¿Por qué Apolo no aterrizó en los polos lunares?

Encontrar agua en algunos cráteres de los polos lunares es un descubrimiento reciente. ¿Se esperaba esto durante la era Apolo?

Incluso sin pensar en la futura utilización de recursos in situ, aterrizar en un polo lunar tendría la ventaja de una insolación más uniforme, una temperatura diurna más razonable. Entonces, ¿por qué ninguna misión Apolo aterrizó en un polo? ¿Hay razones mecánicas orbitales? ¿Tenían miedo de aterrizar en la sombra fría (y/o la sombra de radio de la Tierra) de alguna montaña?

Respuestas (4)

Las misiones Apolo estaban en una trayectoria de retorno libre que limita su inclinación de inserción orbital lunar inicial cerca del plano Tierra-Luna. Cualquier cambio de inclinación orbital es en esa etapa bastante prohibitivo en términos del delta-v requerido para el Módulo Lunar tanto en el descenso como en la fase de ascenso posterior para coincidir con la órbita del Módulo de Comando:

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                Bosquejo de una trayectoria de retorno libre circunlunar (no a escala). Fuente: Wikipedia sobre trayectoria de retorno libre

El aterrizaje más lejano desde el ecuador lunar fue durante la misión Apolo 15 con su lugar de aterrizaje en Hadley Rille/Montañas Apeninos, un poco más de 26° de latitud norte, con el Apolo 17 siguiéndolo de cerca, aterrizando aproximadamente a 20° norte en Taurus-Littrow. región. Otras misiones Apolo aterrizaron mucho más cerca del ecuador lunar, algunas en latitudes ligeramente al sur, otras en latitudes del norte:

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                  Sitios de aterrizaje de Apolo. Crédito de la imagen: NASA, Fuente: Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsonian

Habría otros problemas que menciona con el aterrizaje en los polos lunares, incluido el delta de temperatura de superficie / contacto que es mucho más difícil de manejar debido a la convección de la superficie que ganar o perder calor debido a la radiación solo en el vacío, pero las misiones simplemente no eran diseñado para eso. Una cosa que gana con los sitios de aterrizaje cerca del ecuador es la capacidad de reutilizar una ligera rotación de la superficie a su favor tanto en el aterrizaje como en el despegue, pero lo que es más importante, tampoco tiene que girar la órbita de su módulo orbital a una inclinación casi polar, que es consume tiempo y delta-v.

¿Fueron las 'comunicaciones' un factor? Parecería que cuanto más te acercas a cualquiera de los polos, menos estaciones terrestres en la Tierra pueden recibir las transmisiones.
@AndrewThompson Es posible seleccionar tales regiones polares lunares que no serían más problemáticas que desde su ecuador, ya que no hay difracción atmosférica. Y el módulo de comando podría transmitir comunicaciones hacia y desde el módulo lunar. No es uno de los principales showstoppers, no. Hay otros. Ahora a menudo olvidamos que era una carrera. Quizás no tanto contra los soviéticos como con el desafío de Kennedy de aterrizar en la Luna a finales de la década. Aterrizar en los polos complicaría y retrasaría innecesariamente todo el programa. Y nadie sabía entonces que los polos lunares podrían ser interesantes para aterrizar.
Las regiones polares lunares (especialmente su polo norte) solo son realmente interesantes desde la detección de hielo de agua en las regiones permanentemente sombreadas por la instrumentación de la NASA a bordo del Chandrayaan-1 de ISRO . Esos resultados llegaron en 2009, así que hace unos 5 años. Podríamos especular que el sobrevuelo de Cassini en 1999 ya insinuaba eso, pero eso todavía es 30 años después del primer aterrizaje lunar del Apolo 11.
¿No obtiene la mayor parte del costo de entrar en una inclinación polar a bajo costo al alterar desde dónde se acerca a la luna? (Funciona de esa manera en KSP, pero dudo en ubicarlo como una autoridad) Por supuesto, aún pierde la rotación de superficie.
@Taemyr Claro, pero entonces no estás en una trayectoria de retorno libre (o una trayectoria híbrida que comienza con retorno libre y una quemadura translunar a mitad de camino desde el Apolo 12 en adelante) que está en el plano orbital lunar. Cuanto más cambies de inclinación, más costoso te saldrá tanto en el camino de ida como en el de regreso.
¿Por qué una trayectoria de retorno libre requiere estar en el plano orbital?
@Taemyr Porque, de lo contrario, te perderás la Tierra en el camino de regreso.
Duh, pero ¿por qué esto se sigue de estar fuera del plano orbital?
@Taemyr Porque sin inclinación adicional que cambia las quemaduras en el descenso y el ascenso, de lo contrario no puede apuntar a sitios en latitudes más altas o más bajas que su inclinación orbital (simplificando, la inclinación axial también juega un papel, por lo que es ~ ± 6.7 ° desde el ecuador lunar desde libre- la inclinación del retorno, pero también depende del marco de tiempo, ya que solo completa una rotación en ~ 27 días y las misiones Apolo estuvieron en la órbita lunar por más tiempo durante aproximadamente 6 días durante el Apolo 17, menos durante las misiones Apolo anteriores).
Eso en realidad no responde a mi pregunta, me preguntaba por qué estar fuera del plano orbital significa que pierdes la tierra en el camino de regreso. Sin embargo, me di cuenta de la respuesta (al menos parcialmente); para que una trayectoria de retorno libre regrese con un periápside más bajo que el que lanzó, necesita la asistencia de la gravedad de la luna. - Las asistencias de gravedad son esencialmente colisiones elásticas y, por lo tanto, la aceleración de la asistencia es paralela a la velocidad de la luna.
Sospecho que sería posible una trayectoria de retorno libre que sea casi polar en la luna si hiciera una inyección lunar directa, en lugar de inyectar desde una órbita de estacionamiento.
Espera un minuto... La órbita de estacionamiento lunar es en el sentido de las agujas del reloj. La rotación lunar perjudica el aterrizaje y el despegue.
@Joshua La rotación lunar es realmente lenta, alrededor de 4 m/s en la superficie ecuatorial, por lo que no es un factor importante en la elección del lugar de aterrizaje.

El programa Apollo contrató a Bellcomm (una empresa conjunta de AT&T Bell Labs y Western Electric) como asesores técnicos. Desempeñó un papel de asesoramiento similar al que la Corporación RAND a menudo brindaba a las fuerzas armadas. Parte del trabajo de Bellcomm era participar en la selección de los lugares de aterrizaje del Apolo. Un número completo ( volumen 51 número 5 , 29 Mb, 176 páginas) del Bell System Technical Journal se dedicó a la selección del lugar de aterrizaje del Apolo. El propio Informe resumido del programa Apolo de la NASA cita esto como la única referencia sobre la selección del sitio de aterrizaje, diciendo que "describe en detalle el proceso de selección del sitio y las diversas compensaciones necesarias".

Los criterios presentados en orden de importancia (págs. 967-968):

  1. Capacidad para comunicarse con el control de la misión. Un aterrizaje polar está en el borde de la línea de visión a la Tierra y, por lo tanto, sería demasiado arriesgado.

    Una de las primeras limitaciones que limitó el área disponible para el aterrizaje fue el requisito de mantener comunicaciones con los astronautas durante las operaciones en la superficie lunar y durante las fases críticas de aterrizaje y ascenso lunar (lanzamiento lunar). Esto resultó en la eliminación temprana de sitios en el lado oculto de la Luna.

  2. Como se mencionó en otras respuestas, las primeras misiones necesitaban una trayectoria de retorno libre, limitando las latitudes a ± 5°. Después del Apolo 14, se eliminó la trayectoria de retorno libre, lo que permitió aterrizar en latitudes medias.

    La consecuencia de utilizar este tipo de trayectoria fue que el área de superficie accesible para el aterrizaje quedó confinada a una región cercana al ecuador lunar, la zona de Apolo (Fig. 3). Esta zona rectangular fue un promedio bruto a lo largo del tiempo y ciertas incertidumbres de ingeniería, pero fue una herramienta muy útil en este período de tiempo inicial. Relajar esta restricción amplió la región accesible para incluir las latitudes medias.

  3. Como se mencionó en otras respuestas, iluminación. El artículo dedica 18 páginas solo al efecto de la iluminación en el lugar de aterrizaje. Un sitio polar no tendría suficiente iluminación.

    Las mejores condiciones de iluminación ocurrieron cuando el Sol estaba lo suficientemente bajo en el horizonte para revelar un terreno accidentado por sombra, pero no tan bajo como para que el área de aterrizaje estuviera dentro de la sombra; además, el Sol necesitaba estar detrás de los astronautas para evitar el deslumbramiento.

    Desarrollaron programas informáticos que, dada una fecha de aterrizaje específica, trazaron un mapa de las áreas con un ángulo solar aceptable. Observe cómo las latitudes más allá ± 40° quedan excluidos:

marzo de 1972

  1. Rugosidad del terreno. Esto podría ser un factor para algunos sitios polares, pero no para otros.

  2. La capacidad del sistema de propulsión para llegar al sitio.

Me parece interesante que el valor científico del lugar de aterrizaje no fuera un criterio. Sin embargo, he leído en otras fuentes que los científicos de la NASA a menudo se quejaban de que no había suficiente selección de sitios de conducción científica.

Esta es una excelente respuesta, utilizando la documentación original como fuente. En respuesta al OP, también podría decir que la omisión de encontrar hielo como criterio es evidencia de que no sabían que estaba allí o no les importaba.
El valor científico se tuvo en cuenta para los aterrizajes después del Apolo 11 (por ejemplo, se seleccionó el Surveyor 3 en lugar del Surveyor 1 para el objetivo de aterrizaje del Apolo 12 porque se creía que el Surveyor 3 estaba en un rayo de eyección del cráter Copérnico y los lugares de aterrizaje para el Apolo 13 y posteriores fueron seleccionados en base a supuestas diferencias con los sitios anteriores).
@Mark: Claro, pero el punto es que muchas partes interesadas (Bellcore, la oficina de astronautas, muchos miembros del Congreso) pensaron que el propósito de Apolo era poner botas en la luna y llevarlas de manera segura a la Tierra. A diferencia del transbordador o la ISS, la ciencia fue una ocurrencia tardía y siempre fue una lucha.

Asumiendo la situación hipotética de que la NASA sabía (o esperaba) que habría hielo en los cráteres polares, la razón por la que la NASA no haría un aterrizaje polar del Apolo es la iluminación .

Para que a la tripulación le resultara fácil juzgar su altura sobre el suelo y detectar obstáculos, los alunizajes se orientaron y cronometraron para que el Sol estuviera entre 7 y 20 grados sobre el horizonte (páginas 575-600). Esto por sí solo los restringe a aterrizar a 83° de latitud o menos, colocándolos a un mínimo de 200 km de cualquier probable hielo. Incluso sin esa restricción, un cráter helado tiene hielo porque está permanentemente sombreado: el LM no tiene iluminación externa, los trajes espaciales no tienen iluminación y no hay linternas con clasificación EVA. La tripulación aterrizaría en la oscuridad y trabajaría en la oscuridad.

Entonces afirmas que el sistema Apolo era capaz de aterrizar en los polos lunares, ¿simplemente optaron por no hacerlo? Tenga en cuenta que si el sistema no puede llegar a los postes, la situación de iluminación es completamente irrelevante.
El hardware era físicamente capaz de hacerlo: pasar de una órbita de estacionamiento de la Tierra a una órbita polar lunar tiene aproximadamente los mismos requisitos de delta-V que pasar de una órbita de estacionamiento de la Tierra a una órbita ecuatorial lunar a través de una trayectoria de retorno libre.
Bien, muéstranos una fuente que muestre que descartaron los postes como lugares de aterrizaje en función de la iluminación durante el programa. No un tipo de Internet.
Por cierto, creo que tienes razón en que esta fue una consideración importante. Sin embargo, una buena respuesta de intercambio de pila enumera las fuentes. Puede comenzar aquí: hq.nasa.gov/alsj/…
@OrganicMarble, actualizado.
Creo que el bit de 'trayectoria de retorno libre' es bastante crítico: a menos que exista una trayectoria que lo lleve a una órbita polar, entonces ese es un gran problema de seguridad, independientemente del delta-v.
@tfb, una trayectoria de retorno libre solo es crítica si desea garantizar un retorno sin usar ninguno de sus motores. La NASA dejó de hacer trayectorias de retorno libre con el Apolo 12 (una órbita de transferencia ideal usa menos combustible que una trayectoria de retorno libre y puede llegar a una variedad más amplia de sitios de aterrizaje), y el Apolo 13 demostró de manera bastante dramática que se puede abortar una misión lunar incluso sin el SPS.

Si vamos tras el polo lunar, hay una sutileza más. La NASA informa que la mayor parte del hielo conocido se encuentra alrededor del Polo Sur, con una distribución escasa en el Polo Norte. El Polo Sur y su cuenca asociada (Polo Sur-Cuenca Aitken) está en el lado oculto de la Luna . Entonces, un aterrizaje de Apolo en el Polo Sur habría necesitado retransmisiones de comunicaciones por radio que no estaban disponibles en ninguna misión Apolo, y en el Polo Norte, junto con los problemas de iluminación, las posibilidades de encontrar hielo habrían sido escasas.

La NASA ahora está explorando una misión al Polo Sur-Cuenca Aitken.

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