¿Por qué no es viable un aterrizaje de bolsas de aire en la luna?

En esta pregunta relacionada , se explicó que las diferencias en el diseño entre un rover de Marte y un rover lunar eran demasiado importantes para sustituir uno por otro. Uno de los puntos señalados fue que el sistema de aterrizaje con bolsas de aire no es viable para alunizajes . ¿Por qué es esto?

Entiendo que el sistema de aterrizaje con bolsa de aire normalmente va acompañado de un paracaídas en una atmósfera.

¿Es viable realizar una aproximación lenta y luego desplegar bolsas de aire para aterrizar en la superficie de la luna? ¿Por qué o por qué no?

¡Oye! Lo sé: usemos amortiguadores de gran tamaño conectados a generadores. ¡De esa manera no solo aterrizamos suavemente, sino que también cargamos todos los cargadores de pared Tesla en nuestra nave espacial!
Elon Musk está aterrizando propulsores de lanzamiento de satélites, apuesto a que si se le pregunta, esos dispositivos electrónicos podrían adaptarse para alunizajes suaves no tripulados.
@CrossRoads teníamos la tecnología informática para un aterrizaje suave basado en el empuje de un cohete en 1969. La curva de potencia del motor era totalmente automática.

Respuestas (3)

En realidad, no hay razón para que un sistema de bolsas de aire no se pueda usar en la Luna, ni para que no sea una buena decisión de diseño en algunas circunstancias.

Las bolsas de aire MPF y MER eliminaron los últimos 10 a 26 m/s de velocidad. La razón por la que quedaba tanta velocidad era la precisión o inexactitud del impulso total de los motores de cohetes sólidos, junto con las incertidumbres del altímetro de radar de bajo costo y la consiguiente sincronización del encendido de los motores. El uso de motores de cohetes sólidos resultó en un enfoque de bajo costo y eficiencia de masa (muy baja masa seca), pero con la penalización de una etapa de bolsa de aire que tenía que seguir.

Fácilmente podría imaginar la misma situación para un aterrizaje lunar. Podría decidir usar un motor de cohete sólido grande para eliminar casi toda la velocidad de aproximación de, digamos, 2 km/s, por razones de costo y masa. Esperaría un 0,5% o más de precisión de impulso total, por lo que unos 10 m/s residual. ¡Oye, mira eso! Eso está justo en el rango que podría manejar una bolsa de aire.

GremlinWranger señaló que, de hecho , ha habido aterrizajes de bolsas de aire en la Luna. Los módulos de aterrizaje Luna 9 y Luna 13 de la URSS utilizaron bolsas de aire. Las imágenes de cómo se veía ese sistema con las bolsas de aire infladas son escasas, pero aquí hay un poco de arte que encontré:

caricatura del aterrizaje de Luna 9

Aquí hay algunas fotografías no tan buenas de las pruebas de las bolsas de aire del módulo de aterrizaje Lunar en la Tierra:

pruebas de puesta a tierra de airbags

Según Evitar rocas al aterrizar en Marte , ¿una bolsa de aire también ofrecería una estrategia alternativa para evitar aterrizar en lugares rocosos o inclinados?
Las bolsas de aire protegían contra rocas que no podíamos ver desde la órbita, como lo haría un módulo de aterrizaje con patas con suficiente espacio libre y estabilidad de inclinación, o una suspensión móvil con capacidad similar. Todavía tenemos que evitar rocas grandes para una bolsa de aire o la mayoría de cualquier otro módulo de aterrizaje.

Durante el aterrizaje del Pathfinder, el sistema de bolsas de aire golpeó el suelo a unos 20 m/s. Esto parece rápido, pero en comparación con otras velocidades espaciales, es muy lento. Cuando el rover pionero llegó para aterrizar en Marte, navegaba a unos 7300 m/s. Para llevar esta velocidad a cero, los paracaídas, el escudo térmico y el motor de cohete de un solo disparo hicieron su trabajo para matar la velocidad a unos 12 metros sobre la superficie donde se dejó caer el módulo de aterrizaje cubierto con bolsas de aire.

Para una misión lunar, las bolsas de aire no tienen mucho sentido, porque no hay una forma real de perder velocidad además de un motor de cohete (la resistencia es prácticamente inexistente). Para matar la velocidad de la órbita de la luna, necesitas propulsión. Ahora, si ya tiene un motor de cohete funcional y suficiente combustible para reducir la velocidad al aterrizar a algo que una bolsa de aire pueda manejar, digamos 20 m/s, toda la masa adicional requerida para un sistema de bolsa de aire superaría la minúscula cantidad de combustible. requerido para matar ese último bit de velocidad en la débil gravedad lunar.

https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/marsentry.html

¿La razón por la que las bolsas de aire tienen demasiada masa es simplemente porque necesitan ser duraderas? Supongo que lo que quiero decir es: ¿cuánto desperdicio es? ¿Podrían las bolsas de aire ser lo suficientemente livianas como para justificar su inclusión?
@R.Barrett No se trata solo de la masa adicional, sino también de todos los problemas de prueba/confiabilidad que conlleva. Para que un aterrizaje con bolsa de aire funcione, primero los motores del cohete deben reducir la velocidad, luego las bolsas de aire deben inflarse (sin mencionar que luego se desinflan, no se interponen en su camino, etc.). Dado que los motores tienen que funcionar de todos modos, también puede usarlos todo el camino, en lugar de cambiar a un sistema completamente diferente, y esperar que también siga funcionando, durante la fracción final del viaje.
También vale la pena mencionar que hacer una quema estándar requerirá menos protección del rover que las bolsas de aire y menos ingeniería para manejar el despliegue. Tienes que tener un diseño piramidal con motores y articulaciones lo suficientemente potentes para que la nave se enderece, en comparación con Curiosity, que solo necesita ruedas.
Además de contar ya con el sistema de propulsión, los sistemas de airbag también debían contar con un radar para medir la altitud y la velocidad de la nave con respecto a la superficie. Las mediciones del radar permiten que el software GNC de la nave controle los parámetros de propulsión (como el ciclo de trabajo del propulsor, el tiempo, etc.) para dirigirse a la velocidad correcta a la altitud correcta para liberar el sistema protegido por bolsa de aire. Las incertidumbres de navegación son demasiado grandes para intentarlo sin esas mediciones en tiempo real. Si ya los tiene, no es mucho más hacer un radar de aterrizaje.
Sí. O elige bolsas de aire + paracaídas ordenadas, simples y robustas, pero para que funcione necesita atmósfera, o elige una propulsión de cohete / grúa aérea, que es más arriesgada pero funciona en el vacío (y escala mejor con el tamaño) - y luego simplemente no necesita la bolsa de aire. No es tanto "no viable" como "sin sentido".
Dado que las otras dos respuestas señalan que los aterrizajes de bolsas de aire en la luna no solo son viables sino que han ocurrido, parece incorrecto llamar a esta la respuesta correcta.
@Lex, aunque mi respuesta solo aborda una pequeña parte de por qué las bolsas de aire actualmente no tienen mucho sentido, creo que los otros comentarios aumentan en gran medida mi respuesta, particularmente desde el punto de vista de ingeniería/diseño. Las razones principales por las que se usaron bolsas de aire en la luna en el pasado es porque todavía no existían los conocimientos técnicos y la microelectrónica.
@Dragongeek El conocimiento y la electrónica (no se requiere "micro") estaban disponibles en ese momento, ya que Surveyor 1 hizo un aterrizaje suave propulsor en la Luna en 1966, el mismo año en que Luna 9 usó bolsas de aire. Las bolsas de aire tenían sentido entonces debido a su simplicidad y robustez, volvieron a tener sentido en Marte en 1997 y 2004 (cuando claramente la tecnología estaba disponible para el aterrizaje propulsor suave) y todavía podrían tener sentido hoy por las mismas razones.
No olvides que en Marte necesitas un gran empuje para flotar hasta detenerte, lo que se puede evitar con las bolsas de aire. En la luna solo necesitarías una fracción de ese empuje. Por lo tanto, el tamaño del motor que eleva su módulo de aterrizaje a la luna puede ser mucho más pequeño.
@StianYttervik Donde esa fracción es 0.44. Así que su "mucho más pequeño" es aproximadamente la mitad.
@MarkAdler Bueno, todo se suma exponencialmente, pero permítanme reformular eso. "Significativamente más pequeño"

Las primeras sondas lunares soviéticas, como Luna 9 , usaban bolsas de aire. No tengo una referencia, pero sospecho que el proceso de diseño fue según la respuesta de Mark Adler, donde el estado del arte podría tener un choque controlado (wiki enumera 6 m/s) pero no un aterrizaje suave.

Un libro de uno de los miembros del equipo de Sojourner menciona la asistencia de los rusos durante la etapa de diseño del método de aterrizaje, pero no lo que eso significó.

Dadas las mejoras en los sistemas de control y la simulación, sospecho que sería un conjunto muy extraño de restricciones de diseño lo que hizo que las bolsas de aire fueran la mejor opción para un módulo de aterrizaje lunar de nueva construcción.

¿Tal vez para desplegar sensores del tamaño de un cubesat desde una nave principal durante la aproximación final?

¿Por qué no es viable un aterrizaje de bolsas de aire en la luna?
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