De maanwagen (Lunar Roving Vehicle)

Drie missies, drie auto's op de maan. Bij Apollo 15, Apollo 16 en Apollo 17 namen de astronauten een rijtuig mee dat het karakter van de maanverkenning voorgoed veranderde. De Lunar Roving Vehicle — kortweg LRV of gewoon “de maanwagen” — was een elektrisch voertuig ontworpen voor precies één omgeving: het stoffige, met kraters bezaaide maanoppervlak, bij een zwaartekracht die een zesde van die op aarde bedraagt en zonder ook maar een zuchtje wind of een druppel water.

De maanwagen was geen bijzaak. Hij was de reden dat de wetenschappelijke oogst van de latere Apollo-missies zoveel rijker was dan die van de vroege. Bij Apollo 11, 12 en 14 konden de astronauten niet verder reizen dan hun benen hen in een beperkte tijd toelieten. Met de maanwagen werden gebieden verkend die tot zo'n zeven kilometer van de maanlander lagen, en werden gesteentetypen gevonden die het begrip van de maangeologie radicaal verruimden.

Hoe werd de maanwagen opgevouwen meegenomen?

De centrale ontwerpeis was genadeloos: het voertuig moest passen in een van de vakken van de maanlander. De afdaaltrap van de lander was achthoekig en verdeeld in compartimenten, de zogeheten kwadranten. De maanwagen reisde mee in kwadrant 1, een open vak aan de buitenkant van de afdaaltrap, naast de ladder. Boeing, de hoofdaannemer voor het LRV, loste het ruimteprobleem op met een chassis uit drie delen dat in het midden scharnierde: het voor- en achterstuk werden over het middenstuk geklapt en de wielen werden naar binnen gevouwen. Zo hing de wagen als een opgevouwen pakket in het vak, met de onderkant van het chassis naar buiten.

Het uitvouwen op de maan gebeurde grotendeels automatisch, maar niet vanzelf. Eén astronaut klom een stukje de ladder op om een vergrendeling los te maken; de ander stond op de grond en liet de wagen met behulp van katrollen, geremde haspels en stoffen trekbanden langzaam naar buiten kantelen. Terwijl de wagen zakte, klapten veren en scharnieren eerst het achterstuk met de achterwielen uit, daarna het voorstuk met de voorwielen. Vervolgens lieten de astronauten de wagen op de grond zakken, maakten hem los van de lander en klapten de stoelen, de voetsteunen en de bedieningsconsole uit. Daarna volgden de antenne, de camera en het gereedschap.

Het chassis zelf was gemaakt van aluminium buizen, wat zorgde voor de benodigde sterkte bij minimaal gewicht. Op aarde woog het voertuig 210 kilogram; op de maan, waar de zwaartekracht slechts een zesde bedraagt, woog het zo'n 35 kilogram. Het kon ongeveer 490 kilogram aan lading dragen: twee astronauten in volledige uitrusting, plus monsters, instrumenten en camera's.

Aandrijving: vier motoren, geen differentiaal

Wat de maanwagen technisch gezien bijzonder maakte, was de aandrijflijn. In plaats van één centrale motor met een mechanische overbrenging naar de wielen, had elk wiel een eigen elektromotor met een compacte reductie-overbrenging (een harmonic drive) in de wielnaaf. Dit betekende dat er geen differentiaal en geen cardanas nodig waren — onderdelen die op het oneffen maanoppervlak gemakkelijk konden bezwijken. Bij een defecte motor konden de astronauten dat wiel ontkoppelen, zodat het vrij meedraaide, en verder rijden op de overige motoren.

De stuurinrichting was eveneens dubbel: zowel de voor- als de achterwielen konden worden gestuurd, waardoor het voertuig op de maan in een zeer kleine cirkel kon draaien. Dat was van praktisch belang bij het manoeuvreren tussen rotsblokken en kraters. Elk wiel had een eigen mechanische rem, bediend door de stuurknuppel naar achteren te trekken.

De besturing verliep via een T-vormige joystick tussen de twee zitplaatsen. Duwde je naar voren, dan reed de wagen vooruit; naar links of rechts stuurde het voertuig; achteruitrijden ging via een aparte schakelaar. Het navigatiesysteem hield met een gyroscoop en kilometertellers op de wielen de koers en de afstand tot de maanlander bij, omdat een kompas op de maan onbruikbaar is. Met een eenvoudige zonnewijzer op de console konden de astronauten de gyroscoop controleren aan de hand van de stand van de zon.

De wielen: geen rubber, geen lucht

Een gewone autoband is op de maan onbruikbaar. Rubber wordt in het vacuüm en bij de extreme temperatuurwisselingen bros en breekt. NASA en Boeing kozen voor een volledig andere oplossing: wielen met een band van gevlochten, verzinkt staaldraad, gevuld met niets. De naaf was van aluminium, en op het gaaswerk waren chevronvormige plaatjes van titanium geklonken die de helft van het loopvlak bedekten en grip gaven op het losse maanstof. Binnenin zat een titanium frame dat de naaf beschermde als de band te ver indeukte.

Deze zogeheten mesh-wielen konden vervormen bij obstakels en veerden vanzelf terug. Ze hadden geen bandenspanning en konden ook niet lekraken. De wielen wierpen bij het rijden wel bogen van maanstof op, en daarom zaten er spatborden boven. Dat die nodig waren, bleek bij Apollo 16 en 17: toen een verlengstuk van een spatbord afbrak, werden astronauten en apparatuur bedolven onder het stof. Cernan en Schmitt maakten op de maan een noodspatbord van gelamineerde kaarten, ducttape en klemmen uit de maanlander.

Apollo 15: de eerste rit op de maan

Bij Apollo 15, in juli en augustus 1971, reed de maanwagen voor het eerst. Commandant David Scott en maanpiloot James Irwin namen het voertuig mee naar de Hadley-Apennijnenvlakte, een gebied met uitgesproken reliëf aan de voet van het Apennijngebergte van de maan. De rit bracht hen naar de rand van Hadley Rille, een slingerende spleet in het oppervlak van meer dan een kilometer breed, en naar hellingen waar gesteente lag dat miljarden jaren oud was. Ze kwamen tot ruim vijf kilometer van de maanlander.

Een van de meest spectaculaire vondsten was de zogenoemde Genesis Rock: een stuk anortosiet van vermoedelijk ongeveer vier miljard jaar oud, afkomstig uit de vroegste korst van de maan. Zonder de maanwagen hadden Scott en Irwin die locatie nooit kunnen bereiken. In totaal legde de LRV bij Apollo 15 ongeveer 27,8 kilometer af over drie maanwandelingen.

Apollo 16 en 17: verdere verkenning

Bij Apollo 16, in april 1972, werkte de maanwagen op het Descartes-hoogland, een gebied dat geologen hadden gekozen omdat ze verwachtten er vulkanisch gesteente te vinden. Die verwachting werd niet bevestigd — een van de grote wetenschappelijke verrassingen van het programma — maar de maanwagen, waarmee John Young en Charlie Duke zo'n 27 kilometer reden, zorgde wel voor een enorme variëteit aan monsters uit een breed gebied.

Bij Apollo 17, in december 1972, bereikte de maanwagen zijn meest indrukwekkende prestaties. Commandant Gene Cernan en geoloog-astronaut Harrison Schmitt — de enige opgeleide geoloog die ooit op de maan liep — reden in drie excursies in totaal bijna 36 kilometer door het dal van Taurus-Littrow, omgeven door bergen. Bij de krater Shorty vonden ze er het bekende oranje maanstof: kleine bolletjes vulkanisch glas van ruim 3,5 miljard jaar oud. Cernan parkeerde de wagen na de laatste maanwandeling en was zo de laatste die ermee reed.

De maanwagen was ontworpen voor een topsnelheid van ongeveer 10 kilometer per uur, maar bergaf ging het harder. Cernan haalde bij Apollo 17 ongeveer 18 kilometer per uur, de hoogste snelheid die ooit met een voertuig op de maan is gereden — een onofficieel record. Bij Apollo 16 had John Young al een zogeheten ‘Grand Prix’ gereden: een testrit met scherpe bochten en remmanoeuvres die Duke filmde.

Communicatie en camera's: live op aarde

Een van de meest gewaardeerde eigenschappen van de maanwagen was de communicatieapparatuur aan boord. Een schotelantenne in de vorm van een paraplu, handmatig uitgeklapt en op de aarde gericht, maakte het mogelijk om live televisiebeelden naar de aarde te sturen zodra de wagen stilstond. De kleurencamera stond op een beweegbaar statief dat door technici in Houston op afstand kon worden gedraaid en ingezoomd. Zo konden zij bij Apollo 17 live volgen hoe de stijgtrap van de maanlander opsteeg; bij Apollo 15 lukte dat maar gedeeltelijk en bij Apollo 16 raakte de stijgende lander buiten beeld.

Die mogelijkheid om op afstand te sturen was niet toevallig. De ingenieurs wisten dat de astronauten het druk genoeg hadden en de camera's niet handmatig konden bijstellen terwijl ze wetenschappelijke monsters namen. Door de besturing naar Houston te delegeren, kregen de beelden een professionele kwaliteit die het publiek wereldwijd boeide. De filmbeelden van de rijdende maanwagen, opgenomen met een 16-millimetercamera aan boord, met spuitende stofwolken en de astronauten die in hun dikke ruimtepakken schommelden, behoren tot de meest iconische van het hele Apollo-programma.

De maanwagen blijft achter

Alle drie de maanwagens zijn achtergelaten op de maan. Na afloop van de laatste maanwandeling parkeerden de astronauten het voertuig op zo'n honderd meter van de maanlander, met de camera naar de lander gericht, zodat Houston het opstijgen van de stijgtrap kon filmen. De wagens staan er nog steeds, bevroren in de positie waarin ze werden achtergelaten, blootgesteld aan de eeuwige wisseling van dag en nacht op de maan maar niet aan weer of wind.

De Amerikaanse Lunar Reconnaissance Orbiter heeft de landingsplaatsen sinds 2009 meerdere keren gefotografeerd. Op die beelden zijn de wagens als kleine stipjes te zien, en soms zelfs de bandensporen. Ze zijn een van de meest tastbare overblijfselen van menselijke aanwezigheid op de maan en een stille getuige van wat het Apollo-programma heeft betekend voor de menselijke verkenning van het zonnestelsel.

In het kader van het Artemis-programma laat NASA bedrijven een nieuw maanvoertuig ontwikkelen, het Lunar Terrain Vehicle. De lessen van het LRV — modulaire wielen, redundante aandrijving, geïntegreerde communicatie — zijn de basis voor elk ontwerp dat sindsdien is gemaakt. Maar wat geen enkel nieuw voertuig kan evenaren, is de primeur: de eerste door mensen bestuurde auto op de maan. (Het eerste onbemande wagentje was de Sovjet-Loenochod 1, die in november 1970 landde.)