Das Lunar Roving Vehicle (LRV), umgangssprachlich auch als Mond-Buggy bezeichnet, war ein batteriebetriebenes vierrädriges Fahrzeug, das während der letzten drei Missionen des amerikanischen Apollo-Programms (Apollo 15, 16 und 17) in den Jahren 1971 und 1972 auf dem Mond eingesetzt wurde. Diese innovativen Fahrzeuge erweiterten die Mobilität der Astronauten auf der Mondoberfläche erheblich und ermöglichten umfangreichere wissenschaftliche Erkundungen.
Entwicklung und Konzeption des LRV
Die Entwicklung des LRV begann mit der Notwendigkeit, die Reichweite der Astronauten auf dem Mond zu erhöhen. Frühere Missionen, wie die erste Mondlandung von Apollo 11, bei der Neil Armstrong und Buzz Aldrin weniger als 24 Stunden auf der Oberfläche verbrachten und nur etwa 2 Stunden außerhalb der Mondlandefähre waren, zeigten die Grenzen der zu Fuß durchgeführten Erkundungen auf. NASA plante ein ehrgeizigeres Programm mit zehn bemannten Landungen, was eine effizientere Fortbewegung auf der Mondoberfläche erforderte.
Die grundlegenden Systeme für die Raumfahrt wurden in der Mercury-Serie entwickelt. Die Gemini-Serie, die die Titan II ICBM als Trägerrakete nutzte, testete alle für eine Mondmission notwendigen Systeme, einschließlich Orbitalmanöver, Rendezvous und Andocken sowie Navigation. Schließlich nutzte Apollo, das die immense Saturn V-Rakete als Trägerrakete einsetzte, all diese neuen Systeme, um Menschen auf den Mond zu bringen.
Bereits in den frühen 1960er Jahren wurden unter der Leitung von Wernher von Braun und seinem Team Studien zur Mobilität auf dem Mond durchgeführt. Ursprünglich wurde für jede Mondmission der Einsatz von zwei Saturn V-Trägerraketen angenommen: eine für die Landung und Rückkehr der Besatzung mit einer Mondlandefähre (LSM) und eine zweite für den Transport eines LSM-Trucks (LSM-T) mit Ausrüstung und einem Transportfahrzeug. Angesichts des Drucks des Kongresses, die Kosten für Apollo zu senken, wurde die Produktion der Saturn V reduziert, sodass nur noch ein Start pro Mission möglich war. Dies bedeutete, dass jedes mobile Fahrzeug auf derselben Mondlandefähre wie die Astronauten Platz finden musste.
Parallel zu den Studien von Bendix und Boeing begannen die General Motors Defense Research Laboratories in Santa Barbara, Kalifornien, unter der Leitung von Mieczysław Bekker, Studien zu einem kleinen, unbemannten Mondrover für das Surveyor-Programm durchzuführen. Im Januar 1963 wählte die NASA Marshall für Studien im Rahmen eines Apollo Logistics Support System (ALSS) aus. Nach Überprüfung aller früheren Bemühungen führte dies zu einem 10-bändigen Bericht, der die Notwendigkeit eines druckbeaufschlagten Fahrzeugs im Gewichtsbereich von 2.940 bis 3.840 kg (6.490-8.470 lb) enthielt, das zwei Männer mit ihren Verbrauchsgütern und Instrumenten für Traversen von bis zu zwei Wochen Dauer aufnehmen konnte.
Im November 1964 wurden die Pläne für zweistufige Raketen auf unbestimmte Zeit zurückgestellt, aber Bendix und Boeing erhielten Studienverträge für kleine Rover. Der Name der Mondlandefähre wurde in Lunar Module geändert, was darauf hindeutete, dass die Fähigkeit für mobile "Ausflüge" von einer Mondbasis aus noch nicht vorhanden war. Es konnte kein mobiles Labor geben - die Astronauten würden aus dem LM arbeiten.
Von Beginn an in Marshall war die Brown Engineering Company aus Huntsville, Alabama, an allen Bemühungen zur Mobilität auf dem Mond beteiligt. 1965 wurde Brown zum Hauptauftragnehmer für Marshalls P&VE Laboratory. Browns Team nutzte die früheren Kleinrover-Studien und integrierte nach Möglichkeit handelsübliche Komponenten. Die Auswahl der Räder war von großer Bedeutung, und damals war fast nichts über die Mondoberfläche bekannt. Das Marshall Space Sciences Laboratory (SSL) war für die Vorhersage der Oberflächeneigenschaften verantwortlich, und Brown war auch Hauptauftragnehmer für dieses Labor; Brown richtete ein Testgebiet ein, um eine Vielzahl von Rad-Oberflächen-Bedingungen zu untersuchen.
Anfang 1966 wurde Browns Fahrzeug für die Untersuchung von Humanfaktoren und andere Tests verfügbar. Marshall baute eine kleine Teststrecke mit Kratern und Gesteinsbrocken, auf der mehrere verschiedene Mock-ups verglichen wurden; es wurde offensichtlich, dass ein kleiner Rover für die geplanten Missionen am besten geeignet wäre. Das Testfahrzeug wurde auch im Fernsteuerungsmodus betrieben, um Merkmale zu bestimmen, die für den Fahrer gefährlich sein könnten, wie Beschleunigung, Sprunghöhe und Kippneigung bei höheren Geschwindigkeiten und über simulierte Hindernisse. Die Leistung des Testrovers unter einem Sechstel der Schwerkraft wurde durch Flüge auf einem KC-135A-Flugzeug in einem Parabolmanöver mit reduzierter Schwerkraft ermittelt; unter anderem zeigte sich die Notwendigkeit einer sehr weichen Rad- und Federungskombination.
Im Mai 1969 genehmigte die NASA das Manned Lunar Rover Vehicle Program als Marshall-Hardware-Entwicklung. Am 11. Juli 1969, kurz vor der erfolgreichen Mondlandung von Apollo 11, wurde von Marshall eine Ausschreibung für die Endentwicklung und den Bau des Apollo LRV veröffentlicht. Boeing, Bendix, Grumman und Chrysler reichten Angebote ein. Nach dreimonatiger Angebotsauswertung und Verhandlungen wurde Boeing am 28. Oktober 1969 als Hauptauftragnehmer für das Apollo LRV ausgewählt. Boeing würde das LRV-Projekt unter Henry Kudish in Huntsville, Alabama, leiten. Kudish wurde im folgenden Jahr, 1970, durch den LRV-Projektmanager Earl Houtz ersetzt.
Als Hauptsubunternehmer lieferten die General Motors Defense Research Laboratories in Santa Barbara, Kalifornien, das Mobilitätssystem (Räder, Motoren und Federung); diese Arbeit würde von GM Program Manager Samuel Romano und Ferenc Pavlics geleitet werden. Boeing in Seattle, Washington, würde die Elektronik und das Navigationssystem liefern. Der erste Vertrag mit Boeing mit Anreizgebühr auf Kostenbasis belief sich auf 19 Millionen US-Dollar und sah die Lieferung des ersten LRV bis zum 1. April 1971 vor. Kostenüberschreitungen führten jedoch zu Endkosten von 38 Millionen US-Dollar (entspricht heute 302 Millionen US-Dollar), was etwa der ursprünglichen Schätzung der NASA entsprach.
Technische Spezifikationen und Designmerkmale
Das Lunar Roving Vehicle (LRV) war ein Meisterwerk der Ingenieurskunst, das speziell für die extremen Bedingungen auf dem Mond entwickelt wurde. Es musste robust, zuverlässig und einfach zu bedienen sein, um die wissenschaftlichen Ziele der Apollo-Missionen zu unterstützen.
Robustheit unter extremen Bedingungen
Der Mond besitzt keine Atmosphäre, die die Wärme speichern könnte. Daher fielen die Temperaturen während der Nacht auf bis zu -200°F (-129°C). Im Gegensatz dazu konnten die Komponenten des Fahrzeugs in direktem Sonnenlicht während des Tages bis zu 200°F (93°C) erreichen, fast heiß genug, um Wasser zu kochen. Der luftleere Mond war im Wesentlichen ein Vakuum, und die Schwerkraft betrug nur ein Sechstel der Erdanziehungskraft.
Antriebssystem
Da auf dem luftleeren Mond kein Sauerstoff für die Verbrennung vorhanden war und es unpraktisch gewesen wäre, eine eigene Versorgung mitzuführen, konnte kein herkömmlicher Benzinmotor verwendet werden. Stattdessen wurde der Buggy von einem kleinen Elektromotor an jedem Rad angetrieben, der von einem zentralen Batteriepaket mit zwei 36-V-Silber-Zink-Kaliumhydroxid-Batterien gespeist wurde. Dieses System konnte das LRV mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 mph (16 km/h) bewegen und funktionierte auch in einem vollständigen Vakuum.
Räder und Reifen
Die Reifen bestanden aus einem Drahtgeflecht aus Stahl und Titan, das das Gewicht des Fahrzeugs verteilte und eine gute Traktion auf der pudrigen Mondoberfläche bot. Die luftleeren Reifen eliminierten jedes Risiko eines Lecks oder Plattfußes, das das Fahrzeug lahmlegen könnte. Die Räder waren in der Lage, Krater oder Spalten von bis zu 24 Zoll (61 cm) Breite und 12 Zoll (30 cm) Tiefe problemlos zu überwinden.
Die von General Motors Defense Research Laboratories in Santa Barbara, Kalifornien, entwickelten und hergestellten Räder bestanden aus einer geschmiedeten Aluminiumnabe und einem 32 Zoll (81 cm) durchmessenden, 9 Zoll (23 cm) breiten Reifen aus verzinktem, gewickeltem Stahlstrang mit einem Durchmesser von 0,033 Zoll (0,84 mm), der mit dem Felgenhorn verbunden war. Titan-Doppelpfeile bedeckten 50 % der Kontaktfläche zur Traktion. Innerhalb des Reifens befand sich ein 25,5 Zoll (65 cm) durchmessender Titan-Stoßdämpferrahmen zum Schutz der Nabe. Staubschutzbleche waren über den Rädern montiert.
Steuerung und Navigation
Das Fahrzeug wurde mit einem T-förmigen Joystick gesteuert. Das Navigationssystem war in der Lage, jede Bewegung des Rades aufzuzeichnen und ein "Zurückverfolgungssystem" bereitzustellen, das es dem Fahrer immer ermöglichte, den Kurs zurück zur Mondlandefähre umzukehren. Das LRV war außerdem faltbar konstruiert und wurde während des Starts in einem kompakten Fach an der Seite der Mondlandefähre verstaut.
Jedes Rad hatte seinen eigenen Elektromotor von Delco, einen Bürsten-DC-Elektromotor mit 0,25 PS (190 W) bei 10.000 U/min, der über ein 80:1-Harmonielaufwerk mit dem Rad verbunden war, sowie eine mechanische Bremseinheit. Die Manövrierfähigkeit wurde durch die Verwendung von vorderen und hinteren Lenkmotoren erreicht. Jeder Reihenschluss-DC-Lenkmotor leistete 0,1 PS (75 W). Die vorderen und hinteren Räder konnten sich entgegengesetzt zueinander drehen, um einen engen Wendekreis von 10 Fuß (3 m) zu erreichen, oder entkoppelt werden, sodass nur vorne oder hinten gelenkt wurde.
Die Stromversorgung erfolgte durch zwei 36-Volt-Silber-Zink-Kaliumhydroxid-Primärbatterien von Eagle-Picher mit einer Ladekapazität von jeweils 121 A·h (insgesamt 242 A·h), was eine Reichweite von 57 Meilen (92 km) ergab. Diese wurden zur Stromversorgung der Antriebs- und Lenkmotoren sowie einer 36-Volt-Hilfssteckdose an der Vorderseite des LRV zur Stromversorgung der Relais- oder TV-Kamera verwendet. Die Batterien und die Elektronik des LRV wurden passiv gekühlt, wobei Wachs-Thermalkondensatorpakete mit Phasenwechsel und reflektierende, nach oben gerichtete Strahlflächen zum Einsatz kamen.
Abmessungen und Gewicht
Die Lunar Roving Vehicles hatten eine Masse von 460 Pfund (210 kg) ohne Nutzlast. Das Fahrzeuggestell war 10 Fuß (3,0 m) lang mit einem Radstand von 7,5 Fuß (2,3 m). Die Höhe der Fahrzeuge betrug 3,6 Fuß (1,1 m). Das Gestell bestand aus geschweißten Baugruppen aus Aluminiumlegierung 2219 und umfasste ein dreiteiliges Chassis, das in der Mitte angelenkt war, sodass es zusammengeklappt und in der Quadrant 1-Bucht der Mondlandefähre aufgehängt werden konnte, die durch den Wegfall der Außenhautverkleidung dem Weltraum ausgesetzt war.
Sie verfügten über zwei nebeneinander liegende, klappbare Sitze aus Aluminiumrohren mit Nylonband und Aluminiumbodenplatten. Zwischen den Sitzen war eine Armlehne montiert, und jeder Sitz hatte verstellbare Fußstützen und einen Klettverschluss-Sicherheitsgurt.
Einsatz auf dem Mond
Insgesamt wurden vier funktionale LRVs gebaut. Drei davon, von den Apollo-Missionen 15, 16 und 17, verbleiben auf der Oberfläche des Mondes. Das vierte wurde nach der Annullierung weiterer Apollo-Missionen als Ersatzteilspender verwendet.
Apollo 15: Die Premiere des Mond-Kutschen
Die erste Mission des Mond-Buggys war Apollo 15, gestartet im Juli 1971. Die Astronauten David Scott und Jim Irwin nutzten das LRV, um die Umgebung des Landeplatzes zu erkunden und wissenschaftliche Proben zu sammeln. Dies markierte den Beginn einer neuen Ära der Mondexploration, in der die Reichweite der Astronauten dramatisch erweitert wurde.
Apollo 16 und 17: Erweiterte Erkundung
Auf den Missionen Apollo 16 und 17 wurde das LRV weiter eingesetzt, um noch größere Gebiete zu erkunden und komplexere wissenschaftliche Experimente durchzuführen. Die Astronauten John Young und Charles Duke auf Apollo 16 sowie Eugene Cernan und Harrison Schmitt auf Apollo 17 legten mit den LRVs Hunderte von Kilometern zurück und sammelten wertvolle geologische und seismische Daten.
Die LRVs wurden während der Oberflächenoperationen von Apollo 15, 16 und 17, den J-Missionen des Apollo-Programms, eingesetzt. Auf jeder Mission wurde das LRV bei drei separaten EVAs (Extravehicular Activities) für insgesamt neun Mondtraversen oder Sorties genutzt. Eine operative Einschränkung bei der Nutzung des LRV war, dass die Astronauten zu Fuß zur LM zurückkehren konnten, falls das LRV zu irgendeinem Zeitpunkt während der EVA ausfiel (die sogenannte "Walkback Limit"). Daher waren die Traversen in der Entfernung begrenzt, die sie zu Beginn und zu jedem späteren Zeitpunkt der EVA zurücklegen konnten. Sie fuhren also zum weitesten Punkt von der LM entfernt und arbeiteten sich zu ihr zurück, sodass, während die Lebenserhaltungsverbrauchsmaterialien aufgebraucht wurden, ihre verbleibende Gehstrecke gleichermaßen reduziert wurde. Diese Einschränkung wurde während der längsten Traverse auf Apollo 17 gelockert, basierend auf der nachgewiesenen Zuverlässigkeit des LRV und der Raumanzüge auf früheren Missionen.
Besondere Ausrüstung und Funktionen
Das LRV war mit einer Farbkamera und einem Funkgerät ausgestattet, das sowohl mit der Mondlandefähre als auch mit den Flugkontrolleuren in Houston kommunizieren konnte. Es gab Stauraum für etwa 1000 Pfund (450 kg) Ausrüstung und Mondgesteinsproben. Die Steuerung erfolgte über einen T-förmigen Joystick, und das Navigationssystem konnte jede Radbewegung aufzeichnen, was ein "Zurückverfolgungssystem" bot, das es dem Fahrer immer ermöglichte, den Kurs zurück zur Mondlandefähre umzukehren.
Die auf der Vorderseite des LRV montierte Farbkamera konnte von der Missionskontrolle ferngesteuert werden, sowohl in Schwenk- als auch in Neigeachsen sowie im Zoom. Dies ermöglichte eine weitaus bessere Fernsehberichterstattung über die EVA als auf früheren Missionen. Auf jeder Mission fuhr der Kommandant am Ende des Aufenthalts der Astronauten auf der Oberfläche das LRV zu einer Position abseits der Mondlandefähre, damit die Kamera den Start der Aufstiegsstufe aufzeichnen konnte. Der Kameramann in der Missionskontrolle hatte Schwierigkeiten, die verschiedenen Verzögerungen so abzustimmen, dass die Aufstiegsstufe der LM im Bild war. An jedem Sitz befanden sich verstellbare Fußstützen und ein Klettverschluss-Sicherheitsgurt. Eine große Netzschüsselantenne war an einem Mast in der vorderen Mitte des Rovers montiert.
Probleme und Reparaturen
Obwohl das LRV im Allgemeinen sehr zuverlässig war, gab es einige kleinere Probleme. Die hintere Kotflügelverlängerung des Apollo 16 LRV ging während der zweiten Außeneinsatzaktivität (EVA) der Mission an Station 8 verloren, als John Young sie beim Versuch, Charles Duke zu helfen, berührte. Der Staub, der vom Rad aufgewirbelt wurde, bedeckte die Besatzung, die Konsole und die Kommunikationsausrüstung. Hohe Batterietemperaturen und der daraus resultierende hohe Stromverbrauch waren die Folge. Der Kotflügelverlängerer des Apollo 17 LRV brach, als er versehentlich von Eugene Cernan mit einem Hammergriff angestoßen wurde. Cernan und Schmitt klebten die Verlängerung wieder an, aber aufgrund der staubigen Oberflächen haftete das Klebeband nicht, und die Verlängerung ging nach etwa einer Stunde Fahrt verloren, wodurch die Astronauten mit Staub bedeckt wurden. Für ihre zweite EVA wurde ein Ersatz-"Kotflügel" aus einigen EVA-Karten, Panzerband und einem Paar Klemmen aus dem Inneren der Mondlandefähre hergestellt, die eigentlich für die bewegliche Deckenleuchte vorgesehen waren. Diese Reparatur wurde später rückgängig gemacht, damit die Klemmen für den Rückflug mitgenommen werden konnten. Die Karten wurden zur Erde zurückgebracht und sind nun im National Air and Space Museum ausgestellt.
Das Erbe des LRV
Das Lunar Roving Vehicle war ein entscheidender Faktor für den Erfolg der späteren Apollo-Missionen und lieferte wertvolle wissenschaftliche Daten, die unser Verständnis des Mondes revolutionierten. Es war nicht nur ein technisches Wunderwerk, sondern auch ein Symbol für menschlichen Einfallsreichtum und den Drang, Grenzen zu überschreiten.
Verbleib der LRVs
Drei der vier gebauten LRVs befinden sich heute noch auf der Mondoberfläche. Eines der LRVs, das für Vibrationstests verwendete technische Modell, ist im Marshall Space Flight Center in Huntsville, AL, ausgestellt. Andere Testmodelle sind im Johnson Space Center in Houston, im Kennedy Space Center in Titusville, FL, im Smithsonian Air and Space Museum in Washington D.C. und in mehreren anderen Museen zu sehen.
Der Ehren-Führerschein für den Mond wurde dem damaligen NASA-Administrator James E. Webb überreicht.