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NASAアポロ計画 月面車(LRV)

宇宙飛行士たった２人で探検するには、月はあまりにも大きな新大陸です。 少しでも行動の幅を広くするため、フォン・ブラウン博士はアポロ計画の初期段階から 月に自動車を運ぶことを構想していました。
Apollo Lunar Roving Vehicle (Scale model photo)
  • 全長:122inches (310cm)
  • 全幅:6ft (183cm)
  • ホイルベース:90inches (230cm)
  • 重量:地球上:462pounds(209kg) 月面上:77pounds(35kg)
  • 最低地上高:14inches (35.5cm)
  • 最小回転半径:10ft (305cm)
  • 最高速度:8.7mph (14km/h)
  • 動力:36V 銀亜鉛バッテリx2台、DCモータx4台
  • 走行距離:約57miles (92km)
  • 製造：BOEING Company Space Center Seattle, Washington. General Mortors Delco Electronics Division's Santa Barbara Operation California. (ナビゲーションシステム:BOEING Company Aerospace Group Electronics Organization)

開発


月面車(Lunar Roving Vehicle:LRV)は、NASAマーシャルスペースフライトセンターの依頼で、 ボーイングとその子会社であるGeneral MortorsのDelco Electronics Divisionにより開発された。 なお、アポロ１１号が月着陸に成功した1969年頃には、１人乗りの月面バイクも研究されていた。 また、アポロ１５号で月に運ばれたLRV-1の前に、下記のような８台のテスト車が生産された。
  • フルスケールモックアップ：デザインの検証用
  • LM-LRV：LMに搭載時、その構造に対する影響を調査する。
  • 1/6重量ユニット：LMから取り降ろすためのメカニズム開発用(2台)
  • モビリティテストユニット：ドライブシステムの開発用
  • 地上走行用ユニット：地球において飛行士が操縦訓練を行うためのユニット。製造：Delco Electronics.
  • 強度試験用ユニット：構造上の弱点などを調査する。
  • 性能試験用ユニット：真空、高温・低温、振動など、月面の環境に耐えられることをテストする。
AS17-146-22367 The Lunar Rover parked at Station 8 JSC scan
そしてLRV-1(APOLLO15)からLRV-3(APOLLO17)までの３台が実際に月に持ち込まれ、使用された。 LRV-2では、シートベルトのデザインが改良され、またLRV-3ではフェンダーのデザインが改良された。
LRV-1は、月面車の開発がボーイングに決定してからわずか17ヶ月後の1971年3月14日にNASAに出荷された。 これはアポロの各ユニット(CSMから宇宙服まで)がどれも開発開始から出荷まで軒並み50-60ヶ月かかっていることを考えると、驚異的な速さであったといわれている。

AS17-147-22526 December 11, 1972 Gene Cernan test-driving Lunar Rover JSC scan

性能


月面車は、２名の宇宙飛行士とその生命維持装置、それに約３４０ポンドの科学実験機材、 月面から採取したサンプルなど、地球上で総計１１４０ポンド(約５１７kg)の貨物を輸送する能力がある。 これは自重の約２倍に当たり、一般的な乗用車が自重の半分の貨物しか搭載できないのとは対照的である。 また利用可能時間は月面の日中において約７８時間である。
地上走行能力は、停止状態から１フィートの高さの障害物を乗り越え、また２８インチの溝を乗り越えることが出来る。 さらに貨物を搭載した状態でも２５度の傾斜を登ることが出来、パーキングブレーキは３５度の傾斜でも駐車させることが出来る。 最大荷重時にピッチ、ロールとも最大４５度まで傾斜しても走行可能である。
アポロ１５号では最高で時速14キロ、１６号では時速17キロの速度を記録した。

Boeing-LRV-2A297777 Rover 1 at Boeing plant, Kent, Washington, just prior to shipment to KSC J.L. Pickering

構造


シャーシのフロアパネルはアルミの波板で造られている。 シャーシの地上高は、ダンパーによって、空車時17inch、フル積載時14inchに保たれる。 このシャーシの上に、横並びに２つのシートが設けられている。 この座席はアルミチューブのフレームにナイロンを張って造られており、飛行中は折り畳み椅子のように畳まれている。 フットレストもシャーシの中央にベルクロストラップで固定されており、使用時はこれを展開する。
Apollo Lunar Roving Vehicle configuration (Scale model photo)
シャーシの中央部にはコンソールがある。 コンソールには運転操作するためのハンドコントローラ、 LMの方向とLMからの距離、そして総走行距離を示すナビゲーションシステムが搭載されている。 またハンドコントローラの手前に、ファイバーグラスで作られたアームレストが取り付けられている。
月面車のホイールは金属ワイヤーを編んで造られており、トレッド面には山形の板が並べられている。 各ホイールには、それぞれ独立したモーター、ブレーキ、減速機(harmonic drive reduction unit)からなる動力ユニットが接続されている。 また、各ホイールにはグラスファイバー製のフェンダーが取り付けられている。 このフェンダーの一部は着脱式となっていて、月面で展開後に飛行士が取り付ける。
各モーターは36V直流ブラシ型で、それぞれ1/4馬力の出力を持っている。 各モーターには温度センサーが組み込まれていて、制限温度を超えたときは自動的にモーターが停止する。 減速機はモーターの回転を80:1に減速出来、飛行士はギヤシフトを行う必要がない。 ブレーキは機械式で、ハンドコントローラーからケーブルで制御される。
ステアリングシステムは前輪と後輪に独立して組み込まれている。 通常は前輪、後輪両方のステアリングシステムを使う(4WS)が、どちらか一方が故障したら、もう一方だけで走行を続けることが出来る。 なお、車輪は外側に22度、内側に50度傾けることが出来る。
Apollo Lunar Roving Vehicle front view (Scale model photo)
前方シャーシには23セルからなる36ボルト115AHの銀亜鉛バッテリを２台搭載している。 それぞれのバッテリの重量は59ポンドある。また再充電は不可能である。
前方シャーシにはこのほかに、ジャイロ(DGU:DIRECTIONAL GYRO UNIT)と シグナルプロセッシングユニット(SPU:SIGNAL PROCESSING UNIT)が搭載されている。 DGUはLRVの方向と月の北の方向を知るためのガイドとして使用される。 またSPUは、デジタルおよびアナログコンピュータの機能を持っている。 各機器は、幾重にも重ねたアルミ箔・マイラーとナイロンネット断熱カバーで覆われ、外側には白いベータクロスがかぶせられている。 SPUとDGUから発生した熱は、アルミの導熱ストラップを介して、可溶性のヒートシンクとバッテリに蓄えられる。 そして月探査の終了後、飛行士がバッテリ上部のファイバーグラスのダストカバーを開けると、可溶性のシリカ放熱器が現れ、放熱が始まる。 バッテリが最低運用温度の華氏約45度まで下がると、カバーは自動的に閉じる。

運転の仕方


Apollo Lunar Roving Vehicle console (Scale model photo)
操縦は、コンソールに取り付けられているT字型のレバー：ハンドコントローラーで行う。 操縦は片手で行うことが出来、前にも後ろにも自由に速度を変更することが出来る。 ハンドコントローラーを右または左に倒すとステアリングが操作でき、前方に倒すとモーターが加速される。
LRV-panel-noID closeup of Lunar Rover control panel MSFC
後方に倒すとモーターが停止され、ブレーキがかかる。 逆転スイッチ(reverse inhibit switch)を引きながらハンドコントローラーを後方に倒すとバックする。 ハンドコントローラーを３インチ以上後方に倒すとパーキングブレーキがかかる。 駐車中、ハンドコントローラーを左に倒すとパーキングブレーキが解除される。

コンソール(Control and display console)


コンソールは、上部のナビゲーション部と、下部の制御スイッチ、モニター表示部に分かれている。 下記のような機器が搭載されている。

Apollo Lunar Roving Vehicle console and rear view (Scale model photo)
統合位置表示器 INTEGRATED POSITION INDICATOR(IPI) / 方向インジケータ HEADING INDICATOR
月の北に対して、LRVの向いている方向を示す。
LMインジケータ BEARING INDICATOR
LMの方向を示す。
走行距離インジケータ DISTANCE INDICATOR
走行距離が0.1キロ単位で加算表示される。 これは、車輪のスリップを考慮し、４つの車輪の中で３番目に速いオドメーターの情報が使用される。
LM距離インジケータ RANGE INDICATOR
LMからの距離を表示する。
姿勢インジケータ ATTITUDE INDICATOR
LRVのピッチとロール角を表示する。ピッチ角を+-25度の範囲で表示する。 また、計器自体を前方に回転させると、ロール表示が現れる。 これらの計器は飛行士自身によって読み上げられ、ヒューストンに報告される。
太陽方角測定器 SUN SHADOW DEVICE
太陽に対して、LRVの向いている方向を示す。 この情報は定期的にジャイロの誤差をチェックするために使用される。 この装置を規定の位置に立ち上げると、日時計のように目盛りに影が落ちる。 この目盛りを飛行士が読みとってヒューストンに報告する。
速度計 SPEED INDICATOR
LRVの速度を時速0～20kmの範囲で表示する。 これは右後車輪のオドメータ情報を利用して表示する。
ジャイロ調整スイッチ GYRO TORQUING SWITCH
ナビゲーションジャイロの調整を行う。 スイッチを右に倒すと方向目盛りが反時計回りに回転する。 スイッチを左に倒すと方向目盛りが時計回りに回転する。 月面探査の開始時、および探査中定期的に、太陽方角測定器(SUN SHADOW DEVICE)や 姿勢インジケータ(ATTITUDE INDICATOR)の値と比較して調整される。
ナビ電源サーキットブレーカー NAV POWER CIRCUIT BREAKER
メインバスとナビゲーションサブシステムの間の接続をON/OFFする。
システムリセットスイッチ SYSTEM RESET SWITCH
BEARING/DISTANCE/RANGEの各インジケータのデジタル表示をゼロにリセットする。 月面探査の開始時に、このスイッチを押して各表示をリセットする。
電源セクション POWER SECTION
バッテリとメイン電源バス、外部電源コネクタとの間のサーキットブレーカー、 およびパルス幅変調器への+-15V直流電源である。 モーターなどの各負荷は4つのメインバスを介して、２つのバッテリのいずれにも接続することが出来る。
ステアリングセクション STEERING SECTION
２つのステアリングモーターのサーキットブレーカーとスイッチ。
ドライブパワーセクション DRIVE POWER SECTION
各車輪の、４つのドライブモーターのサーキットブレーカーとスイッチ。
ドライブイネーブルセクション DRIVE ENABLE SECTION
各車輪の、４つのドライブモーターを、２つのパルス幅変調器(PWM1/PWM2)の どちらに接続するかを指定するスイッチ。
電源・温度モニター POWER/TEMPERATURE MONITOR
電源の状態と、モーター、バッテリの温度を監視する。 バッテリの電流と電圧は同じメーターに表示される。 この電流と電圧の表示は"volts-amps"スイッチで切り替える。 またモーターの温度計は"FORWAED-REAR"スイッチで、前輪、後輪の表示を切り替える。
警告灯 CAUTION AND WARNING SYSTEM
どれか一つのバッテリまたはモーターのオーバーヒートが発生すると コンソールの上にマグネットで折り畳まれている「アラーム」パネルがスプリングで立ち上がる。 そしてサーキットブレーカーが切断される。

展開システム DEPLOYMENT SYSTEM


KSC-71PC-415 May 3, 1971 Apollo 15's LRV is shown enclosed in a LM bay during a compatibility fit check
LRVは、折り畳まれた状態で、前部を下にして、LMの降下段のクワッド１(操縦席から見て梯子の左)に３点で固定されている。 宇宙飛行士が、LMストレージ・ベイの両端に取り付けた２本のナイロンテープをゆっくり引くと、LRVが展開される。 まず最初に、飛行士はLMの梯子でDリングを引く。するとLRVを固定する３本のピンがはずれ、展開可能となる。 スプリングによりプッシュオフロッドがLMストレージ・ベイの上部から、LRVを約４度押し出す。 つづいて飛行士は右側のテープを引き続ける。
KSC-71P-543 November 12, 1971 John Young and Charles Duke inspect the Lunar Rover NASA
するとLRVはシャーシの中央部分に取り付けられた２つの三脚により、シャーシ下部を中心にして外側に回転を始める。 ４０～５０度回転したところで、前方、後方シャーシを固定しているピンがはずれ自由となる。 ５０度ほど回転すると、後方シャーシがバネの力で所定の位置に固定される。また後部車輪が展開し、固定される。 その間、前方シャーシは、中央シャーシに対して４５度の角度で折り畳まれたままである。 中央および後方シャーシが７３度まで回転すると、前方シャーシが展開を始める。 そして後輪が月面に着くと、こんどは飛行士は左のテープを引き始める。 すると前輪も月面に着き、展開が完了する。 最後にいくつかのピンを抜き、不要となった展開用パーツを取り外す。
KSC-71PC-345 May 3, 1971 Dave Scott, a technician and Jim Irwin examine the LRV during its attachment to the Lunar Module research: J.L. Pickering
この展開作業は、LM底面が月面から14-62インチの間であれば、最大14.5度の角度まで、 あらゆる方向に傾いていても実施可能となっている。 またこの作業は通常5分程度、最悪でも15分程度で完了する。

展開後の作業


Apollo Lunar Roving Vehicle (Scale model photo)
展開後は飛行士の一人が乗車し電源を投入する。 そしてまずはバックで発進させ、機材積み込みのために移動させる。 この間、もう一人の飛行士はLRVの動作を見守りチェックする。 そして、月面通信ユニット(LCRU:Lunar Communications Relay Unit)、 テレビ通信用高利得アンテナ、テレビカメラをシャーシ前方に搭載する。 LCRUは本体内蔵バッテリとLRVのバッテリの両方で動作チェックを行う。 また音声通信用低利得アンテナと機材を車体中央のコンソール両脇に搭載する。 そして最後にツールと実験機材などを、シート後ろのパレットに搭載する。
走行中には高利得アンテナは固定されている。このためテレビ通信はLRV停車中のみ可能である。 一方音声通信は低利得アンテナを使用するため、走行中でも可能である。
各EVA(船外活動)の終わりには、LRVはLMから見える位置に置き、放熱器を展開して、電源を止めた上で駐車する。

月面車の模型


このページに掲載されている月面車の模型の写真は、 米国EVAモデルの1/32スケール、レジン製組み立てキットを撮影したものです。 総部品点数は１２０個にもなる本格派の精密模型です。 アポロ・マニアックスでは、米国EVAモデルと提携して、 日本語版解説書と月面車写真集CD-ROMをつけて販売していました。 しかし残念なことに、オーナーの死去に伴いショップも閉鎖されました。現在は入手不能の幻のキットです。

Drawings


Apollo Lunar Roving Vehicle Remote Control Apollo Lunar Roving Vehicle and lunar surface equipments Apollo Lunar Roving Vehicle Display The Apollo Lunar Rover Apollo LRV without stowed payload Apollo LRV payload composite view Apollo LRV components and dimensions Apollo LRV crew station components Apollo LRV handcontroller Apollo LRV deplyment sequence Apollo 15 Apollo LRV deplyment sequence Apollo 16-17 Apollo LRV GCTA system

関連ドキュメントダウンロード


A Brief History of the Lunar Roving Vehicle(PDF)(NASA)
Lunar Roving Vehicle APOLLO XVII by BOEING(PDF)(NASA)
Applying Thermal Control Experiences On Apollo Lunar Rover(PDF)(NASA)

関連書籍・ビデオ

  • Lunar Rover Manual: 1971-1972 (Apollo 15-17; LRV1-3 & 1G Trainer)

    Haynes Publishing UK 2012/12/1 3,668円

    Continuing the popular Haynes Owners' Workshop Manual space series, which currently comprises Apollo 11 Manual and NASA Space Shuttle Manual, this unique book provides an insight into the only car ever built to be driven on the surface of another world. With a Foreword by the first Apollo astronaut to drive it on the Moon, Dave Scott, and published to coincide with the 40th anniversary of mankind’s final drive on the Moon in December 2012.

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  • Apollo Lunar Roving Vehicle Operations Handbook

    Periscope Film LLC 2012/1/1 3,339円

    Developed in only 17 months at a cost of 38 million dollars, the Lunar Roving Vehicle (LRV) greatly expanded the survey range of the astronauts on Apollo 15, 16 and 17. Designed to operate in the low-gravity vacuum of the Moon, the LRV boasted an ingenious design that allowed it to be folded up and stored inside the Lunar Module. It would then be deployed using a system of pulleys and brake reels. The LRV's frame was made of aluminum alloy 2219 tubing assemblies, giving the vehicle a fairly small mass of 210kg but allowing it to carry up to 490kg on the lunar surface.

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  • Lunar and Planetary Rovers: The Wheels of Apollo and the Quest for Mars

    Springer-Verlag 2006/8/1 USD39.95

    The Wheels of Apollo and the Quest for Mars fills a need for a complete history of the Lunar Roving Vehicle used on Apollo 15, 16 and 17, drawing on many photographs never before published. It will also tell the story of the successful robotic rovers used on Mars, and will conclude with a description of the new designs of rovers planned for The New Vision for Exploration now underway at NASA. In the Introduction, Anthony Young discusses the influence of art and images in both books and magazines that sparked interest in manned space travel. The Cold War launched the Space Race between the United States and the Soviet Union and the Mercury, Gemini and Apollo missions are provided in overview as a prelude to following chapters.

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