[中配]揭秘月球車的工作原理

為宇航員在月球上駕駛建造一輛車 這與在地球上駕駛大相徑庭 光是到達月球就已經夠困難了 他們徒步行進的距離有限 於是他們造了一輛輕便可折疊的車輛 然後小心翼翼地把它降落在月球上 他們成功地做到了三次 我們來看一下月球車 它是如何存儲的 如何在月球上駕駛 當然還有整個展開過程 以及如何搭建它 但讓我們從故事的開頭開始 在月球上駕駛的想法並不新鮮 早在1900年代初 科幻作家就想象過月球車 後來工程師們提出了他們自己的設計 在1960年代 NASA開始計劃 實際製造其中一種車輛 要理解這有多麼具有挑戰性 我們需要一些背景知識 NASA通過阿波羅計劃探索了月球 他們在1969年 首次將宇航員送上月球 實際上他們在三年半的時間裏 進行了六次 每個任務都是通過這枚火箭發射 它被稱為土星五號 頂部是阿波羅航天器 包括指令艙和服務艙 以及有時被稱為LEM的登月艙 土星五號使用多級火箭發射進入太空 要將LEM拿出來 需要稍微調整一下 阿波羅航天器到達月球 大約需要三天 然後航天器分離 只有登月艙實際著陸在表面上 在前兩次登月中 他們相對靠近著陸器 例如我們來看一下阿波羅十二號 這是第二次登月 如果我們繪製他們的行走路線 他們向任何方向 最多隻能走幾百米 這僅僅相當於幾個街區的距離 無論他們走到哪裏 都必須手動攜帶設備 如果你還記得阿波羅十三號 在太空中發生的事故 並沒有真正降落在月球上 第三次登月是阿波羅十四號 他們嘗試了一些不同的東西 他們帶來了一輛 宇航員們給它起了個外號 叫做人力車 它的兩個輪子是由光滑的橡膠製成 裏面填充了氮氣管 它在攜帶更多設備方面很有幫助 但拖著它穿越岩石和坑窪 仍然困難 緩慢且累人 當他們穿著航天服走出去時 只有幾個小時 那樣走很遠的時間不夠 如果他們有某種汽車或交通工具 就可以走得更遠 NASA很早就意識到這一點 並開始計劃和研究 早期的許多概念都很大且笨重 這個被稱為MOLAB 意為移動實驗室 它幾乎和一輛小卡車的大小一樣 它太重了 以至於需要發射一枚 額外的土星五號火箭 但由於NASA的預算有限 我們擁有的火箭數量也很有限 因此這並不是一個可行的選擇 登月艙是唯一登陸月球的東西 所以如果他們要發送一個載具 它必須以某種方式適應內部空間 這可不是一件容易的事 還有很多研究和設計的工作 這輛月球車必須輕便 並能夠折疊以適應登月艙內部 NASA委託了兩家公司 來實際製造月球車 他們在阿波羅11號發射後的幾個月 就開始建造它 恰好在阿波羅15號發射前完成 這只有17個月的時間 來完成第一輛月球車 他們是如何將它裝入登月艙的 我們會談到這個 但讓我先分享一些 關於月球車的事實 全名是月球漫遊車 有時被稱為月球車LRV 或月球輕型越野車 他們總共製造了4輛月球車 但只有3輛被用於 阿波羅15 16和17號任務 第4輛用於備用零件 現在在佛羅裏達州的 肯尼迪航天中心展出 這4輛月球車 總共花費了3800萬美元 今天大約是3億美元 這款月球車的大小 大約和一輛普通汽車相當 長度約為3米 然而在地球上 它的重量與一輛大型摩托車相當 月球的引力要小很多 質量是一樣的 但重量會輕得多 輕到必要時可以用手提起來 這就是月球車的主要部分 底盤及車輛的框架 4個輪子 2個座位 駕駛用的顯示控制檯 和手控裝置 一個彩色電視攝像頭 它們在地球上進行控制 天線和通訊設備 以便與任務控制中心交流 以及後部底盤託盤 存放了很多工具 這些組件中的一些被包裹在 一種類似金色錫紙的鋸紙薄膜中 這有助於保護精密設備 它們通常在月球車不移動時 提起擋板 這可以幫助防止過熱 如果它們試圖在地球上 駕駛月球車 它會因為自身的重量而崩潰 也許不完全是這樣 但你明白我的意思了 它專門為月球的低重力而設計 然而它們確實建造了一輛 可以在地球上駕駛的測試車輛 使用了更堅固和更重的材料 實際的月球車 是用氫製鋁合金製造的 能夠在月球上 承受超過自身重量兩倍的負荷 這包括兩名宇航員 科學設備 以及他們將帶回家的月球岩石 輪子是月球車最巧妙的特徵之一 橡膠輪胎風險太大 如果被刺破 它可能會讓宇航員 遠離他們的飛船 因此每個輪子 都有一層編織的鋼絲網 和鈦製鋸齒形胎面 以防止在月球塵埃中陷入 輪子經過調適 可以應對高達25釐米的障礙 堅固的內框架 防止了網格變形過多 每個輪子都有其獨立的電動馬達 這樣如果其中一個故障了 他們仍然能夠駕駛月球車 車輪上有擋泥板 以控制月球塵埃 宇航員有時將其形容為像粉撞雪 但靜電使其粘附在所有物體上 一旦粘住 就非常難以去除 月球車的最高時速 可以達到18公里 向左或向右轉動 需要4個輪子一起配合 這一切都是通過中間的手空氣完成的 向前推 左右側轉向 向後拉 則停止 要倒退 他們會來到這裡 把這個開關翻上去 之後拉回手空氣 就會讓車輛倒退 手空氣會向機械部件發送電信號 然後驅動輪子旋轉 動力來自兩個銀芯電池 足夠驅動最多65公里 為安全起見 每次探測車的行程 都是先駛向他們計劃探索的最遠點 然後再緩緩返回 我喜歡把這個想象成一個 隨著時間推移而漸漸縮小的圓圈 他們總是必須待在裡面 如果月球車出現故障 宇航員仍然可以步行返回登月艙 並攜帶足夠的生命支持以確保安全 這意味著他們能達到的最遠距離 大約是離月球登陸器9.5公里 在月球上駕駛感覺完全不同 這裡的重力小得多 他們花了一些時間來適應這個 快速停車或改變方向更困難 阿波羅15號16號和17號 被認為是延長科學任務 他們會停留更久走得更遠 進行更多實驗 比之前的任務更為深入 他們會以優雅的方式做到這一點 他們當然也遇到了一些問題 在阿波羅15號任務中 他們著陸在一個小隕石坑的邊緣 這使得在一切傾斜的情況下 展開月球車變得更加困難 於是前輪轉向起初沒有工作 幸運的是 他們仍然可以使用後面的輪子 來操控月球車 然後在最後一次任務中 一名宇航員的工具 卡住了車輪擋泥板的一部分 導致其斷裂 他們不得不想辦法來修理 否則他會把月塵噴灑到車輛上 總體而言 月球車取得了巨大的成功 這讓他們能夠覆蓋更多的區域 欣賞到一些令人驚嘆的景色 實際進行科學研究的時間更多了 直到今天 這些岩石樣本 仍在NASA和世界各地的大學中 進行研究 在第一次登月時 他們走了這麼遠 在最後的任務中 他們駕駛的距離是這樣的 總共36公里 那麼月球車是如何放進登月艙裡的 幾年前我做過一個關於LEM的視頻 讓我給你展示幾個這裡的東西 有兩個部分 上升階段 這裡是兩位宇航員生活的地方 也是他們在月球停留結束時 唯一返回太空的部分 本視頻將重點介紹著陸階段 這就是用來著陸月球的東西 它有發動機 燃料和氧化劑 有四個三角區域 這裡是大多數設備存放的地方 像水氧氣科學實驗 還有一臺電視攝像機這樣的東西 他們稱這些區域為象限 所以我們有第一二三四象限 月球漫遊車就存放在這裡的一號象限 這其實是LEM中剩下的空間 真的是他們唯一能放置它的地方 月球車被折疊起來 放置在三角形艙內 月球車附著在太空支撐設備上 這將有助於在月球上展開月球車 這裡的可用體積大約是一個立方米 差不多是冰箱的大小 展開月球車是一個複雜的過程 在我給你展示之前 我們先來談談月球車 傳回地球的一些信息 例如車的位置和它的移動速度 這是全世界都能看到的數據 這沒問題 不過你個人有一些 可能不想分享的數據 比如你的地址 電話號碼 或財經信息 這就是我迫不及待想分享 今天贊助商Ecogni的原因 這是一項在線服務 幫助你從網絡上移除個人信息 這樣大大降低了 被欺詐或冒充的風險 同時也幫助你減少 郵箱中的垃圾郵件 你見過這樣的新聞故事 這可不是件令人愉快的事情 幾年前當我搜索自己的名字時 看到很多個人信息時 感到有點害怕 通過Ecogni 他們會向每個網站發送刪除請求 這樣就省去了你自己操作的麻煩 誰知道那需要多少時間 如果有網站沒有被處理 你可以提交請求 進行定製移除 Ecogni會為你處理 在線儀錶板讓你可以看到整個過程 保持你的掌控 通過Ecogni找回您的個人數據 在以下鏈接使用代碼Jared Owen 即可享受年度計劃六折優惠 在展開月球車之前 他們需要準備一些東西 這個LEM的部分叫做平臺 當指揮官向後爬出時 他會伸手向左側拉一個D型把手 這會降低MESA 模塊化設備存儲組件 這包含一些 將被安裝在月球車上的部件 一旦兩位宇航員都在表面 就可以最終部署月球車了 在阿波羅15號任務中 他們第一次使用月球車 正是在這裡架設了攝像頭 這就是我們獲取實際發生這一幕的 錄像的方式 從頭到尾大約花了20分鐘 讓我們一步一步來看這個 在月球車的底部有一個熱罩 這被宇航員折回去了 然後有兩個袋子 或者叫操作袋 這些是用來控制展開過程的 一名宇航員抓住右側的袋子 而另一名則再次爬上梯子 他拉動了前廊右側的D型把手 當這個被拉動時 他移動了一個複雜的槓桿系統 從而釋放了三個削釘 讓我們放大來查看細節 當削釘釋放時 固定卡扣掉落在地 月球車可以開始向外旋轉 為了開始這個過程 最上面有一個彈簧推動桿 月球車開始旋轉 但旋轉幅度不大 右側的宇航員慢慢拉動了操作袋 這轉動了一個存儲鼓 釋放了更多的兩根導向電纜 另一位宇航員抓住了展開電纜 藉助月球的引力 幫助將月球車拉出 不過在過程中 吃點轉移到了下支撐臂 現在它將從這裡旋轉 當月球車大約處於45度時 發生了其他事情 這裡中間有一根線纜 終於緊繃了 這牽引了幾個滑輪 使其旋轉 以釋放兩個保持月球車折疊的削釘 由於強大的扭簧 底盤兩側現在都將嘗試展開 沒有任何東西阻擋後部底盤 因此它將最先展開 這些輪子是彈簧驅動 它們想向外旋轉 但被車輪支柱固定住了 這裡面有一些削釘固定著支撐架 當後部底盤展開時 內部的電纜會被收緊 從而拉出削釘 這釋放了支柱 輪子可以展開 這個動作發生得非常快 然後鎖緊削 確保它保持原位 對於前部底盤的展開 這個過程要慢得多 支撐臂末端的這個區域 被稱為行走鉸鏈 隨著月球車持續旋轉 這個部件將槓桿向下壓 從而釋放了鎖扣 使其可以旋轉 這使月球車進一步降低 後輪接觸地面 月球車繼續展開 抬起了中間的鎖扣 鞍座支撐著月球車前方的重量 一旦底盤快要完全展開 兩個前輪就會彈到位 這個過程與我們看到的後輪是一樣的 另外兩個電纜收緊 拉動插銷 釋放支撐桿 車輪展開 宇航員隨後放開了兩根導引電纜 還記得有兩條操作帶嗎 我們一直在使用右側 現在是時候拉左側了 這減輕了中心引導電纜的張力 使得鞍座能夠完成任務 將月球車完全降落到地面 然後拉動電纜以釋放鞍組件 還有一些清理工作 拆卸那些不再需要的部件 然後月球車被手提起 移離了月著陸器 記住他們能抬起它 是因為月球的引力要小得多 前面的三角架被拆除了 這就是在折疊時 支撐大部分重量的部分 然後他們展開了座椅 前面的腳踏板和中央控制檯 月球車被駕駛到LEM的另一側 在那裡安裝了設備 他們安裝的第一件來自第三項線 這是後部底盤託盤 這裡是他們存放大部分工具的地方 然後在Mesa的第四項線 我們有月球通信中繼單元 高增益天線和低增益天線 16毫米相機的支架 以及一臺電視攝像機 然後宇航員上了船 指揮官坐在左側座位上 他是那個會開車的人 然後他們繫上安全帶 開始探索月球 月球車的最後一項任務 是用攝像機拍攝 我們的兩位宇航員 離開月球表面的情景 這臺相機由地球上的 任務控制中心的操作員進行控制 因為信號到達月球 需要超過一秒鐘的時間 所以在恰當的時刻 移動攝像機非常困難 在上次任務中 他們終於拍攝到了 整個發射過程 在那個時代 這在電視廣播中 是難以置信的畫質 從月球車上獲得的經驗教訓 為未來的項目奠定了基礎 比如被送往火星的機器人探測車 今天NASA正在重返月球 正在建造現代月球地形車輛 計劃在下個十年初期使用 這些將會更先進 並在表面停留更久 這一切始於50多年前 當時有三輛 與這輛相似的月球車 靜靜的停留在月球表面