Смог бы Сатурн V отправить больше массы на TLI, если бы у него была более низкая околоземная орбита?

Немного ознакомившись с этой темой, я обнаружил ряд улучшений производительности LEO и TLI Saturn V в ходе программы Apollo. Ранние лунные миссии отправили от 133 до 137 тонн на парковочную орбиту 185 км, а затем могли доставить на Луну около 47 тонн. Более поздние миссии (Аполлон 15, 16 и 17) вращались вокруг 140-141 т на высоте 167 км, и каждая отправила около 48,6 т на Луну. Эти более поздние Сатурны были немного завышены по сравнению с более ранними полетами.

Итак, если бы SA-514 и SA-515 Apollo Saturn V были усовершенствованы для более поздних запланированных миссий (которые, конечно, были отменены), какую массу они смогли бы отправить на НОО 167 км и на луна?

Кроме того, можно ли увеличить эти массы LEO и TLI за счет снижения околоземной парковочной орбиты до 150 км? (Это будет зависеть от того, сможет ли сброс водорода S-IVB преодолеть атмосферное сопротивление за время до того, как сгорит TLI...)

Ответы (3)

Да, вы бы получили немного больше производительности от более низкой парковочной орбиты. Стандарт - 100 морских миль (185,2 км), но на MER (Mars Exploration Rover) мы заставили людей-носителей снизить орбиту стоянки до 80 морских миль, насколько я помню, порядка 1% увеличения доставляемой массы до Инъекция Марса. 1% может показаться не таким уж большим, но каждый килограмм имеет значение. Позже мы снизили скорость до 90 морских миль, когда стали лучше знать массу космического корабля.

Мы также получили их для уменьшения высоты выброса обтекателя.

Мы рассматривали, но отказались сделать парковочную орбиту эллиптической.

Мы также допустили несколько меньшую вероятность отключения по команде, т.е. повышенную вероятность выработки топлива на второй ступени. Это можно было бы вероятностно компенсировать маневрами космического корабля, что привело бы к чистой победе.

Это все небольшие изменения, но когда вы пытаетесь сбросить последние несколько килограммов, как мы были в какой-то момент на MER, вы пробуете такие вещи.

Ах хорошо. Кажется разумным. Каждый килограмм дополнительной полезной нагрузки потенциально может быть полезен, а в случае лунных миссий «Аполлон» дополнительный 1% будет составлять около полтонны. Спасибо за информацию... Кстати, вы сказали "мы" в комментарии. Так вы работали над Spirit and Opportunity? Какова/была ваша роль в программе MER? Звучит так, как будто это было бы круто, я бы хотел работать над такой карьерой!
Менеджер миссии Духа.
Происходит ли преимущество более низкой парковочной орбиты из-за эффекта Оберта?
Это, и тот факт, что вам не нужно выходить на столь высокую орбиту в первую очередь.
Но эту высоту все равно нужно набирать во время впрыска, не так ли?
Нет, вы покидаете гравитацию Земли прямо там, на высоте парковочной орбиты.
Я думаю, я думаю, что если какая-либо ступень не приводит к отключению топлива, у вас была неиспользованная мощность. Я лучше положу всю запасную дельту V в транспортную машину.
Это интересно, но полет на Марс (избегая земного притяжения) — это то же самое, что полет на Луну (которая все еще находится на орбите вокруг Земли)?
@suma С точки зрения парковочных орбит нет никакой разницы. Процент будет немного другим, но общая энергия, необходимая для полета на Марс, на удивление близка к общей энергии, необходимой для достижения Луны.

Непонятно, о каких улучшениях вы думаете для поздних миссий Аполлона. Маловероятно, что для двух дополнительных миссий были бы внесены существенные дальнейшие изменения.

Повышение производительности во время полетов произошло в основном за счет незначительной модификации топливных форсунок двигателя первой ступени, позволяющей увеличить расход топлива и, следовательно, большую тягу в сочетании с несколько большей топливной нагрузкой на всех трех ступенях пусковой установки.

НАСА смогло увеличить вес стеков полезной нагрузки Аполлона просто потому, что в ходе программы они обрели уверенность в том, что пусковая установка надежно соответствует своим характеристикам и превосходит их.

Был рассмотрен ряд будущих эволюционных разработок Сатурн-5 . Первый из них предусматривал использование форсированных двигателей F-1A, а также удлинение первой и второй ступеней и увеличение полезной нагрузки до НОО примерно на 7 тонн, но это была бы совершенно новая ракета, а не модификация уже построенной SA-514. или автомобили SA-515.

Как описано в ответе Марка Адлера, более низкая орбита парковки может дать преимущество в массе полезной нагрузки примерно на 1% в транслунной или марсианской миссии.

Ой, извините, я не указал улучшения, которые меня интересовали. Я предполагал, что все длины ступеней остались стандартными и что не было внесено никаких серьезных изменений в двигатель (хотя было бы разрешено повышение мощности существующих моделей двигателей).
Таким образом, кажется, что масса полезной нагрузки была увеличена из-за более высоких расходов топлива на первой ступени и больших запасов топлива на всех трех ступенях, а не столько из-за более низких парковочных орбит. Тем не менее, какую массу Сатурн мог разместить на парковочных орбитах ниже 167 км, как это использовалось в реальных миссиях? Хотя это не сильно увеличит полезную нагрузку TLI, мне просто любопытно... Она должна быть больше 141 тонны. Спасибо за ваш ответ выше.
Если вы отправляетесь на Луну, потребуется почти одинаковое количество энергии, независимо от того, на какой высоте находится ваша парковочная орбита или если вы полностью пропустите парковочную орбиту. Если вы не собираетесь на Луну, запас полезной нагрузки составляет около 0,6 тонны на 10 км высоты — в моем моделировании 135,4 тонны на 185 км против 137,5 тонны на 150 км.
Это соотношение, похоже, довольно близко к линейному на орбитах от 100 до 500 км (от 140,7 до 115,4 тонны) для стека Saturn V/Apollo.
Это интересно. Ну, я думаю, это решает это. Почти все изменения массы полезной нагрузки с «Аполлона-11» на «Аполлон-17», по-видимому, связаны с изменением характеристик ракеты. Снижение со 185 км до 167 км, вероятно, не было причиной увеличения веса на несколько тонн для миссий Apollo J. (Кстати, 100 км будет слишком мало для парковочной орбиты?) Мне нравится, что у вас есть базовое правило для расчета масс. Как вы это смоделировали? Еще раз спасибо за быстрый ответ. Очень полезно!
На самом деле я работал над общим механизмом моделирования запуска на орбиту (вдохновленный работой Боба Бреунига здесь braeunig.us/apollo/saturnV.htm ), и у меня уже была общая конфигурация Saturn V/Apollo, поэтому я просто изменил целевую высоту и перезапустил симуляцию, записав массу при достижении целевой орбиты.
Не уверен, какой будет безопасная высота для парковочной орбиты, но подозреваю, что 100 км — это слишком мало.

можно ли увеличить эти массы LEO и TLI за счет снижения околоземной парковочной орбиты до 150 км?

Да. Согласно этой статье * был сделан компромисс между массой на НОО, сроком службы на орбите и тепловыми ограничениями:

На выбор 100 н.ми. орбита для высоты круговой орбиты была достигнута за счет компромисса между полезной нагрузкой, выводимой ракетой-носителем, и комбинацией срока службы на орбите и ограничений по нагреву. Чем ниже высота стояночной орбиты, тем выше грузоподъемность ракеты-носителя . Однако по мере снижения орбиты стоянки (с учетом возможного рассеяния) достигается минимальное требуемое орбитальное время жизни и тепловые пределы космического корабля и ракеты-носителя.

(выделено мной)

*) Статья находится за платным доступом, и мне пока не удалось найти ее копию. В оставшейся части статьи может быть более глубокий анализ. Если у кого-то есть к нему доступ...

Смог бы Сатурн V отправить больше массы на TLI, если бы у него была более низкая околоземная орбита?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v