¿Cuánto más difícil es aterrizar en la Luna lejos del ecuador y los polos?

Para una órbita polar, la nave espacial puede entrar en la esfera de influencia de la luna en un lugar donde el vector de velocidad con respecto a la luna es coplanar con un gran círculo que pasa por los polos lunares.

En el apogeo la nave se mueve a unos 0,19 km/s con respecto a la tierra y la luna se mueve a unos 1,02 km/s

Los vectores de 0,19 y 1,02 km/s forman ángulos entre sí, lo que aumenta un poco el delta V, pero no mucho. Vinf wrt Moon es de aproximadamente 0,86 km/s, que es casi lo mismo que Vinf cuando entra en una órbita ecuatorial.

El gasto adicional delta V para llegar a los polos es menor.

Una consideración más importante son las oportunidades para el retorno de la tierra. Para una órbita lunar de latitud baja, se produce una oportunidad de lanzamiento en cada órbita. Puedes regresar a la tierra casi en cualquier momento. Con una órbita lunar polar, las oportunidades de lanzamiento se abren cada dos semanas.

Otra consideración es la iluminación. Aterrizar cerca de un poste significa aterrizar cerca del terminador. Las sombras son muy largas, por lo que es más difícil discernir la disposición del terreno en el sitio de lanzamiento.

Se preferirían los sitios ecuatoriales (o casi ecuatoriales), porque el vuelo de la Tierra a la Luna se puede lograr en una trayectoria de retorno libre . (Es decir, si el motor falla durante la costa larga, la nave espacial dará la vuelta a la luna y regresará a la Tierra).

Se puede llegar a todos los demás lugares, por ejemplo, los aterrizajes lunares posteriores fueron a sitios de aterrizaje más alejados del área preferida. Si estos hubieran sufrido una falla en el vuelo, habrían tenido que arreglar un motor encendido de alguna manera para regresar a la Tierra. (Esto se hizo en el Apolo 13 , por ejemplo).

En primer lugar, no tengo los antecedentes para calcular los valores reales sobre cuánto más difícil es llegar a otros sitios de aterrizaje, pero estoy feliz de agregar mis pensamientos al respecto.

Hay algunas opciones diferentes de perfil de misión a considerar (adaptación de nombres de los modos de misión Apolo ):

Ascenso Directo

Toda su nave aterriza, sin dejar nada en órbita, luego, al regresar, toda o parte de su nave deja la luna para regresar directamente a la Tierra (o algún otro destino), nuevamente sin dejar nada en órbita.

En este modo, sus órbitas lunares no importan particularmente: debido a que no está dejando nada en órbita, las órbitas de aterrizaje y ascenso no necesitan alinearse. Solo necesita una órbita de inserción que pase por el sitio (fácil de configurar mientras se acerca a la luna sin requerir cambios de avión cuando llegue allí), luego, al partir, solo necesita despegar en cualquier dirección que sea más eficiente para donde desee go (y nuevamente haga correcciones de rumbo mientras está en tránsito en lugar de cambios de avión mientras está en órbita).

Tenga en cuenta que esto supone que no tiene problemas que puedan retrasar el aterrizaje, de modo que su órbita y el lugar de aterrizaje ya no se alineen (haciendo imposible el aterrizaje en el lugar planificado o costando más combustible corregirlo, y cuánto combustible de reserva tuvo que incluir específicamente). por esta razón, ¿podría haberlo dejado de lado dado un sitio polar/ecuatorial?). Tener la capacidad de hacer planes alternativos que aún resulten en una misión exitosa es generalmente una ventaja.

Encuentro de la órbita lunar

Para ahorrar el costo de combustible del aterrizaje y luego lanzar su etapa de retorno, lo deja en órbita, llevando solo un módulo de aterrizaje más liviano a la superficie.

Dado que eventualmente necesita reunirse con su etapa de regreso, tiene algunas opciones (a partir de lo que sugirió):

• Planifique la duración de su estadía en la superficie y organice su órbita para alinearse con el lugar de aterrizaje tanto para el descenso como para el ascenso. No tiene que esperar una revolución completa, solo tiene que esperar a que su lugar de aterrizaje esté en el plano de su orbitador (aunque ahorra algo de combustible si puede aprovechar la rotación de la luna despegando en una dirección progresiva que requeriría esperar los ~29.5 días completos). Puedo explicar mejor esto con una imagen (perdón por mi falta de habilidades artísticas):No estás aterrizando en el polo, por lo que tienes inclinaciones orbitales en cualquier lugar entre tu latitud (se alinea una vez cada 29,5 días) y la órbita polar (se alinea una vez cada 14,75 días alternando pases ascendentes y descendentes). Cuanto más cerca esté su inclinación orbital de su latitud de aterrizaje, más cerca estará el tiempo en la superficie de 0 o 29,5 días (aterrice en un pase ascendente para que pronto haya un pase descendente sobre su cabeza, o aterrice en un pase descendente y espere la mayor parte de un mes para que venga el paso ascendente). Por ejemplo, si movió el lugar de aterrizaje a la otra parte de la línea azul que cruza esa latitud, la siguiente órbita tardaría 20 días en alinearse con el lugar de aterrizaje en lugar de los 10 días que representé en la imagen.

Además, aquí hay una imagen de las trazas de la órbita del Apolo 15 que ilustra cuánto se desplazó la luna debajo de la órbita del módulo de comando en solo 14 órbitas.

Está ahorrando combustible al no necesitar ningún cambio de avión, pero su horario está estrictamente limitado por la órbita de su etapa en órbita.

• Tener un apoapsis alto por lo que los cambios de avión son relativamente baratos. Esto significa que tendrá más velocidad para quemar en el descenso y más velocidad para recuperar en el ascenso. Sospecho que el resultado general sería más barato en términos de combustible que los cambios de avión para alinearse con una órbita circular, pero no sé las matemáticas para verificar esto de inmediato y aún así no será barato.

• Planifique su lugar de aterrizaje y su órbita de manera que las anomalías gravitatorias lunares se ocupen de los cambios de plano de su etapa orbital por usted. No sé qué tan bueno es el mapa del campo gravitatorio lunar que tenemos, pero creo que tendrías que estar loco para planear esto.

Conclusión

Aterrizar en la luna tiene que ver con las compensaciones:

• Puede aterrizar toda su nave para ganar comodidad (sin necesidad de un encuentro lunar) y tal vez eliminar la complejidad para reducir el riesgo, pero le costará más combustible aterrizar la masa adicional.

• Puede dejar parte de su nave en órbita (reducir la masa del módulo de aterrizaje) para ahorrar combustible al aterrizar, pero ahora debe alinear las órbitas y reunirse con su orbitador cuando se vaya, por lo que debe considerar la latitud de su lugar de aterrizaje.

Yo diría que sin duda se podría trabajar con un sitio de aterrizaje menos accesible, pero debe decidir si ese sitio de aterrizaje agrega suficiente valor sobre un sitio al que es más conveniente acceder para que valga la pena el problema adicional.