Действительно ли лунному модулю было необходимо иметь 2 ступени?

Мы все знаем, что двухступенчатая конструкция LM, используемая Грумманом, предназначалась для сброса массы шасси (+ других компонентов) в момент запуска с поверхности Луны, чтобы добраться до служебного модуля. Но действительно ли для LM было обязательно иметь две ступени? Причина, по которой я удивляюсь, заключается в том, что, когда Армстронг приземлился, топлива оставалось примерно на 25 секунд, однако на самом деле это было за 25 секунд до прерывания посадки, а не до того, как закончилось топливо. После этих 25 секунд сжигания топлива у полного LM все еще было достаточно топлива, чтобы подняться на обеих его ступенях обратно в служебный модуль. Другими словами, LM был спроектирован так, чтобы иметь возможность взлетать с поверхности Луны с ОБЕИХ ступеней, даже сразу после касания поверхности, на случай, если что-то пойдет не так. Тогда почему он использовал две стадии? Это, безусловно, добавило сложности,

У вас есть информация о том, что у взлетной ступени достаточно топлива для возвращения на орбиту? Каждый источник, который я видел, говорит о критичности работы подъемной ступени, потому что других вариантов не было. включая неоптимальные варианты производительности для повышения надежности и дизайна этого en.wikipedia.org/wiki/Lunar_escape_systems . Насколько я знаю, прерывание на 25-й секунде включало срабатывание разделительных болтов и сброс ступени спуска.
связанные с https://space.stackexchange.com/questions/2493/how-was-reserve-fuel-calculated-for-the-apollo-missions/30208#30208. Похоже, спускаемый модуль был спроектирован так, чтобы приземляться с топливом, составляющим примерно 1,8% от исходного.
На Youtube есть несколько документальных фильмов, в которых есть интервью с космонавтами и инженерами. Упоминается, что оставшееся топливо было просто мерой безопасной точки, в которой миссия была бы прервана, если бы в этой точке поверхность не коснулась. Таким образом, прервать посадку означало бы вернуться в служебный модуль с LM в его полной конфигурации. Например, в середине этой страницы упоминается тот факт, что оставшееся топливо было лимитом момента прерывания посадки space.com/26593-apollo-11-moon-landing-scariest-moments.html (кстати, отличная страница)
См. этот предыдущий вопрос для ясности о режимах прерывания LEM. space.stackexchange.com/questions/21686 Их больше одного, но ни один из них не возвращается на орбиту только на двигателе спускаемой ступени.
«Поэтому отмена посадки означала бы возвращение в служебный модуль с LM в его полной конфигурации». -- Почему вы так думаете?
Это не проходит проверку на запах: если этап подъема был ненужным, зачем его включили, когда вся программа «Аполлон» боролась с проблемами веса?
Я пробовал это в KPS; совмещая LEM и CSM, теряя систему побега и необходимость в каких-либо рандеву. Это была 300-тонная мечта о воображаемом структурном проектировании стоимостью 500 миллиардов долларов, которая не должна была выжить при повторном входе в атмосферу.

Ответы (3)

По истечении этих 25 секунд у LM все еще оставалось достаточно топлива, чтобы подняться на обеих ступенях обратно в служебный модуль. Другими словами, LM был спроектирован так, чтобы иметь возможность взлетать с поверхности Луны с ОБЕИХ ступеней, даже сразу после касания поверхности, на случай, если что-то пойдет не так. Тогда зачем использовать две ступени, которые, несомненно, добавили сложности, веса и второго двигателя?

Ваше предположение не верно. Прерывание вызова «бинго» (низкий уровень топлива) потребовало бы использования ступени подъема . Ступени можно разделить и запустить взлетный двигатель во время полета; это было продемонстрировано на Аполлоне 9 и Аполлоне 10.

Поскольку будет небольшая задержка между этапом подъема и выходом на полную тягу, самым безопасным способом прерваться в этом случае будет перевод этапа спуска на полную тягу, чтобы набрать высоту и вертикальную скорость, а затем этап и активация подъема. двигатель ступени после того, как топливо ступени спуска было исчерпано.

Подъем с поверхности Луны на орбиту встречи занял на этапе подъема около 7 минут; на этапе спуска не было достаточно топлива, чтобы сделать это.

Спасибо, теперь я немного прочитал о последовательности этапов прерывания, которая описывает эту процедуру, когда этап спуска сбрасывается около поверхности Луны, затем этап подъема загорается во время полета (конечно, очень сложно) и поднимается обратно. Очень интересно. Аполлон-10 сделал именно это — только с большой высоты над поверхностью Луны. Также интересна была «зона мертвеца» на малой высоте, где эта процедура была бы невозможна — так что на такой высоте были только варианты приземления или крушения. Очень интересно, если у кого-то есть ссылки на эту процедуру поделитесь пожалуйста.
Для сравнения, кажется, что в российском лунном модуле ЛК использовалась конфигурация с одним двигателем и топливными баками для спуска и подъема, при этом шасси в сборе оставалось на поверхности Луны. По сути, это была одноступенчатая модульная конструкция. Возможно, более простая конструкция по сравнению с LM, у которого было два двигателя/бака и системы, по одной на каждую из двух ступеней. en.wikipedia.org/wiki/LK_(космический корабль)
@Mathias: Конструкция LK требует подъема, чтобы нести все батареи, кислородные и водяные баки, топливные баки, необходимые только для спуска, и т. д. Это нормально для коротких лунных пребываний, но это не подходит для 3-дневного пребывания. из более поздних полетов Аполлона. Возможность оставить оборудование, необходимое для поддержки надводного положения, была огромным преимуществом для двухступенчатого LM. (Обратите внимание, что у LK было два движка — один был полностью резервным.)
Действительно, между LK и LM были большие различия в профилях миссий, плюс LK был разработан для проведения очень небольшого количества научных экспериментов на поверхности Луны. Спасибо за отличные объяснения, Рассел.
И даже если бы можно было вернуться на обеих ступенях, у ступени спуска не было бы возможности выжить при повторном входе в атмосферу. Так что смысла в этом не было.
@vsz Я в замешательстве. Вы предполагаете, что взлетный модуль снова вошел в атмосферу Земли вместе с КМ?

Ранние концептуальные проекты предполагали, что две ступени сэкономят вес. Возникла еще одна проблема, из-за которой одноступенчатый посадочный модуль стал ненадежным.

Герметизация баков с топливом и окислителем лунного модуля была серьезной инженерной задачей. Из-за изменений температуры, которые происходят во время запуска и на околоземной орбите, баки не находились под давлением до тех пор, пока они не потребуются. В это время астронавты запускали несколько взрывных клапанов (т. е. их можно было открыть, но никогда больше не закрывать), которые выпускали небольшое количество сверхкритического гелия для повышения давления в баках.

Разработка и испытания системы наддува LM заняли 6 лет и имели массу проблем. Топливо замерзло, поэтому добавили теплообменник. Испытательный образец взорвался, поэтому им пришлось заменить сплав, используемый в теплообменнике. Сломался регулятор давления. Вы должны были иметь возможность увеличивать или уменьшать тягу спускаемого аппарата; система наддува была несовместима с этим, поэтому была произведена еще одна переработка. Установлен еще один теплообменник. Спускаемый двигатель Аполлона-5 преждевременно отключился. На Аполлоне-9 он находился под пониженным давлением. Когда Аполлон-11 сбросил лишнее топливо для спуска, топливопроводы замерзли и оказались под избыточным давлением .

Достаточно сказать, что после того, как вы открыли клапаны в системе наддува LM, у вас есть несколько часов, чтобы использовать двигатель, прежде чем он станет ненадежным. Этого времени было достаточно, чтобы приземлиться на Луне, но недостаточно надежно, чтобы продержаться на Луне несколько дней. Одноэтапное ремесло слишком рискованно. Вместо этого у подъемной ступени была собственная система подачи топлива и наддува. (Аполлон-13 рискнул повторно использовать спускаемый двигатель, и ему повезло.)

Обновление: наличие временных ограничений на наддув двигательных установок LM подтверждается Справочником по операциям Аполлона: Лунный модуль, том. 1 , раздел 2.8.6:

  • Выключатель ASCENT He PRESSне должен быть включен более чем за 24 часа до прекращения работы подъемного двигателя. Клапаны повышения давления при всплытии рассчитаны на работу только в течение 24 часов после воздействия паров топлива. Превышение этого предела может привести к отказу подъемного клапана.

  • Переключатели DES START He PRESSи DES PRPLNT ISOL VLVне должны быть включены более чем за 3,5 суток до прекращения работы спускаемого аппарата. Клапаны наддува при спуске рассчитаны на работу всего 3,5 дня после воздействия паров топлива. Превышение этого предела может привести к отказу клапана спуска.

Советы разработали пилотируемый лунный посадочный модуль LK . Для экономии веса у него должен был быть один двигатель для спуска и подъема. Тем не менее, он все равно оставил бы некоторые части на Луне.

советский ЛК

Это много интересных технических подробностей. У нас не так много информации о конструкции LM и проблемах испытаний, но я уверен, что при создании этого космического корабля были предприняты беспрецедентные инженерные усилия. Что касается фактора риска, вы предполагаете, что одной из причин двухступенчатого LM было снижение риска отказа (повышение надежности). С инженерной точки зрения, я считаю, что добавление дополнительных систем вместо резервных фактически увеличивает шансы системы и, следовательно, провала миссии. Конечно, только мои предположения.
Также стоит добавить, что российский лунный модуль (аббревиатура НК) изначально был рассчитан на перевозку только одного астронавта при 1/3 общего веса LM. Было построено несколько НК, до сих пор существует 5. Есть несколько очень интересных различий в дизайне/концепции между NK и LM, на странице Wiki внизу en.wikipedia.org/wiki/LK_(spacecraft)
Не было ли у одного из первых полетов LM проблем с высоким сверхкритическим давлением гелия перед запуском? Я думал, что это Аполлон-9, но Википедия, кажется, вообще не упоминает об этом. Тем не менее, в нем упоминается аналогичная проблема с Аполлоном-13, но я почти уверен, что это не то, что я имею в виду.
@aCVn У Аполлона-11 была проблема с давлением гелия сразу после приземления на Луну, возможно, это то, что вы помните? hq.nasa.gov/alsj/a11/a11iceclog.html
Обратите внимание, что у LK на самом деле было два двигателя; один был чистой резервной резервной копией, которая вообще не использовалась в номинальном полете.
Стоит отметить? У Apollo / Saturn было только два двигателя, для которых профили миссии требовали перезапуска: 3-я ступень Saturn (S-IVB) и Apollo SM. 3-я ступень сработала сначала для завершения ввода LEO, затем снова сработала для TLI. Двигатель СМ запустился для вывода на лунную орбиту, снова чтобы покинуть лунную орбиту для возвращения на Землю, но также запустился по пути к Луне и обратно для коррекции курса. Среди многочисленных технических проблем были бы: кратковременное хранение топлива LH / LOX 3-й ступени, система зажигания для перезапуска 3-й ступени и незаполненный объем для всех этих запусков в невесомости.
Спускаемый двигатель @AnthonyX LM также запускался дважды в обычном режиме — 30-секундное горение («выход на орбиту спуска») для снижения перицинтиона, а затем почти 12-минутный спуск с питанием, начавшийся почти через час.
@RussellBorogove Я исправлен :)
Использование ЛК одной ступени для спуска и подъема не совсем верно. Большая часть механического спуска была выполнена с помощью ступени Блок Д, которая также использовалась для вывода на лунную орбиту стека Союз/ЛК. То же самое нельзя было сделать с Аполлоном, поскольку выведением на орбиту занимался служебный модуль, который позже был необходим для побега на Луну.
@Hohmannfan На самом деле это было сделано таким образом в более поздних миссиях Аполлона, чтобы выдержать вес дополнительного оборудования, такого как лунный вездеход. CSM сгорит на первом выходе на орбиту спуска, LM отделится, а затем CSM рециркулирует. У CSM было гораздо больше возможностей, чем ему действительно нужно для посадки на Луну, потому что он был разработан для прямого восхождения.
@RussellBorogove: «потому что он был разработан для прямого восхождения» - подождите, CSM был разработан, чтобы иметь возможность приземлиться на Луну, а затем вернуться на Землю своим ходом?!
Для этого потребовалась бы дополнительная ступень вывода на лунную орбиту и посадки; CSM был бы этапом восхождения и возвращения. Это был план прямого восхождения с использованием Saturn C-8 (по сути, Saturn V, увеличенный на 60%) в качестве пусковой установки.

Вы все, кажется, имеете гораздо больший научный опыт, чем я, поэтому, пожалуйста, простите мой вклад, если он слишком простой. Мой отец был одним из тех, кто отвечал за электрические системы (жизнеобеспечение), и, насколько я помню, он говорил мне, что причина двухступенчатой ​​системы сводилась к двум вещам: минимизация веса при восхождении (это означает, что требовалось меньше топлива). и тот факт, что было слишком много неуверенности в том, что они узнают о поверхности луны, когда доберутся туда. Им нужно было учитывать чрезмерное опускание/наклон. Лучший способ преодолеть это — взять с собой собственную стартовую платформу, которая могла бы это компенсировать. Наконец, это был тот простой факт, что вся эта система посадки не была нужна после старта. Сбрасывание почти половины массы корабля дало им дополнительное пространство для всплытия и рондевиуса. В качестве личного наблюдения я хотел бы задаться вопросом, была ли бы крыша корабля достаточно целостной, чтобы выдержать взлет с прикрепленным снаряжением. Эти стены были тонкими, как бумага.

Если он смог выжить при посадке, он сможет выжить и при взлете.
Действительно ли лунному модулю было необходимо иметь 2 ступени?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v