Ai đã làm ra lốp cho xe thám hiểm Mặt Trăng và chúng được làm từ gì?
(CLO) Năm 1971, lốp lưới thép mạ kẽm của Lunar Rover giúp NASA lần đầu vượt 24 km trên Mặt Trăng, đánh dấu bước ngoặt lịch sử trong thám hiểm không gian.
Vào năm 1961, khi Tổng thống John F. Kennedy tuyên bố mục tiêu đưa con người lên Mặt Trăng, ông đã khởi động một cuộc đua không gian đưa Mỹ lên đỉnh cao của khám phá khoa học.
Trong số nhiều đột phá công nghệ góp phần vào thành công của các sứ mệnh Apollo, một sáng kiến có thể khiến nhiều người bất ngờ bởi sự sáng tạo: việc tái định nghĩa khái niệm bánh xe.
Sau khi hạ cánh thành công trên Mặt Trăng, NASA đối mặt với một thách thức không kém phần quan trọng: làm thế nào để khám phá một cách hiệu quả hành tinh mà họ đã mất 7 năm và 25,8 tỷ USD (tương đương khoảng 318 tỷ USD vào năm 2025 nếu tính theo lạm phát) để tiếp cận.
Dù việc đưa con người lên Mặt Trăng mang giá trị to lớn về mặt chính trị và xã hội, để tối đa hóa lợi ích khoa học từ chương trình Apollo, NASA cần tìm ra cách di chuyển an toàn và hiệu quả trên bề mặt Mặt Trăng.
Vấn đề nằm ở chỗ trọng lực thấp, điều kiện khắc nghiệt và trang thiết bị cồng kềnh khiến việc di chuyển bằng cách đi bộ trở nên kém hiệu quả và nguy hiểm. Thêm vào đó, những địa điểm có giá trị khoa học cao nhất trên Mặt Trăng lại là những nơi khó hạ cánh nhất.
Năm 1969, được khuyến khích bởi các kỹ sư từ bộ phận nghiên cứu quốc phòng của General Motors, NASA giao nhiệm vụ cho Trung tâm Không gian Marshall thiết kế chiếc Xe Thám hiểm Mặt Trăng (Lunar Rover Vehicle) đầu tiên.
Tuy nhiên, các mẫu thử nghiệm ban đầu của General Motors được chế tạo mà không có hiểu biết đầy đủ về bề mặt Mặt Trăng, đặc biệt là trong việc thiết kế lốp xe.
Nhưng khi các sứ mệnh Apollo đầu tiên dần hé lộ những bí ẩn, Boeing, với General Motors làm nhà thầu phụ, đã hoàn thành một điều mà nhiều người cho là không thể: một chiếc xe có thể gập lại, trang bị bánh xe làm từ lưới thép mạ kẽm đan xen như dây đàn piano, với gai lốp bằng titan, có thể vận chuyển bên trong tàu vũ trụ.
Ra mắt cách đây hơn 50 năm trong sứ mệnh Apollo 15 đột phá của NASA, thiết kế bánh xe độc đáo của Lunar Rover gần như ấn tượng không kém các sứ mệnh Apollo và mở đường cho các công nghệ hiện đại như Viper, xe thám hiểm Mặt Trăng mới nhất của NASA.
Những thách thức khi di chuyển trên Mặt Trăng
Trong bốn sứ mệnh Apollo đầu tiên, việc khám phá Mặt Trăng bị hạn chế nghiêm trọng. Khi đó, khoảng cách an toàn để đi bộ từ điểm hạ cánh chỉ dưới một dặm.
Hơn nữa, việc di chuyển trên bề mặt diễn ra rất chậm: trọng lực thấp buộc các phi hành gia phải nhảy thay vì đi bộ, trong khi trang phục vũ trụ hạn chế khả năng cử động tay.
Do đó, dù chuyến đi bộ đầu tiên trên Mặt Trăng kéo dài 2 giờ 31 phút, Neil Armstrong và Buzz Aldrin chỉ di chuyển khoảng 180 feet (khoảng 55 mét) mỗi người.
Điều này có nghĩa là sứ mệnh Apollo 11 đã vượt qua quãng đường gần 240.000 dặm (khoảng 386.000 km) để rồi các phi hành gia chỉ đi bộ được quãng đường tương đương chiều dài của một sân bóng đá.
Các sứ mệnh tiếp theo cũng không tiến xa hơn là bao. Theo NASA, tốc độ di chuyển trung bình của 12 phi hành gia trên Mặt Trăng trong các sứ mệnh Apollo chỉ là 1,4 dặm/giờ (khoảng 2,25 km/h), một tốc độ mà nếu duy trì, họ sẽ mất đến 206 ngày để hoàn thành một hành trình tương đương.
Để giải quyết vấn đề này, Boeing và General Motors đã hợp tác chế tạo Xe Thám hiểm Mặt Trăng tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Marshall thuộc NASA.
Trong quá trình chế tạo, các kỹ sư phải tuân thủ một loạt tiêu chuẩn khắt khe, bao gồm trọng lượng không quá 450 pound (khoảng 204 kg), tích hợp hệ thống liên lạc video và radio, và khả năng chịu đựng nhiệt độ trên 250 độ F (khoảng 121 độ C).
Sau quá trình thiết kế chuyên sâu với 32 bài kiểm tra chính trong 13 tháng, nhóm đã hoàn thành chiếc xe thám hiểm chạy điện hoàn toàn, kịp thời cho sứ mệnh Apollo 15 vào ngày 26 tháng 7 năm 1971.
Với khung gầm hợp kim nhôm có thể gập lại, chịu tải gấp đôi trọng lượng của nó, chiếc xe hai chỗ ngồi này trông giống một chiếc buggy hơn là tàu vũ trụ, được trang bị sàn nhôm, tay vịn, bàn đạp chân điều chỉnh, dây an toàn Velcro và hai acquy kẽm 36 volt.
Nhưng tính năng sáng tạo nhất của xe chính là hệ thống bánh xe, được Boeing và General Motors thiết kế riêng để đối phó với những thách thức đặc biệt từ bề mặt Mặt Trăng.
Bề mặt Mặt Trăng đặt ra nhiều thách thức cho General Motors và Boeing khi thiết kế hệ thống bánh xe cho Lunar Rover. Với dải nhiệt độ bề mặt lên đến 500 độ F (khoảng 260 độ C), đất mềm bất thường, trọng lực cực thấp và địa hình không chắc chắn, Lunar Rover phải vượt qua những vấn đề mà chưa có phương tiện nào từng đối mặt.
Đặt trên trục bánh xe hợp kim nhôm dài 7 foot (khoảng 2,13 m), lốp của Lunar Rover được làm từ lưới thép mạ kẽm đan xen như dây đàn piano, với mỗi sợi có đường kính khoảng 0,03 inch (0,76 mm).
Các gai lốp bằng titan chạy dọc theo lốp để tăng độ bám và ngăn chìm vào đất, trong khi các tấm chắn bụi, khung chống va đập và chắn bùn bằng sợi thủy tinh tẩm epoxy bảo vệ lốp khi di chuyển trên bề mặt Mặt Trăng.
Mỗi bánh xe được kết nối với một trong các động cơ điện DC-series của General Motors thông qua bộ truyền động harmonic, có thể đạt tốc độ lên đến 10.000 vòng/phút.
Động cơ lái phía trước và phía sau giúp Lunar Rover có khả năng cơ động cao. Các phi hành gia sử dụng bộ điều khiển tay hình chữ T để điều khiển hệ thống dẫn động bốn bánh, trong khi các tính năng định hướng tiên tiến, bao gồm công cụ đo bóng mặt trời thủ công, giúp xe đến được các khu vực mục tiêu.
Trong chuyến đi đầu tiên lên Mặt Trăng, các phi hành gia của Apollo 15 đã sử dụng Lunar Rover để thực hiện ba hành trình khác nhau, di chuyển khoảng 15 dặm (24 km) trên bề mặt Mặt Trăng, tiến hành các thí nghiệm và thu thập mẫu vật quý giá.
Phần lớn thời gian, chiếc xe hoạt động trơn tru và sau đó được sử dụng trong hai sứ mệnh tiếp theo của chương trình Apollo. Nhìn chung, chương trình Lunar Rover đã sử dụng thiết kế bánh xe độc đáo để giải quyết một trong những câu hỏi khoa học cấp bách nhất của thời đại hiện đại.