LE LRV (LUNAR ROVING VEHICLE ou véhicule lunaire itinérant)

Fiche d'identité

Nom : Lunar Roving Vehicle (acronyme : LRV ou MLRV pour Manned Lunar Roving Vehicle), désigné aussi la jeep (ou rover) lunaire.
Fonction : véhicule bi-place d'exploration du sol lunaire.
Donneur d'ordres : l'état fédéral US via la NASA (National Aeronautics and Space Administration).
Constructeur principal : Boeing Co., Aerospace Group, au Kent Space Center (à côté de Seattle), Etat de Washington.
Nationalité : Américaine.

Masse : 207,29 kg à vide (masse terrestre), 697,17 kg à pleine charge (489,88 kg de charge utile).

Cout du projet : $38 000 000.

Nombre de véhicules construits : 4 de vol (1 pour le vol Apollo XV, 1 pour le vol Apollo XVI, 1 pour le vol Apollo XVII, un qui servit comme pièces de rechange après l'annulation des nouvelles missions Apollo), et 8 de tests.

Date d'utilisation :
- Première utilisation lors du vol Apollo XV, le 31 juillet, 1 et 2 aout 1971.
- Les 21, 22, 23 avril 1972, vol Apollo XVI.
... Et finalement les 11, 12, 13 décembre 1972, vol Apollo XVII.

Véhicule en apparence simple, il est en réalité complexe, c'est aussi la "voiture" la plus chère de l'époque (environ $9 500 000 pièce).

SON RÔLE

Le LRV disponible sur les 3 dernières missions (J, longue durée) Apollo est un véhicule électrique conçu spécialement pour fonctionner dans l'environnement lunaire (vide, températures, faible gravité) et être capable de traverser la surface lunaire, permettant ainsi aux astronautes d'étendre le champ de leurs activités extravéhiculaires.

SA TECHNOLOGIE

En général :
Le LRV est composé de cinq systèmes principaux : mobilité, station d'équipage, navigation, puissance électrique, et contrôle thermique. Les systèmes secondaires incluent le matériel de déploiement, l'équipement de fixation au LM et l'équipement de support au sol.

Tout d'abord le châssis. Son armature est fabriquée avec des tubes rectangulaires en aluminium de faible épaisseur, qui sont crantés dans certains secteurs pour économiser de la masse.
Le châssis est divisé en trois sections (avant, centrale, arrière) qui supportent les systèmes et tout l'équipement. Les sections avant et arrière se rabattent sur la section centrale pour le stockage et la fixation sur le quadrant 1 (côté) de l'étage de descente du LM.

La section avant contient les deux batteries, la section centrale sert d'emplacement à la station d'équipage, avec les deux sièges, la console de commande et de visualisation (tableau de bord) ainsi que son contrôleur manuel. La section arrière est aménagée pour le rangement de la charge utile scientifique.

Système de mobilité

C'est le système principal du LRV, comprenant les roues, la commande de traction, la suspension, la direction, et les sous-ensembles de circuits de commande d'entraînement. Pas de volant sur ce véhicule, il se conduit grâce à un manche en forme de T, plus commode à utiliser une fois les mains gantées (à l'origine, la poignée devait être la même que celle du LM). Il est placé face à la console de commande et de visualisation, entre les membres d'équipage. Le contrôleur permet à l'astronaute de manœuvrer le LRV vers l'avant, l'arrière, à gauche et à droite. Le LRV possède un dégagement au sol de 35,5 cm et peut tourner avec un rayon de braquage de 3,05 m, son empattement est de 2,28 m (90 in). Le véhicule pouvait gravir des pentes de 25°, franchir des obstacles de 30 cm ou des crevasses de 70 cm, s'incliner sur le côté ou en avant à 45° sans basculer.

LES ROUES

Pour faire face aux restrictions de masse et permettre la mobilité nécessaire sur la Lune, on développe des roues hors du commun. Outre les jantes en titane et les enjoliveurs en aluminium, celles-ci ne sont pas équipées de pneus conventionnels. En effet, l'enveloppe extérieure de celui-ci est fabriquée en treillage métallique.

Cette résille (ou treillage, remplaçant la gomme) forme la carcasse extérieure (la nappe ceinture du pneu proprement dit). Elle est constituée de 800 brins de fil d'acier hypereutectoïde zingué et tissé à la main. Chaque brin mesure 81,3 cm de long pour 0,8 mm de diamètre, ils sont ondulés à des intervalles de 4,7 mm et sont soumis à une inspection au rayon X avant leur utilisation pour le montage de la résille.

Le saviez vous ?? Les ingénieurs appellent le rendu de cette structure particulière : "pantographe" (du fait de sa ressemblance avec l'instrument de dessin) formé ainsi par des fils qui ont été tissés dessus, dessous, dessus, dessous, etc...

Sur cette carcasse sont rivetées des plaquettes en titane qui composent la bande de roulement formant un dessin de chevrons : Ceux-ci couvrent 50 % de la surface de contact pour transmettre l'effort de traction.
A l'intérieur du pneu, ce trouve une butée ou " bump-stop". C'est une armature rigide de 64,8 cm de diamètre qui empêche l'inflexion excessive de la carcasse extérieure dans des conditions de charge d'impact élevé. Fabriquée en titane elle est positionnée au dessus de la jante et reliée à celle-ci à l'aide des 20 bandes cintrées ayant le rôle d'amortisseurs (voir schéma). Chaque pneu est capable de fonctionner à plein régime lorsque 10 % des éléments filaires sont brisés. Le tout, avec un enjoliveur en aluminium 2024, protège le moyeu en aluminium filé lors de passages sur des bosses. Chaque roue pèsent 5,4 kilogrammes sur la Terre et sont conçues pour pouvoir rouler au moins 180 kilomètres. Elles ont un diamètre de 81,3 cm et 22,9 cm de largeur. Chacune coûte $85000.

	Concept de roue selon Buzz Aldrin à l'attention du docteur M.G. Bekker

Afin d'éviter la projection de poussière, les roues sont munies de "garde-poussière" orange qui évite aux astronautes d'être aspergés par le jet balistique.

Le saviez-vous? C'est un mécanicien Anglais, nommé Thomas Rickett qui développa les premières roues métalliques et les breveta en 1858.

LA SUSPENSION

Le système de suspension est élaboré pour absorber les irrégularités du relief lunaire. Le châssis est suspendu à chaque roue par une paire de bras triangulaires parallèles (suspension à double triangulation) comportant un amortisseur hydraulique à huile de silicone pour limiter les mouvements verticaux. Les charges sont transmises au châssis par l'intermédiaire de chaque bras de suspension à une barre de torsion distincte pour chaque bras. Les barres de torsion supérieures servent principalement à déployer les roues à partir de l'état arrimé. Déployées, elles supportent environ 15 % de la charge de chaque roue, les barres de torsion inférieures supportant les 85 % restants.
Le débattement vertical et la vitesse de déplacement des roues sont limités par un amortisseur linéaire entre le châssis et chaque bras de suspension supérieur. L'amortisseur limite le débattement vertical des roues à 15,2 cm (6 in) de rebond et à 10,2 cm (4 in) de rebond dans des conditions de charge nominales. La déflexion du système de suspension et des pneus permet de dégager une garde au sol de 35,6 cm (14 in) lorsque le LRV est entièrement chargé et de 43,2 cm (17 in) une fois vide. La chaleur de l'énergie d'amortissement est transférée à l'huile de silicone (47 cc) dans l'amortisseur. La chaleur est ensuite conduite de l'huile aux parois de l'amortisseur pour être dissipée. L'ensemble de la suspension peut pivoter d'environ 135° pour permettre le pliage et le stockage du véhicule dans la structure du LM.

LES MOTEURS

Les quatre roues motrices et directrices 2 à 2 sont actionnées individuellement par un moteur électrique noyé dans leur moyeu. Ce moteur à courant continu à balais développe 0,18 kilowatt (1/4 CV) et fonctionne à partir d'une tension d'entrée nominale de 36 V. Chacun est équipé d'un réducteur à engrenage à onde de déformation (harmonic drive) qui a le rôle d'élément de transmission mécanique et permet de réduire la vitesse du moteur à un rapport de 1/80 pour un fonctionnement continu à toutes les vitesses, sans changement de mécanisme. La transmission est lubrifié avec de l'huile Krytox 143AZ. La régulation de la vitesse des moteurs est assurée par la modulation de largeur d'impulsion à partir du boîtier électronique du régulateur d'entrainement.
Chaque moteur est instrumenté pour la surveillance thermique. Une sortie de température analogique provenant d'une thermistance située dans l'enroulement de champ est transmise pour être affichée sur le panneau de commande et d'affichage. En outre, chaque moteur contient un interrupteur thermique qui se ferme en cas de température excessive et fournit un signal d'entrée au système d'avertissement et de mise en garde pour actionner le drapeau d'avertissement. Si cela s'avère nécessaire, un des moteurs peut être débrayé manuellement, laissant ainsi la roue libre.

Chaque unité de traction est équipée d'un frein mécanique actionné par un câble relié à une tringlerie dans la commande manuelle. Le freinage s'effectue lorsque le LRV est en marche avant ou arrière, en tirant la dite commande vers l'arrière autour du point de pivot du frein. Les freins sont effectivement verrouillés lorsque l'angle atteint 12°. L'inhibition de la puissance motrice est actionnée par un interrupteur à 15°. Le découplage d'une roue entraîne également le découplage du frein de cette roue.

LA DIRECTION

La direction du LRV est réalisée par une direction à géométrie Ackermann des roues avant et arrière, ce qui permet un rayon de braquage trés court de 3,10 m (122 in). Le déplacement de la commande manuelle vers la gauche ou la droite alimente des moteurs électriques distincts pour les roues avant et arrière et fournit, par le biais d'un Servo système, un angle de braquage proportionnel à la position de la commande.
Chaque moteur de direction est relié à un réducteur de vitesse qui entraîne un engrenage sectoriel droit qui, à son tour, actionne la tringlerie de direction pour accomplir le changement d'angle de direction. La position de déplacement maximale du secteur permet d'obtenir un angle de roue extérieur de 22° et un angle de roue intérieur de 50°. La vitesse de braquage est telle que le braquage de blocage droit à blocage gauche peut être accompli en ~5 secondes.

Les ensembles de direction avant et arrière sont mécaniquement indépendants l'un de l'autre. Dans le cas où une seule direction Ackermann est souhaitée ou en cas de panne du moteur/réducteur de vitesse, la tringlerie de direction peut être désengagée d'un secteur, les roues peuvent être centrées et verrouillées manuellement, et les opérations peuvent continuer en utilisant l'ensemble de direction actif restant. Le réengagement de la direction avant ne peut pas être accompli par un membre d'équipage. La direction arrière peut être réengagée à l'aide d'un l'outil spécial rangé sur le châssis arrière. Il sert à escamoter la goupille de verrouillage du secteur de la direction.

DIRECTION ÉLECTRIQUE

Le système électrique de direction est un servosystème. Un signal généré par la déviation de la commande manuelle est couplé au servoamplificateur d'entrée en tant que signal d'erreur à travers un pont. Ce signal d'erreur est amplifié et appliqué aux bobines de champ du moteur de direction dans une orientation déterminée par la polarité du signal d'erreur d'entrée, elle même déterminée par le sens dans lequel la commande manuelle est déviée. Le pont de rétroaction est entraîné par le moteur de direction jusqu'à une position qui annule exactement le signal d'erreur d'entrée initial en équilibrant le pont. Le déplacement angulaire des roues reste alors constant jusqu'à ce que le contrôleur manuel soit déplacé vers une nouvelle position.
Les deux moteurs de direction sont alimentés par des disjoncteurs séparés à partir de bus électriques sélectionnables pour assurer la redondance.
On peut sélectionner la direction Ackerman simple en centrant les roues et en coupant l'alimentation de la direction arrière ou avant. Cette procédure peut nécessiter un recentrage occasionnel de la direction désactivée en activant momentanément sa puissance d'entraînement avec la commande manuelle en position droite.

LE SOUS-SYSTÈME ÉLECTRIQUE DU LRV

Il se compose de deux batteries, de câbles de distribution, de connecteurs, d'interrupteurs, de disjoncteurs et de compteurs de contrôle et de surveillance de l'énergie électrique.

LES BATTERIES

Le LRV contient deux batteries principales zinc/argent, chacune ayant une tension nominale de 36 V (+5 / -3) et une capacité de 115 ampères-heures. Ce sont des batteries non rechargeables de construction cellulaire en plexiglass, situées dans le châssis avant. Les plaques zinc/argent opèrent dans une électrolyte à base d'hydroxyde de potassium et d'eau. Elles contiennent 23 cellules et pèsent 26,76 kg pièce. Elles sont logées dans des cases à équipements en magnésium, enveloppées par une couverture thermique avec, au dessus, un couvercle anti-poussière. Les deux batteries sont normalement utilisées simultanément sur une base approximative de charge égale au cours des opérations du LRV par sélection des différentes combinaisons de charge de bus grâce aux disjoncteurs et réglages sur la console de contrôle et d'affichage.
La batterie n°1 (côté gauche) est connectée thermiquement à l'unité de traitement des signaux de navigation (SPU pour Navigation Signal Processing Unit), et lui sert de radiateur partiel.
La batterie n°2 (sur le côté droit) est thermiquement liée à l'unité gyro-directionnel de navigation (DGU pour Navigation Directional Gyro Unit) et lui sert de dissipateur thermique.

Les batteries sont installées dans le LRV en condition de marche sur l'aire de lancement. On les surveille pour la tension et la température, jusqu'à environ T-18 heures dans le compte à rebours. Sur la surface lunaire, les batteries sont surveillées pour la tension, la température, le courant de sortie, et les ampères-heures restants. Ces informations sont situées sur le panneau de contrôle et d'affichage. Elles sont fabriquées par Eagles Picher Industrie, Electronic Division à Joplein (Missouri).

LA STATION D'ÉQUIPAGE

Elle se compose des sièges, des repose-pieds, des poignées intérieures et extérieures, du repose-bras, des panneaux du plancher, des ceintures de sécurité, des garde-poussière et de prises.

Les sièges : Ce sont des cadres tubulaires (tube rond) en aluminium recouverts par une toile en nylon. Ils sont positionnés à plat sur le châssis central pour le lancement et sont érigés dans leur position opérationnelle par l'équipage après le déploiement du LRV sur la surface lunaire. L'arrière du siège est utilisé pour l'appui et à la retenue du PLSS au mouvement latéral.
Le bas du siège comporte une découpe pour permettre l'accès aux valves de contrôle de flux du PLSS et comprend des dispositions pour le support vertical de celui-ci. Sous les sièges se trouvent des rangements.

Les repose-pieds : Ils sont stockés sur le plancher du châssis central et sécurisés par deux sangles en velcro. Ajustés avant le lancement par rapport à la taille du membre d'équipage, ils sont dépliés sur la surface lunaire.

Les poignées intérieures : Elles sont fabriquées en tube d'aluminium et servent à aider l'équipage lors de la montée ou descente du véhicule. Les poignées contiennent également l'attache des réceptacles de la caméra de 16 mm pour l'acquisition de données et de l'antenne LCRU à faible gain.

Les poignées extérieures : Elles font partie intégrante du châssis et sont utilisées pour la stabilité et le confort de l'équipage, quand celui-ci est assis ainsi que pour attacher les ceintures de sécurité.

Le repose-bras : Il est utilisé comme support pendant la conduite avec le manche en forme de T.

Les ceintures de sécurité : Fournies à chaque siège, elles sont fabriquées avec des sangles de nylon. L'extrémité de la ceinture se termine par un crochet qui se fixe à la poignée extérieure. La taille de la ceinture est fournie par une boucle d'ajustement. Un tronçon de la ceinture permet la fixation normale et la libération.

Les "garde-poussière" : La portion déployable de chaque garde-poussière est positionnée par un astronaute pendant les opérations de déploiement du LRV.

Les prises : Au nombre de deux, une de chaque côté du véhicule, elles aident l'équipage à se mettre en place ou descendre du LRV.

Les panneaux du plancher : Situés dans le secteur de la station d'équipage, ils sont en aluminium ondulé et sont structurellement capables de soutenir la masse totale des astronautes dans la gravité lunaire.

LE CONTRÔLE THERMIQUE

Le contrôle thermique est à la fois passif et actif. Il est incorporé dans le LRV pour dissiper la chaleur excessive du matériel d'exploitation dans la partie avant du châssis, de maintenir les limites d'exploitation des instruments sur la console de contrôle et d'affichage (CDC, Control and Display Console), et pour dissiper la chaleur excessive de la station d'équipage. Il est fourni sous la forme de revêtement, d'isolation, de surfaces radiatives, de miroirs thermiques, de ponts thermiques et de matière fusible "puits de chaleur" (de la paraffine). Un drapeau d'avertissement est prévu pour indiquer les températures excessives des batteries ou des moteurs.

A) Le contrôle thermique sur la partie avant du châssis est assuré par des ponts, des miroirs thermiques, des couvertures thermiques, des blocs de paraffine servant de puits de chaleur, et les couvercles anti-poussière. Ceux-ci protègent le contrôle électronique de conduite (DCE, Drive Control Electronics ), l'unité de traitement des signaux (Signal Processing Unit ou SPU), l'unité gyro-directionnel (Directionnal Gyro Unit ou DGU) et les batteries 1 et 2 de la surchauffe. Les couvertures thermiques sont composées de 15 couches de mylar aluminisé intercalées avec 14 couches de filet nylon et une couche extèrieure en tissu Bêta. Des ponts thermiques en aluminium connectées au DCE, SPU et DGU transfèrent la chaleur loin de ces composants électroniques et la stocke dans les batteries et / ou les blocs de paraffine (puits de chaleur).
Deux caissons contiennent de la paraffine. Lorsque les composants électriques génèrent de la chaleur, celle-ci est stockée dans la paraffine et reste à une température presque constante au cours de la fonte. Puis à l'arrêt, les astronautes ouvrent les couvercles des radiateurs qui libèrent aussitôt la chaleur, le temps que la paraffine reprenne une consistance solide, de manière à la recyclée pour un prochain déplacement
Des miroirs thermiques à base de silice fusionnée sont incorporés au dessus des batteries 1 et 2, le SPU ainsi que le DCE et sont utilisés pour dissiper la chaleur des batteries et des puits de chaleur quand le duo de couvercle est ouvert.

Les couvercles anti-poussière en fibre de verre sur les deux batteries et le SPU sont ouverts manuellement et se ferment automatiquement au moyen d'un vérin bimétallique. Le couvercle du SPU est lié avec le couvercle de la batterie n°1 et, comme tel, s'ouvrira et se fermera en même temps.

- On obtient le contrôle thermique du châssis central en anodisant les accessoires qui le composent (poignées, repose-pieds, sections tubulaires des sièges, et panneaux centraux et arrière du plancher).
Pour finir, tous les instruments sur le CDC (Control and Display Console) sont montés sur une plaque en aluminium qui est protégée par une isolation multicouches et des supports en fibre de verre. Les surfaces externes du CDC sont enduites de peinture résistante à la chaleur (Dow-Corning 92-007) et la façade est noir anodisé.

LA CONSOLE D'AFFICHAGE ET DE CONTRÔLE

Matériel de déploiement et équipement de fixation au LM :

Voici des tableaux sur les utilisations du LRV:

Roving : itinérant.

Acier hypereutectoïde: Un acier hypereutectoïde est un acier dont la teneur en carbone est supérieure à 0,8% (mais inférieure à 2,1%), aussi appelé acier à haute résistance.

Aluminium filé: Filer du métal, l'étirer à la filière pour obtenir un fil ou une pièce métallique profilée.

Direction à géométrie Ackermann : inventé par le constructeur allemand Georg Lankensperger à Munich en 1817, puis breveté en Angleterre par Rodolphe Ackermann, c'est un dispositif mécanique de direction permettant, avec une géométrie simple, de braquer les roues droite et gauche d'un essieu, avec une légère différence d'angle. Ceci permet, lors d'un virage, aux roues internes et externes de s'inscrire dans des cercles de rayons différents.

Source: Apollo Surface Journal.

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