¿Cuál es la forma más barata posible de aterrizar una tripulación de 2 en la luna?

Durante las misiones lunares Apolo, un solo cohete muy grande envió tanto el CSM de Apolo como el LM a la luna en un solo disparo y solo tomó alrededor de 3 días llegar allí. Sin embargo, después de las misiones Apolo, se han realizado importantes investigaciones sobre órbitas de transferencia de baja energía, aerofrenado en la atmósfera terrestre y sondas no tripuladas.

Para el siguiente escenario, suponga que la masa de LM es similar a la de Apollo (aproximadamente 15-16 toneladas métricas), o tal vez algo más pequeña ya que las computadoras se han reducido desde entonces.

Entonces, digamos que tenemos un cohete de clase media algo más pequeño que el delta iv pesado (alrededor de 25 toneladas métricas a 300 km LEO) y con una etapa superior alimentada con algo que no sea LH2 (algo que pueda soportar estar en el espacio durante meses y no tener fugas). ), y lanzamos solo el LM usando este cohete, y en lugar de ir directamente a la luna como el estilo Apolo, lo lanzamos en una órbita elíptica corta y dejamos que aumente gradualmente su apogeo usando la etapa superior del cohete (o tal vez usando un etapa de transferencia separada, en cuyo caso podemos usar LH2 como combustible para la etapa superior del cohete). Seguimos aumentando el apogeo hasta que se produce la captura balística y luego, cuando el LM está en órbita alrededor de la luna, lo acercamos gradualmente a la luna de manera similar hasta que esté en la órbita deseada. Dejar' Dicen que todo este proceso para poner el LM en órbita lunar baja toma de 3 a 8 meses. Algunas de las misiones que utilizaron transferencias de baja energía:

1) Chandrayaan-2

2) GRIAL

3) golpear

Y luego lanzamos a la tripulación usando otro cohete de la misma clase, tal vez algo más pequeño. Y digamos que dejamos el módulo de reentrada en una órbita terrestre baja de alrededor de 200-250 km (dado que las misiones de aterrizaje lunar con tripulación se pueden completar en una semana o dos, el módulo de reentrada solo necesita permanecer en órbita ese tiempo, así que puede minimizar la altitud a la que dejamos en órbita el módulo de reentrada). Luego, el módulo de servicio es llevado a la luna por la etapa superior del cohete en 3 días (al mismo estilo que Apolo). Luego, el módulo de servicio y el LM se acoplan en la órbita lunar baja y ocurre el aterrizaje, luego nuevamente al estilo Apolo, la tripulación se lanza desde la luna, se acopla con el módulo de servicio, deja el módulo de aterrizaje en la superficie de la luna y la etapa de ascenso en la órbita de la luna y se dirige hacia tierra.

Luego, al llegar a la Tierra, el módulo de servicio realiza un aerofrenado similar al de la nave espacial japonesa Hiten . Después de realizar de 2 a 4 maniobras de aerofrenado (cada una con una velocidad de 1,5 a 1,7 km/s similar a la de la nave espacial Hiten), parece que debería poder alcanzar el módulo de reentrada y acoplarse con él. Después de eso, dejamos el módulo de servicio en LEO para otra misión lunar y traemos a la tripulación a la Tierra en el módulo de reentrada. Para reutilizar el módulo de reentrada, lo aterrizamos en tierra (estilo starliner de Boeing) o lo sacamos del aire usando helicópteros sobre el océano.

Entonces, de esta manera, estamos usando 4 cosas para reducir costos aquí:

1. Usando una ruta de baja energía para que LM llegue a la luna (como resultado, necesitamos lanzar a la tripulación por separado más tarde para evitar meses de exposición al espacio profundo).

2. Dejar el módulo de reentrada en LEO y luego usar el aerofrenado para atracar con él.

3. Después de la transferencia de la tripulación al módulo de reentrada, dejando el módulo de servicio en LEO para reutilizarlo en más misiones.

4. Reutilizando el módulo de reentrada aterrizándolo en tierra (estilo boeing) o enganchándolo en el aire en helicópteros sobre el océano.

La mayoría de estos puntos se han demostrado con éxito y no veo obstáculos obvios.

Mis únicas pocas preocupaciones aquí:

1. ¿Es un cohete de clase pesada delta iv lo suficientemente potente como para ser utilizado para transportar el LM a la luna (incluso con una trayectoria de bajo consumo de combustible)? ¿Qué tan eficientes en combustible son las trayectorias eficientes en combustible? Básicamente, queremos llevar el LM (aproximadamente la misma masa que en Apolo, es decir, 15-16 toneladas métricas) a la órbita lunar baja con la mayor eficiencia de combustible posible. ¿Es realmente posible hacerlo con un cohete capaz de poner sólo 25 toneladas métricas en 300 km LEO? Si no, ¿cuál es la masa mínima posible que un cohete debería ser capaz de colocar en 300 km LEO para lograr esto?

2. Cuando se produce la captura balística, para llevar el LM a la órbita lunar baja, ¿utilizamos la etapa superior del cohete (o la etapa de transferencia) y luego lo descartamos en la órbita lunar baja, o usamos el propio motor de descenso del LM (y por lo tanto usamos un motor reiniciable en la etapa de descenso) ?

3. Para realizar el número requerido de aerofrenadas, ¿cuánto tiempo tomará (¿un día? ¿Dos días? ¿Tres días?)

Sería genial si pudiera compartir sus pensamientos sobre el escenario anterior, responder las preguntas anteriores y mencionar cualquier otra arquitectura de misión posible que pueda reducir el costo de un aterrizaje lunar tripulado.