¿Cuál fue la razón para usar un combustible diferente para el sistema de control de reacción y el sistema de propulsión del módulo de servicio Apollo?

El Apollo Lunar Module LM usó la misma combinación de combustible/oxidante ( combustible Aerozine 50 /oxidante de tetróxido de nitrógeno (N2O4)) para los motores de las etapas de descenso y ascenso y el sistema de control de reacción. Esta combinación también se utilizó para el motor del Service Module SM.

El sistema de control de reacción del SM utilizó el mismo oxidante pero el combustible diferente monometilhidrazina MMH. El módulo de comando CM también usó MMH.

Ambas combinaciones de combustible/oxidante son líquidos almacenables hipergólicos y no criogénicos. ¿Cuál fue la razón para elegir dos combustibles diferentes para el SM?

Suena como otro caso más de dar a todos una porción del pastel. Diferentes contratistas, diferentes diseños, la única razón es mantener a todos los contratistas en el negocio para que sus expertos no se queden desempleados y busquen empleo en otros países.

Respuestas (2)

Esto es especialmente interesante si se tiene en cuenta que el módulo de servicio y el LM RCS utilizaron el mismo hardware de propulsor (Marquardt R-4D). El R-4D se diseñó originalmente para MMH y voló por primera vez en Lunar Orbiter 1 :

Marquardt experimentó con una variedad de propulsores líquidos almacenables. Seleccionaron NTO y MMH para sus propulsores. Sin embargo, los requisitos del gobierno llevaron a Marquardt a usar también Aerozine 50... En las últimas dos décadas, Marquardt aprendió a usar el mismo propulsor con varios propulsores diferentes, a saber, hidracina, UDMH, MMH o una mezcla de cualquiera de estos.

Ambos combustibles generan un impulso específico casi idéntico; Aerozine-50 es un par de por ciento más denso que MMH , por lo que produciría un empuje ligeramente mayor para la misma tasa de flujo de volumen, pero ese tipo de diferencia de rendimiento marginal no habría sido una consideración para los propulsores RCS.

MMH tiene un punto de congelación mucho más bajo (-52ºC) que Aerozine-50 (-7ºC). (Aerozine se desarrolló para el Titan II, un misil balístico intercontinental generalmente ubicado en silos calentados, por lo que su ventaja de impulso de densidad era más importante que su rango térmico).

El LM podía bombear combustible de un lado a otro entre el motor de ascenso y los tanques RCS, lo que ofrecía algunas opciones de contingencia, pero habría muy pocas situaciones en las que sería necesario o útil.

Si tuviera que adivinar, diría que el punto de congelación hizo generalmente preferible el MMH, pero que los diseñadores del LM prefirieron un solo tipo de combustible; recuerde que el CSM y el LM fueron desarrollados por diferentes contratistas (norteamericanos y Grumman respectivamente) con diferentes prioridades de ingeniería. No encontré ninguna idea sobre la selección de combustible en el libro de Kelly sobre el LM .

El propulsor R-4D parecía usarse solo para SM y LM pero no para CM. El artículo de Wikipedia enumera solo el propulsor NTO/MMH para este propulsor. Pero obviamente se usaron dos combustibles diferentes con este propulsor para la misión Apolo. El SM debería usar el motor AJ10 y este motor fue desarrollado para Aerozine 50. Tanto el motor como el combustible fueron desarrollados por Aerojet.
Puede ser que los diseñadores del SM prefirieran usar el motor principal y los propulsores RCS con el combustible para el que fueron diseñados. Más tarde, los diseñadores del LM prefirieron usar el mismo combustible único debido a los límites de peso extremos. Ambas decisiones fueron exitosas como sabemos ahora.
El LM se diseñó mucho más tarde que el CM y el SM. Hubo tiempo suficiente para probar los propulsores RCS a fondo con otro combustible.
La "diferencia de rendimiento marginal" entre el A50 y el MMH bien podría ser crítica si los propulsores RCS del CSM tuvieran que usarse para desorbitar la nave espacial (el método de desorbitado de respaldo estándar para las misiones en órbita terrestre en caso de una falla del SPS) o para el último inserción orbital (un aborto en Modo V, que estaba disponible para el ASTP en caso de una falla del S-IVB durante los últimos 1,5 segundos de la quema de inserción). Lo que parecería hacer que sea mejor usar A50 para los propulsores CSM RCS y MMH en el LM, en lugar de hacerlo al revés, pero yo no diseñé la cosa...
@Sean No sería crítico para la salida de órbita; eso no sería crítico en el tiempo. La ventana en la que Az50 le daría un aborto seguro en Modo V pero MMH no sería de unos 30 milisegundos: el tipo de diferencia de rendimiento marginal que no sería una consideración.

La decisión de utilizar diferentes combustibles para el motor principal y el RCS se tomó antes de que se asignaran los contratistas , cuando varios centros de la NASA estaban realizando estudios de viabilidad. En ese momento, se esperaba que el modo de misión fuera un descenso directo a la luna en una nave espacial. ¡Se esperaba que la propulsión principal fueran motores de cohetes sólidos!

4.4.7.1 Servicio del sistema de propulsión. Los primeros requisitos para el módulo de servicio incluían vernier y sistemas de propulsión principal para un perfil de aterrizaje lunar directo. El sistema de propulsión principal consistiría en varios motores idénticos de combustible sólido que proporcionarían empuje para el aborto translunar y el ascenso lunar. Se iba a diseñar un módulo separado que permitiría el descenso terminal. Estos requisitos se cambiaron a principios de 1962 para especificar un motor de módulo de servicio único. El nuevo sistema iba a utilizar propulsores hipergólicos líquidos almacenables en la Tierra, que podrían incluir cámaras de empuje simples o múltiples. El sistema de propulsión de servicio debía ser capaz de abortar después de deshacerse del sistema de escape de lanzamiento, para el lanzamiento desde la superficie lunar y para correcciones a mitad de camino durante el regreso a la tierra.

Informe resumido del programa Apolo

Esto también se confirma en The Apollo Spacecraft: A Chronology :

El Grupo de Propulsión a Bordo revisó el trabajo de los tres contratistas en los estudios de factibilidad de Apolo. Entre los estudios llevados a cabo por los Centros de la NASA y sobre los que se informó en esta reunión se encuentran: una consideración STG de un sistema de propulsión de combustible totalmente sólido para un vuelo alrededor de la luna, determinación de los requisitos del sistema de propulsión de medio curso y aborto basados ​​en las trayectorias de Saturno (MSFC), evaluación experimental a gravedad cero de técnicas de bolsa de expulsión para propelentes criogénicos (Lewis), análisis y experimentos sobre motores cohete de propulsante sólido de muy alta fracción de masa (Langley), métodos para lograr el control del vector de empuje por inyección secundaria de gases y el diseño de un sistema altamente confiable y versátilsistema propulsor bipropulsor para naves espaciales que utiliza tetróxido de hidrógeno e hidracina o derivados de la hidracina (JPL), y un contrato para examinar los requisitos de hardware para misiones espaciales y alunizajes (sede de la NASA).

6 de enero de 1961

El 27 de noviembre de 1961 , la propulsión principal se cambió a un propulsor hipergólico aún no especificado. Sin embargo, el desarrollo de RCS ya estaba progresando por un camino separado:

Un sistema de propulsión de módulo de servicio de un solo motor reemplazaría los sistemas de propulsión vernier y de misión anteriores. El nuevo sistema utilizaría propulsores hipergólicos almacenables en la Tierra, que incluirían cámaras de empuje simple o múltiple con una relación empuje-peso de al menos 0,4 para todas las cámaras en funcionamiento (basado en la capacidad lunar). configuración de lanzamiento) y tendría un sistema de alimentación de propulsor presurizado.

Los sistemas de control de reacción para los módulos de comando y servicio ahora consistirían cada uno en dos sistemas independientes, ambos capaces de cumplir con los requisitos totales de torque y propulsor. El combustible sería monometilhidrazina y el oxidante sería una mezcla de tetróxido de nitrógeno y óxido nitroso.

El cambio a un encuentro orbital lunar no ocurrió hasta el 11 de julio de 1962. Para entonces, se había puesto demasiado trabajo en los dos sistemas de motor para justificar la consolidación de su combustible.