Quando le Case sviluppano nuovi motori e powertrain, spesso li testano nelle condizioni più estreme, recandosi negli angoli più remoti del pianeta. Ad esempio, la Rolls Royce Spectre, la prima auto elettrica del brand britannico, è stata messa a punto con sessioni di test in giro per il mondo per raccogliere dati a temperature comprese tra i -40 e i 50 gradi.
Tuttavia, non esiste sulla Terra un posto che possa offrire condizioni paragonabili a quelle sulla Luna, dove di giorno si può arrivare a oltre 100 gradi centigradi e di notte si toccano anche i -130 gradi. Però, negli anni '70, la Nasa usava già un rover lunare elettrico. Come faceva?
Peso piuma
Sebbene un veicolo per la missione lunare fosse in cantiere fin dall'inizio del programma Apollo, il primo rover lunare - ufficialmente noto come Lunar Roving Vehicle (LRV) - non fu lanciato fino al quarto sbarco sulla Luna con equipaggio, avvenuto nel 1971 con l'Apollo 15. Il motivo per cui questo strano veicolo fu costruito sono facilmente intuibili: aumentare l'area che gli astronauti potevano esplorare e aumentare il numero di reperti da raccogliere e riportare sul nostro pianeta.
Il fatto che dovesse operare correttamente sulla Luna e che sul nostro satellite dovesse anche essere trasportato rese le specifiche tecniche richieste tanto chiare quanto difficili da soddisfare.
Prima di tutto il peso: LRV doveva essere leggero. Grazie all'uso massiccio di alluminio e titanio, il rover a vuoto arrivava a soli 460 chili (ma il carico utile era di oltre 1.000). Inoltre, LRV doveva essere flessibile per essere riposto nel modulo di atterraggio lunare. Per questo si piegava fino a raggiungere uno spessore di 51 cm.
Un solo cavallo di potenza
Muoversi sulla Luna portava anche dei vantaggi: la potenza necessaria era minima, poiché LRV sarebbe pesato solo 35 kg per via del diverso campo gravitazionale. Risultato? Una potenza di un solo cavallo erogata da 4 motori elettrici a corrente continua da 0,20 kW ciascuno. Ogni motore era collegato a ruote in rete d'acciaio intrecciata e zincata in grado di deformarsi ed era dotato di una propria trasmissione armonica con una riduzione di 80:1, per migliorare la coppia e la risposta.
Gli alloggiamenti dei motori erano pressurizzati a 7,5 PSI per evitare che la polvere entrasse nei meccanismi e rovinasse le spazzole. La velocità massima ufficiale era di 12 km/h, anche se durante la missione Apollo 17 l'astronauta Eugene Cernan raggiunse i 18 km/h scendendo da una collina a pieno carico.
In origine, il budget per LRV fu calcolato in 19 milioni di dollari, ma alla fine si spesero 38 milioni di dollari trasformando il mezzo lunare nel peggior affare della storia per quanto riguarda il rapporto "dollari per cavallo".
Due batterie, 90 km di autonomia
Dovendo alimentare motori piccolissimi, LRV aveva una batteria piccola, leggera e compatta. Anche perché doveva essere usato una volta e poi abbandonato sulla superficie lunare (è stato così per tutti e tre i veicoli portati sul nostro satellite).
La batteria - che non era ricaricabile - era di tipo zinco argento. Su LRV ce n'erano due da 36 V e 4,1 kWh: una alimentava i motori anteriori e una quelli posteriori, ma in caso di malfunzionamento di una, l'altra poteva alimentare l'intero veicolo. Le batterie zinco argento sono state scelte perché, per quanto difficilmente ricaricabili (possono resistere a 10-50 cicli), avevano già allora una grande densità energetica. Arrivavano a 220 Wh/kg e, considerando che furono realizzate negli anni '70, erano imbattibili.
Le batterie garantivano un'autonomia di oltre 90 km, ma per motivi di sicurezza i responsabili delle missioni proibirono agli astronauti di avventurarsi più di tanto. La distanza massima era pari a quella che si sarebbe potuta coprire a piedi se LRV si fosse rotto: 10 km.
Il freddo faceva paura
Tra le sfide più ardue che i progettisti hanno dovuto superare c'è stata quella della gestione della temperatura. Le batterie allo zinco-argento, infatti, si comportano male con il freddo. Ma tanto LRV era destinato all'uso solo durante il giorno lunare, che dura 15 giorni terrestri, il che significa che la preoccupazione principale era evitare il surriscaldamento.
La superficie lunare stessa può raggiungere temperature più calde dell'acqua bollente durante questi 15 giorni, ma poiché la Luna non ha atmosfera, le temperature locali variano enormemente e sono determinate principalmente dal tempo trascorso direttamente alla luce del Sole. La temperatura massima di funzionamento della batteria era stata fissata a 52 gradi centigradi e la temperatura oltre la quale la batteria sarebbe stata compromessa per sempre era fissata a 60 gradi.
Per evitare che le batterie si surriscaldassero sono stati montati radiatori passivi, che invece di usare un tradizionale sistema di raffreddamento montavano specchi di silice fusa per riflettere la maggior quantità di luce ed espellere il maggior calore possibile. Quando LRV era in movimento, gli specchi venivano coperti da uno scudo antipolvere, per evitare che il finissimo suolo lunare li ricoprisse, rovinandoli.
In futuro toccherà forse alle batterie di GM
Mentre la Nasa ha pianificato il ritorno dell'umanità sulla Luna con il progetto Artemis, non si sa ancora come sarà fatto di preciso il veicolo che accompagnerà gli astronauti a spasso per il nostro satellite. Ci sono molti progetti in via di definizione, tra cui uno congiunto di GM e Lockheed che dovrebbe essere alimentato da batterie Ultium.
Quasi di sicuro, il prossimo rover userà batterie agli ioni di litio, che saranno meno delicate di quelle adottate da LRV. Una costante sarà la protezione dalla polvere. La polvere, sulla Luna, non cambia mai.
La transizione energetica e lo spazio