详解阿波罗计划的载人月球车（LRV）
鹰击长空
黑名单专治乌贼、鱿鱼、杠精、反智和谣棍2019-07-21 16:22
（四）折叠、折叠、再折叠
阿波罗J款登月舱的仪器分舱体积不大，怎么能够容纳下LRV呢？靠的是LRV的超级变变变。首先是放倒座椅，然后将前车身折叠，两个前轮八字对折，最后是将后车身折叠，两个后轮八字对折。
图20.折叠之后的月球漫游车，高度紧凑
图21.折叠后的月球漫游车，非常契合三棱镜形状的仪器舱
至于释放，当登月舱在月球着陆后，宇航员蹦蹦跳跳的下扶梯时拉动释放总开关，然后使用拉绳、滑轮将月球重量仅为“30千克”的车辆放下，在弹簧驱使下后轮自动打开，翻下后折叠车身，再拉出前车身翻下轮胎并锁定前折叠车身，抬起座椅和脚踏板，大功告成！
图22.在月球卸下车辆并展开折叠部分并锁定
.
（五）中控台的人体工学设计和前卫的行车记录仪
为了满足折叠的需要，波音一开始用枪式直把手柄用来替代硕大的方向盘，全电传摒弃了复杂的传动机构，可以控制四个驱动电机、两个转向电机和制动器：推杆前进，拉杆制动（切断驱动电机电源并同时启动机械制动器），左右摆动转向，倒档要激活手柄上的反向开关；完全拉回手柄就是手刹。可以说，波音的侧杆驾驶和全电传技术，比空中客车在A320启用的驾驶侧杆早了有17年（捂脸笑）。
不过这也要结合人体工学设计。阿波罗15-17任务的太空服被重新设计，腰部可以弯曲，让宇航员可以坐在月球车上，也可以弯腰跪下细致采集月球样本。不过宇航服终究是笨重，枪式直把手柄需要用手腕的运动实现控制，但其实加压、厚重的宇航服让宇航员需要很大的腕力实现加速和制动所需的细微动作，宇航员约翰∙杨（John Young）和查理∙杜克（Charlie Duke）在测试中抱怨手腕很累，只能坚持两三分钟。
波音迅速更改了设计，赶在交付第一辆月球车几个前进行了设计变更，宽大的T型手柄适合带上手套的宇航员用手臂操控。
图23.注意手柄上激活倒档的反向开关
中控台被刷成亚光黑色，防止阳光反射影响驾驶。在50年前设计的中控台，基本和现在的豪华汽车可以媲美，因为除了必须的速度、行驶距离、续航电能等常规显示之外，波音公司设计了一套含陀螺仪和行驶距离存储计算功能的导航系统，显示和登月舱的距离和方向;在中控台顶部，还有一个类似日晷的装置，可以根据太阳的方位角，人工判定月球的参考方向，确保导航仪的准确性，防止宇航员在月球走失。
图24.在西雅图飞行博物馆的月球车模型，中控台亚光设计
月球漫游车还配备了一台电视摄像机、一台机载16mm遥控相机，拍摄画面直达休斯顿，前卫的行车记录仪设计！信号是通过高低增益的2个天线回传月球轨道上的CSM舱和地球进行通信。
.
（六）必须要有的热控
月球上的温差极大，月球的拂晓，温度只有-260华氏（-112.2°C），到了正午达到250华氏（121.1°C）。因此热控分系统（Thermal Control Subsystem，TCS)）必不可少，让月球车的各个部件从地球出发直至在月球工作阶段，温度保持在一定范围内。
图25.月球的一个上午，时长177小时，却是冰火两重天
热控设计方案结合了两个设计，其一是采用被动热控技术，包括多层绝热和低导热率、高辐射组件选型，多层绝热采用了十五层敷铝薄膜，中间有涤纶间隔层。其二，银锌电池、驱动控制电器 (DCE) 、信号处理单元（SPU）、定向陀螺仪单元（DGU）是发热量大户，在阿波罗时代“热管”技术并不成熟，采用封闭式的氨水热管设计虽然全自动，不需要与宇航员手工操作，但由于超重被否决。
替代方案是采用柔性热带将电器产生的热转移到可融性蜡进行储热，这些蜡总重量达到12.6千克，其中7.7千克蜡在DCE，4.9千克在SPU。蜡熔化时将电子设备DCE和SPU保持在恒定温度，当停车歇息时，打开防尘罩，融化的蜡通过顶部的空间辐射散热器进行放热，蜡固化以重复使用。当电池温度达到安全的45华氏度，双金属弹簧自动关闭防尘罩。
图26.防尘罩打开，辐射散热器进行散热，蜡重新凝结。边上的宇航员在清理恼人的月尘
.
四、交付、验证测试和在月球飞驰
（一）阿波罗计划少有的提前交付项目
汉密尔顿公司花了60个月交付第一套宇航服，北美罗克韦尔公司花了66个月交付登月服务舱，格鲁曼公司花了52个月交付登月舱，大量技术挑战面前，研制进度普遍逾期，差一点让肯尼迪的夙愿落空。
从1969年10月中标开始，留给波音仅有了17个月，然而得益于前期大量的预研工作，以及阿波罗项目最大的项目管理成果——航天系统工程管理，在1971年3月15日交付了第一辆月球漫游车用于阿波罗15号任务。但很多科研人员每天工作16～17小时，为止牺牲了很多，包括健康、生活、家庭甚至婚姻……
1971年4月6日，波音向马歇尔航天飞行中心提交了月球漫游车设计认证审查报告，汇报最终实现情况：
1、略有超重：要求重量为400磅（181.9千克）， 实际重量为493.81磅（223.9千克）。目标有效载荷能力超过440公斤; LRV的实际有效载荷能力达到了482千克，可实现78小时的任务能力。
2、行驶能力基本达标：所需的最高时速为16公里，实际时速为14公里；期望的范围是120公里，实际为92公里。它达到或超过了坡度、稳定性、跨越裂缝和障碍要求，可跨越30.5厘米高的障碍物，71厘米的裂缝，它可以上下25°的斜坡，甚至停在35°的斜坡上。
3、提前交付：要求1971年4月1日交付，实际于1971年3月15日，提前了两周。这和其他累犯拖延证项目可以说是一个奇迹。
波音公司还专门提供了宇航员在地面训练的月球车，重量为431千克，由于地面重力加速度和月球的差异，驱动车轮的电机单台达到1马力，用充气橡胶轮胎，电池寿命为1小时。宇航员穿着厚重的宇航服进行驾驶训练，非常艰辛。
图27.阿波罗16号宇航员约翰杨和查尔斯杜克试乘试驾了月球车
图28.马歇尔太空飞行中心建立了月球虫虫车（Moonbuggy）测试基地
钢丝胎和豪华双叉臂式四轮独立悬架是否真的有效？为了进一步模拟车辆悬挂系统在月球的表现，1971年5月在空军的KC-135A飞机上进行了1/ 6-G的测试，机组人员进行抛物线飞行，逼真模拟月球重力，研究车轮和悬架的几何形变，以及车轮与月壤模拟物的互动结果，一共进行了65次测试。整个验证的结果非常令人满意！
图29. KC-135A飞机用于模拟月球重力，被起名为VOMIT COMET，呕吐彗星号，可以想象测试的强度，想象胃部翻江倒海
.
（二）昂贵的打车费用
波音一共造了四辆月球车，分别用于Apollos 15,16和17，最后一辆由于任务取消并用于拆机提供备件。其他还有7辆测试用车，一辆用于人体工学设计，一辆用于子系统设计和集成，两辆1/6重力模型，用于地面驾驶模拟、与登月舱合练的模型、振动测试用车各一辆。由于按期交付，同时月球漫游车在月球上完成了所有功能，没有出现重大异常情况，除了阿波罗15号前轮转向系统失灵这个故障。
图30.阿波罗17号的月球车后轮挡泥板破裂，宇航员临时进行了简单修补，算是小瑕疵
波音公司最终结款3800万美元，大概为现在的2亿美元，相当于现在最贵型号劳斯莱斯汽车的95倍。换个角度，三辆月球漫游车一共跑了90.4公里，按照现在的美元币值，每公里成本大约要220万美元！可以说是最贵的计程车！
阿波罗16号，约翰•杨（John Young）开出了11公里/小时的最快记录
月球漫游车极大的拓展了宇航员的活动范围，最远跑到了距离登月车7.6公里远的地方，带回更多的月岩和土壤标本，加深了对月球演化的理解，这可不是用金钱能够衡量。
图31.阿波罗15号，詹姆斯 B∙欧文成为第一位在月球开车的地球人，两位宇航员一共收集了170磅的月样
图32. 阿波罗15号带回的有名的创世纪岩石（Genesis Rock），分析表明它是一种斜长岩，距今4.1±1亿年
另外阿波罗16～17号月球漫游车上的摄像机，也拍摄到了珍贵的登月舱上升级离开月球画面。下图为阿波罗17号两名宇航员离开月球的刹那，这是阿波罗计划的最后一章！
在这个期待已久的镜头之后，到目前再无世人造访广寒宫！
图33.阿波罗17号两名宇航员离开月球的刹那
由LRV镜头拍摄的阿波罗飞船登月舱月面起飞，非常珍贵
.
五、起了个大早，赶了个晚集——与第一辆月球车称号失之交臂
冥冥中，老天要平衡一下顺风顺水的阿波罗计划，人类第一辆月球车的桂冠其实是被登月竞赛中磕磕碰碰的苏联摘得。1969年2月和7月在两次N1火箭失败之后，苏联在载人登月竞赛中落败。但在1970年11月10日，苏联用质子K火箭-Block D上面级发射“月球”-17号探测器（详见【原创重发】陷入中年危机的俄罗斯上面级火箭（中）——在航天质量日看几起令人匪夷所思的事故），7天后把第一辆自动月球车“月行者”-1 号，lunokhod 1送到月球考察，成为了人类历史上第一辆月球车。
而1971年7月31日，阿波罗15号宇航员大卫 R∙斯科特（David R. Scott）和詹姆斯 B∙欧文（James B. Irwin），首次驾驶的月球漫游车，只能算是第一辆有人驾驶月球车。
图34：着陆器有两个斜坡，月行者-1号从斜坡行驶到月球表面
图35：月行者月球车探测器前后两个“眼睛”，造型萌！
月行者-1号大概昌河牌小面包车大小，长2.2米，宽1.6米，质量756千克。车分上下两部分：上部分是仪器舱，下部分是自动行走底盘。仪器舱是由镁合金制成的密封舱，它保证仪器仪表在月球上工作时不受外部环境影响，舱内装有无线电遥测设备、供电系统、温控系统等，还载有4台全景摄像机。自动行走底盘下装有8个车轮，每个轮毂都安装了一台电动马达。
图36：艺术家描绘的月行者1号在月球上“飞奔”画面，时速为1~2公里
月行者1号在月亮白天充电运行；晚上冬眠，由放射性同位素钋210衰变产生的热量进行保温，保证仪器不因低温而损坏。月球车设计寿命为3个月，实际工作11个月，行程10540米，拍摄了两万多张月面照片。1973年接着又发射了月行者2号，老二成为了长跑冠军，在地外奔跑了42公里，这个记录直到2014年才被美国机遇号火星探测器赶上。
.
结束语
当您再次凝视着月球时，想象一下三个美国月球漫游车、两个苏联月行者月球车、以及中国月球车玉兔，这些月球车被运往外太空，进行无畏的探索，请不要忘记在这些航天项目背后，为之付出青春年华、家庭幸福的航天工作者！
（还有我，你们不能，也注定不会忘记我，我刚刚结结实实的，把一辆汽车，真的小汽车（电动），还有一个塑料人老兄，用重型猎鹰送到地球-火星轨道，人类太空探测历史上，一定会有我的独立章节，你们不能忘记我…….）
我，一个孤独的行者（ 新浪微博ID：超超级Loveovergold），原创不易！转载请注明出处！（全文完）
观网登月科普系列：
观察者会员：人类登月50年，我们如何重返月球？
投票主题：投票主题：本文能够让你对载人月球车的疑惑解惑了吗？
- 是，基本疑问都解答了。
- 不，还有不明白的地方，评论区补充
- 围观凑热闹
- 上一页
