První úspěšná dálkově řízená planetární vozidla v historii kosmonautiky. Sovětský Lunochod 1 a 2 urazily desítky kilometrů po lunárním povrchu a nesly francouzské laserové odražeče.
Zatímco americký program Apollo vyvrcholil vysazením lidských posádek na Měsíci, Sovětský svaz vsadil na vývoj plně robotických automatů. Dne 17. listopadu 1970 dosedla v Moři dešťů (Mare Imbrium) sovětská sonda Luna 17. Z její přistávací rampy sjel po dvou rampových ližinách na měsíční regolit podivuhodný stroj připomínající hrnec na kolečkách – Lunochod 1.
Stal se prvním dálkově řízeným kolem poháněným vozidlem, které kdy pracovalo na jiném kosmickém tělese. Místo plánovaných tří měsíců fungoval téměř rok (321 dní), urazil přes 10 kilometrů a na Zemi odeslal přes 20 000 snímků a 206 panoramatických záběrů.
Konstrukci podvozku vedl geniální arménsko-sovětský inženýr Alexandr Kemurdžian z petrohradského ústavu VNII Transmaš (který dříve vyvíjel podvozky tanků):
Osm poháněných kol (8×8): Každé kolo mělo vlastní elektromotor a planetovou převodovku uloženou v hermetické nábojce.
Měsíční kola: Běžná pryžová pneumatika by v kosmickém vakuu a mrazu okamžitě zkřehla a popraskala. Kemurdžian proto navrhl kola z drátěného pletiva s titanovými lamelami, která poskytovala vynikající trakci v jemném měsíčním prachu.
Hermetická vana: Všechna citlivá elektronika byla uložena v trupu z hořčíkové slitiny naplněném dusíkem pod tlakem 1 atmosféry. Tím odpadly problémy s chlazením a mazáním součástek ve vakuu.
Lunární noc: Během dvoutýdenní měsíční noci, kdy teplota klesá na −150∘C, se solární víko sklopilo a vnitřek ohříval radioizotopový zdroj s rozpadajícím se poloniem-210.
3. Řízení z krymského střediska: Nervy na dálkové ovládání#
Řídit Lunochod na Měsíci byla nesmírně psychicky i fyzicky náročná práce. V krymském středisku u Simferopolu seděla speciálně vycvičená pětičlenná posádka (velitel, řidič, navigátor, radista a operátor antény):
Rádiový signál letěl na Měsíc 1,3 sekundy a stejnou dobu trvala cesta televizního obrazu zpět na Zemi.
Obraz se navíc neobnovoval plynule jako video, ale jako série statických černobílých snímků každých 3 až 20 sekund!
Řidič musel odhadnout terén, zadat povel a čekat několik sekund, zda vozidlo nesjelo do kráteru nebo nenarazilo na balvan.
V lednu 1973 přistál v kráteru Le Monnier na okraji Moře jasu zdokonalený Lunochod 2:
Měl vyšší rychlost, vylepšené televizní kamery ve výšce očí stojícího člověka a lepší přístrojové vybavení.
Za pouhé 4 měsíce urazil neuvěřitelných 39,1 kilometrů! Tento dálkový rekord v jízdě po jiném nebeském tělese překonal až po více než 40 letech americký rover Opportunity na Marsu v roce 2014.
Mise skončila nešťastnou náhodou: Při manévrování ve strmém kráteru se otevřené víko se solárními články dotklo stěny a nahrnulo na sebe měsíční prach. Když se víko na noc zavřelo, prach pokryl radiátor chlazení, vozidlo se po rozbřesku přehřálo a navždy utichlo.
5. Francouzský laserový odražeč a měření vzdálenosti Měsíce#
Na přední části obou Lunochodů byl namontován francouzský koutový laserový odražeč (corner-cube retroreflector) z křemenného skla, vyvinutý agenturou CNES. Pozemní observatoře (např. McDonald Observatory v Texasu nebo observatoř na Azurovém pobřeží ve Francii) vysílaly k Měsíci laserové pulzy, které se od zrcadel Lunochodu odrazily přesně zpět do dalekohledu. Z doby letu fotonů dokázali vědci změřit vzdálenost Země–Měsíc na centimetry přesně a zjistili, že Měsíc se od Země vzdaluje rychlostí 3,8 cm za rok.
Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.
Profi režim
1. Trakční mechanika podvozku 8x8 na měsíčním regolitu#
Vývoj podvozku pod vedením Alexandra Kemurdžiana ve VNII Transmaš vycházel z teramechaniky zemin aplikované na měsíční regolit s kohezí c≈0,1−1,0 kPa a úhlem vnitřního tření ϕ≈35∘−45∘:
Struktura kola: Průměr 510 mm, šířka 200 mm. Plášť tvoří trojrozměrná síť z nerezových drátů spojená s titanovými příčnými žebry (grousers) pro zvýšení smykového tření v prachové vrstvě.
Nezávislý pohon: Každé kolo disponovalo hermetickým elektromotorem na stejnosměrný proud (P≈40 W, účinnost ∼80%) s planetovou převodovkou a elektromechanickou brzdou.
Pojistný mechanismus: Pro případ zadření kteréhokoli kola byl každý náboj vybaven pyrotechnickým mechanismem, který dokázal zablokované kolo mechanicky odpojit od hřídele a převést do vlečeného režimu.
Měření skluzu (odometrie): Deváté nehnané měřicí kolečko vlečené za zádí vozítka přesně zaznamenávalo skutečnou uraženou vzdálenost a porovnáním s otáčkami hlavních kol kalkulovalo skluz podvozku v reálném čase.
2. Termoregulační systém s radioizotopovým zdrojem Po-210#
Lunární prostředí vykazuje teplotní gradient od +120∘C za poledne po −150∘C za noci (délka noci cca 354 hodin). Termální management hermetického kontejneru (V≈1 m3) využíval dvoufázový koncept:
Denní režim: Horní víko s křemíkovými fotovoltaickými články (plocha 1,65 m2, počáteční elektrický výkon cca 180 W) je otevřeno. Vnitřní plyn (dusík) cirkuluje pomocí ventilátoru a odvádí teplo přes chladicí radiátor na horní hraně trupu do otevřeného kosmu.
Noční režim: Víko se hermeticky uzavře a překryje radiátor. Plynový obvod se pomocí bimetalových ventilů přepojí na výměník tepla radioizotopového ohřívače RHU:
Tepelný výkon: Počáteční tepelný výkon cca 1000 Wth bez škodlivého gama záření, což eliminovalo potřebu těžkého olověného stínění.
Pokles výkonu za 10 měsíců na cca 20% původní hodnoty byl limitujícím faktorem životnosti Lunochodu 1.
3. Optika a geodetické využití laserových koutových odražečů (LLR)#
Na přídi vozidla byl instalován panel čtrnácti koutových hranolů (trihedral retroreflectors) vyrobených z vysoce homogenního křemenného skla Suprasil s dielektrickým pokovením od francouzské agentury CNES:
Vlastnost koutového odražeče: Paprsek dopadající pod libovolným úhlem v rozsahu ±30∘ je třemi vzájemně kolmými totálními odrazy vrácen přesně rovnoběžně s vektorem dopadu:
kout=−kin
Vlnová délka a detekce: Pozemní lasery vysílaly nanosekundové pulzy na vlnové délce λ=532 nm (neodymový Nd:YAG laser) nebo λ=694,3 nm (rubínový laser).
Vědecký přínos LLR (Lunar Laser Ranging):
Přesnost určení okamžité vzdálenosti Země–Měsíc na Δd≤2 cm.
Měření sekulárního zpomalování zemské rotace vlivem slapových sil a vzdalování Měsíce: a˙=38,2±0,7 mm/rok.
Testování slabého principu ekvivalence obecné teorie relativity (shoda gravitační a setrvačné hmotnosti Země a Měsíce s přesností η=4⋅10−14).
Literatura a vědecké reference
Basilevsky, A. T., et al. (2014).The traverse performance and science operations of Lunokhod 1 and Lunokhod 2. Icarus, 230, pp. 67–79[online]
Kemurdzhian, A. L., et al. (1976).Self-propelled chassis of Lunokhods. Space Research, 16, pp. 45–54[online]
Kozlov, V. I., et al. (1971).First scientific results from the Lunokhod-1 mobile laboratory. Soviet Physics Uspekhi, 14(3), pp. 363–365[online]
Murphy, T. W., et al. (2011).Laser ranging to the lost Lunokhod 1 reflector. Icarus, 211(2), pp. 1103–1108[online]