio come uno studente autista deve imparare a guidare un'auto, gli astronauti devono imparare a guidare i rover come parte dell'addestramento per qualsiasi missione in cui sarà coinvolto un rover. Per i comandanti e i piloti del modulo lunare dei voli Apollo 15-17, ciò significava allenarsi con un rover nel deserto dell'Arizona per mesi. Poiché i nuovi rover sono prototipi piuttosto che modelli di produzione, squadre di ingegneri (che includono alcuni astronauti) stanno guidando e valutando in vari siti di test. Una volta che la NASA ha stabilito missioni lunari con equipaggi designati, quegli astronauti inizieranno l'addestramento del rover, ma non sarà per un po'.
Pensi che potresti trascorrere fino a tre giorni vivendo e lavorando lì dentro? Foto per gentile concessione della NASA Sia l'Apollo LRV che il camion spaziale erano e saranno gestiti da astronauti in tute spaziali. Ciò significa che l'esplorazione lunare è limitata dalla durata del supporto vitale fornito dalle tute. Un altro aspetto negativo dei rover non pressurizzati è che non proteggono gli astronauti dagli eventi di brillamento solare, che possono potenzialmente esporli a dosi letali di radiazioni. Ma un rover con un ambiente pressurizzato consentirebbe agli astronauti di esplorare più parti della luna e offrire un riparo di emergenza da eventi solari imprevisti.
Questa è l'idea alla base del piccolo rover pressurizzato della NASA. L'SPR è costituito da un modulo habitat pressurizzato montato sul telaio del camion lunare. Dalla SPR, gli astronauti potrebbero esplorare la superficie della luna da una cabina di pilotaggio con un ampio campo visivo. Potrebbero anche equipaggiare il modulo come stazione scientifica sul campo. Infatti, l'SPR può andare praticamente ovunque vada il camion lunare.
Il modulo habitat (o ambiente di vita) del rover consentirebbe a due astronauti - quattro in caso di emergenza - di vivere e lavorare comodamente in un "ambiente in maniche di camicia" per un massimo di tre giorni. Un ambiente in maniche di camicia significa semplicemente uno in cui gli astronauti non devono indossare le loro tute spaziali. La base lunare è un altro ambiente del genere.
Il modulo pressurizzato ha un piccolo bagno, un soffione nebulizzatore per bagni di spugna, tende per la privacy, armadi per attrezzi, aree del banco di lavoro e due sedili dell'equipaggio che si ripiegano in letti. Gli astronauti devono reidratare i pacchi di cibo perché non c'è la cucina. Tutte le caratteristiche sono salvaspazio. Durante i test sul campo in Arizona, l'astronauta Mike Gernhardt ha riferito che si sentiva a suo agio, anche come la navetta spaziale [fonte:NASA].
Gli astronauti possono entrare e uscire dal modulo da un ambiente in maniche di camicia a un altro utilizzando un portello di aggancio della camera di equilibrio. Possono anche uscire ed entrare nel rover direttamente nelle loro tute spaziali attraverso la tuta senza dover depressurizzare il modulo dell'habitat. È un'impresa che gli astronauti dell'Apollo invidierebbero dal momento che hanno dovuto depressurizzare e ripressurizzare l'intero modulo lunare quando sono usciti e rientrati. E a differenza di Apollo, gli astronauti non dovrebbero portare dentro le loro tute spaziali polverose, mantenendo così più pulito l'interno dell'habitat. Nelle prove della tuta, gli astronauti possono indossare tute spaziali in 10 minuti o meno.
Dentro ogni habitat, come il modulo lunare o la navetta spaziale, gli strumenti generano calore. Per mantenere una temperatura interna costante, il calore in eccesso deve essere respinto nello spazio esterno. Il modulo lunare ha rifiutato l'energia termica facendo evaporare l'acqua. La navetta spaziale utilizza i radiatori. Il modulo habitat SPR respinge il calore interno sciogliendo il ghiaccio in un blocco di ghiaccio attorno alla tuta, che riduce la quantità di acqua che il rover deve trasportare.
Specifiche SPR (con telaio)Il peso :8, 818 sterline o 4, 000 chilogrammi
Carico utile : 8, 818 sterline o 4, 000 chilogrammi
Altezza :14,1 piedi o 4,3 metri
Lunghezza :14,8 piedi o 4,5 metri
Larghezza alle ruote :13,1 piedi o 4 metri
Velocità :6 mph o 10 km/h
Gamma :144 miglia o 240 chilometri
[fonte:NASA]
Per saperne di più
L'ultimo rover della NASA in cima a una collina a Black Point Lava Flow in Arizona, il sito del 2008 Desert RATS - o Research and Technology Studies - test. Foto per gentile concessione della NASA/Regan Geeseman Prima che i nuovi concetti di rover lunari si avvicinino alla luna, saranno testati e ritestati in ambienti simili alla luna. Tali ambienti dovrebbero avere un terreno simile a quello della luna e idealmente sperimentare temperature estreme. La NASA ha diversi punti in cui le piace provare i suoi concetti.
Ambienti desertici come le dune di sabbia del Lago Moses, Lavare., e punto nero, Arizona, fornire terreno di tipo fuori dal mondo, così come il caldo estremo, come le temperature incontrate alla luce solare diretta della luna. Temperature fredde e paesaggi lunari si possono trovare alla base di Haughton sull'isola di Devon nel Circolo Polare Artico. L'Antartide fornisce anche un ambiente altrettanto adatto per testare le tecnologie concettuali dei rover lunari e delle basi lunari.
In un recente test di tre giorni della SPR a Black Point, un team di astronauti e geologi è stato incaricato di apprendere quanto più possibile sui flussi di lava utilizzando l'SPR. L'astronauta Mike Gernhardt ha riferito che i partecipanti hanno trascorso meno tempo in tute spaziali e che erano più produttivi. Tutte le persone coinvolte nel programma hanno salutato il test come un successo. I partecipanti hanno persino imparato a cambiare una gomma a terra indossando una tuta spaziale [fonte:NASA].
Attualmente, solo la Cina e gli Stati Uniti stanno attivamente perseguendo un programma lunare con equipaggio. I cinesi hanno recentemente presentato un rover lunare robotico a propulsione nucleare, ma non hanno discusso di un veicolo con equipaggio. Finora, La NASA ha più esperienza nel collocare un uomo sulla luna e nella progettazione e gestione di rover lunari.
Il camion lunare e l'SPR rappresentano solo due tecnologie nel progetto Return to the Moon della NASA Exploration Division. La NASA sta anche sviluppando e testando concetti come habitat gonfiabili per una base lunare. Infine, i veicoli di lancio Orion CEV e Ares possono sostituire l'attuale navetta spaziale. Con tutte queste tecnologie in mano, La NASA spera di riportare gli uomini sulla luna entro il 2020.
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