باتری های خودروهای برقی از دماهای شدید متنفرند. خب ناسا چطور توانست یک ماه نورد برقی بسازد که در فضا کار کند؟
وقتی سازندگان قوای محرکه های جدید را توسعه می دهند، اغلب آنها را در شدیدترین شرایط روی زمین آزمایش می کنند. به عنوان مثال، خودروی تمام برقی رولز رویس اسپکتر در معرض دمای پایین تا -40 درجه سانتیگراد و بالای 50 درجه سانتیگراد قرار گرفت تا مهندسان بتوانند میزان کارایی آن را در شرایط سخت بسنجند. این قرار گرفتن در معرض آب و هوای خشن برای خودروهای برقی بسیار مهم است، زیرا باتری ها در دماهای انجماد یا سوزاننده کارایی زیادی را از دست می دهند.
با این حال، هیچ آب و هوایی روی زمین با شدت ماه قابل مقایسه نیست. دمای ماه در طول روز به 120 درجه سانتیگراد و در شب به منفی 130 درجه سانتیگراد می رسد، و این تنها دمای مناطق معتدل ماه است. پس ناسا چطور توانست یک ماه نورد برقی بسازد که بتواند در چنین شرایط بسیار سختی در دهه 1970 کار کند؟
اگرچه وسیله نقلیه ماموریت ماه از همان ابتدای برنامه آپولو در حال ساخت بود، اولین ماه نورد – که رسما به عنوان “وسیله نقلیه ماهگرد” (LRV) شناخته می شود – تا چهارمین فرود سرنشین دار بر ماه، آپولو 15 در سال 1971، پرتاب نشد. اهداف نهایی برای LRV ساده بود: افزایش منطقه ای که فضانوردان می توانستند کاوش کنند و کمک به حمل سنگ های ماه به فرودگر ماه.
با این حال، سفرهای فضایی راهی دارند که خواسته های ساده را به چالش های پیچیده تبدیل کنند. نیاز به کاهش وزن LRV مستلزم ساخت و ساز با تکنولوژی بسیار بالا بود. استفاده فراوان از آلومینیوم و تیتانیوم وزن خالص LRV را به تنها 460 پوند رساند، تقریباً نصف یک ماشین گلف معمولی؛ با وجود این، ظرفیت حمل بار آن بیش از 1000 پوند بود. LRV باید تا می شد تا در ماژول فرود ماه قرار گیرد؛ هنگام آماده سازی برای پرتاب، تا ضخامت 20 اینچ تا می شد. چرخ های آن از توری مشبک فولادی با روکش روی ساخته شده بود که به جای ترکیدن یا خم شدن، می توانست تغییر شکل دهد و به شکل اولیه خود بازگردد تا از پنچر شدن روی صخره های ناهموار جلوگیری کند. مهندسان برای حداکثر کشش و فرمان پذیری به آن سیستم مستقل چهار چرخ محرک و چهار چرخ فرمان دادند.
با توجه به اینکه وزن LRV در میدان گرانشی ضعیف تر ماه تنها 76 پوند می شد، تقاضای برق آن به حداقل می رسید. به همین دلیل، LRV فقط 1 اسب بخار (0.75 کیلووات) توان داشت که از طریق چهار موتور DC با سیم پیچ سری یک چهارم اسب بخار (یکی در هر چرخ) تامین می شد. هر موتور دارای گیربکس هارمونیک با کاهش دنده 80:1 برای بهبود گشتاور و پاسخگویی بود. محفظه موتورها برای جلوگیری از ورود گرد و غبار به محفظه و خراب شدن برس ها با فشار 7.5 پوند بر اینچ مربع پر می شد. حداکثر سرعت رسمی آن 8 مایل در ساعت بود، اگرچه در آپولو 17 زمانی که فضانورد یوجین سرنان با یک بار کامل از سنگ های ماه از تپه ای پایین آمد، به بیش از 11 مایل در ساعت رسید.
بودجه اولیه برای LRV تنها 19 میلیون دلار بود؛ اما هزینه های اضافی باعث شد تا رقم نهایی به 38 میلیون دلار برسد و آن را به بدترین معامله “دلار به ازای اسب بخار” در تاریخ تبدیل کند.
از آنجایی که LRV کم مصرف بود، به یک باتری سبک و جمع و جور به جای یک باتری بزرگ با ظرفیت بالا نیاز داشت. از آنجایی که قرار بود یک دستگاه یکبار مصرف باشد (هر سه LRV که تا به حال به ماه برده شده اند هنوز روی ماه پارک شده اند)، باتری ها نیز نیازی به شارژ مجدد نداشتند. بنابراین، از یک جفت باتری 36 ولتی، 4.1 کیلووات ساعتی نقره-روی استفاده شد.
به سوی آرتمیس و فراتر
در حالی که ناسا با پروژه آرتمیس بازگشت بشر به ماه را برنامه ریزی کرده است، اما هنوز هیچ اعلام رسمی در مورد اینکه کدام خودرو بعدا به ماه فرستاده می شود، وجود ندارد، اگرچه رقبای زیادی برای این امر وجود دارد – که یکی از آنها پروژه مشترک جنرال موتورز/لاکهید با باتری های آلتیوم است. در حالی که آینده آلتیوم هنوز مشخص نیست، به احتمال زیاد هر وسیله نقلیه ای که بعداً ماه را طی کند، درست مانند خودروهای برقی زمینی از باتری های لیتیوم یونی با استراتژی های مشابه مدیریت دما استفاده خواهد کرد. همچنین احتمالاً کاوشگر جدید قابلیت کنترل از راه دور را نیز خواهد داشت، مانند کاوشگر ماه نورد VIPER ناسا که قرار است اواخر امسال پرتاب شود.
مهم ترین چالشی که مهندسان همچنان باید با آن مقابله کنند، صرف نظر از هر چیزی، گرد و غبار است… گرد و غبار هرگز تغییر نمی کند.
