Cómo Funcionan Los Lunar Rovers

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Los exploradores lunares han aumentado nuestro conocimiento de la luna al permitirnos viajar largas distancias. Vea qué sigue para los rovers lunares y cómo han cambiado.

-Supongamos que viajas a un parque nacional por primera vez. Además, suponga que no hay transporte público en su destino planificado, y las vistas que desea ver están muy alejadas. ¿Qué harías? Muchas personas llevaban una bicicleta o un automóvil para viajar. Pero, ¿y si ese parque estuviera a 252,000 millas (405,500 kilómetros) de distancia en la Luna? Ahora, ¿cómo te mueves?

Si tuviste la extraordinaria suerte de ser uno de los astronautas que caminaron sobre la luna durante las primeras misiones de Apolo, usaste tus piernas. Su exploración estuvo limitada por la distancia que podía caminar mientras llevaba cientos de libras de traje espacial, equipos y muestras de rocas. Sus sistemas de soporte vital, que podrían funcionar durante aproximadamente 4 horas, también dificultaron la distancia que pudiera recorrer. Pero los astronautas de misiones posteriores de Apolo, como 15-17, condujeron un auto, un vehículo itinerante lunar (LRV) que se parecía a un buggy de dunas.

-Ahora que la NASA está considerando regresar a la Luna para misiones prolongadas y establecer una base lunar, se necesitan rovers lunares más sofisticados con mayor alcance y tal vez incluso capacidad de vida. (En este artículo nos centraremos en los rovers tripulados en lugar de los robóticos que ahora están navegando por Marte o que quizás algún día exploren la Luna). Para satisfacer estas necesidades, la NASA ha desarrollado prototipos de dos nuevos rovers. Uno es un camión o carro lunar sin presión. El otro se denomina de forma diversa, el rover eléctrico lunar (LER) o el rover pequeño presurizado (SPR). Mientras que el LRV original era como un buggy, el SPR es más como un monovolumen extendido que puede atravesar la luna. Recientemente, el SPR atravesó la Avenida Pennsylvania como participante en el desfile inaugural del Presidente Obama.

- Pongámonos al volante de algunos de estos rovers, comenzando con los más antiguos de los días de Apolo y avanzando hacia los futuros vehículos que los astronautas pueden llevar con ellos cuando visiten la Luna otra visita en 2020.

El Apollo Lunar Roving Vehicle

En diciembre de 1972, los astronautas del Apolo Eugene Cernan y Harrison Schmitt pasaron aproximadamente 75 horas explorando el valle de la luna Tauro-Littrow. Los dos fueron los últimos humanos en caminar o montar en la luna, ayudados en sus exploraciones por un vehículo lunar itinerante.

En diciembre de 1972, los astronautas del Apolo Eugene Cernan y Harrison Schmitt pasaron aproximadamente 75 horas explorando el valle de la luna Tauro-Littrow. Los dos fueron los últimos humanos en caminar o montar en la luna, ayudados en sus exploraciones por un vehículo lunar itinerante.

-Es a principios de la década de 1970 y un astronauta del Apolo está saliendo a la luna con algunos colegas. Con el traje espacial voluminoso requerido, necesita explorar un cráter a varias millas de distancia, por lo que se dirige al rover. Sube 14 pulgadas (35 centímetros) al asiento tipo silla de jardín en el compartimiento central del chasis de aluminio. El rover tiene aproximadamente 10 pies de largo (3 metros), 6 pies de ancho (casi 2 metros) y casi 4 pies (1 metro) de alto. Es aproximadamente del tamaño de un moderno Volkswagen Beetle.

Su compañero se une a él en el otro asiento cuando el primer astronauta examina el LRV. El equipo de comunicaciones (antena de alta ganancia para imágenes y datos, antena de baja ganancia para cámara de voz y TV), energía (dos baterías de 36 voltios) y equipo de navegación se encuentran en el compartimiento delantero. En el compartimiento central están los dos asientos, la unidad de visualización y el controlador manual para conducir el LRV. El compartimiento de almacenamiento detrás de ellos contiene equipo científico y de muestreo de rocas (herramientas, bolsas). Debajo de ellos, las cuatro ruedas del rover están hechas de dos marcos de aluminio (uno interno y uno externo), mientras que los neumáticos están hechos de malla de alambre de piano galvanizado con bandas de rodadura de titanio.

El conductor designado mira hacia abajo a la consola de visualización en el centro del compartimiento de la tripulación de LRV para orientarse. La pantalla de navegación se encuentra en la parte superior con una pantalla de computadora, una brújula solar, una pantalla de velocidad (0-12 mph, 0-20 kph), botones de reinicio y un medidor de ángulo de inclinación que rastrea la pendiente en la que está el rover. En la parte inferior están los interruptores de alimentación que distribuyen la energía de las dos baterías, los monitores de alimentación de la batería y los interruptores que controlan los motores de dirección eléctrica y los motores de accionamiento.

Antes de que el astronauta pueda comenzar a conducir, debe completar la lista de verificación de inicio, cuyo primer paso es avistar el sol con la brújula solar. Una vez que él le da esa lectura a las personas en control de la misión, envían datos para programar la computadora de navegación. Esta lectura le da a la computadora de navegación LRV un punto de referencia cerca del módulo lunar, la nave de aterrizaje Apollo que sirve como su base de operaciones mientras está en la Luna. Mientras está en funcionamiento, la computadora realiza un seguimiento del rodamiento del rover con respecto al módulo lunar utilizando un giroscopio y midiendo la distancia (rango) a través del número de revoluciones de la rueda. Una brújula en la pantalla muestra el norte lunar.

Una vez que se completa la lista de verificación, es hora de salir.

Conduciendo en la Luna con el Apolo LRV

Apolo 17 Comandante Gene Cernan conduciendo el LRV

Apolo 17 Comandante Gene Cernan conduciendo el LRV

-El Apollo LRV no vino con un volante per se. Sin embargo, tenía un controlador manual ubicado justo detrás de la consola de la pantalla en un reposabrazos, que coordinaba la dirección, los motores de accionamiento y los frenos. El controlador estaba ubicado en el centro del compartimiento de la tripulación para que cualquiera de los astronautas pudiera conducir, aunque el comandante usualmente hacía los honores. También vino con un mango en T para facilitar la operación con los guantes voluminosos del traje.

Cada rueda del LRV podría operar independientemente con un motor eléctrico y girar independientemente de las otras ruedas, de modo que el LRV podría girar incluso si fallara una articulación de la dirección. Del mismo modo, cada rueda también tenía frenos independientes. Para la NASA, la redundancia siempre ha sido una prioridad.Además, esta configuración permitió un radio de giro ajustado de 10 pies (3 metros).

El mango en T podría girar hacia la izquierda, hacia la derecha, hacia adelante o hacia atrás y moverse hacia adelante o hacia atrás. También vino con un botón que podía bloquear el controlador para su uso en una dirección hacia adelante, así como un anillo para liberar el freno de estacionamiento. Los movimientos del controlador de mano guiaban al LRV así:

  • Pivote hacia adelante = acelerar hacia adelante
  • Pivote hacia atrás = acelerar hacia atrás
  • Girar a la izquierda = girar a la izquierda
  • Girar a la derecha = girar a la derecha
  • Deslice la palanca hacia atrás = aplique el freno y suelte el acelerador
  • Deslizar el controlador completamente hacia atrás = activar el freno de estacionamiento

Volvamos a nuestros dos astronautas que viajan para explorar el cráter. La suspensión del LRV minimiza los baches del terreno irregular, pero de todos modos están amarrados con sujetadores, agarraderas y cinturones de seguridad. Si bien el LRV está diseñado para subir una pendiente tan empinada como 25 grados o para viajar hasta 40 millas (67 kilómetros), no viajará más de 6 millas (10 kilómetros) desde el módulo lunar. Si el móvil fallaba, aún podían regresar al módulo antes de que se agotaran sus sistemas de soporte vital.

Y se produjeron problemas imprevistos, mecánicos y de otro tipo. Por ejemplo, en la misión del Apolo 17, el Comandante Gene Cernan rompió un trozo del guardabarros del rover cuando un martillo en su traje espacial lo atrapó cuando pasó. El guardabarros bloqueó el polvo de la luna levantado por las ruedas de malla del vehículo. Si los astronautas no hubieran reparado el guardabarros, las ruedas habrían cubierto a los astronautas y al equipo con polvo lunar, un peligro tanto para los hombres como para el equipo. Formaron un nuevo guardabarros a partir de un mapa laminado y cinta adhesiva, lo que les permitió continuar utilizando el vehículo. Bastante ingenioso.

¿Qué sucede una vez que el LRV llega a su destino?

Una parada de LRV en la luna

-Una vez que los astronautas llegan a su destino, se detienen y aplican el freno de estacionamiento. Después de salir, realinean las antenas de alta y baja ganancia a la Tierra para que puedan comunicarse con el control de la misión. El control de la misión opera la cámara de TV del LRV de forma remota, mientras que los astronautas despliegan equipos y recogen muestras de roca y suelo, que colocan en la parte posterior del LRV.

¿Pero cuánto pueden transportar en el camino de las muestras de roca? Aunque el LRV pesa 460 libras (209 kilogramos) en la Tierra, puede soportar 1.080 libras (490 kilogramos) completamente cargado. Eso incluye dos astronautas en trajes y mochilas (800 libras o 363 kilogramos), equipo de comunicaciones (100 libras o 45 kilogramos), equipo científico (120 libras o 54 kilogramos) y rocas lunares (60 libras o 27 kilogramos) [fuente: NASA]. En realidad, no es una gran asignación de peso para muestras si algunos especímenes más grandes atraparan la atención de un astronauta.

Una vez que establecen sus objetivos en el sitio, los astronautas pasan a otro sitio y repiten su trabajo. Visitan varias ubicaciones en una sola excursión antes de regresar al módulo lunar para descargar muestras, descansar y prepararse para la caminata lunar del día siguiente.

Este notable vehículo amplió nuestra gama de exploración lunar. La unidad LRV individual más larga registró 20.5 millas (20.1 kilómetros) a una distancia de 4.7 millas (7.6 kilómetros) del módulo lunar durante la misión Apollo 17.

-Ahora que hemos experimentado el Apollo LRV, veamos los conceptos del rover lunar mucho más nuevos.

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Llévame a la luna

La Boeing Aerospace Company construyó cuatro LRV para el programa Apollo. Tres volaron en los vuelos de Apollo 15-17, y uno se guardó por partes después de que posteriormente se cancelaron los vuelos de Apollo. El costo total fue de $ 38 millones para los rovers, dos simuladores de gravedad de 1/6 y un entrenador [fuente: Williams].

Los rovers llegaron a la luna plegados en un cuadrante de la etapa de descenso del módulo lunar. En el primer paseo lunar de los astronautas, desplegaron el rover desde el módulo de descenso utilizando cables y lo desplegaron con cables sueltos en el LRV. El último paso fue atar los guardabarros.

El camión lunar

El ingeniero de trajes espaciales Dustin Gohmert conduce el nuevo prototipo de camión lunar de la NASA a través del Lunar Yard del Centro Espacial Johnson. El camión fue construido para hacer cosas como offroading fácil.

El ingeniero de trajes espaciales Dustin Gohmert conduce el nuevo prototipo de camión lunar de la NASA a través del Lunar Yard del Centro Espacial Johnson. El camión fue construido para hacer cosas como offroading fácil.

-Mientras se usaba el Apollo LRV principalmente para ampliar las capacidades de exploración de los astronautas durante una corta estadía en la Luna, la NASA planea construir una base lunar para misiones extendidas, meses o años, en comparación con los días de Apolo. Las misiones más largas requieren vehículos que sean capaces de realizar trabajos pesados, como construcción, excavación y acarreo de cargas. Para ello, la NASA ha diseñado un prototipo de camión lunar.

El camión lunar es una plataforma móvil hecha para viajar en la luna. Al igual que sus antepasados ​​de Apolo, no está presurizado, por lo que los astronautas tendrán que usar trajes espaciales mientras lo operan. El camión está diseñado para mover carga, y la NASA está explorando la posibilidad de agregarle otros equipos, como una retroexcavadora o grúa. El camión está destinado a transportar hasta cuatro astronautas.

El conductor del astronauta se para en la percha del conductor. Él o ella puede mirar a su alrededor en cualquier dirección para mover el camión. El camión tiene seis ruedas, y cada rueda tiene dos neumáticos. Las ruedas pueden ser dirigidas independientemente en una rotación de 360 ​​grados. Esta configuración le da al camión una enorme maniobrabilidad. Puede ir en cualquier dirección: hacia adelante, hacia atrás, hacia los lados o cualquier combinación de los mismos.

Dos motores eléctricos accionan el camión con una transmisión de dos velocidades. El camión puede descender hasta el nivel del suelo y volver a subir con una fuerza de elevación de 4,000 libras (17,800 newtons). Puede obtener una velocidad máxima de 15 mph o 25 km / h cuando se descarga.

El prototipo de camión lunar fue desarrollado en el Centro Espacial Johnson de la NASA en Houston y probado en el área de simulación lunar del centro en Moses Lake, Washington, donde las dunas de arena pueden simular el entorno lunar.

-Veamos el nuevo concepto de rover presurizado.

Pasar su examen de conducción lunar

Al igual que un conductor de un estudiante necesita aprender a manejar un automóvil, los astronautas deben aprender a conducir vehículos rodantes como parte de la capacitación para cualquier misión en la que participará un rover. Para los comandantes y los pilotos del módulo lunar de los vuelos 15-17 de Apollo, eso significó entrenar con un rover en el desierto de Arizona durante meses. Debido a que los nuevos rovers son prototipos en lugar de modelos de producción, los equipos de ingeniería (que incluyen algunos astronautas) conducen y evalúan en varios sitios de prueba. Una vez que la NASA establezca misiones lunares con tripulaciones designadas, esos astronautas comenzarán el entrenamiento en el rover, pero eso no será por un tiempo.

El pequeño Rover presurizado

¿Crees que podrías pasar hasta tres días viviendo y trabajando allí?

¿Crees que podrías pasar hasta tres días viviendo y trabajando allí?

-A tanto el Apollo LRV como el camión espacial fueron y- serán operados por astronautas en trajes espaciales. Eso significa que la exploración lunar está limitada por la duración de la vida útil que brindan los trajes. Otra desventaja de los rovers no presurizados es que no protegen a los astronautas de los eventos de erupción solar, que potencialmente pueden exponerlos a dosis letales de radiación. Pero un rover con un entorno presurizado permitiría a los astronautas explorar más de la luna y ofrecer un refugio de emergencia ante eventos solares inesperados.

Esa es la idea detrás del pequeño rover presurizado de la NASA. El SPR consiste en un módulo de hábitat presurizado montado en el chasis del camión lunar. Desde el SPR, los astronautas podrían explorar la superficie de la luna desde una cabina con un amplio campo de visión. También podrían equipar el módulo como una estación de ciencias de campo. De hecho, el SPR puede ir prácticamente a cualquier lugar donde vaya el camión lunar.

El módulo de hábitat del rover (o entorno de vida) permitiría a dos astronautas, cuatro en emergencias, vivir y trabajar cómodamente en un "entorno de camisa de manga" durante hasta tres días. Un entorno de camisa de manga solo significa uno en el que los astronautas no tienen que usar sus trajes espaciales. La base lunar es otro de esos entornos.

El módulo presurizado tiene un baño pequeño, una ducha de nebulización para baños de esponja, cortinas de privacidad, gabinetes para herramientas, áreas de banco de trabajo y dos asientos para la tripulación que se pliegan hacia atrás en las camas. Los astronautas tienen que rehidratar los paquetes de alimentos porque no hay cocina. Todas las características son de ahorro de espacio. Durante las pruebas de campo en Arizona, el astronauta Mike Gernhardt informó que se sentía cómodo, incluso como el transbordador espacial [fuente: NASA].

Los astronautas pueden entrar y salir del módulo de un entorno de camisa a otro usando una escotilla de acoplamiento de esclusa. También pueden salir y entrar al rover directamente en sus trajes espaciales a través del puerto sin tener que despresurizar el módulo de hábitat. Esa es una hazaña que los astronautas de Apolo envidiarían, ya que tuvieron que despresurizar y represurizar todo el módulo lunar cuando salieron y volvieron a ingresar. Y a diferencia de Apolo, los astronautas no tendrían que traer sus polvorientos trajes espaciales al interior, por lo que mantendrían el interior del hábitat más limpio. En las pruebas del puerto, los astronautas pueden ponerse trajes espaciales en 10 minutos o menos.

-Dentro de cualquier hábitat, como el módulo lunar o el transbordador espacial, los instrumentos generan calor. Para mantener una temperatura interna constante, el exceso de calor debe ser rechazado en el espacio exterior. El módulo lunar rechazó la energía térmica al evaporar el agua. El transbordador espacial utiliza radiadores. El módulo de hábitat de SPR rechaza el calor interno derritiendo hielo en una esclusa de hielo alrededor del puerto, lo que reduce la cantidad de agua que debe transportar el vehículo.

Especificaciones SPR (con chasis)

Peso: 8,818 libras o 4,000 kilogramos

Carga útil: 8,818 libras o 4,000 kilogramos

Altura: 14.1 pies o 4.3 metros

Longitud: 14.8 pies o 4.5 metros

Ancho en las ruedas: 13.1 pies o 4 metros

Velocidad: 6 mph o 10 kph

Distancia: 144 millas o 240 kilómetros

[fuente: NASA]

El futuro de los Lovers Rovers

El último rover de la NASA alcanza una colina en Black Point Lava Flow en Arizona, el sitio de las pruebas 2008 de RATS del desierto, o Estudios de investigación y tecnología.

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Antes de que los conceptos del nuevo rover lunar vayan a algún lugar cerca de la luna, se probarán y se volverán a probar en entornos lunares. Tales entornos deberían tener un terreno similar al de la luna y, idealmente, experimentar temperaturas extremas. La NASA tiene varios puntos donde le gusta probar sus conceptos.

Los entornos desérticos como las dunas de arena de Moses Lake, Washington, y Black Point, Arizona, proporcionan terrenos fuera de este mundo, así como también calor extremo, como las temperaturas que se encuentran en la luz solar directa de la Luna. Las temperaturas frías y los paisajes lunares se pueden encontrar en la base de Haughton en la isla Devon en el Círculo Ártico. La Antártida también proporciona un entorno similarmente adecuado para probar el rover lunar y las tecnologías de concepto de base lunar.

En una prueba reciente de tres días del SPR en Black Point, un equipo de astronautas y geólogos se encargó de aprender todo lo posible sobre los flujos de lava mediante el uso del SPR. El astronauta Mike Gernhardt informó que los participantes pasaron menos tiempo en trajes espaciales y que eran más productivos. Todos los involucrados en el programa aclamaron la prueba como un éxito. Los participantes incluso aprendieron cómo cambiar una llanta desinflada mientras usan un traje espacial [fuente: NASA].

Actualmente, solo China y los Estados Unidos están persiguiendo activamente un programa lunar tripulado. Los chinos recientemente dieron a conocer un robot lunar robótico que funciona con energía nuclear, pero no han hablado de un vehículo tripulado.Hasta ahora, la NASA tiene más experiencia en colocar a un hombre en la luna y en diseñar y operar vehículos lunares.

El camión lunar y el SPR representan solo dos tecnologías en el proyecto Retorno a la Luna de la División de Exploración de la NASA. La NASA también está desarrollando y probando conceptos tales como hábitats inflables para una base lunar. Eventualmente, los vehículos de lanzamiento Orion CEV y Ares pueden reemplazar la actual lanzadera espacial. Con todas estas tecnologías en la mano, la NASA espera devolver a los hombres a la luna para el año 2020.

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Suplemento De Vídeo: Lunar Rover.




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