¿Podría el Apollo LM aterrizar en Mercurio?

Si dejamos de lado la pregunta de cómo el Apollo LM entró en órbita alrededor del cuerpo celeste en cuestión, me pregunto en qué cuerpos celestes, además de la Luna, el LM podría aterrizar con éxito. Mercurio, por ejemplo, es muy similar a la Luna, pero tiene más del doble de su gravedad superficial. Intentaría aterrizar en el lado nocturno, por supuesto, ya que probablemente se derretiría en el lado diurno, pero me pregunto en la parte de gravedad/combustible, si una tripulación sería capaz de frenar el LM lo suficiente como para hacer un aterrizaje suave.

Supongo que el LM podría aterrizar perfectamente y suavemente en los siguientes cuerpos, además de la Luna:

  • Ceres, Pallas y Vesta en el cinturón principal de asteroides
  • Calisto y Ganímedes, y sin los cinturones de radiación intensa de Júpiter en Europa también con seguridad
  • Io tiene una gravedad superficial más alta que la Luna, pero supongo que el LM lo haría ya que demostró ser más eficiente de lo esperado, pero hay que tener en cuenta que Io tiene ioquakes, vulcanismo y su superficie cambia permanentemente, por lo que el aterrizaje sería muy difícil pero no imposible (excepto que lo sería, debido a los cinturones de radiación mencionados anteriormente)
  • las siete lunas planetarias de Saturno (incluido Titán si el LM puede frenar lo suficiente a tiempo antes de ingresar a la atmósfera a velocidades que lo dañarían debido al calentamiento aerodinámico)
  • las cinco lunas planetarias de Urano
  • Las lunas de Neptuno Tritón, Proteo y Nereida
  • todos los planetas enanos más allá de Neptuno (por supuesto que tienen gravedades bajas y poca o ninguna atmósfera)
  • Mercurio tiene una alta gravedad, así que me pregunto si el combustible del LM sería suficiente para frenarlo lo suficiente para un aterrizaje suave. Por supuesto, el LM no podría volver a partir, incluso si se reabasteciera de combustible en la superficie, supongo.
  • Si el LM puede aterrizar en Mercurio, creo que también podría hacerlo en Marte en caso de que pudiera frenar lo suficiente antes de ingresar a la atmósfera de Marte a velocidades demasiado altas, para que la fricción aerodinámica no lo queme)

El LM es definitivamente incapaz de aterrizar suavemente en Venus y la Tierra (cuando sale de la órbita), o entrar con seguridad en las atmósferas de los gigantes gaseosos, ya que estos planetas tienen masas demasiado altas.

¿Cometí un error arriba? ¿Podría el LM entrar con seguridad en la atmósfera de Titán o no? ¿Sería capaz de aterrizar en Mercurio y Marte? ¿Podría salir de Mercurio y ponerse en órbita si se alimenta por completo?

Respuestas (2)

Ignoraré las consideraciones térmicas, de radiación y otras, y consideraré solo las características generales de rendimiento del LM.

El perfil de descenso nominal "totalmente automático" para el Apollo LM requería alrededor de 2080 m/s de delta-V, con una pequeña cantidad de propulsor adicional presupuestado para una aproximación manual y otras contingencias. Esta es la principal limitación para aterrizar en cuerpos masivos.

El motor LM podría acelerar continuamente del 10% al 65% de empuje; al final del descenso, esto contrarrestaría una atracción gravitacional de entre 0,06 gy 0,41 g. No creo que sea práctico encender y apagar el motor para lograr un empuje promedio más bajo. Con un software diferente, podría ser posible usar los propulsores RCS para el descenso final; estos propulsores están diseñados para una operación pulsada rápida y pueden contrarrestar hasta 0,02 g.

El descenso desde la órbita baja de Mercurio requeriría bastante más delta-V de lo que el LM podría proporcionar solo. Si de alguna manera estuviera acoplado a una "etapa de frenado" que pudiera impulsar la mayor parte del descenso, podría aterrizar, pero habría poco margen de error; La gravedad de Mercury de 0,38 g está incómodamente cerca del extremo superior del rango regulable del motor de descenso LM. No recomendado.

Marte tampoco es posible. Además de la alta gravedad, la atmósfera de Marte es lo suficientemente espesa como para destruir algo tan delicado como el LM; las presiones dinámicas máximas serían del orden de 10 kPa.

Si de alguna manera pudiera bajar el LM a la superficie de Marte o Mercurio, la relación empuje-peso del motor de ascenso es de solo 0,33, apenas insuficiente para despegar de la superficie con una carga completa de combustible. Incluso con un motor más potente, no alcanzaría la órbita.

Ceres, Pallas y Vesta tienen el problema opuesto. Su gravedad está entre el empuje mínimo del motor de descenso y el empuje máximo del RCS. Reemplazar el motor de descenso con una versión reducida podría resolver el problema, o podría programar un encendido terminal para que se detenga en seco a una corta distancia sobre la superficie (por ejemplo, 25 metros) y disparar el RCS para frenar la caída restante. ; la última estrategia requeriría un software de guía y control significativamente diferente.

Callisto y Europa son factibles. Io y Ganímedes son marginales; necesitaría la asistencia de una etapa de frenado para proporcionar algo del delta-V de descenso, pero el motor sería lo suficientemente potente como para realizar el aterrizaje final.

Titán está fuera de discusión. Su atmósfera no solo es muy espesa, sino que tiene una "altura de escala" muy alta, una medida de cómo la densidad de la atmósfera disminuye con la altitud. El LM no fue diseñado para sobrevivir moviéndose a gran velocidad a través de cualquier atmósfera.

Se necesita mucho más combustible para descender a baja velocidad que a alta velocidad (porque lleva más tiempo y la gravedad está tratando de tirarte hacia abajo más rápido todo el tiempo, por lo que tienes que gastar propulsor para luchar contra ella), por lo que no es práctico frenar para una velocidad segura por encima de la atmósfera de Marte o Titán y descender lentamente.

Mimas, Encélado y Tetis , la luna Miranda de Urano , Proteo y Nereida de Neptuno y muchos otros planetas menores y lunas pequeñas, son probablemente aterrizables usando el RCS; Dione, Iapetus y Rhea y las otras 4 lunas principales de Urano son similares a Ceres, Pallas y Vesta, con gravedades superficiales en el rango de exclusión entre el RCS y las capacidades del motor de descenso.

Tritón y Plutón tienen solo un rastro de atmósfera (del orden de 1/1000 del 1% de la densidad del aire de la Tierra); Creo que el LM podría sobrevivir a eso; la presión dinámica máxima sería insignificante, del orden de 50 Pa. La gravedad de la superficie de Plutón está justo en el límite inferior del estrangulamiento del motor de descenso, pero con una sincronización cuidadosa es factible.

Entonces, las cinco lunas planetarias de Urano también estarían en el rango de exclusión, excepto Miranda con 0.008 g, que podría aterrizar usando RCS, ¿verdad? Esto también funcionaría para las lunas neptunianas Proteo y Nereida, mientras que en Tritón y Plutón sería factible de manera estándar. ¿O las delgadas atmósferas de Tritón y Plutón serían una especie de impedimento? La troposfera de Tritón tiene 5 millas (8 km) de altura.
¿Por qué Ceres es un problema? El motor LM pudo volver a encenderse. No necesita pulsar el motor; puede realizar la quema de aterrizaje en cualquier acelerador deseado simplemente cronometrándolo correctamente. Reducir la escala permitiría mucho margen de error, pero no se requiere explícitamente, ni tampoco el desplazamiento.
Eso sería similar a la maniobra de hover-slam del Falcon 9 (mal llamado). No estoy seguro de que el altímetro de radar del LM pueda manejar el tiempo correctamente en un lugar de aterrizaje no preparado, pero supongo que no está descartado. editaré
No creo que un vuelo estacionario sea realmente la analogía correcta para los aterrizajes de Ceres/etc. Estás comenzando esa quema en caída libre desde una velocidad mucho más alta, por lo que puedes quemar bajo y durante mucho tiempo para bajar a una velocidad más razonable + evaluar el sitio y luego aumentar el acelerador cerca del aterrizaje para detenerte. La luz de la gravedad para que tenga un margen razonable cerca de la superficie desde donde caer si lo desea (o use el RCS para ayudar a amortiguar la caída). Si no le gusta el lugar de aterrizaje, tiene la idea de GTFO y busque otro lugar.
@ErinAnne Punto justo; reformulado
¿Evitarían las nuevas sugerencias el problema de entrar en la atmósfera de Titán? Y mi pregunta sobre las atmósferas de Tritón y Plutón aún persiste, pero supongo que son lo suficientemente delgadas como para no ser (en gran medida) un impedimento para los intentos de aterrizaje.
“El motor LM podría acelerar continuamente del 10% al 65% de empuje” Esto me confunde, ¿qué sucede por encima del 65%?
@Michael Erosión de boquilla, aparentemente, entre 65% y 95% más o menos. No sé si esto se debe a la turbulencia en la cámara de combustión en la configuración intermedia del acelerador o algún otro factor. El programa de descenso mantuvo la aceleración máxima hasta que la computadora calculó que era hora de ir al 50 % o menos, luego saltó la zona de aceleración prohibida y comenzó a controlar dinámicamente la aceleración para apuntar a una velocidad cercana a cero a altitud cero.
¿Debo repetir mi(s) pregunta(s) de nuevo? Si no sabe, diga que tampoco sabe.
@Giovanni Las nuevas sugerencias solo abordan la última parte del aterrizaje; no cambian significativamente los problemas atmosféricos de alta velocidad. Las atmósferas de Tritón y Plutón son lo suficientemente delgadas (alrededor de 1/1000 de la de Marte, 1/100000 de la de la Tierra) como para que el LM pueda aterrizar (agregado a la respuesta). Creo que tienes razón sobre las lunas de Urano.
@Giovanni, la atmósfera marciana es demasiado profunda para un aterrizaje de "parar y soltar". Empiezas a tener efectos significativos de aerofrenado a 120 km de altitud; frenar a velocidad cero y luego caer libremente a través de la atmósfera te dará mil metros por segundo adicionales de velocidad que debes neutralizar antes de aterrizar. Mantener las velocidades bajas a algo que el LM pueda sobrevivir requerirá mucho más combustible del que el LM puede transportar.

El LM tenía una etapa de aterrizaje y una etapa ascendente. El combustible de la etapa ascendente no se podía usar para aterrizar, la etapa ascendente no tenía patas. Pero todos los recursos (oxígeno, agua y baterías) para una estancia en la Luna se ubicaron en la etapa descendente. La etapa ascendente tenía solo un almacenamiento muy pequeño de oxígeno, agua y electricidad.

Si se abortaba el aterrizaje, se separaba la etapa de aterrizaje y se usaba la etapa ascendente durante la separación. Esta maniobra se denominó "fuego en el hoyo".

Entonces, el aterrizaje solo fue posible con un poco más de gravedad que la gravedad lunar.

La gravedad de la Luna es de 1,62 m/s2, la velocidad de escape de 2380 m/s.

Io: 1796 m/s2 y 2376 m/s La diferencia entre Io y la Luna es tan pequeña que parece posible aterrizar.

Mercurio: 3,70 m/s2 y 4,3 km/s. La razón de los cuadrados de las velocidades de escape de Mercurio y la Luna es 3,26. (la energía necesaria para una cierta velocidad es proporcional al cuadrado de la velocidad). Entonces, incluso el combustible para la etapa de ascenso y descenso no es suficiente para aterrizar en mercurio.

Mi pregunta se centra en el escenario de aterrizaje, por supuesto. ¿Crees que el LM podría soportar la gravedad de Io (0,183 g)?
El combustible de la etapa de ascenso en realidad podría enrutarse a través de los rcs para proporcionar delta-v adicional. No estoy seguro de cuándo se sobrecalentarían, pero parte de ese combustible podría haberse quemado durante un aterrizaje.
¿Podría el Apollo LM aterrizar en Mercurio?
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