مرور چالش های خودروی ماه نورد ناسا ؛ ۳۸ میلیون دلار هزینه برای ۱ اسب بخار قدرت!

ناسا برای تسهیل ماموریت فضانوردان خود در سطح ماه یک خودروی برقی ماه نورد طراحی و تولید کرد. ساخت این خودرو به دلیل شرایط کاملاً متفاوت ماه و زمین چالش های بسیار زیادی داشت.

ساخت خودرو برای شرایطی کاملاً متفاوت

وقتی که پیشرانه جدیدی تولید می شود، معمولاً برای ارزیابی، کارایی آن را در سخت ترین و شدیدترین شرایط ممکن آزمایش می کنند. برای مثال رولزرویس اسپکتر که اولین مدل تمام الکتریکی کمپانی است، در دمای منفی ۴۰ درجه و مثبت ۵۰ درجه سانتیگراد تست های خود را پشت سر گذاشته است. انجام این تست ها باعث می شود مهندسان هر گونه نقص احتمالی در شرایط مشابه را کشف کنند. اما آیا روی کره زمین شرایطی مشابه با ماه وجود دارد که بتوان عملکرد خودروی ماه نورد را در آن تست کرد؟

شاید بدانید باتری خودروهای برقی به دماهای شدید بسیار حساس است و میزان شارژدهی آن تا حد زیادی تحت تأثیر قرار می گیرد. ماه و زمین از لحاظ دما قابل مقایسه با یکدیگر نیستند؛ چرا که در طول روز، دمای سطح ماه تا ۱۲۰ درجه بالا می رود. در شب هم دمای این کره تا منفی ۱۳۰ درجه افت می کند. با این حساب ناسا چگونه توانست یک خودروی برقی برای استفاده در ماه بسازد؟ آن هم نیم قرن پیش!

خودروی یک اسب بخاری  بسیار گران قیمت

با آنکه توسعه اولین خودروی ماه نورد (به اختصار LRV) از ابتدای سری ماموریت های آپولو شروع شد، ولی فرود آن به سطح ماه تا سال ۱۹۷۱ و ماموریت آپولو ۱۵ طول کشید. شاید بپرسید اصلاً چه لزومی داشت فضانوردان با خود یک خودرو را به سطح ماه ببرند. در پاسخ باید گفت ناسا با توسعه چنین خودرویی به فضانوردان کمک کرد مسافت طولانی تری را روی ماه طی کنند و سنگ های بیشتری را با خود به زمین بیاورند.

وزن خودروی ماه نورد باید تا حد امکان پایین نگه داشته می شد، به همین خاطر مهندسان ناسا در ساخت آن از سازه ای بسیار پیشرفته استفاده کردند. به لطف استفاده گسترده از آلومینیوم و تیتانیوم در سازه، وزن LRV تنها ۲۰۷ کیلوگرم بود، البته روی کره زمین. برای مقایسه این رقم نصف وزن یک خودروی مخصوص گلف است. با وجود وزن کم، خودروی ماه نورد ناسا توانایی حمل باری به وزن ۴۵۰ کیلوگرم را داشت.

از سوی دیگر برای اینکه خودروی ماه نورد در ماژول فرود جا شود، مهندسان ناسا آن را تاشو طراحی کرده بودند. وقتی این خودرو تا می شد، ضخامت آن تنها به ۵۰ سانتیمتر می رسید. چرخ های LRV از شبکه ای متشکل از فولاد و روی تولید شده بود و ساختاری منعطف داشت. برای مانور پذیری حداکثری، هر چهار چرخ خودرو فرمان پذیر و به صورت مستقل محرک بودند.

به خاطر تفاوت جاذبه ماه و زمین، وزن LRV در سطح ماه تنها ۳۴.۴ کیلوگرم می شد. بنابراین پیشرانه یک اسب بخاری می توانست قدرت کافی برای جابجایی آن را تأمین کند. این پیشرانه شامل ۴ موتور مستقل بود، به عبارتی هر موتور یک چهارم اسب بخار قدرت داشت و مجموع خروجی آنها به یک اسب بخار می رسید. هر موتور محفظه ای با فشار ۷.۵ PSI داشت تا از ورود گرد و غبار به داخل آنها جلوگیری شود. با اتکا به این پیشرانه چهار موتوره، LRV قادر بود به حداکثر سرعت ۸ مایل یا ۱۲.۸ کیلومتر بر ساعت برسد. البته در جریان ماموریت آپولو ۱۷، حس شوخ طبعی یوجین سرنان گل کرد و او در یک سراشیبی، آن هم در شرایطی که سنگ های زیادی بار زده بود، با فشردن پدال گاز تا انتها موفق شد حداکثر سرعت ۱۷.۷ کیلومتر بر ساعت را با LRV در سطح ماه ثبت کند!

در ابتدا ناسا بودجه ای ۱۹ میلیون دلاری برای طراحی و ساخت خودروی ماه نورد خود اختصاص داده بود. اما این پروژه در نهایت ۳۸ میلیون دلار خرج برداشت! با چنین قیمت تمام شده ای، خودروی ماه نورد ناسا از نظر قیمت در برابر اسب بخارِ پیشرانه، بدترین خودروی تاریخ به شمار می رود! بد نیست به این موضوع هم اشاره کنیم که خودروی ماه نورد یک بار مصرف است و هر سه دستگاهی که ناسا به سطح ماه انتقال داده، همان جا رها شده اند.

باتری و چالش های زیاد

از آنجایی که خودروی ماه نورد ناسا قدرت خیلی کمی داشت، باید از باتری سبک و کوچکی در آن استفاده می شد. با توجه به ماهیت یک بار مصرف بودن، نیاز نبود که باتری قابل شارژ طراحی شود. در نتیجه LRV به یک جفت باتری نقره-روی ۳۶ ولتی ۴.۱ کیلووات ساعتی مجهز شد. برای مقایسه خودروهای برقی کنونی دارای باتری هایی با ظرفیت بیشتر از ۸۰ کیلووات ساعت هستند. در آن دوران باتری های نقره-روی از لحاظ چگالی انرژی بی رقیب بودند و می توانستند به ازای هر کیلوگرم ۲۲۰ وات ساعت انرژی در خود ذخیره کنند. این رقم برای باتری های لیتیوم یونی کنونی ۲۷۰ وات ساعت به ازای هر کیلوگرم است. LRV با اتکا به باتری های خود بردی نزدیک به ۹۲ کیلومتر داشت. بیشترین مسافتی که با این خودرو در سطح ما طی شده ۳۵.۴ کیلومتر است که در جریان ماموریت آپولو ۱۷ ثبت شد.

کنترل دما در سطح ماه چالش های بسیاری داشت. عملکرد باتری های نقره-روی در دماهای خیلی پایین، شدیداً افت می کند، هر چند LRV برای استفاده در ماموریتی که نهایتاً ۱۵ روز زمینی طول می کشید، طراحی شده بود و جلوگیری از داغ شدن آنها نگرانی اصلی به شمار می رفت. دمای ماه در گرم ترین ساعات به بالاتر از دمای آب جوش می رسد. از سوی دیگر به دلیل نبود جو، اختلاف دما در زمانی که تابش خورشید نباشد، فوق العاده زیاد می شود. باتری های LRV تا ۵۲ درجه سانتیگراد قابل استفاده بودند و اگر دما از ۶۰ درجه عبور می کرد، کارایی خود را از دست می دادند. بنابراین، اگر باتری به مدتی طولانی در معرض نور خورشید قرار می گرفت، دمای آن به راحتی از محدوده مجاز فراتر می رفت.

برای محافظت از باتری ها، دانشمندان ناسا از رادیاتورهای غیرفعال در خودروی ماه نورد استفاده کرده بودند. این رادیاتورها در حقیقت شامل آینه های سیلیسی می شدند و با انعکاس نور و دفع حرارت از افزایش دمای باتری ها جلوگیری می کردند. هنگام حرکت خودروی ماه نورد، این آینه ها از طریق پوشش های مخصوص در برابر گرد و غبار محافظت می شدند. زیرا در صورتی که غبار روی آینه ها می نشست، آنها عملکرد خود را از دست می دادند.

بازگشت به ماه با پروژه آرتمیس

ناسا با پروژه آرتمیس خود را برای بازگشت به ماه آماده می کند. در حال حاضر چند خودرو نامزد همراهی فضانوردان در این پروژه هستند، اما هنوز گزینه نهایی انتخاب نشده؛ یکی از نامزدها خودروی اولتیومی است که با همکاری جنرال موتورز و لاکهید توسعه می یابد. به نظر می رسد گزینه نهایی در هر صورت با باتری لیتیوم یونی به سطح ماه خواهد رفت. حتماً می دانید که اکثر خودروهای برقی موجود در خیابان ها نیز از این نوع باتری بهره می برند. پیش بینی می شود خودروی ماه نورد جدید ناسا امکان هدایت و کنترل از راه دور را خواهد داشت.