Какой массы ракеты «Сатурн-5» могли бы приземлиться на Луну, если бы ничего не возвращалось?

Какая сухая масса могла бы мягко приземлиться на Луну, если бы Сатурн V был переконфигурирован для запуска роботизированной миссии, полностью направляющейся на поверхность? Очевидно, в то время это было невозможно, но для возвращения на Луну это могло иметь большой смысл.

Хотя Saturn V больше не существует, если SpaceX выпустит свой проект Mars Colonial Transporter, Илон говорит , что это «заставит лунную ракету Apollo выглядеть маленькой» . Поэтому, чтобы смоделировать крупномасштабные миссии на Луну на основе робототехники, я хотел бы основывать полезную нагрузку на том, что мог бы сделать Сатурн V, если бы он был переконфигурирован с учетом этого.

Вот с чем предстоит работать:

  • Лунные модули - подъем - 4800 кг (можно добавить все это, ничего не поднимается)
  • Спускаемый модуль - сухая масса 2000 кг, топливо 8212 кг,
  • Командно-служебный модуль - сухая масса 11 900 кг, топливо 16 900 кг (эти массы необходимо объединить, чтобы рассчитать, какую массу можно было бы приземлить, если бы была только одна система двигателя)
  • Launch Escape System - 3600 кг (сбрасывается вскоре после запуска, поэтому часть этого может быть добавлена ​​​​для полезной нагрузки на поверхность Луны)

Так что здесь есть несколько морщин. Какую экономию массы можно было бы получить, объединив двигатели LEM и CSM и изменив размер для чего-то, что позволило бы получить результирующую конфигурацию на поверхности? Какую часть системы эвакуации при запуске можно рассматривать как дополнительную массу полезного груза на Луне? Я не нашел цифру его массы, но было бы разумно добавить массу адаптера лунного модуля ?

Примечание: поскольку речь идет о конструкции, я не делаю различий между самими космическими кораблями и их полезными нагрузками. В контексте текущих миссий, направленных на поселение, космические корабли — полезные материалы, которые можно использовать повторно — даже оставшееся топливо. Так что, если он приземлится, это засчитывается.

По какой причине вы хотите, чтобы масса была сухой?! ;-)
@ user2705196 «Сухой» относится не к воде, а к топливу и тому подобному. Сухая масса ракеты - это то, что она весит до загрузки топлива, газа наддува и тому подобного.

Ответы (2)

Согласно Википедии, Сатурн-5 мог запустить 48600 кг до транслунного выведения.

Оттуда вам потребуется около 2410 м/с ∆v, чтобы совершить мягкую посадку на Луну . Возьмем немного дополнительного топлива для запаса прочности и назовем его 2700 м/с.

Согласно уравнению ракеты , предполагая, что вы используете ракету, которая использует хранимое гиперголическое топливо с удельным импульсом 312 с (например, AJ-10, используемая в служебном модуле Apollo), вам нужно отношение масс 2,42, чтобы обеспечить это количество ∆ в.

Таким образом, вы можете совершить мягкую посадку в общей сложности 48600/2,42 = ~20100 кг сухой массы корабля.

НАСА рассмотрело CECE , эволюцию водородного двигателя RL-10 с глубоким дросселированием, для будущих миссий по посадке на Луну. Это обеспечит гораздо лучший удельный импульс, но связанный с ним топливный бак будет намного больше по объему, и выкипание криогенного топлива будет большой проблемой. При удельном импульсе 455 с приземляемая сухая масса составит около 26200 кг.

Хех, это было проще, чем я думал. Теперь я думаю, должен ли я немного добавить к вопросу, чтобы сделать его более интересным. Являются ли гиперголики все же, что было бы логичным вариантом? Какова будет масса корабля? Я думаю, что на самом деле не имеет смысла спрашивать о продолжении, но вместо этого включите это здесь...
Заправленная масса корабля составляет 48600 кг массы TLI (т.е. как у Apollo CSM+LM) - это чуть больше половины топлива при впрыске. Я не знаю, каков уровень техники для сохранения холода криогенного топлива во время трехдневного полета; керосин-LOX не даст вам значительного улучшения удельного импульса, а водород-LOX будет означать гораздо больший объем в резервуаре, поэтому гиперголики кажутся наиболее простым вариантом (особенно потому, что нам не нужно очень большое ∆v).
Кроме того, это означает, что вы можете совершить аварийную посадку, например, 48 600 кг сырья. Несмотря на то что 0,5 ⋅ 48600 ⋅ 2410 2 = 141 гигаджоуль удара... это 33 тонны в тротиловом эквиваленте. Это должен быть очень прочный блок сырья :)
Простой и элегантный ответ. Мне любопытно, откуда была рассчитана информация о карте deltaV?
Десять тонн - так что, может быть, небольшой ядерный реактор и завод-в-коробке.
@SarahBourt - на самом деле я нашел кучу разных чисел и не уверен, какое из них наиболее точное. en.wikipedia.org/wiki/… дает 5930 м/с от НОО до поверхности Луны; Согласно данным en.wikipedia.org/wiki/Trans-lunar_injection , TLI составляет 3050-3250 м/с , так что остается 2700+ м/с, что немного выше, чем я получил из диаграммы, поэтому эти цифры могут быть неконсервативными. достаточно. Кроме того, существует по крайней мере 400 м/с разницы между совершенным роботизированным самоубийственным ожогом и ручной посадкой на Луну командира Аполлона.
Согласно этому ответу , низкая лунная орбита до поверхности Луны составляет 1870 м / с в одну сторону. (Однако заявление без источника.) Таким образом, остается дельта-v 540 м/с для орбитального выведения от TLI до LLO, исходя из вашей цифры 2410 м/с от TLI до поверхности Луны. Честно говоря, я не могу судить, является ли эта цифра разумной или нет.
@MichaelKjörling: Как насчет перехода с низкой лунной орбиты на эллиптическую «орбиту», перицентр которой находится ниже лунной поверхности? По человеческим меркам может получиться довольно большая траншея, но я не уверен, что воздействие любого рукотворного объекта будет значительным по сравнению с некоторыми другими вещами, упавшими на Луну.

А вот ответ с точки зрения эпохи Аполлона: научно-популярный текст 1966 года: «Что мы будем делать на Луне» , написанный д-ром. Сам Вернер фон Браун! - ссылка на Google Книги

Беспилотные грузовые посадочные модули, запускаемые ракетами «Сатурн-5», могут мягко приземляться на Луну массой 30 000 фунтов каждый, открывая путь к большим стационарным и мобильным лунным лабораториям и, в конечном счете, к постоянным обитаемым базам.

Иллюстрация Popular Science 1966 года, мягкая посадка груза весом 30000 фунтов на Луну.

Для сравнения с другим ответом 30 000 фунтов — это 13 600 кг, поэтому оценка фон Брауна более консервативна.
@zwol На самом деле очень похоже. Эта цифра только для груза. Ответ 20100кг это груз+конструкция+двигатели+авионика+остаточное топливо.
Какой массы ракеты «Сатурн-5» могли бы приземлиться на Луну, если бы ничего не возвращалось?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v