Falcon 9 vs Apollo Landing: ¿diferencias clave?

Pero esto me deja preguntándome: ¿en qué se diferenciaron los aterrizajes de Apolo de un aterrizaje de etapa 1 de Falcon 9? Estoy interesado en la perspectiva de los controles más que en la física del problema (p. ej., arrastre, etc.),

Ciertamente hay muchas similitudes.

El Falcon se beneficia enormemente de la resistencia del aire en el camino hacia abajo: se vuelve más y más lento a medida que desciende, a diferencia de un módulo de aterrizaje lunar, que aceleraría todo el camino hacia abajo si no estuviera encendiendo el motor de descenso por completo.

La recuperación de la etapa del halcón es extremadamente precisa y, por lo general, golpea a un par de metros del centro del objetivo de la barcaza. Si bien el Apollo LM tenía cierta capacidad para controlar el punto de aterrizaje previsto, era más un control de "mejor esfuerzo" que una guía de precisión.

Había un programa de aterrizaje automático en el Apollo LM, pero nunca se usó. En cada misión de aterrizaje, el comandante usó el modo semimanual "programa 66", en el que los controles del comandante proporcionaban la velocidad de descenso deseada y la actitud de la nave espacial a la computadora, y la computadora traducía eso a los comandos de aceleración y RCS. Normalmente, el cambio a P66 se producía a unos 150 metros de altitud, descendiendo a unos 5 m/s. En comparación con Falcon, incluso el programa de descenso automático sería bastante pausado; la velocidad de descenso disminuiría constantemente hasta el final, y los últimos 150 metros de descenso tomarían alrededor de un minuto, mientras que Falcon lo hace en alrededor de seis segundos. Si al comandante del Apolo no le gustaba el aspecto del terreno, era posible detener el descenso vertical y maniobrar horizontalmente; había más de un minuto de combustible de descenso presupuestado para maniobras discrecionales. Bajo la gravedad mucho más alta de la Tierra, Falcon 9 no tiene el presupuesto de combustible para perder el tiempo de esa manera.

Tanto Apollo como Falcon se basan principalmente en un motor grande, cardánico y regulable (o tres) tanto para el control de la velocidad de descenso como para la dirección. En segundo lugar, Apollo tenía RCS para el control de actitud, pero el motor principal era más rápido y eficiente en ese rol; el RCS era necesario para ajustar la actitud de guiñada (es decir, lo que un cohete cilíndrico largo normalmente llamaría alabeo), pero la estrategia de aterrizaje generalmente no requería muchas maniobras de guiñada. Falcon tiene propulsores de gas frío y aletas de rejilla para el control de actitud secundario; las aletas son fundamentales para mantener la actitud de la etapa durante el período en que los motores principales no están encendidos, pero no sé cuáles son las contribuciones relativas de las aletas, los propulsores y los Merlins al control de actitud durante la fase final de descenso motorizado.

Los aterrizajes de Apolo y los aterrizajes de Falcon 9 son superficialmente similares en que aterrizaron vehículos en un gran objeto esferoidal. Las diferencias son enormes.

• Apolo: Sin atmósfera. Falcon 9: Una atmósfera significativa.
  Los vehículos Apolo no tuvieron que lidiar con una atmósfera lunar, pero tampoco pudieron aprovecharla. Las primeras etapas del Falcon 9 tienen que lidiar con la atmósfera de la Tierra, pero también pueden (y lo hacen) aprovecharla.
• Apolo: una sola computadora de la edad de piedra de la computación. Falcon 9: Múltiples computadoras del siglo XXI.
  La computadora Apollo GNC tenía su diseño establecido a mediados de la década de 1960. Los vehículos Apolo aterrizaron usando una sola computadora con la friolera de 4 kilobytes de RAM, una velocidad de cómputo que era más lenta que la de su primer teléfono celular de ladrillo (o el de su padre), y fue programado en ensamblador. Si bien SpaceX se muestra reticente a revelar detalles técnicos completos, ha publicado algunos. Sus computadoras (¡muchas de ellas!) son de este milenio, tienen mucha memoria y están programadas en lenguajes de programación algo modernos.
• Apolo: un trío de computadoras auxiliares y sensores asociados. Falcon 9: Sin pilotos humanos.
  Incluso las computadoras más poderosas del siglo XXI no pueden rivalizar con las capacidades de toma de decisiones y reconocimiento de patrones de los humanos entrenados. El programa Apolo se basó en eso; los seis aterrizajes en la Luna utilizaron P66 (control manual con asistencia de software) para realizar la fase final de aterrizaje. Los aterrizajes del Falcon 9, por otro lado, están completamente automatizados.
• Apolo: Sin GPS. Halcón 9: GPS.
  El GPS de doble frecuencia es increíblemente preciso. Los vehículos Apolo no tenían nada como el GPS. Todo lo que tenían los vehículos Apolo era un altímetro de radar y actualizaciones de estado de la Tierra.
• Apolo: aterrizaje en una superficie rocosa llena de cráteres. Falcon 9: Aterrizando en una superficie plana.
  El lugar de aterrizaje que quería usar el software de vuelo del Apolo 11 estaba al borde de un cráter y repleto de rocas. Neil Armstrong hizo que la gente en Mission Control contuviera la respiración mientras buscaba un lugar de aterrizaje adecuado. Este es un problema que SpaceX no tiene. Sus Falcon 9 aterrizan en una bonita barcaza plana o en una bonita plataforma de aterrizaje plana.
• Apolo: 1/6 de la gravedad de la superficie terrestre. Falcon 9: la gravedad de la superficie terrestre.
  Este factor de reducción de seis en la gravedad hizo que los aterrizajes de Apolo fueran mucho más fáciles de realizar en comparación con los aterrizajes de Falcon 9.
• Apolo: aterrizaje en un objeto con un campo de gravedad irregular. Falcon 9: aterrizando en un objeto con un campo de gravedad uniforme.
  La NASA ya había descubierto lo extraño que era el campo de gravedad de la Luna antes de las misiones Apolo. Descubrió después del hecho que esos mascons lunares eran una influencia aún más fuerte de lo que pensaban . El campo de gravedad de la Tierra no tiene esos extraños masones, y es mucho más conocido que el campo de gravedad de la Luna. Como ningún sensor local puede medir la aceleración gravitacional, cualquier nave espacial que navegue por sí misma debe tener un modelo de gravitación que le permita estimar la aceleración debida a la gravedad. Esta es una tarea mucho más fácil para un vehículo que aterriza en la Tierra en comparación con un vehículo que aterriza en la Luna (o en Marte).