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아폴로 월면차

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목차

1. 개요

아폴로 월면차(Lunar Roving Vehicle, LRV)는 아폴로 계획 당시 개발된 달 탐사용 이동 수단이다. 1950년대부터 달 탐사 차량에 대한 개념이 제시되었으며, NASA는 1969년 보잉을 주 계약자로 선정하여 월면차 개발을 시작했다. 아폴로 15, 16, 17호 임무에서 사용된 월면차는 우주 비행사들의 활동 범위를 넓혔으며, 최고 시속 16km로 주행 가능하고 437kg의 사람과 짐을 실을 수 있다. 총 4대가 제작되었으며, 이 중 3대는 달에 남아있고, 나머지 1대와 여러 모형들은 미국의 박물관 등에 전시되어 있다.

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아폴로 월면차 - [자동차]에 관한 문서
개요
1971년 [[아폴로 15호]]의 달 탐사 로버
1971년 아폴로 15호의 달 탐사 로버
다른 이름달 탐사차 (Lunar rover)
달 버기 (Moon buggy)
기술 정보
제조사보잉
제너럴 모터스
설계자페렌츠 파블릭스
모터4개의 직렬 권선 직류 전동기
변속기4개의 80:1 하모닉 드라이브
배터리2개의 산화은 전지, 121 A·h
무게지구:
기타
후속 모델달 지형 차량

2. 역사

아폴로 11호와 12, 아폴로 14호 등 초기 달 탐사에서는 비행사들이 무거운 장비와 짐 때문에 활동에 제약을 받았다. 아폴로 14호에서는 알루미늄제 달 수레를 이용했지만, 큰 분화구에는 오르지 못하는 등 한계가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해 달 표면을 자유롭게 이동할 수 있는 월면차의 필요성이 대두되었다.[1]

달 탐사차의 개념은 아폴로 계획 이전부터 존재했다. 1950년대 베르너 폰 브라운 등은 ''콜리어스 위클리'' 잡지에 달 탐사를 위한 차량의 필요성을 제시했다. 1956년 미에치슬라프 G. 베커는 달 탐사차 개발을 위한 이론적 기반을 제공하는 책을 출판했다.[1] 1959년에는 게오르크 폰 티젠하우젠이 무공기 타이어를 장착한 사륜구동 차량으로서의 달 탐사차를 구상했다.[2][3][4]

1960년대 초, 미국 항공우주국(NASA) 마셜 우주 비행 센터를 중심으로 달 탐사차 개발 연구가 본격적으로 시작되었다. (자세한 내용은 초기 달 이동성 연구 섹션 참조) 1969년, 보잉사가 달 탐사차 개발 주 계약자로 선정되었으며, 제너럴 모터스 등 여러 기업들이 하청업체로 참여했다. (자세한 내용은 아폴로 계획의 달 탐사차 섹션 참조)

1971년 아폴로 15호 임무에 사용된 LRV


1971년 7월 31일, 아폴로 15호 임무에서 달 탐사차가 처음으로 사용되었다.

2. 1. 초기 달 이동성 연구

1960년대 초, 마셜 우주 비행 센터는 달 물류 시스템(LLS), 이동성 실험실(MOLAB), 달 과학 조사 모듈(LSSM) 등 다양한 달 이동성 연구를 수행했다.[6] 초기 연구는 2대의 새턴 V 로켓을 사용하는 이중 발사 임무를 가정하여 크고 무거운 이동 차량을 개발하는 데 초점을 맞추었다.[6] 그루먼, 노스롭, 벤딕스, 보잉 등 여러 기업들이 달 탐사차 개발에 참여했으며,[7] 헝가리 출신 페렌츠 파블릭스의 와이어 메쉬 바퀴 설계가 주목받았다.[7]

1963년 초, NASA는 아폴로 물류 지원 시스템(ALSS) 연구를 위해 마셜을 선정했다. 이전의 모든 노력을 검토한 결과, 이 연구는 10권의 보고서로 이어졌다. 여기에는 2명의 남자가 2주 동안 소모품과 장비를 가지고 이동할 수 있도록 2940kg에서 3840kg 중량 범위의 가압 차량에 대한 필요성이 포함되었다. 1964년 6월, 마셜은 벤딕스와 보잉에 계약을 체결했으며, GM의 연구소는 차량 기술 하청업체로 지정되었다.[8]

아폴로 계획의 예산 삭감으로 인해 임무당 한 번의 발사만 허용되면서, 달 탐사차는 우주비행사와 함께 달 착륙선에 탑재되어야 했다. 1964년 11월, 두 개의 로켓 모델은 무기한 보류되었지만 벤딕스와 보잉은 소형 로버에 대한 연구 계약을 받았다.[12]

2. 2. 아폴로 계획의 달 탐사차

1969년 5월, NASA는 유인 달 탐사차 프로그램을 승인했고, 마셜 우주 비행 센터가 개발을 주도했다. 에버하드 리스가 탐사차 설계 및 제작을 감독했고, 세베리오 모레아가 프로젝트 매니저로 활동했다.[4] 1969년 10월 28일, 제안 요청서를 통해 보잉사가 주 계약자로 선정되었으며, 제너럴 모터스는 이동 시스템(바퀴, 모터, 서스펜션)을, 보잉은 전자 및 내비게이션 시스템을 개발했다.[17]

아폴로 15 - 사령관 데이비드 스콧이 달 착륙선 ''팰컨'' 근처에서 로버를 운전하고 있다


보잉과의 첫 계약은 1900만달러였으나, 비용 초과로 인해 최종 비용은 3800만달러에 달했다.[18] 달 탐사차는 17개월 만에 개발되었으며, 아폴로 15, 아폴로 16, 아폴로 17호 임무에서 성공적으로 사용되었다. 이전에는 아폴로 11호를 비롯한 12, 14호는 비행사들이 무거운 짐과 장비로 활동에 제한이 있었고, 아폴로 14호때는 알루미늄제 달 수레를 이용했으나 큰 분화구에는 오르지 못했다.

LRV의 설계 최고 속도는 약 8mph였지만, 유진 서넌은 11.2mph의 (비공식) 달 표면 최고 속도 기록을 세웠다.[22] 아폴로 17호의 과학자-우주비행사 해리슨 슈미트는 달 탐사차가 신뢰할 수 있고 안전하며 유연한 달 탐사 차량임이 입증되었다고 평가했다.[21]

LRV는 몇 가지 사소한 문제를 겪었다. 아폴로 16호에서는 존 영이 찰스 듀크를 돕기 위해 이동하다가 부딪히면서 펜더가 분실되어, 바퀴에서 튀어 나온 먼지가 승무원, 콘솔 및 통신 장비를 덮어, 배터리 온도와 전력 소비를 높였다. 아폴로 17호에서는 유진 서넌이 망치 손잡이로 부딪혀서 파손되었으나, EVA 지도, 덕트 테이프, 달 착륙선 내부의 클램프로 임시 펜더를 만들어 수리했다.[23][24]

LRV 전면에 장착된 컬러 TV 카메라는 미션 통제소에서 원격으로 조작하여 이전 임무보다 훨씬 더 나은 텔레비전 EVA 보도를 할 수 있었다.

3. 특징 및 사양

월면차는 달 표면에서의 주행 성능을 높이기 위해 설계된 2인승 4륜차이다. 무게는 200kg이며, 4개의 바퀴에는 각각 0.25마력의 엔진이 장착되어 있다. 최고 시속 16km까지 낼 수 있으며, 25° 경사까지 오를 수 있고, 30cm 높이의 장애물을 넘을 수 있다. 주행 가능 거리는 120km이다. 아폴로 15호에서 데이비드 스콧과 제임스 어윈, 아폴로 16호에서는 존 영과 찰스 듀크, 아폴로 17호에서는 유진 서넌과 해리슨 슈미트가 월면차를 사용했다.[57][62][63]

바퀴는 스펀 알루미늄 허브와 아연 도금 강철 가닥으로 만들어진 타이어, 티타늄 셰브론으로 구성되어 접지력을 높였다. 각 바퀴에는 0.25마력의 브러시리스 직류 전동기가 장착되어 있으며, 전원은 산화은 전지를 사용했다. 항법은 방위 지시계, 적산 거리계, 태양 그림자 장치를 이용하여 이루어졌다.[1]

3. 1. 질량 및 탑재량

월면차는 210kg의 질량을 가지며, 490kg을 운반할 수 있는 탑재량을 갖추고 있었다.[18] 달 표면(약 1/6 g)에서 차량의 무게는 공차 상태에서 35kgf (공차 중량)이며, 완전 적재 시에는 73kgf (차량 총 중량)이었다. 차량 프레임은 2219 알루미늄 합금 튜브 용접 조립품으로 만들어졌으며, 3부분으로 된 섀시로 구성되어 중앙에서 경첩으로 연결되어 접을 수 있었다. 두 개의 좌석은 나란히 놓여 있으며 튜브형 알루미늄과 나일론 웨빙, 알루미늄 바닥 패널로 만들어졌다. 팔걸이는 좌석 사이에 장착되었으며, 각 좌석에는 조절 가능한 발 받침대와 벨크로 안전 벨트가 있었다.[63]

3. 2. 바퀴 및 전원

바퀴는 캘리포니아주, 산타바바라에 위치한 제너럴 모터스(General Motors) 국방 연구소에서 설계 및 제작되었다.[27] 페렌츠 파블릭스(Ferenc Pavlics)는 "탄력적인 바퀴"를 개발한 공로로 NASA로부터 특별한 인정을 받았다.[28] 바퀴는 스펀 알루미늄 허브와 , 크기의 아연 도금된 강철 가닥으로 만들어진 타이어로 구성되어 있으며, 림에 부착되어 있었다. 티타늄 셰브론은 접촉 면적의 50%를 덮어 접지력을 제공했다. 타이어 안에는 허브를 보호하기 위해 크기의 티타늄 범프 스톱 프레임이 있었다. 먼지 가드는 바퀴 위에 장착되었다. 각 바퀴에는 80:1 하모닉 드라이브를 통해 바퀴에 부착된, 10,000 rpm에서 의 출력을 낼 수 있는 브러시리스 직류 전동기인 델코(Delco)가 만든 자체 전기 구동 장치와 기계식 브레이크 장치가 있었다. 구동 장치 고장 시 우주 비행사는 핀을 제거하여 바퀴에서 구동 장치를 분리하여 바퀴가 자유롭게 회전하도록 할 수 있었다.

전원은 이글 피처(Eagle-Picher)[29]가 개발한 두 개의 36볼트 산화은-아연 수산화 칼륨 1차 전지로, 각각 121 A·h (총 242 A·h)의 충전 용량을 가지고 있어 의 주행 거리를 제공했다.[30] 이 전지는 구동 및 조향 모터에 전원을 공급하는 데 사용되었으며, LRV 전면에 장착된 36볼트 유틸리티 콘센트는 통신 중계 장치 또는 TV 카메라에 전원을 공급하는 데 사용되었다. LRV 배터리 및 전자 장치는 상변화 왁스 열 커패시터 패키지와 반사형 상향 방사 표면을 사용하여 수동적으로 냉각되었다. 주행 중에는 방열기를 마일라 담요로 덮어 먼지 축적을 최소화했다. 정지 시 우주 비행사는 담요를 열고 손 브러시로 냉각 표면에서 과도한 먼지를 수동으로 제거했다.

3. 3. 제어 및 항법

두 좌석 사이에 위치한 T자형 핸드 컨트롤러는 4개의 구동 모터, 2개의 조향 모터 및 브레이크를 제어했다. 스틱을 앞으로 밀면 월면차가 앞으로 움직이고, 좌우로 움직이면 차량이 좌우로 회전하며, 뒤로 당기면 브레이크가 작동했다. 핸들의 스위치를 작동시킨 후 뒤로 당기면 월면차가 후진 모드로 전환되었다. 핸들을 끝까지 당기면 주차 브레이크가 작동했다.[1] 제어 및 디스플레이 모듈은 핸들 앞에 위치해 있으며 속도, 방위, 피치, 전력 및 온도 수준에 대한 정보를 제공했다.[1]

항법은 방위 지시계와 적산 거리계를 사용하여 방향과 거리를 지속적으로 기록하고 이 데이터를 컴퓨터에 공급하여 달 착륙선으로의 전체 방향과 거리를 추적하는 방식으로 이루어졌다.[1] 또한, 태양이 하늘에서 매우 느리게 움직인다는 사실을 이용하여 태양의 방향을 기준으로 수동 방위를 제공할 수 있는 태양 그림자 장치도 있었다.[1]

4. 운용

아폴로 계획의 J 미션인 아폴로 15호, 아폴로 16호, 아폴로 17호의 달 표면 작전 동안 월면차(LRV)가 사용되었다. 각 미션에서 월면차는 총 3번의 우주 유영(EVA) 동안 9번의 달 횡단에 사용되었다. 사령관(CDR)이 운전했고, 달 착륙선 조종사(LMP)는 항해를 도왔다.[31][32]

미션총 주행 거리총 주행 시간최장 단일 횡단 거리LM에서 최대 거리
아폴로 15호 (LRV-1)27.76km3시간 02분12.47km5km
아폴로 16호 (LRV-2)26.55km3시간 26분11.59km4.5km
아폴로 17호 (LRV-3)35.89km4시간 26분20.12km7.6km



월면차 운용에는 제약이 있었는데, 우주 비행사들이 우주 유영 중 월면차가 고장날 경우 달 착륙선까지 걸어 돌아갈 수 있어야 했기 때문이다. 이를 "Walkback Limit"라고 불렀다. 횡단 거리는 시작 시점과 우주 유영 중 언제든지 걸어갈 수 있는 거리로 제한되었다. 우주 비행사들은 달 착륙선에서 가장 먼 지점으로 이동한 다음 다시 달 착륙선으로 돌아왔고, 생명 유지 소모품이 소진됨에 따라 남은 왕복 거리가 줄어들었다. 아폴로 17호에서는 이전 임무에서 월면차와 우주복의 신뢰성이 입증되어 이 제약이 완화되었다. Burkhalter와 Sharp의 논문은 월면차 사용에 대한 세부 정보를 제공한다.[33]

4. 1. 배치

아폴로 15호 달 탐사차 배치 타임랩스


우주 비행사들은 달 착륙선(LM)의 1번 구역에 있는 도르래 및 제동 릴 시스템을 사용하여 밧줄과 천 테이프로 달 탐사차를 배치했다. 탐사차는 섀시 밑면이 바깥쪽을 향하게 접힌 상태로 보관되었다. 한 명의 우주 비행사가 LM 탈출 사다리를 타고 올라가 탐사차를 풀면, 지상에 있던 다른 우주 비행사가 릴과 테이프를 사용하여 탐사차를 천천히 밖으로 기울였다. 탐사차가 구역에서 내려오면서 뒷바퀴가 펼쳐져 제자리에 고정되는 등 배치의 대부분은 자동으로 이루어졌다.[34] 바퀴가 땅에 닿으면 탐사차 앞부분을 펼치고 바퀴를 배치한 다음 도르래를 사용하여 전체 프레임을 표면으로 내릴 수 있었다.[34]

탐사차 부품들은 펼쳐지면서 제자리에 고정되었다. 케이블, 핀, 삼각대를 제거한 후 좌석과 발판을 올렸다. 모든 전자 장치를 켠 후, 차량은 LM에서 후진할 준비가 되었다.[18]

5. 현재 위치

달 탐사차는 총 4대가 제작되었으며, 그 중 3대는 아폴로 임무 후 달에 남겨졌다.[18] 아폴로 15호 달 탐사차는 해들리-애페닌에,[18] 아폴로 16호 달 탐사차는 데카르트에,[18] 아폴로 17호 달 탐사차는 토러스-리트로우에 위치한다.[18] 2020년 워싱턴주는 비행에 사용된 로버들을 역사적 랜드마크로 지정했다.[36][37]

나머지 1대와 시험 및 훈련용으로 제작된 여러 대의 모형은 미국의 여러 박물관에 전시되어 있다.[18]

위치전시된 달 탐사차
플로리다주 케이프 커내버럴 케네디 우주 센터 방문자 단지달 탐사차 4호 (LRV-4)[18]
워싱턴주 시애틀 플라이트 박물관서브시스템 설계 및 통합을 위한 엔지니어링 모형[18][38]
워싱턴 D.C. 국립 항공 우주 박물관모든 LRV 서브시스템의 통합을 연구하기 위해 설계된 자격 테스트 유닛[18][39]
앨라배마주 헌츠빌 미국 우주 및 로켓 센터 데이비슨 새턴 V 센터발사 스트레스의 내구성과 취급을 연구하기 위한 진동 테스트 유닛[18][40][41]
텍사스주 휴스턴 존슨 우주 센터1-중력 훈련차[42]



로버의 복제품은 존슨 우주 센터, 케네디 우주 센터 방문자 단지, 국립 해군 항공 박물관, 에버그린 항공우주 박물관, 캔자스 코스모스피어 우주 센터, 오메가 박물관에 전시되어 있다.[43] 스미소니언 협회에서 대여한 복제본은 월트 디즈니 월드 리조트 Epcot의 미션: 스페이스 어트랙션에 전시되어 있다.[43][44]

참조

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