Il rover lunare Apollo o LRV ( Lunar Roving Vehicle ) è un'astromobile quad prodotta per l' Agenzia spaziale americana (NASA) che è stata utilizzata dagli astronauti durante le missioni Apollo per esplorare la superficie della Luna . Ha guidato per la prima volta il31 luglio 1971come parte della missione Apollo 15 ed è il primo veicolo fuoristrada a guida umana al di fuori della Terra.
Questo piccolo fuoristrada a due posti dall'aspetto rustico (massa a vuoto di 210 kg per una lunghezza di 3 m ) poteva trasportare più di 490 kg di carico utile alla modesta velocità di 14 km/h grazie a quattro motori elettrici da 0,25 cv alimentato da batterie non ricaricabili. Tecnicamente era dotato di un avanzato sistema di navigazione e di ruote dal design originale.
Il rover è stato progettato senza conoscere con precisione le caratteristiche del suolo lunare . Doveva operare in un ambiente particolarmente ostile (alta temperatura, assenza di atmosfera, bassa gravità, terreno accidentato e sciolto) difficilmente riproducibile sulla Terra. Nonostante questi vincoli, ha realizzato senza grossi problemi gli obiettivi che gli erano stati assegnati.
Durante le tre missioni che lo hanno implementato ( Apollo 15 , Apollo 16 e Apollo 17 ), il rover ha permesso agli astronauti di aumentare notevolmente la propria portata. Sono stati in grado di esplorare più siti e migliorare la nostra comprensione della geologia e della formazione della Luna.
Le opere di fantascienza dei primi anni del XX ° secolo, sono i primi a sviluppare il concetto di un veicolo per il trasporto di uomini alla superficie della Luna. Il primo rover lunare appare nel romanzo di fantascienza On the Silver Globe: Manuscript of the Moon (pl) pubblicato nel 1901 dal polacco Jerzy Żuławski : il veicolo immaginato ha una cabina pressurizzata , è azionato da un motore elettrico e utilizza una combinazione di ruote e "gambe" bioniche . Lo scrittore americano Hugo Gernsback , nella sua opera The Scientific Adventures of Baron Münschausen (1915), immagina un veicolo che assume la forma di una sfera di 18 metri di diametro e che utilizza un bruco per muoversi lungo la sua circonferenza. Lo scrittore e scienziato russo Constantin Tsiolkovsky , padre dell'astronautica , descrive nel suo romanzo Beyond the Earth (1918) un veicolo lunare a due posti su ruote con cabina pressurizzata e alimentato da motori elettrici. L'imbarcazione è dotata di un sistema di controllo termico, i cui principi verranno utilizzati in seguito per alcune sonde spaziali. Piccoli razzi vengono sparati per attraversare i crepacci.
Durante gli anni '20 e '30, i veicoli lunari descritti nelle opere di fantascienza erano più umoristici che scientifici. Negli anni '50, quando iniziò la corsa allo spazio, il soggetto ricevette un trattamento più serio. Il matematico , fisico e autore di fantascienza britannico Arthur C. Clarke è il primo a descrivere in The Exploration of Space , un veicolo lunare più realistico: “Veicoli pressurizzati dotati di pneumatici di grandi dimensioni che avranno le stesse funzioni della Terra. I loro motori saranno elettrici e l'energia sarà immagazzinata in batterie o fornita da una turbina , e sarà spinta da razzi a petrolio. "
All'inizio degli anni '60 fu lanciato il programma Apollo , che doveva portare l'uomo sulla luna. La costruzione di un veicolo lunare cade improvvisamente al di fuori del regno della finzione. Ma la NASA , monopolizzata dallo sviluppo del razzo Saturn V e dei moduli spaziali, fatica a definire un programma di esplorazione lunare e i mezzi necessari. Durante questo periodo, il Marshall Space Flight Center della NASA stava sperimentando vari prototipi di veicoli lunari.
Prototipi del Centro Marshall della NASA (1960-1969)Studi scientifici americani relativi ad un veicolo lunare sono stati condotti a partire dagli anni Cinquanta in poi, si riferiscono a veicoli di grandi dimensioni, dotati di notevole autonomia, e tengono conto della natura particolarmente ostile dell'ambiente lunare.
Il primo studio approfondito è stato effettuato nel 1959 all'interno della US Army Ballistic Missile Agency. Questa amministrazione, che è responsabile dello sviluppo del razzo Redstone , desidera definire l'attrezzatura necessaria per il funzionamento di una base sulla Luna. Lo studio all'epoca si concentrava su un veicolo a due posti su ruote del peso di 900 kg e comprendente una cabina pressurizzata. Alimentato da motori elettrici alimentati da batterie ricaricabili, il veicolo ha un'autonomia compresa tra 80 e 240 km . Nel 1960, l' agenzia spaziale americana , appena costituita, ha rilevato parte del team responsabile di questo studio, che comprendeva Wernher von Braun , all'interno del Marshall Space Flight Center ( Marshall Space Flight Center ) e continua questo lavoro. All'epoca, i ricercatori avevano già escluso l'uso di pneumatici e consigliato un veicolo le cui quattro ruote sarebbero state azionate da motori elettrici indipendenti. All'inizio degli anni '60, la NASA chiese a diversi produttori di effettuare studi ad hoc su un veicolo destinato alle missioni del programma spaziale che avrebbero avuto luogo dopo lo sbarco sulla Luna. Lo scenario adottato prevede il trasporto del materiale sulla Luna tramite un razzo dedicato, separato da quello che porta gli astronauti; il vincolo di peso gioca quindi un ruolo secondario nella progettazione del veicolo.
Nel 1962, la NASA studiò con le compagnie aerospaziali Northrop e Grumman le specifiche di un veicolo lunare a due posti. Due dei modelli più rappresentativi sono: un veicolo di grandi dimensioni (lunghezza 5,4 me larghezza 2 m ), del peso di 3 t, in grado di compiere missioni di 30 giorni e percorrere 450 km a 14 km/h ; un veicolo più piccolo (lunghezza 3,6 me larghezza 2,5 m per 1,5 t ) in grado di svolgere missioni di 7 giorni e percorrere 368 km a 7 km/h . Entrambi i veicoli sono dotati di cabina pressurizzata, utilizzano ruote metalliche flessibili e sono alimentati da motori elettrici alimentati da celle a combustibile. Il merito di questi studi è quello di fare un inventario esaustivo delle possibilità tecniche esistenti.
Nel 1964, il Marshall Center chiese alle società Boeing e Bendix di progettare un veicolo, che prese il nome di Mobile Laboratory (MOLAB), che consentisse il trasporto di due persone per un periodo di 14 giorni. Si tratta di anticipare la necessità che dovrebbe nascere dal programma Apollo. Il prototipo proposto da Bendix, dotato di quattro ruote metalliche, pesa 3.060 kg e può trasportare oltre all'equipaggio tre tonnellate di materiale in cabina pressurizzata, su una distanza di 100 km . Le dimensioni del veicolo sono importanti: 9 m di lunghezza di cui 3,6 m per la cabina pressurizzata e 2 m di larghezza. I modelli, il Mobility Test Article (MTA), alleggeriti a un sesto del loro peso per simulare la gravità lunare, sono costruiti dai due produttori e testati per valutarne il comportamento. Allo stesso tempo, la NASA sta studiando un concetto di veicolo lunare leggero, il Local Scientific Survey Module (LSSM), monoposto e senza cabina pressurizzata.
La lenta maturazione del programma esplorativo del progetto ApolloIl 25 maggio 1961, il presidente Kennedy decide di inviare uomini sulla luna prima della fine del decennio per riconquistare la supremazia aerospaziale dai sovietici. Viene lanciato il progetto Apollo. Tuttavia, negli anni che seguirono, la NASA fece fatica a definire il programma di esplorazione della Luna e le risorse necessarie in loco, compreso il veicolo lunare; infatti, tutte le sue risorse sono mobilitate dallo sviluppo del razzo Saturn V , del modulo di comando e del modulo lunare (al momento della dichiarazione del presidente Kennedy, la NASA era riuscita solo ad effettuare un solo volo balistico di 15 minuti, il Mercury III volo )).
Nel 1962 la NASA abbandonò il concetto di spedizione sulla Luna in due fasi (un razzo per l'equipaggiamento pesante, un altro per l'equipaggio) per le missioni programmate Apollo: la tecnica del rendez - vous in orbita lunare tra il modulo lunare (LEM) e i moduli che riportano gli astronauti sulla Terra consentono di svolgere la missione con un solo razzo, grazie al risparmio di peso sulla massa da inviare in orbita. Questa decisione prefigura l'abbandono di un pesante veicolo lunare incompatibile con le capacità del razzo Saturn V quando arriverà il momento degli arbitrati di bilancio.
Nel agosto 1967, la conferenza di Santa-Cruz riunisce la comunità scientifica e i funzionari della NASA per definire gli obiettivi prioritari del programma di esplorazione della Luna e i mezzi da attuare nell'ambito delle future missioni Apollo. Il consenso è sulla fornitura di un veicolo che permetta di ampliare il raggio d'azione degli astronauti da 500 metri (previsto per le prime missioni) a 10 km . La comunità scientifica chiede anche lo sviluppo di un aereo lunare con equipaggio che permetta l'esplorazione di aree remote e di un veicolo gommato con un raggio d'azione maggiore (25 km ) che possa essere pilotato a distanza ed effettuare indagini automatiche dopo la partenza del astronauti (il Local Scientific Survey Module o LSSM). Questi veicoli in tutto o in parte devono essere inviati sulla Luna in un razzo dedicato (missione con doppio lancio).
Nel 1968, la società General Motors indagò sulla possibilità di inviare un veicolo sulla luna nello stesso razzo degli astronauti e determinò che poteva essere collocato un velivolo di piccolo formato senza cabina pressurizzata e in grado di effettuare tre escursioni di 20 km . fase di discesa del modulo lunare (LEM).
All'inizio del 1969 furono intrapresi studi per verificare che il razzo Saturn V potesse mettere una carica aggiuntiva in orbita e che il modulo lunare potesse svolgere missioni più lunghe sulla Luna. Le conclusioni positive (Saturno V , dopo l'evoluzione, può orbitare due tonnellate aggiuntive) danno il via allo sviluppo del rover lunare proposto da General Motors. Il27 maggio 1969, la NASA decide ufficialmente di sviluppare un rover lunare leggero e affida la responsabilità della sua costruzione al Centro Marshall, che studia l'argomento da quasi un decennio. Il rover sarà imbarcato nelle missioni Apollo a partire dal 1971.
Dopo il successo del primo allunaggio dell'Apollo 11 inluglio 1969, sono stati avviati studi preliminari sullo sviluppo del velivolo lunare e del veicolo lunare dual-mode (LSSM).
Nel settembre 1970, drastici tagli di budget al programma Apollo, che riflettevano le nuove priorità del governo Nixon , portarono però all'abbandono delle missioni Apollo dopo Apollo 17 . L'invio sulla Luna di un veicolo lunare pesante del tipo LSSM o MOLAB è rinviato a tempo indeterminato .
Il rover deve essere sviluppato in un periodo di tempo particolarmente breve, 17 mesi. Un team di progetto è stato costituito dal Centro Marshall, guidato da Saverio F. Morea, specialista di motori a razzo. Delleluglio 1969, una specifica in 22 punti, capitalizzando gli anni di ricerca svolta dal centro, viene presentata a 29 aziende. Il veicolo da realizzare deve essere un fuoristrada (le prestazioni in questo settore sono dettagliate) a due posti, senza cabina pressurizzata, di massa inferiore a 181 kg e che deve potersi inserire nell'ubicazione di una baia del fase di discesa del modulo lunare . Deve essere in grado di completare quattro escursioni di 30 km in un periodo di 78 ore e trasportare 350 kg di carico utile. La NASA specifica inoltre che il veicolo deve avere quattro ruote alimentate da motori elettrici indipendenti e alimentate da batterie elettriche. Il rover deve essere in grado di raggiungere una velocità di 16 km/h . L'astronauta che guida il veicolo deve avere un cruscotto che gli fornisca i dati più importanti. Gli esuberi devono consentire al rover di operare in caso di guasto di uno dei suoi componenti. L'affidabilità combinata dei componenti dovrebbe consentire al rover di raggiungere tutti i suoi obiettivi con una probabilità del 95%.
Si prevede che le caratteristiche del veicolo saranno fissate in due fasi: un primo schizzo deve essere presentato ai funzionari della NASA dopo 10 settimane e il disegno finale dopo 22 settimane. Quattro società hanno risposto alla gara d'appalto: Chrysler, Grumman, Bendix, Boeing . Quest'ultimo vince inottobre 1969mercato con, come subappaltatore principale, Delco, una controllata di General Motors .
In fase di progettazione, la difficoltà principale è il rispetto del vincolo di peso. Il primo rover inviato sulla Luna pesa quindi 30 kg in più dell'obiettivo assegnato (210 invece di 181 kg ). Un'altra grossa difficoltà deriva dalla scarsa conoscenza della tessitura del suolo lunare su cui dovrà circolare il rover , anche se le ricognizioni effettuate dalle sonde Surveyor e poi le prime missioni Apollo hanno permesso di stabilire che la polvere lunare non era andando a inghiottirli. rover . Infine, Boeing presenta ingennaio 1970un primo schizzo del rover alla NASA e agli astronauti, che danno suggerimenti pertinenti. Nel giugno dello stesso anno, il design del veicolo fu congelato.
Dalla progettazione alla consegna, il Centro Marshall darà anche un importante contributo allo sviluppo del meccanismo di dispiegamento del rover sulla Luna, al sistema di navigazione e fornendo strutture di prova.
Vengono costruiti quattro veicoli lunari, che saranno utilizzati durante le missioni Apollo 15, 16 e 17, con il quarto che fornisce pezzi di ricambio dopo la decisione di annullare le successive missioni Apollo. Altri otto modelli sono realizzati per sviluppare il rover . Un modello in scala 1 viene utilizzato per convalidare l' ergonomia . Un secondo campione viene utilizzato per testare il carrello e il sistema di guida. Un prototipo permette di verificare la compatibilità con il modulo lunare. Due copie che pesano 1 ⁄ 6 il peso del modello finale - al fine di riprodurre le condizioni della gravità lunare - sono utilizzate per la progettazione del sistema di spiegamento del rover . Una copia è destinata all'addestramento degli astronauti, che la utilizzano su un terreno simulando l'ambiente lunare. Un rover esegue prove di vibrazione , nel vuoto e ad alte e basse temperature. Infine, un'ultima copia permette di verificare la longevità di ogni componente simulando un utilizzo quattro volte superiore a quello pianificato.
La ruota è un componente fondamentale il cui design è particolarmente originale. Per testare la sua efficacia, vengono utilizzati mezzi significativi. In particolare viene effettuata una campagna di test che riproduce il funzionamento della ruota in condizioni lunari. Un'installazione composta da una ruota del rover che ruota in una sorta di giostra su un terreno che riproduce polvere lunare è posta in una camera a vuoto a sua volta a bordo di un velivolo da trasporto KC-135 adibito alle prove. Quest'ultimo effettua diversi voli balistici per riprodurre la gravità lunare in cabina e permettere così di studiare il comportamento della ruota. Gli astronauti si allenano a terra ma anche nel KC-135 per sviluppare le operazioni che dovranno svolgere con il rover in condizioni di gravità lunare.
Sebbene il lancio dell'Apollo 15, la prima missione a trasportare il rover , sia ritardato di tre mesi, lo sviluppo dell'all-terrain è indietro di due mesi. Il vuoto viene quindi colmato e viene consegnato un veicolo con struttura rinforzata, adattato alla gravità terrestre earth18 novembre 1970agli astronauti per il loro addestramento. Il15 marzo 1971, viene consegnato il primo veicolo operativo per i test pre-lancio e, otto settimane dopo, il rover viene installato nella baia del modulo lunare.
Il costo stimato è di 19 milioni di dollari , finanziato da Boeing e dal suo principale subappaltatore Delco, ma il sorpasso porta a un costo finale di 38 milioni di dollari (circa 9,5 milioni di dollari per ciascuna delle quattro copie utilizzate per il programma).
Il rover ha un aspetto rustico, deludente rispetto al design dei prototipi MOLAB. Notiamo in particolare l'assenza di un abitacolo pressurizzato e di un'eventuale carenatura, elemento superfluo in assenza di atmosfera e incompatibile con la riduzione di peso che ha presieduto la progettazione del veicolo. La sopravvivenza dei passeggeri nel duro ambiente della Luna è supportata per un massimo di sette ore dalle tute e dal sistema di sopravvivenza (PLSS) che gli astronauti portano sulla schiena.
Il rover ha una massa a vuoto di 210 kg (peso di 2.060 N sulla Terra, o 342 N sulla Luna). A pieno carico la sua massa sale a 700 kg (peso sulla Terra 6.867 N , sulla Luna 1.141 N ), per un carico utile di 490 kg (4.807 N sulla Terra, 799 N sulla superficie lunare) scomponendosi in 363 kg per il due astronauti e 172 kg per i campioni lunari, strumenti e attrezzature varie.
Sebbene la ridondanza sistematica consenta al veicolo di funzionare in caso di guasto di uno dei suoi componenti, la NASA decide che gli astronauti devono poter tornare a piedi al modulo lunare in caso di guasto del rover . Anche il raggio d'azione operativo del rover è limitato a 10 km , la distanza diminuisce progressivamente con l'avanzare della missione e l'esaurimento dei consumabili vitali contenuti nella tuta spaziale degli astronauti.
Il telaio misura 3,1 m di lunghezza per un passo di 2,3 me una larghezza di 1,8 m . L'altezza massima è di 1,14 me l' altezza da terra a pieno carico è di 35 cm . Il telaio è realizzato con tubi saldati in lega di alluminio tipo 2219 . Affinché il rover possa essere riposto nel ristretto spazio ad esso assegnato nel modulo lunare , le parti anteriore e posteriore del telaio sono articolate e possono ripiegarsi sulla parte centrale, le ruote essendo quindi disposte in diagonale.
La parte anteriore del rover riceve le due batterie , i sistemi di comunicazione e navigazione , le telecamere e l' elettronica di bordo . Nella parte posteriore trovano posto gli strumenti, i sacchetti per campioni e l'altra attrezzatura scientifica di bordo.
La parte centrale del rover ha due sedili ribaltabili in alluminio affiancati che poggiano su un pianale anch'esso in pannelli di alluminio. Un bracciolo è montato tra i sedili, che sono dotati di poggiapiedi regolabili e cintura di sicurezza in velcro . Una plancia e un joystick per la guida del veicolo si trovano davanti ai sedili ad uguale distanza dai due passeggeri.
L'uso di pneumatici sperimentato sulla carriola Apollo 14 di Goodyear è stato inconcludente poiché la carriola tende a rimbalzare. Il design della ruota rover poi Lunar prende una struttura innovativa, il lavoro di D r Bekker e il suo team di General Motors , prime contractor Boeing sul rover . I principali vantaggi del design scelto sono il peso ridotto e l'efficienza nelle condizioni incontrate sulla superficie della Luna.
Le ruote hanno un diametro esterno di 81 cm (32 pollici) di diametro e 23 cm (9 pollici) di larghezza. Per ridurre la massa, i cerchi sono in titanio e i coprimozzi sono in alluminio. Per consentire una più facile progressione sulla superficie polverosa della Luna, il pneumatico convenzionale è sostituito da una rete metallica composta da corde di pianoforte intrecciate. La rete è composta da 800 fili di acciaio zincato ad alta resistenza di 81,3 cm di lunghezza e 0,8 mm di diametro. Si intersecano ogni 4,7 mm . Prima del montaggio della rete viene eseguito un controllo radiografico . Il battistrada della ruota è ricoperto per oltre il 50% della sua superficie da piastre in titanio rivettate alla maglia e formanti chevron. Queste piastre permettono di trasmettere meglio la forza di trazione .
Sotto la rete si trova un secondo involucro più rigido di 64,8 cm di diametro, che limita la deformazione dell'involucro esterno in caso di forte impatto. Questa struttura è composta da 20 fasce curve in titanio . Ogni ruota pesa 5,4 kg ed è progettata per poter percorrere almeno 180 km . Ciascuno costa $ 85.000 .
Il sistema di sospensione è studiato per assorbire le irregolarità del rilievo lunare: il telaio è fissato a ciascuna ruota da una sospensione a doppio braccio oscillante comprendente un ammortizzatore idraulico ad olio per limitare i movimenti verticali. Ogni braccio (triangolo di sospensione) è collegato al telaio tramite una barra di torsione (due barre di torsione per ruota).
Il sistema di propulsione del rover lunare utilizza motori elettrici che devono soddisfare diversi vincoli: coppia variabile (elevata per superare gli ostacoli), velocità variabile (per massimizzare il tempo dedicato all'esplorazione scientifica), alta efficienza (per limitare i consumi elettrici) e dinamica di frenata. Inoltre, questi motori devono funzionare sotto vuoto , il che limita la dissipazione del calore.
Le quattro ruote sono motrici, ciascuna azionata da un motore elettrico con una potenza di 0,25 CV (0,2 kW ) associato ad un rapporto d' onda di deformazione ingranaggio a ingranaggi di 1/80. L'assieme è sigillato e riempito di azoto per combattere il riscaldamento nel vuoto dello spazio. Un motore può essere disinserito manualmente, se necessario, lasciando la ruota libera. Entrambi anteriori e posteriori assali sono sterzanti, riducendo il raggio di sterzata a 3m . Se necessario, uno degli assi può essere bloccato nell'asse. Gli assi sono azionati da piccoli motori elettrici da 0,1 CV posti in coppia (per garantire la ridondanza) su ciascun asse e controllati da una scatola elettronica, il DCE.
I motori sono alimentati da due batterie zinco - argento non ricaricabili . Ciascuno pesa 27 kg , ha una capacità di 121 Ah e fornisce alimentazione a una tensione di 36 volt. Ogni batteria ha 25 celle in plexiglass poste in una scatola di magnesio : le piastre zinco - argento sono immerse in un elettrolita a base di idrossido di potassio. Le batterie possono funzionare singolarmente o in parallelo. In funzione viene utilizzata una sola batteria che ha capacità sufficiente per alimentare i motori durante le tre escursioni. La seconda batteria è presente per sicurezza. Le batterie alimentano anche le varie scatole elettroniche che consumano circa 50 watt quando il veicolo è in movimento.
La velocità del rover è limitata a 14 km/h . Tuttavia, durante la missione Apollo 17, è stata registrata una velocità di 17,7 km/h sulle pendici della scarpata Lee-Lincoln . In pianura la velocità massima è di 10 km/h . L'energia immagazzinata a bordo del rover gli permette di percorrere 90 km . In pratica, la distanza massima percorsa era di 35 km durante la missione Apollo 17. Il rover può salire e scendere pendenze del 25% e attraversare a bassa velocità un ostacolo di 30 cm o un crepaccio di 70 cm .
L'astronauta deve pilotare il suo veicolo una serie di strumenti e comandi posti tra i due sedili, che ne consentono l'utilizzo da parte dei due passeggeri. I comandi consentono agli astronauti di guidare il proprio veicolo, conoscerne la posizione e la direzione (funzione di navigazione) e monitorare i principali parametri del rover .
Controlli e cruscottoIl veicolo non ha il volante : è guidato da una scopa a forma di T, più comoda da usare con le mani guantate. L'astronauta muove l'LRV in avanti spingendo lo stick in avanti, la velocità è proporzionale alla sua inclinazione. Inclinando lo stick a sinistra oa destra, il conducente fa girare il veicolo. La frenata viene inserita quando il pilota tira indietro lo stick: questo movimento ha l'effetto di invertire il senso di rotazione dei motori elettrici quindi, quando lo stick è fermo, di azionare il freno di stazionamento (freno a tamburo su ciascuna ruota) che può trattenere il veicolo su una pendenza del 35%. Un pulsante sull'impugnatura permette di passare alla retromarcia, ovvero di invertire l'azione dell'impugnatura.
Una plancia posta davanti alla maniglia riproduce le principali informazioni utilizzate per controllare la navigazione e il funzionamento del veicolo. I dati forniti sono la velocità del rover (misurata da un contachilometri posto sulla ruota destra), la distanza percorsa (con una precisione di 100 metri), la pendenza e la sopraelevazione, la rotta seguita (su una rosa graduata di 5° in 5°), la posizione del modulo lunare ( rilevamento in gradi e distanza entro 100 metri), il voltaggio e la carica residua delle batterie, la temperatura delle batterie e dei motori elettrici di trazione. I comandi sotto forma di interruttori consentono di inserire l'accensione, scegliere le batterie utilizzate, ripristinare il sistema di navigazione, regolare il giroscopio direzionale, attivare/disattivare il motore di trazione di ciascuna ruota, attivare/disattivare i motori consentendo di sterzare il assi anteriore e posteriore. I comandi relativi alla navigazione sono raggruppati nella parte superiore del quadro strumenti e quelli relativi al controllo della carica della batteria e delle temperature si trovano nella parte inferiore.
Grazie a questo pannello di controllo, gli astronauti possono far fronte a guasti importanti: passaggio da una batteria all'altra, ecc.
L'orientamento sulla Luna è più difficile che sulla Terra perché l'assenza di magnetismo naturale non consente l'uso di un compasso o di un compasso ; inoltre, le ridotte dimensioni della luna avvicinano l'orizzonte a circa 3 km in terreno pianeggiante. Anche il rover è dotato di un sistema di navigazione relativamente sofisticato.
Questo assolve a due funzioni: fornisce in modo permanente la posizione del modulo lunare rispetto al rover indicandone la distanza e la direzione (direzione) e consente agli astronauti di navigare fornendo la rotta seguita (relativa al nord lunare) e la distanza percorsa. Tutti questi dati vengono visualizzati sulla dashboard.
Queste informazioni sono calcolate da un piccolo computer di bordo, la SPU, alimentato dai dati da un giroscopio (DG), che fornisce una direzione di riferimento, e da quattro contachilometri posti su ciascuna ruota, che misurano la distanza percorsa. All'inizio di un'escursione, gli occupanti del veicolo allineano il giroscopio mediante una procedura che possono ripetere durante l'escursione in caso di deriva dello strumento: a tale scopo gli astronauti utilizzano uno gnomone che fornisce una misura dell'azimut di il Sole.
Durante la fase di progettazione del rover , viene effettuato uno studio per misurare il rischio corso dall'equipaggio in caso di malfunzionamento del sistema di navigazione, che conclude che non è critico. Con una gittata limitata a 10 km dal punto di partenza, un Lem che culmina a quasi sei metri e il possibile utilizzo di una mappa dettagliata in rilievo, è improbabile che gli astronauti abbiano difficoltà a trovare la loro base. Le specifiche del sistema richiedono quindi una precisione di 700 metri al termine dell'escursione. La precisione ottenuta sul campo è di 100 metri senza riallineamento intermedio del giroscopio.
Il rover ha un sistema di telecomunicazioni che consente ai suoi occupanti di comunicare tra loro e con la stazione di controllo sulla Terra. Le misure di telemetria, che consentono di effettuare una diagnosi in caso di guasto, vengono inoltre trasmesse automaticamente e direttamente alla stazione di controllo. Il rover ha anche una telecamera utilizzabile spenta e una telecamera da 8 mm .
La telecamera a colori, installata nella parte anteriore del veicolo, consente agli astronauti di trasmettere immagini in tempo reale da fermi: può essere controllata a distanza dalla Terra. I controllori di missione e gli scienziati sulla Terra possono così assistere gli astronauti nella loro esplorazione del suolo lunare. L'immagine è trasmessa da un'antenna a forma di ombrello a grande guadagno montata su un palo posto nella parte anteriore del telaio; deve essere riorientato ad ogni fermata dagli astronauti verso la Terra. Un'antenna a basso guadagno, posta a portata di mano del passeggero come la telecamera da 8 mm , supporta la trasmissione delle comunicazioni. Può essere orientato quando il veicolo è in movimento. Tutte le telecomunicazioni sono gestite da una scatola elettronica con propria batteria posta nella parte anteriore del veicolo.
Questa è la prima volta che una telecamera a colori è stata scattata in una spedizione lunare. La telecamera CCD ( dispositivo ad accoppiamento di carica ) trasmette le immagini nelle condizioni di luce estreme che caratterizzano l'ambiente lunare. (Durante la missione Apollo 12, la fotocamera viene accidentalmente puntata verso il Sole, rendendola inutilizzabile per il resto della missione.) Il suo peso non supera i 4,5 kg . La sua risoluzione raggiunge i 400.000 pixel . Il suo ridotto consumo di 13 watt , le sue dimensioni compatte (101 mm di altezza, 165 mm di larghezza e 418 mm di lunghezza) e la sua robustezza ne consentono l'imbarco a bordo del rover . L' obiettivo, a focale variabile, è anch'esso regolabile (da 1220 mm a 460 mm ). Il segnale viene trasmesso in formato NTSC (60 hertz e 525 linee ). La luce che colpisce l'obiettivo passa attraverso una serie di filtri, che la scompongono in tre immagini corrispondenti ai colori fondamentali (rosso, verde e blu), che vengono registrate separatamente. Sulla Terra, le immagini monocromatiche vengono ricombinate, per ricostituire un'immagine a colori compatibile con gli standard delle reti televisive commerciali.
Tutti i rover vengono abbandonati alla fine della missione sulla Luna, non lontano dal luogo di atterraggio e fanno parte degli oggetti artificiali sulla Luna :
| Missione | Anno | Coordinate geografiche |
|---|---|---|
| Apollo 15 | 1971 | 26 ° 04 ′ 48 ″ N, 3° 39 ′ 36 ″ Mi |
| Apollo 16 | 1972 | 8° 58 ′ 12 ″ S, 15° 30 ′ 36 ″ MI |
| Apollo 17 | 1972 | 20 ° 10 ′ 12 ″ N, 30 ° 46 ′ 12 ″ W |
Durante la missione Apollo 17, grazie al sistema di guida remota, la telecamera permette a tutto il mondo di assistere dal vivo al decollo del modulo lunare che riporta gli astronauti sulla Terra.
Luna sperimenta temperature estreme giorno o della notte, le temperature del suolo saranno da 130 ° C a -130 ° C . Tuttavia, molti componenti del veicolo possono funzionare solo in un intervallo di temperatura ridotto, le batterie, ad esempio, possono essere utilizzate solo da 4 a 52 °C . Per beneficiare delle temperature più miti, le missioni Apollo sono quindi programmate sistematicamente all'inizio del giorno lunare. Quindi, la temperatura massima che la missione Apollo 17 deve subire, durante la sua terza uscita, è di 83 °C .
Inoltre, l'assenza di atmosfera lunare non consente il ricorso a sistemi di ventilazione convenzionali. Affinché il rover rimanga operativo, sui componenti più sensibili sono installati dispositivi termici passivi e semi-passivi: questi devono, in particolare, mantenere la temperatura delle batterie e delle apparecchiature elettroniche (giroscopio (DGU), computer di navigazione (SPU) , centralina sterzo (DCE)) posta nella parte anteriore del veicolo, limitano il riscaldamento della plancia ed evitano che l'equipaggio venga a contatto con parti del rover a temperature eccessivamente elevate .
I componenti elettronici e le batterie, le parti più sensibili, sono avvolte da un isolamento composto da 15 strati di mylar alluminato intervallati da 14 strati di nylon . Il calore in eccesso della DGU e della SPU viene ceduto tramite un ponte termico alle batterie che vengono utilizzate come. Quando la temperatura supera i 45 °C , il calore viene assorbito da blocchi di paraffina (2 kg in tutto) sciogliendoli.
I radiatori posti sulle batterie e sul DCE, coperti e quindi non operativi durante le escursioni per proteggerli dalla polvere, vengono attivati (la protezione si alza manualmente) alle estremità delle uscite per dissipare per irraggiamento il calore immagazzinato. Non appena il calore si è dissipato, le protezioni vengono rimontate automaticamente per evitare un abbassamento eccessivo della temperatura.
La protezione termica delle altre parti del rover è ottenuta mediante l' anodizzazione di alcune parti metalliche (maniglie, poggiapiedi, sezioni tubolari dei sedili, pannelli centrali e posteriori del pianale), l'utilizzo di vernici speciali (cruscotto), ecc.
In campo, l'azione dei radiatori è fortemente contrastata dall'onnipresenza della polvere lunare che riduce, e addirittura in un caso annulla completamente, la prevista dissipazione del calore in eccesso tra due uscite. Durante un'escursione dell'equipaggio dell'Apollo 17, il conducente ha dovuto cambiare la batteria a causa dell'aumento troppo rapido della temperatura.
Il rover lunare deve poter essere alloggiato in una delle piccole baie dello stadio di discesa del Modulo Lunare (LM) della navicella Apollo.
La jeep lunare occupa uno spazio di 0,85 m 3 posto a destra della scala di discesa del LEM: il rover è stoccato su un bancale in posizione verticale, con il muso rivolto verso il basso nella baia; le parti anteriore e posteriore del telaio sono ribaltate, le ruote sono orizzontali e i sedili e le pedane sono ribaltati. Grazie a un sistema di molle, barra di torsione e chiavistelli, può essere aperto da un solo astronauta che per la manovra utilizza due nastri di nylon che passano attraverso le pulegge . Il dispiegamento è rallentato con funi e fasce in tessuto. La procedura è la seguente: un astronauta sale la scala fino al livello della camera di equilibrio LEM e sblocca il rover utilizzando una leva ; il secondo astronauta a terra innesca quindi lo spiegamento praticamente automatico del rover tirando i nastri di nylon in più fasi. Il rover viene prima parzialmente inclinato; la parte posteriore del telaio e le ruote posteriori vengono spiegate, quindi il rover viene inclinato fino a quando la sua parte posteriore tocca il suolo; viene quindi attivato lo spiegamento delle ruote e del telaio anteriore, quindi il resto del rover viene abbassato a terra. L'astronauta apre i sedili e le pedane sono spiegate. Infine, sul rover sono montate le apparecchiature di comunicazione (telecamere, antenne e scatola elettronica), riposte in un altro vano .
Il rover lunare viene utilizzato per la prima volta su31 luglio 1971durante il volo dell'Apollo 15. Da questa missione il rover permette agli astronauti di aumentare notevolmente la distanza percorsa rispetto a quella percorsa dall'equipaggio dell'Apollo 14: gli equipaggi delle missioni precedenti si limitavano a brevissimi spostamenti intorno al luogo di allunaggio a causa al grande volume della tuta spaziale e alla scarsa autonomia del loro equipaggiamento di sopravvivenza.
Ogni missione Apollo effettua tre escursioni a bordo del rover , ciascuna della durata compresa tra le 2 e le 6 ore. La durata e il numero delle spedizioni sono rispettivamente limitati dall'autonomia del sistema di sopravvivenza portato da ciascun astronauta (7 ore) e dalle capacità del modulo lunare che limitano la permanenza degli astronauti sulla superficie della Luna a 54 ore. In ogni escursione, i due astronauti portano la loro attrezzatura fotografica, strumenti (trapano...) ed eventualmente attrezzatura scientifica da installare nel veicolo. Durante il viaggio, i siti generalmente individuati prima della missione per il loro interesse geologico vengono a loro volta esplorati e prelevati campioni di roccia a bordo, mentre vengono installate le apparecchiature scientifiche.
I piloti dei tre veicoli lunari sono Scott e Irwin a luglio -agosto 1971 per Apollo 15 sul sito di Hadley, poi Young e Duke in aprile 1972 per Apollo 16 sul sito di Cartesio e Cernan e Schmitt per Apollo 17 sui monti Taurus Littrow in dicembre 1972. In totale, i tre LRV percorreranno 91,7 km .
| missione | Distanza totale | Tempo totale di attività | Il viaggio più lungo | Distanza massima da LEM |
|---|---|---|---|---|
| Apollo 15 | 27,76 km | 3 ore 02 minuti | 12,47 km | 5 km |
| Apollo 16 | 26,55 km | 3 ore 26 minuti | 11,59 km | 4,5 km |
| Apollo 17 | 35,89 km | 4 ore 26 minuti | 20,12 km | 7,6 km |
La missione Apollo 15 è la prima ad utilizzare il rover sulla luna. La potenza del razzo Saturn V è stata aumentata per essere in grado, tra le altre cose, di sostenere questo carico aggiuntivo. Anche l'autonomia del sistema di sopravvivenza portato da ciascun astronauta (il PLSS) durante i viaggi sulla Luna è stata aumentata da 4 a 7 ore, per consentire all'equipaggio di sfruttare la propria maggiore autonomia.
Il modulo lunare, con a bordo David R. Scott e James B. Irwin , atterra su29 luglio 1971vicino al solco Hadley, lasciando, come per le altre missioni Apollo, il terzo membro dell'equipaggio, Alfred Worden, nel modulo di comando che orbita attorno alla Luna. Il rover è stato messo in funzione solo durante la seconda sortita: il suo dispiegamento è avvenuto senza alcun problema evidente nonostante l'inclinazione del modulo lunare che raggiungeva quasi i 10°.
Il debriefing della missione Apollo 15 fornisce numerose indicazioni sulle sensazioni di pilotaggio del rover : quando rotola, il rover sprofonda poco nella polvere, al massimo 3-4 centimetri sulle pendici dei rilievi. Il veicolo raggiunge una velocità di 10 km/h in tre lunghezze. La frenata perde la sua efficacia sopra i 5 km/h . Oltre questa velocità, il veicolo tende a sbandare quando si gira lo sterzo. Nonostante il veicolo abbia evitato passaggi accidentati (crateri, detriti di grandi dimensioni), la carcassa esterna di una ruota si è deformata fino a toccare la carcassa interna tre volte durante la prima escursione. Il rapporto afferma che in determinate condizioni di illuminazione, l'assenza di ombra rende difficile l'individuazione di piccoli crateri a breve distanza e richiede spostamenti a bassa velocità. La tecnica per salire a bordo del veicolo, che consiste nel saltare in aria e ricadere sul sedile, sviluppata dagli astronauti durante le simulazioni di gravità lunare a bordo di un aereo KC-135, si sta dimostrando efficace.
Il rover lunare Apollo è il primo veicolo ad aver viaggiato su una stella diversa dalla Terra e, nel 2020, ancora l'unico ad aver trasportato un equipaggio umano. Durante le tre missioni che lo implementano ( Apollo 15 , Apollo 16 e Apollo 17 ), il rover consente agli astronauti di aumentare notevolmente il proprio raggio d'azione, da 1 km per Apollo 14 a 7,6 km per Apollo 17 , nonché la distanza totale percorsa , da 4 km per Apollo 14 a 36 km per Apollo 17 , anche se le potenzialità del veicolo non sono sfruttate appieno per motivi di sicurezza. Grazie al rover lunare, gli astronauti possono esplorare più siti e quindi migliorare la nostra comprensione della geologia e della formazione della luna.
L'astronauta Harrison Schmitt ha dichiarato al termine della missione Apollo 17 , forse con una certa enfasi: “Il rover lunare si è dimostrato affidabile, sicuro e flessibile. Senza il rover , le grandi scoperte scientifiche dell'Apollo 15 , 16 e 17 e la nostra attuale comprensione della Luna non sarebbero state possibili” .
I timori dei responsabili del programma, legati alla natura sperimentale del veicolo, sono in definitiva infondati. Notevole il comportamento del veicolo sul suolo lunare, anche nei terreni più caotici. Il consumo di energia è molto più basso del previsto, con il sistema di navigazione che fornisce una posizione soggetta a errori al di sotto delle specifiche.
I rover hanno riscontrato solo problemi minori che non hanno mai portato a una riduzione del programma di esplorazione: