Lunar Roving Vehicle - historia pojazdu księżycowego

Tym nieziemskim wyczynem było przewożenie ludzi po powierzchni Księżyca. Jedyny model samochodu, który tego dokonał, to Lunar Roving Vehicle (LRV). Pojazd ten powstał na potrzeby amerykańskiego programu Apollo. Ten prowadzony był w latach 1961-1975. Jego najważniejszym celem było wysłanie załogowej misji na Księżyc. Realizacja tego zadania zakończyła się sukcesem 20 lipca 1969 roku. Wtedy dwóch z trzech członków załogi misji Apollo 11 (Neil Armstrong i Edwin „Buzz” Aldrin) stanęło na Srebrnym Globie.

Apetyt na eksplorację Księżyca rósł. Niezbędne były narzędzia, które mogły zwiększyć wydajność tego procesu. Jednym z nich był samochód. Nie istniała jednak możliwość, by po prostu zmodyfikować auta jeżdżące po Ziemi i zabrać je w kosmos. Środowisko na Księżycu bardzo wysoko postawiło poprzeczkę przed konstruktorami. Podstawowych założeń było wiele. Ówczesne możliwości technologiczne pozwalały na osiągnięcie pewnego kompromisu. Jego określenie nie było jednak łatwe.

Jednym z ojców LRV był Polak – prof. Mieczysław Bekker. Mogliście już u nas przeczytać jego historię. To właśnie nasz rodak w 1956 roku opublikował materiały dotyczące transportu lądowego, które stały się podstawą założeń konstrukcyjnych LRV. Na wstępie konieczne było wykluczenie napędu spalinowego. Ze względu na próżnię panującą na Księżycu konstruktorzy musieli zastosować napęd elektryczny. Niezbędne było przy tym stworzenie pojazdu możliwie małego i lekkiego, ponieważ musiał on zostać wyniesiony na orbitę. Przy lotach kosmicznych każdy kilogram jest cenny. Duże znaczenie mają też gabaryty. Do tego LRV musiał być w stanie przewozić dwie osoby, narzędzia oraz próbki. W związku z tym nie mógł być mały. Dlatego najlepszym wyjściem było zastosowanie konstrukcji składanej. To z kolei stworzyło inny problem. Wszystkie podzespoły musiały rozkładać się przy minimalnym wysiłku ze strony kosmonautów, pracujących na Księżycu w niezbyt wygodnych skafandrach.

W parze z małymi rozmiarami i niską masą nie idzie niestety duża wytrzymałość, a Lunar Roving Vehicle musiał znieść naprawdę dużo. Wymagająca była sama jazda po wyboistej powierzchni Księżyca. Niewiele mniej problematyczny był sam lot, w tym start i lądowanie, przy których występowały duże obciążenia różnego rodzaju, w tym udarowe.

Lunar Roving Vehicle był zmuszony zmierzyć się także z mniejszą grawitacją. Ta oznaczała problemy z przyczepnością i stabilnością. Dużą dzielność terenową trzeba było połączyć z nisko położonym środkiem ciężkości. Do zestawu dołóżmy problem z oponami – konieczne było stworzenie całkowicie nowego rozwiązania, wytrzymałego i niezawodnego, które mogło znieść duże amplitudy temperatur. LRV był elementem kluczowym misji, w których miał brać udział. Nie mógł zawieść.

Dyskusje na temat tego pojazdu trwały w NASA oraz środowiskach naukowców, skupionych wokół tej organizacji w latach 1965-1967. W 1969 roku wybrano projekt zaproponowany przez Boeinga przy ścisłej współpracy z General Motors. Koncern motoryzacyjny odpowiadał między innymi za silniki, koła i zawieszenie. Początkowo opracowanie i budowę LRV wyceniono na kwotę 19 mln dolarów. Ostatecznie wzrosła ona do poziomu 38 mln dolarów. Po uwzględnieniu inflacji, w przełożeniu na współczesną wartość amerykańskiej waluty, jest to suma równa 222,4 mln dolarów.

Dzięki licznym zdjęciom i materiałom filmowym, pojazd, który ostatecznie powstał, znają wszyscy. Zbudowano łącznie cztery w pełni sprawne LRV. Trzy poleciały na Księżyc, a czwarty został źródłem elementów zamiennych, ponieważ po misjach numer 15, 16 i 17 program Apollo został zakończony przez brak funduszy. Powstało również kilka roboczych modeli, wykorzystanych w celach rozwojowych. W zależności od rodzaju, służyły one do przystosowywania ergonomii do operatorów, analizy wibracji i zachowania w trakcie lotu, prowadzenia jazd testowych oraz symulowania rozkładania przy grawitacji księżycowej.

Lunar Roving Vehicle w finalnej wersji ważył 210 kg i był w stanie przewozić do 490 kg dodatkowego ładunku. Większość z tej masy stanowili astronauci wraz z ich kombinezonami wyposażonymi w systemy podtrzymania życia. Co ciekawe, przed misjami, przy których wykorzystywano LRV konieczne było wprowadzenie modyfikacji w skafandrach. Umożliwiły one w miarę wygodne zajmowanie pozycji siedzącej w samochodzie. Mimo stosowania materiałów najwyższej klasy, para astronautów z pełnym wyposażeniem ważyła około 360 kg. Dodatkowe 45 kg dokładał do puli zestaw urządzeń komunikacyjnych. Ponad 50 kg ważył osprzęt fotograficzny, badawczy oraz narzędzia. Ta ostatnia grupa zawierała młotek, szufelkę, pędzelek oraz grabie. Pozostała pula obciążenia, czyli 27 kg przeznaczona była na próbki, zbierane z pomocą wyżej wymienionego osprzętu.

To wszystko trzeba było jeszcze zmieścić w niedużych gabarytach. Lunar Roving Vehicle miał po rozłożeniu 3,1 m długości, a jego rozstaw osi wynosił 2,3 m. Trudno znaleźć podobny gabarytowo samochód, który widujemy na co dzień na drogach, ponieważ LRV był niemal pozbawiony zwisów przedniego i tylnego. Identyczny rozstaw osi ma jednak Fiat 500. Długość tego auta jest około 0,4 m większa niż w przypadku księżycowego łazika.

Dużym wyzwaniem było wspomniane już projektowanie kół, a szczególnie opon. To między innymi za nie odpowiadał prof. Mieczysław Bekker. Ostatecznie rolę opon spełniły konstrukcje o średnicy 81,8 cm i szerokości 23 cm, wykonane z ocynkowanej siatki. Połowę powierzchni czołowej pokrywały tytanowe płytki ułożone we wzór przypominający jodełkę. Wewnątrz zamocowano 64,8-centymetrowe pierścienie, które chroniły łożyska i silniki. Nietypowe opony miały zapewniać dobrą przyczepność na sypkim podłożu i odporność na uszkodzenia na skałach. Było to rozwiązanie niemal idealne. Problem pojawiał się jedynie w sytuacjach, w których astronauci opuszczali samochód, gdy ten stał na pochyłości. Zmniejszała się wtedy siła dociskająca LRV do powierzchni Księżyca i współczynnik tarcia zapewniany przez siatkę i tytanowe płytki okazywał się za mały, by pojazd nie zsuwał się. Nie zmienia to faktu, że w trakcie jazdy, z obciążeniem, LRV dysponował wystarczającą trakcją. Mógł on podjeżdżać pod wzniesienia o kącie pochylenia do 25 stopni względem poziomu.

Zawieszenie LRV składało się z podwójnych wahaczy poziomych, belki skrętnej oraz tłumików drgań, mocowanych między ramą a wahaczem górnym. W pełni załadowany łazik dysponował prześwitem wynoszącym 36 cm.

Każde koło wyposażone było we własny silnik prądu stałego. Jednostki te generowały po 0,25 KM. Moc maksymalna, która wynosiła w sumie 1 KM, pozwalała rozpędzić LRV do około 13 km/h. Była to wartość wystarczająca dla potrzeb astronautów. Źródłem zasilania były baterie srebrowo-cynkowe. Generowały one 36 V i dysponowały pojemnością 121 Ah. Nie służyły jednak jedynie jako źródło prądu dla napędu LRV. Energię z nich czerpały także systemy komunikacyjne pojazdu i kamera.

Zasięg LRV znacznie przekraczał potrzeby misji. Co więcej, pojazd nigdy nie oddalał się od lądownika księżycowego na dystans większy niż 5-7,6 km. Tym sposobem zabezpieczano się na wypadek awarii. Odległość, na którą odjeżdżali astronauci miała być na tyle mała, by mogli bez problemu wrócić na pieszo do miejsca lądowania.

Wszystkie cztery koła LRV były skrętne. Mogły one także obracać się niezależnie. Dzięki temu promień skrętu LRV wynosił jedynie 3,1 m. Dla porównania we wspomnianym Fiacie 500 parametr ten jest równy dokładnie 10,68 m. Jeśli sterowanie kołami jednej osi zostałoby uszkodzone, istniała możliwość zablokowania niesprawnej pary kół. LRV mógł w takiej sytuacji polegać nadal na skręcaniu z pomocą pozostałych, sprawnych.

Lunar Roving Vehicle nie był wyposażony w kierownicę i pedały. Poruszanie się w skafandrze było bardzo trudne, więc kosmonauci musieli dostać rozwiązanie możliwie proste. Zastosowano więc dżojstik, który zamontowany był pośrodku, między dwoma miejscami siedzącymi. Sterowanie odbywało się bardzo intuicyjnie. Wychylenie drążka do przodu powodowało przyspieszenie, a cofnięcie go – hamowanie. Pociągnięcie go maksymalnie do tyłu sprawiało, że pojazd był blokowany na postoju. Jeśli przed cofnięciem dżojstika astronauta nacisnął stosowny przycisk, LRV zaczynał cofać.

Konieczne było wyposażenie LRV w system pozwalający na nawigowanie na powierzchni Księżyca. Kosmiczny samochód został więc wyposażony w urządzenie, które wykorzystywało żyroskop oraz zliczało przejechany dystans. Komputer znał dzięki temu aktualną dległość od modułu lądownika i kierunek, w którym należało jechać, by do niego dotrzeć.

Pierwszą misją wykorzystująca Lunar Roving Vehicle była Apollo 15 (przełom lipca i sierpnia 1971). David Scott i Jim Irwin pokonali wtedy 27,8 km w łącznie 3 godziny i 2 minuty. Najdłuższy dystans pokonany jednego dnia wyniósł 12,5 km. Maksymalny zasięg względem lądownika Apollo 15 to jedynie 5 km. W tej misji, podobnie jak w pozostałych dwóch, LRV był wykorzystywany trzy razy – po razie na każdy dzień obecności kosmonautów na Księżycu. Nie oznacza to oczywiście, że jedno użycie to nieprzerwany przejazd.

Podczas misji Apollo 16 (kwiecień 1972) John Young oraz Charles Duke przejechali w LRV 26,7 km w 3 godziny 26 minut. Największy pokonany jednego dnia dystans wyniósł 11,6 km. W kolejnej misji – Apollo 17 (grudzień 1972) – Gene Cernan i Harrison Schmitt przejechali księżycowym samochodem 35,9 km w 4 godziny i 26 minut. Największy pokonany dystans wyniósł wtedy 20,1 km. Załoga oddaliła się w LRV od lądownika na aż 7,6 km.

Lunar Roving Vehicle był kluczowym elementem ostatnich trzech misji programu Apollo. Prawdopodobnie w przyszłości i to niekoniecznie odległej, zostaną podjęte prace nad budową kolejnego kosmicznego pojazdu. Tym razem nie będzie on jednak przewoził ludzi na Księżycu. Rząd USA w tym roku przeznaczył dla NASA zaskakująco duże fundusze, większe niż te, o które prosiła organizacja. Zatrzyk finansowy ma przyspieszyć wysłanie misji załogowej na Marsa. Odległej, czerwonej planety z pewnością nie będziemy przemierzać tylko pieszo. Jak mogą wyglądać odlegli krewni zasłużonego Lunar Roving Vehicle? O tym opowiemy już wkrótce.