Приветствую вас!
После первой высадки человека на Луну, Центру пилотируемых космических кораблей НАСА понадобилось расширить возможности членов экипажа по переносу экспериментов и связанных с ними инструментов на большее расстояние от места посадки на Луну. Лунный ровер должен был использоваться в более поздних миссиях, но в то же время было необходимо простое легкое устройство, чтобы преодолеть разрыв в дальности и мобильности для экспериментов проводимых экипажами "Аполлона". Основное требование при разработке подобного транспортного средства, заключалось в том, чтобы перевезти максимум 163,30 килограмма оборудования на расстояние до 3353 метров от места посадки. В набор полезной нагрузки астронавтов входило 30 предметов, которые сильно различались по размеру, форме, материалу и массе.
ИЗУЧЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО КАНДИДАТА
Были рассмотрены различные устройства, используемые на Земле. В результате этого изучения был получен следующий список потенциальных кандидатов: волокуша, чемодан, поддон, а также одно-, двух- и четырехколесные транспортные средства. Поскольку каждое устройство хорошо зарекомендовало себя на Земле, предполагалось что они будут также хорошо работать и на Луне.
Волокуша был задумана для перевозки тяжелых грузов, но он не учитывала эффективное использование энергии (1). Чемодан предназначался для защиты перевозимых предметов и для того, чтобы перенести множество предметов к одному месту (2). Поддон, отличное приспособление для переноски множества различных вещей; он вмещал в себя разнообразную полезную нагрузку (3). Тачка была средством перевозки тяжелых грузов или разнообразных предметов на небольшие расстояния. Ее использование уменьшило бы нагрузку и свело к минимуму трение качения за счет наличия колеса (4). Двухколесная повозка, была бы более устойчивой чем тачка, а давление на колесные подшипники каждого колеса было бы гораздо меньше(5). Четырехколесная тележка была очень устойчивым транспортным средством с низким поверхностным давлением на колесо (6). Тележка по своей природе была тяжелее и менее маневреннее, чем одно- или двухколесные транспортные средства. Для тестирования были выбраны одно-, двух- и четырехколесные транспортные средства и поддон.
ВЫБОР КОНЦЕПЦИИ
Для выбора окончательного варианта был построен испытательный прототип. Полезная нагрузка массой в 163,30 кг стала главным критерием при окончательном выборе. Чтобы груженая тачка оставалась устойчивой, члену экипажа приходилось постоянно держаться за ручки; таким образом, он постоянно боролся с давлением перчаток скафандра, которые стремились постоянно раздуться. Через несколько минут предплечья астронавта настолько уставали, что ему приходилось отдыхать. Также было принято решение, что член экипажа должен тянуть, а не толкать подобное транспортное средство. Если колесо застрянет в яме или глубоком реголите, когда член экипажа будет толкать транспортное средство, его может кувыркнуть; однако, если колесо ударялось о неподвижный объект, когда член экипажа тянул транспортное средство, оно вырывалось из его рук. Двухколесная повозка решила проблему устойчивости и значительно снизила утомляемость рук; поэтому более тяжелая четырехколесная тележка была исключена из рассмотрения. Таким образом, окончательным выбором стала двухколесная повозка, конструкция которой имела поддон.
ТИП КОЛЕСА
Резиновая шина была выбрана из-за ее широкого использования на Земле. Высокая и низкая температура не представляла проблемы для использования резиновых шин. Ранее резиновые шины испытывались под нагрузкой до температуры -70 °C, прежде чем они выходили из строя. Прогнозируемая минимальная рабочая температура на поверхности Луны составляла -34 °С. Основными проблемами резиновой шины были способность шины удерживать воздух в вакууме и сопротивление разрыву шины на лунной поверхности.
Первая шина, которая была испытана, соответствовала поставленным требованиям, за исключением потери давления. Основной проблемой была проницаемость натурального каучука. Таким образом, был использован синтетический материал. Кроме того была увеличена толщина шин, а также нанесен слой полиуретана, что решило проблему утечки воздуха. Для лунной тележки использовались стандартные роликовые подшипники BEMOL с фиксаторным кольцом Feuralon, которое обеспечивало смазку сухой пленкой. За шесть недель до запуска, шины были накачаны в вакуумном колпаке до давления 0,2 атм. Непосредственно перед накачиванием шины запекались при температуре 93 ° C в течение 24 часов, чтобы уменьшить выделение газов
Компоновка
Для определения компоновки были проведены испытания имитирующие гравитацию на Луне, равную 1/6 от земной. Первая конфигурация тележки имела две ручки, что вызывало проблемы: подвижная походка астронавта придавала тележке крен, а тот факт, что две ручки требовали двух рук, это нарушало походку. При переходе на одну ручку обе проблемы были устранены (7). Следующая проблема состояла в усталости руки от захвата рукоятки. Она была решена переходом на треугольную рукоятку (рис. 8).
Размер основания треугольника был больше, чем рука в перчатке; однако высота треугольника была меньше, чем у руки в перчатке. Этот факт позволял астронавту положить руку на рукоятку. При повороте руки на 90° перчатка была вклинена в треугольник. Таким образом, член экипажа мог тянуть тележку, не берясь за ручку. При тестировании повозки был отмечен тот факт, что две ноги (подпорки), которые обеспечивали желаемую статическую устойчивость, часто ударялись о землю. Для решения этой проблемы было добавлено шарнирное соединение, позволяющее нижней половине ноги вращаться при ударе о камень или землю (9).
Пружина в суставе заставила нижнюю половину ноги вернуться в вертикальное положение. Сустав имел прорезь для приема штифта , когда нога была поставлена на землю. Это действие заблокировало соединение для достижения желаемой статической устойчивости. Высота поддона над землей определялась с помощью испытуемого. Диаметр и поперечное сечение колеса определялись путем измерения тягового усилия члена экипажа в 1/6g и сопоставления этой способности с расчетным тяговым усилием различных комбинаций колес. Способность члена экипажа к длительному тяговому усилию составляла примерно 26,69 ньютона , а его мгновенное тяговое усилие составляло примерно от 111,2 до 155,68 ньютонов. На основании этих данных и опыта испытуемых в скафандрах был сделан вывод, что член экипажа может тянуть до 163,30 кг транспортного средства, но что это действие окажет значительное влияние на его потребление кислорода и воды и сократит общее время его внекорабельной деятельности на Луне. Полезная нагрузка аппарата была снижена за счет исключения одного эксперимента; Полезная нагрузка и вес транспортного средства стали 61,24 килограмма. На склонах Cone crater Конического кратера (важная цель на лунной поверхности для миссии «Аполлона-14») члены экипажа должны были использовать полную силу тяги 26,69 ньютона в отличие от 3,34 ньютона на ровных поверхностях. Тем не менее, поменяв местами работу по буксировке между членами экипажа и помня о том, что спуск по траверсу будет значительно легче, было принято решение, что повозку можно тянуть без ущерба для времени миссии на лунной поверхности.
ИСПЫТАНИЯ
Критическими средами, влияющими на аппарат, были тепло, атмосфера, вибрация и лунная поверхность. Важными частями повозки были резиновые шины, ступичные подшипники и общая конструкция автомобиля.
Испытание ступичного подшипника проводилось путем холодной выдержки колеса в сборе до -56 ° C в вакуумной камере, нагрев ступицы колеса до 93 °C и измерение тепловых градиентов и сопротивления подшипников. Одновременно на несущий пылезащитный колпак был насыпан имитированный лунный грунт (смесь красного измельченного вулканического шлака и воздушно-всплывшей глины). Пиковое сопротивление, было в пределах допустимого.
Вибрация при старте и посадке. - Это испытание проводилось в рамках реквалификационных испытаний модульного узла размещения оборудования (MESA), к которому должен был быть прикреплен лунный корабль для полета на Луну. Транспортная повозка была помещена в вакуумную камеру в термоупаковке на поддоне, имитирующем MESA. Температура стен и пола была снижена, чтобы имитировать глубокий космос и лунную поверхность под углом к Солнцу, ожидаемому для места посадки на Луну.
Термовакуумная выносливость. - Этот тест был разработан для того, чтобы воспроизвести способность аппарата перемещаться по поверхности Луны (рис. 10).
Деревянный цилиндр диаметром 76,20 см и длиной 182,88 см был покрыт песком, залитым эпоксидной смолой. Контур барабана был вырезан таким образом, что один оборот барабана представлял собой 25,40 линейных сантиметров средней лунной поверхности. Несколько камней диаметром от 2,54 до 10,16 сантиметров были прикреплены болтами к поверхности барабана и размещены группами по размеру по длине цилиндра. Цилиндр был установлен на оси в камере, а испытательная тележка поддерживалась с потолка камеры под углом 8,3° от вертикали, чтобы обеспечить усилие 1/6g для повозки, перпендикулярное цилиндру. Цилиндр работал со скоростью 0. 305 м/сек в течение 2 минут; температура шин составляла -56 ° С для имитации состояния в начале траверсы. Затем цилиндр работал со скоростью 1,07 м/сек , а температура шины составляла 93 ° С. Второй прогон был проведен на участке без камней (150 оборотов), на участке с несколькими 3,81-сантиметровыми камнями (300 оборотов), на участке с 6,35-сантиметровыми камнями (10 оборотов) и, наконец, на участке с 10,16-сантиметровыми камнями (3 оборота). Это испытание было эквивалентно 1411,22 метра горизонтального перемещения. Последний отрезок пробега был пройден при температуре -18 ° С, прогнозируемой температуре шины в движении. Этот пробег варьировался по цилиндру на той же основе и составил 999 оборотов (3044,95 метра) хода.
ПОЛЕЗНАЯ НАГРУЗКА
К моменту выполнения миссии на поддоне транспортного средства было установлено 23 предмета оборудования из металла, ткани и пластика (рис. 11). В комплект поставки вошли четыре камеры, держатель ручного инструмента, пакеты для образцов лунного грунта, контейнеры для образцов лунной атмосферы и магнитометр лунной поверхности. Для удержания предметов использовались пружинные зажимы, сумки, ремни и существующие выступы на монтируемых предметах. Все интерфейсы были совместимы с ограничениями, налагаемыми на членов экипажа в скафандрах.
Еще несколько фото с испытаний
31 января 1971 года состоялся запуск миссии Аполлон-14. Посадка на Луну произошла 5 февраля 1971 года. Место посадки недалеко от кратера Конус в формации Фра Мауро. Выход на поверхность астронавтов Алана Шепрада и Эдгара Митчела состоялся в 114 часов 31 минут времени миссии. Примерно через десять минут Митчелл снял с корпуса посадочной ступени тележку и собрал первые образцы грунта, а Шепард установил телекамеру на штатив в 15 метрах от лунного модуля. Началась работа экипажа на поверхности Луны. Но это уже совсем другая история.