¿Por qué usaron bolsas verticales en diferentes tamaños para el Apollo CM?

Esto se explica en el Informe resumido del programa Apollo . Un módulo de comando flotante tiene dos posiciones estables; estable II está al revés y no se desea. Se descubrió que tres bolsas verticales idénticas no eran suficientes para salir de la posición estable II, por lo que la bolsa del eje Z se hizo más pequeña:

4.4.4.4 Sistema de enderezamiento

[...]

Además del aumento de peso general, se produjo un cambio en el centro de gravedad como resultado de los cambios realizados en el módulo de comando después del incendio del Apolo I. Las pruebas de definición de rendimiento a gran escala requeridas por estos cambios mostraron que la capacidad de enderezamiento del módulo de comando Block II era marginal con las dos bolsas del eje Y infladas (una a cada lado de la plataforma superior, como se muestra en la fig. 4-8). Además, una combinación de una bolsa inflada del eje Y y la bolsa del eje Z (en el lado opuesto a la escotilla) resultó en un giro del módulo de comando sobre su eje X a una nueva posición estable donde no se produjo la verticalización. Se realizaron pruebas de desarrollo en el Centro de naves espaciales tripuladas para investigar diferentes sistemas de suspensión para las bolsas y para investigar la capacidad de una bolsa de eje Z más pequeña para reducir el problema del balanceo.y proporcionar suficiente flotabilidad para asegurar el enderezamiento.

También menciona que, como respaldo, dos miembros de la tripulación podrían moverse en la cabina, en un esfuerzo por cambiar el centro de gravedad:

Además, se realizaron pruebas para determinar la viabilidad de que dos tripulantes bajaran el centro de gravedad al pasar de los sofás a la cubierta de popa. Como resultado de estas pruebas, se rediseñó el sistema de enderezamiento para proporcionar capacidad de enderezamiento con dos bolsas cualesquiera infladas después de que dos tripulantes se hubieran movido hacia popa. La configuración final fue capaz de enderezar el módulo de comando en 5 minutos si ambos compresores y las tres bolsas estaban operativos. Ya sea con una bolsa fallada o con un compresor, 12 minutos fue el tiempo máximo requerido para el enderezamiento. El sistema no podía enderezar el módulo de comando si fallaban tanto una bolsa como un compresor.

"Está bien, ustedes dos salgan y empujen".

La primera versión Block I de la cápsula usaba tres bolsas del mismo diámetro (43 pulgadas). El Block II posterior usó una bolsa más pequeña (34 pulgadas). El volumen de la bolsa pequeña fue el 49,43 % de las grandes. Así que querían probar una bolsa más pequeña con la mitad del volumen y calcularon una bolsa de 34 pulgadas de diámetro.

^{Fuente: https://airborne-sys.com/wp-content/uploads/2016/10/aiaa-2011-2591-simulation_of_the_apollo_.pdf}

El Módulo de Comando Apolo tenía dos posiciones de natación estables.

^{Fuente 20090016307.pdf}

Estable I era la posición deseada (vértice arriba, escudo térmico abajo) con la escotilla de la tripulación sobre la superficie del agua. El Establo II debe ser erguido por las bolsas infladas al Establo I.

El peso del vehículo de la versión Block I al amerizar en el océano era de aproximadamente 9,000 lbm. El Bloque II era mucho más pesado, alrededor de 11,200 lbm y el centro de gravedad estaba desplazado.

Las pruebas se realizaron utilizando modelos a escala 1:5 y 1:10 y pruebas a escala real con repeticiones 1:1. Usar modelos de computadora de elementos finitos era imposible en los años sesenta. La verticalización también debería funcionar cuando solo se inflaron 2 de las tres bolsas. Pero se encontró un problema cuando una de las bolsas Y no estaba inflada.

Sin embargo, una combinación de bolsa Y/Z resultó en un giro del CM sobre su eje X a una nueva posición estable en la que no se produjo el enderezamiento.

La posición vertical de la combinación de dos bolsas Y/Z se mejoró con la bolsa Z más pequeña.

Fuente: INFORME DE LA EXPERIENCIA DE APOLLO SISTEMA DE AJUSTE DEL MÓDULO DE MANDO

Se estudiaron las reubicaciones de la tripulación dentro de la cápsula para usarse en caso de falla de una sola bolsa.

El equipo de buzos de recuperación recibió capacitación para enderezar la cápsula en caso de falla de la bolsa doble o triple. El enderezamiento de CM de emergencia se entrenó en el océano utilizando placas modelo. Los buzos fijaron el conjunto de la eslinga de enderezamiento en la eslinga de recuperación de la cápsula y se utilizó un helicóptero para tirar de la cápsula a la posición vertical.

Fuente: DOD APOLLO MANUAL DE PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS DE RECUPERACIÓN

Por lo tanto, se redujo el tamaño de una bolsa para optimizar el rendimiento vertical en caso de falla de la bolsa.

Pero la Marina estaba preparada para usar un plan B cuando todas las bolsas fallaron.

En 2011 , se publicó un artículo Simulación del sistema de verticalización del módulo de comando Apollo usando LS-DYNA sobre modelos de computadora para el sistema de verticalización Apollo.

El código de análisis de elementos finitos disponible comercialmente LS-DYNA se utilizó para generar una simulación que modela con precisión la dinámica de enderezamiento del vehículo del módulo de comando.

Además, las características de flotabilidad del módulo de comando también se verifican de forma independiente utilizando el código de resolución de flotabilidad estáticamente determinado propietario de Airborne Systems,
FloatStab.

El sistema de enderezamiento de las cápsulas de Orion se estudió utilizando modelos a escala 1:4; consulte Caracterización dinámica del sistema de enderezamiento del módulo de tripulación para el módulo de tripulación Orion de la NASA .