Сможет ли Apollo LM приземлиться на Меркурий?

Если оставить в стороне вопрос о том, как Аполлон-ЛМ попал на орбиту вокруг рассматриваемого небесного тела, мне интересно, на какие небесные тела, кроме Луны, ЛМ смог успешно приземлиться. Меркурий, например, очень похож на Луну, но его гравитация более чем в два раза превышает ее поверхностную гравитацию. Конечно, он попытается приземлиться на ночной стороне, так как он, вероятно, растает на дневной стороне, но мне интересно, что касается гравитации / топлива, сможет ли экипаж достаточно затормозить LM, чтобы совершить мягкую посадку.

Я предполагаю, что LM сможет идеально мягко приземлиться на следующие тела, кроме Луны:

  • Церера, Паллада и Веста в главном поясе астероидов
  • Каллисто и Ганимед, и без интенсивных радиационных поясов Юпитера на Европе тоже безопасно
  • У Ио более высокая поверхностная гравитация, чем у Луны, но я думаю, что LM справился бы с этим, так как он оказался более эффективным, чем ожидалось, но нужно учитывать, что на Ио происходят землетрясения, вулканизм и его поверхность постоянно меняется, поэтому посадка будет очень сложно, но не невозможно (за исключением упомянутых выше радиационных поясов)
  • все семь планетарных спутников Сатурна (включая Титан, если LM сможет достаточно вовремя затормозить перед входом в атмосферу на скоростях, которые могут повредить его из-за аэродинамического нагрева)
  • все пять планетарных спутников Урана
  • Спутники Нептуна Тритон, Протей и Нереида
  • все карликовые планеты за пределами Нептуна (ну, у них низкая гравитация и почти нет атмосфер)
  • У Меркурия высокая гравитация, поэтому мне интересно, хватит ли топлива LM, чтобы затормозить его достаточно для мягкой посадки. Конечно, LM не сможет снова уйти, даже если его дозаправить на поверхности, я думаю.
  • Если LM сможет приземлиться на Меркурий, я думаю, что он сможет сделать это и на Марсе, если он сможет достаточно затормозить перед входом в атмосферу Марса на слишком высоких скоростях, чтобы аэродинамическое трение не сожгло его)

Мягко приземлиться на Венеру и Землю (при выходе с орбиты) или безопасно войти в атмосферы газовых гигантов ЛМ точно не сможет, так как эти планеты обладают слишком большой массой.

Я сделал ошибку выше? Может ли LM безопасно войти в атмосферу Титана или нет? Сможет ли он приземлиться на Меркурий и Марс? Сможет ли он выйти с Меркурия на орбиту, если будет полностью заправлен топливом?

Ответы (2)

Я проигнорирую тепловые, радиационные и другие соображения и рассмотрю только общие рабочие характеристики LM.

Номинальный «полностью автоматический» профиль спуска для Apollo LM требовал около 2080 м / с дельта-V с небольшим количеством дополнительного топлива, предусмотренным в бюджете для ручного захода на посадку и других непредвиденных обстоятельств. Это основное ограничение для приземления на массивные тела.

Двигатель LM мог непрерывно регулировать тягу от 10% до 65%; в конце спуска это будет противостоять гравитационному притяжению от 0,06 до 0,41 г. Я не думаю, что было бы целесообразно включать и выключать двигатель для достижения более низкой средней тяги. С другим программным обеспечением можно было бы использовать двигатели RCS для окончательного спуска; эти подруливающие устройства предназначены для быстрой импульсной работы и могут противостоять перегрузке до 0,02 g.

Для спуска с низкой орбиты Меркурия потребуется немного больше дельта-V, чем может обеспечить LM в одиночку. Если бы он каким-то образом был соединен с «ступенью торможения», которая могла бы обеспечить большую часть спуска, он мог бы приземлиться, но права на ошибку было бы мало; Сила тяжести Меркурия, равная 0,38 г, неудобно близка к верхнему пределу дросселируемого диапазона спускаемого двигателя LM. Не рекомендуется.

Марс также невозможен. В дополнение к высокой гравитации атмосфера Марса достаточно плотная, чтобы разрушить что-то столь хрупкое, как LM; пиковые динамические давления будут порядка 10 кПа.

Если бы вы каким-то образом смогли спустить ЛМ на поверхность Марса или Меркурия, то тяговооруженность подъемного двигателя составляет всего 0,33, чего как раз недостаточно для отрыва от поверхности с полной заправкой топливом. Даже с более мощным двигателем он не смог бы выйти на орбиту.

У Цереры, Паллады и Весты противоположная проблема. Их сила тяжести находится между минимальной тягой спускаемого аппарата и максимальной тягой РСУ. Замена двигателя спуска на уменьшенную версию может решить проблему, или вы можете рассчитать время окончательной остановки на небольшом расстоянии над поверхностью (скажем, 25 метров) и запустить RCS, чтобы замедлить оставшееся падение. ; последняя стратегия потребует значительно другого программного обеспечения для управления и контроля.

Каллисто и Европа выполнимы. Ио и Ганимед маргинальны; вам понадобится помощь тормозной ступени, чтобы обеспечить некоторую дельта-V при спуске, но двигатель будет достаточно мощным, чтобы выполнить окончательную посадку.

Титан исключен. Его атмосфера не только очень толстая, но и имеет очень большую «высоту по шкале», меру того, как плотность атмосферы уменьшается с высотой. LM не был разработан, чтобы выжить при движении на высокой скорости в любой атмосфере.

Чтобы снизиться на низкой скорости, требуется гораздо больше топлива, чем на высокой (потому что это занимает больше времени, а гравитация все время пытается тянуть вас вниз быстрее, так что вам приходится тратить топливо на борьбу с ней), поэтому тормозить, чтобы снизиться, нецелесообразно. на безопасной скорости над атмосферой Марса или Титана и медленно снижайтесь.

Мимас, Энцелад и Тефия , спутник Урана Миранда , Протей и Нереида Нептуна , а также многие другие малые планеты и малые спутники, вероятно, пригодны для посадки с помощью RCS; Диона, Япет и Рея, а также четыре других основных спутника Урана подобны Церере, Палладе и Весте, с поверхностной гравитацией в недопустимом диапазоне между возможностями RCS и спускаемого двигателя.

Тритон и Плутон имеют только следы атмосферы (порядка 1/1000 от 1% плотности воздуха Земли); Я считаю, что LM сможет пережить это; пиковое динамическое давление будет незначительным, порядка 50 Па. Сила тяжести на поверхности Плутона находится прямо на нижнем пределе дроссельной заслонки двигателя спуска, но при тщательном расчете времени это выполнимо.

Таким образом, пять планетарных спутников Урана также будут в запретном диапазоне, за исключением Миранды с весом 0,008 г, которую можно было бы приземлить с помощью RCS, верно? Это также сработало бы для спутников Нептуна Протея и Нереиды, а на Тритоне и Плутоне это было бы выполнимо стандартно. Или тонкие атмосферы Тритона и Плутона будут своего рода нарушением? Тропосфера Тритона имеет высоту 8 км.
Почему Церес проблема, двигатель LM был способен к повторному воспламенению. Вам не нужно пульсировать двигатель; Вы можете выполнить посадку на любом желаемом дросселе, просто правильно рассчитывая время. Уменьшение масштаба допускает большую погрешность, но не требуется явным образом, равно как и зависание.
Это было бы похоже на маневр зависания Falcon 9 (плохо названный). Я не уверен, что радиолокационный высотомер LM сможет правильно определять время на неподготовленной площадке для посадки, но я полагаю, что это не исключено. Я отредактирую.
Я не думаю, что зависание - действительно правильная аналогия для приземления Цереры и т. Д. Вы начинаете это горение в свободном падении с гораздо более высокой скорости, так что вы можете двигаться низко и долго, чтобы снизиться до более разумной скорости + оценить место, а затем увеличить газ около приземления, чтобы остановиться. Гравитационный свет, поэтому у вас есть разумный запас у поверхности, с которого можно упасть, если хотите (или используйте RCS, чтобы смягчить падение). Если вам не нравится посадочная площадка, вы можете обратиться к GTFO и найти другое место.
@ErinAnne Честная точка зрения; перефразировано.
Помогут ли новые предложения избежать проблемы с входом в атмосферу Титана? И мой вопрос об атмосферах Тритона и Плутона все еще актуален, но я полагаю, что они достаточно тонкие, чтобы (в значительной степени) не мешать попыткам приземления.
«Двигатель LM мог непрерывно дросселировать от 10% до 65% тяги» Это меня смущает, что происходит выше 65%?
@Michael Эрозия сопла, по-видимому, между 65% и 95% или около того. Я не знаю, связано ли это с турбулентностью в камере сгорания при промежуточных положениях дроссельной заслонки или с каким-то другим фактором. Программа спуска удерживала полный газ до тех пор, пока компьютер не рассчитал, что пришло время перейти на 50% или ниже газа, затем пропустил запрещенную зону газа и начал динамически управлять дросселем, стремясь к почти нулевой скорости на нулевой высоте.
Мне повторить свой вопрос (вопросы) еще раз? Если вы не знаете, скажите, что вы тоже не знаете.
@Giovanni Новые предложения касаются только самой последней части приземления; они существенно не изменяют атмосферные проблемы высокой скорости. Атмосферы Тритона и Плутона достаточно тонкие (около 1/1000 от Марса, 1/100000 от Земли), чтобы LM мог приземлиться (добавлено к ответу). Я считаю, что вы правы насчет спутников Урана.
@ Майкл Я искал дополнительную информацию об ограничении дроссельной заслонки и не смог найти подробностей. «Первоначальный проект пытался обеспечить переменную тягу вблизи максимальной номинальной тяги; однако чрезмерные проблемы с управлением соотношением смеси и эрозией горловины вызвали выбор настройки максимальной тяги с фиксированной точкой дроссельной заслонки ...» Возможно, изменение соотношения смеси привело к более коррозионной выхлоп в диапазоне 65%-90%.
@ Джованни, марсианская атмосфера слишком глубока для посадки "стоп и падай". Вы начинаете получать значительные эффекты аэродинамического торможения на высоте 120 км; торможение до нулевой скорости, а затем свободное падение через атмосферу даст вам дополнительные тысячи метров в секунду скорости, которые вам нужно нейтрализовать перед приземлением. Для поддержания скорости на уровне, который может выдержать LM, потребуется гораздо больше топлива, чем может нести LM.

У LM была посадочная ступень и взлетная ступень. Топливо взлетной ступени нельзя было использовать для посадки, у взлетной ступени не было опор. Но все ресурсы (кислород, вода и аккумуляторы) для пребывания на Луне находились в нисходящей ступени. На восходящей стадии были лишь очень небольшие запасы кислорода, воды и электричества.

Если посадка была прервана, посадочная ступень отделялась, а восходящая ступень использовалась во время отделения. Этот маневр получил название «огонь в прорубь».

Так что приземление было возможно лишь при немного большей гравитации, чем лунная.

Гравитация Луны 1,62 м/с2, скорость убегания 2380 м/с.

Ио: 1796 м/с2 и 2376 м/с. Разница между Ио и Луной настолько мала, что посадка кажется возможной.

Меркурий: 3,70 м/с2 и 4,3 км/с. Отношение квадратов скоростей убегания Меркурия и Луны равно 3,26. (энергия, необходимая для определенной скорости, пропорциональна квадрату скорости). Так что даже топлива как для взлета, так и для спуска не хватит для посадки на Меркурий

Мой вопрос касается, конечно же, приземления. Как вы думаете, сможет ли LM справиться с гравитацией Ио (0,183 г)?
Топливо со ступени подъема фактически могло быть направлено через RC для обеспечения дополнительной дельта-v. Не знаю, когда они перегреются, но часть этого топлива могла сгореть во время посадки.
Сможет ли Apollo LM приземлиться на Меркурий?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v