¿Por qué el Módulo Lunar Apolo tenía cuatro patas de aterrizaje?

Aquí hay información interesante .

Tres patas probablemente no eran lo suficientemente robustas, no parecen haber sido consideradas seriamente durante mucho tiempo.

Cinco patas fijas fue la opción principal considerada al principio, sin embargo, no se pensó que esto tuviera una huella lo suficientemente amplia para aterrizajes confiables. Finalmente, seleccionaron el diseño final de cuatro patas muy abiertas, que se guardaron plegadas.

Aunque el diseño de cuatro patas no parece adecuado para una superficie irregular (no todas en el mismo plano), parte de cada pata era plegable para absorber los golpes. De hecho, el Apolo 15 aterrizó en un ángulo moderado:

La actitud del vehículo en reposo, determinada a partir de los ángulos del cardán, fue de 6,9 ​​grados de inclinación hacia arriba y 8,6 grados de giro hacia la izquierda, lo que resultó en un ángulo de inclinación del vehículo en la superficie lunar de aproximadamente 11 grados desde la horizontal ( Fuente )

Tres patas ofrece menos margen de seguridad para pendientes pronunciadas y aterrizajes laterales.

Si un módulo de aterrizaje de tres patas toca una pendiente pronunciada de manera que el centro de gravedad de la nave está fuera del triángulo formado por los puntos de contacto, se volcará.

El módulo de aterrizaje de cuatro patas tiene un área sustancialmente mayor dentro del cuadrilátero formado por los puntos de contacto; mientras el CG se mantenga por encima de esa área, el barco es estable.

Proyectado al suelo, la distancia horizontal más corta que el CG podría volcarse y quedar sin soporte:

• para el módulo de aterrizaje de tres patas es la mitad del radio del tren de aterrizaje;
• para los de cuatro patas, es$\frac { \sqrt 2 }{ 2 } = 0.7071$del radio.

En el momento del aterrizaje, con los tanques vacíos en la etapa de descenso y llenos en la etapa de ascenso, el CG del LM es bastante alto, y el límite de estabilidad absoluta es de unos 43º . Un módulo de aterrizaje de tres patas con la misma relación entre el radio del engranaje y la altitud del CG podría volcarse a 29º.

Obviamente, el LM nunca tuvo la intención de aterrizar en una pendiente tan pronunciada (creo que 15º era el límite de diseño, al que A15 se acercó). La mayor preocupación fue la estabilidad en los casos en que el módulo de aterrizaje aterrizó con un componente sustancial de velocidad horizontal. En tales casos, la cuarta pierna compra mucho margen de estabilidad.

Hay una discusión interesante sobre el diseño del Módulo Lunar en el capítulo 6 de Chariots For Apollo (Brooks, Grimwood & Swenson 1979, NASA SP-4205). En particular, el capítulo 6.4 señala que inicialmente se consideró un diseño de cinco patas, pero se cambió a uno de cuatro patas tanto para ahorrar peso como para simplificar el diseño, que ya se basaba en un marco simétrico de cuatro vías:

Grumman había considerado primero cinco patas pero, durante 1963, se decidió por cuatro. El cambio fue dictado por el equilibrio entre peso y fuerza que había producido la etapa de descenso cruciforme, con sus cuatro puntos de unión obvios. El patrón de engranajes revisado también simplificó enormemente el montaje estructural del vehículo dentro del adaptador. Las cuatro patas colocadas en los ejes ortogonales del módulo de aterrizaje (adelante, atrás, izquierda y derecha) encajaban idealmente con el patrón de cuatro "quads" de control de reacción (el paquete básico de cuatro motores). Los quads se giraron 45 grados para que el motor de control de actitud de empuje hacia abajo se disparara entre las dos patas de engranaje más cercanas, superando un grave problema térmico de la disposición de cinco patas.

y también:

Por lo tanto, un tren retráctil reemplazó al tren de patas fijas más simple. La capacidad de retracción también figuró en el cambio de cinco a cuatro patas: cuanto menos para plegar, mejor.

Obviamente, tres patas habrían sido incluso más livianas y fáciles de plegar que cuatro, pero habrían tenido los mismos problemas con el montaje y la colocación del quad propulsor que las cinco patas: el diseño del LM se basó en un marco en forma de cruz, con cuatro patas simples. y robustos puntos de fijación, y tenía cuatro paquetes de propulsores de control de actitud colocados simétricamente cuyo escape tenía que ser dirigido lejos de las piernas. Además, un diseño de tres patas habría tenido un margen de estabilidad significativamente menor al aterrizar en una pendiente y/o si hubiera quedado alguna velocidad horizontal residual durante el aterrizaje.

Tenga en cuenta que esto es consistente con nuestra experiencia cotidiana. La gente habla de cómo un taburete de tres patas nunca se tambalea, pero la mayoría de los taburetes tienen cuatro patas, esencialmente por las razones dadas por las otras respuestas.