Является ли лунное литобрейтинг 1. живучее и 2. дешевле посадки ракеты?

Лунный литобрейкинг

Если ваша цель — просто доставить научный пакет куда-нибудь на Луну, может быть, проще и дешевле спроектировать пакет так, чтобы он выдержал лунное столкновение? В качестве примера рассмотрим Lunar X Prize, целью которого является посадка устройства, которое может передавать HD-видео обратно на Землю.

Вопрос состоит из двух частей.

  1. Можно ли спроектировать упаковку, которая выдержит удар Луны в целости и сохранности?
  2. Будет ли дешевле (по массе, Δv и/или в долларах) использовать этот метод посадки с помощью тормозных ракет?

Лунный удар

Мысли

Преимущества:

  • Гораздо меньше Δv миссии (-3км/с?).

Недостатки:

  • Высокая пиковая нагрузка на упаковку во время литобработки.
  • Более низкая точность конечного пункта назначения.
  • Пыль, выбрасываемая при ударе, может покрыть упаковку.

Можно использовать отработавшую ракету и топливный бак от транслунной инъекции в качестве зоны деформации, чтобы уменьшить пиковое замедление. Пружины, подушки безопасности, пена и т. д. могут дополнительно увеличить время удара, уменьшая удар.

Исследовательская работа

Программа рейнджеров - луноход НАСА из бальзового дерева

Программа рейнджеров - газетные изображения

Посадочные модули с подушками безопасности масштабируются как v ^ 2, а ракеты масштабируются как v.

SSE: Предельная стоимость посадки на Луну

Зависит от того, что вы подразумеваете под «научным пакетом»? Есть, например, планетарные пенетраторы , исследования продолжаются, и, по-видимому, они проверяют возможность загрузки их научным пакетом, защищенным эпоксидной смолой, и запускают их на высокой скорости в груды щебня (имитируя лунный реголит), чтобы проверить их живучесть при ударе большой силы тяжести... считаю, что тесты многообещающие. Но на самом деле это не система доставки от двери до двери. Не могли бы вы уточнить, что именно вы имеете в виду? Ваше здоровье!
Самый смешной неологизм, который я когда-либо слышал :-)
литбрейкинг "симуляция"` youtube.com/watch?v=ZCBttJUu0Zk
больше экспериментов с литографией i.stack.imgur.com/RmiSL.jpg отсюда

Ответы (2)

По сути, все посадочные модули в конечном итоге используют литобрейдинг — это называется приземлением, и таким образом сбрасываются последние несколько м/с. Посадочное устройство лунного посадочного модуля Аполлона было рассчитано на максимальную вертикальную скорость 5 футов в секунду при приземлении.

Воздействие на высокой скорости

В настоящее время артиллерийская электроника может быть усилена на кратковременное ускорение 30000G по общедоступным данным; почти наверняка настоящие цифры выше. Подобные замедления допустимы при условии, что электроника рассчитана на это.

Типичные научные пакеты не смогут этого пережить. Некоторые научные пакеты могут это сделать, и вклинивание в 100-метровый занос (или проникновение) со скоростью 300 м/с приводит к потере 45 кДж/кг за 0,6 с или около того и около 6900 g.

Чтобы пережить это, необходимы специальные методы строительства, а типы экспериментов строго ограничены.

Литобрейк как единственный метод

Скорости, необходимые для выхода на орбиту, достаточно высоки, чтобы литое торможение было невозможным для единственного метода даже для самой надежной электроники снаряда.

Для транслунных или более дальних миссий скорости и энергии еще выше, и неглубокое касание приведет к прыжку на орбиту или мимо цели.

Литбрейк как завершающий процесс

Считается, что Pathfinder Rover использовал литоторможение при приземлении с отскоком подушки безопасности. Это использовалось для уменьшения ударной нагрузки со скоростью 14 метров в секунду при пиковом ударе 18 G — слишком много для безопасности человека, но в пределах человеческого выживания. И, поскольку он выполнял несколько научных работ, его легко можно было доставить для научной полезной нагрузки.

Подобные системы можно было бы использовать на Луне, хотя и с гораздо более длительными пробегами и более высокими отскоками.

Цена и масса

Два конкурирующих вопроса — цена и масса. Для марсохода Pathfinder это было конкурентоспособным; Я читал (но не могу процитировать), что это было дороже, чем ракета, но думал, что у него больше шансов на успех. Он не был более массовым, но не намного выше и предлагал ряд других преимуществ режима отказа.

Система была непрактичной при масштабировании для более крупных марсоходов - и масса, и цена привели к возврату к основанной на тяге.

Нет, твердотопливные ракеты и подушки безопасности были выбраны потому, что они были дешевле, чем дроссельные ракетные двигатели и опоры, использовавшиеся в предыдущих миссиях «Викинг». До приземления Mars Pathfinder те, кто не участвовал в проекте, считали его менее надежным, чем подход Viking. Многие считали это бредом. Только после того, как он сработал, его стали считать надежным подходом.
Кстати, вопрос ОП о «литобрейкинге» не спрашивает об удалении последних нескольких м / с или даже сотен м / с. Вопрос явно заключается в том, чтобы полностью избежать использования тормозных ракет, чтобы исключить скорость 3 км / с и связанные с этим стоимость и массу.
Посадочные модули Марса теряют большую скорость за счет аэродинамического торможения. На Луне аэродинамическое торможение не вариант. Лунная скорость столкновения была бы намного выше.
  1. Нет
  2. Да

Хотя 1. зависит от вашего "научного пакета". Если ваш «научный пакет» — это просто большой кусок массы, предназначенный для испарения и выброса воды из лунного реголита (см. LCROSS ), то да, он «выживет» в том смысле, что будет служить своей цели.

Мне неизвестны какие-либо конструкции пенетраторов с реальными электронными научными приборами и телекоммуникационным оборудованием, которые, как было показано, выдерживают удары со скоростью 2–3 км/с, которые потребуются для без посторонней помощи удара по Луне. Пенетраторы рассчитаны на сотни м/с, поэтому вам понадобится ракета, чтобы отвести около 99% энергии, прежде чем вы сможете ожидать, что даже пенетратор, разработанный специально для этой цели, выживет.

@TildalWave Я спрашиваю об этом, поскольку это связано с призом Lunar X Prize, то есть с получением устройства, которое может передавать HD-видео. Военная электроника может выдержать 15500г . Это означало бы замедление с 3 км/с за 0,02 секунды и потребовало бы 119 метров тормозного пути. Похоже, нам нужна электроника примерно в 40 раз более надежная... Марк Адлер, не могли бы вы уточнить пункт 2?
Если бы вы могли каким-то образом заставить что-то работать после удара, это, безусловно, было бы намного меньше. Δ В и масса. Что касается стоимости, то она будет зависеть от того, во сколько вам обойдется разработка и тестирование устройства, которое все еще работает после столкновения со скоростью км/с.
@MichaelLuby Пожалуйста, включите эту информацию в свой вопрос. Цель моего комментария заключалась не в том, чтобы ответить на него, а в том, чтобы помочь вам выявить проблемы с ним, чтобы вы могли улучшить его и получить более качественные ответы. То, что речь идет о Lunar X Prize, достаточно хорошо определяет конкретные требования (хотя ссылки и/или цитирование конкретных требований в нем было бы еще лучше), например, вы бы не хотели, чтобы эта HD-камера оставалась похороненной глубоко в лунном реголит после баллистического удара (или, насмешливо, "жесткой посадки"). Спасибо!
Хороший вопрос, TildalWave, я обновил вопрос, чтобы включить эту информацию. @Марк Адлер, я тоже так думаю. Есть ли у вас какие-либо источники, подтверждающие наши инстинкты? Что касается испытаний, я знаю, что у НАСА есть рельсотрон , который они используют для испытаний компонентов на орбитальных скоростях (не то чтобы это было дешево!).
Круто, но это предлагаемая, а не существующая рельсовая пушка, и это пушка ВМС, а не пушка НАСА. Они просто предлагают разместить его на объекте НАСА. Также предполагается отработать использование ЭМ пушки для стрельбы инертными снарядами со скоростью 2-2,5 км/с с целью поражения целей. Не для тестирования компонентов. Хотя, может быть, когда-нибудь кто-нибудь и попробует.
Что же касается источников, то мне они не нужны для подтверждения моего утверждения "мне не известно...". :-) Вы можете поискать источники по пенетраторам, например ссылку @TildalWave, предоставленную в комментарии к вашему вопросу. Только по их отсутствию вы сможете сделать вывод об отсутствии усилий пенетратора выше нескольких сотен м/с. Такие попытки все еще могут существовать, несмотря на нашу неспособность раскрыть информацию о них. Трудно доказать отрицательное.
@MichaelLuby Я также не знаю ни одного пенетратора с электронным блоком, который выдержал бы удар со скоростью 3 км / с. Департамент космической и климатической физики UCL продолжает работу над пенетраторами со скоростью примерно 300 м / с в Лаборатории космических наук Малларда после свертывания проекта UKSA MoonLITE. См. раздел дополнительных ссылок на двух страницах, включая несколько интересных полных предложений со всеми подробностями...
... например, их предложение LunarEX для ESA Cosmic Vision или представление Lunar Net в ESA в ответ на призыв 2010 года о возможности миссий среднего размера в рамках научной программы ESA для запуска в 2022 году (оба PDF). Посадка функциональной HD-камеры — еще один зверь. Для пассивного баллистического спуска вам нужно было бы каким-то образом преобразовать всю кинетическую энергию в амортизацию удара и выпустить пакет над выбросом реголита при ударе.
@MichaelLuby Кстати, кинетическая энергия при ударе Е к знак равно 1 2 м в 2 , но я уверен, что вы знаете об этом. Итак, у вас есть четыре варианта: 1) преобразовать его во что-то полезное 2) уменьшить массу 3) снизить скорость удара 4) спроектировать, чтобы выдержать удар. Или сочетание всех четырех. Очевидно, что наибольшая отдача будет получена за счет снижения скорости удара, поскольку высвобождаемая кинетическая энергия увеличивается пропорционально квадрату скорости. Вот откуда берется фраза Марка Адлера «вам понадобится ракета, чтобы убрать около 99% энергии» (от ~ 3 км/с до 300 м/с для той же массы составляет ровно 99% от Е к ).
Является ли лунное литобрейтинг 1. живучее и 2. дешевле посадки ракеты?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v