¿Se puede sobrevivir al litofrenado lunar 1. y 2. es más barato que el aterrizaje de un cohete?

Litofrenado lunar

Si su objetivo es simplemente entregar un paquete científico en algún lugar de la luna, ¿sería más fácil y económico diseñar el paquete para que sobreviva al impacto lunar? Como ejemplo, considere el Premio Lunar X, con el objetivo de aterrizar un dispositivo que pueda transmitir video HD a la Tierra.

La pregunta tiene dos partes.

  1. ¿Es posible diseñar un paquete que sobreviva intacto al impacto lunar?
  2. ¿Sería más barato (en masa, Δv y/o $) utilizar este método de aterrizaje sobre retrocohetes?

Impacto Lunar

Pensamientos

ventajas:

  • Misión mucho más baja Δv (¿-3 km/s?).

Desventajas:

  • Alto pico de fuerza en el paquete durante el litofrenado.
  • Menor precisión en el destino final.
  • El polvo arrojado por el impacto puede cubrir el paquete.

Podría usar el cohete gastado y el tanque de combustible de la inyección translunar como zona de deformación para reducir la desaceleración máxima. Los resortes, las bolsas de aire, la espuma, etc. podrían prolongar aún más el tiempo de impacto, reduciendo el impacto.

Investigar

Programa Ranger: el intruso lunar de madera de balsa de la NASA

Programa de Guardabosques – imágenes de periódicos

Los módulos de aterrizaje con bolsas de aire se escalan como v ^ 2, mientras que los cohetes se escalan como v.

SSE: Costo Marginal de aterrizar en la Luna

Depende de lo que quieras decir con "paquete de ciencia"? Hay, por ejemplo , penetradores planetarios , la investigación está en curso y aparentemente están probando la viabilidad de cargarlos con un paquete científico protegido con resina epoxi y dispararlos a alta velocidad en montones de escombros (imitando el regolito lunar) para probar su capacidad de supervivencia de impacto de alta gravedad ... I cree que las pruebas son prometedoras. Pero no es realmente un sistema de envío puerta a puerta. ¿Podría aclarar qué es exactamente lo que tiene en mente? ¡Salud!
El neologismo más divertido que he escuchado :-)
litobraking "simulación"` youtube.com/watch?v=ZCBttJUu0Zk

Respuestas (2)

Fundamentalmente, todos los módulos de aterrizaje finalmente usan litofrenado: se llama toma de contacto y los últimos m/s se desprenden de esa manera. El tren de aterrizaje del módulo de aterrizaje lunar Apolo fue diseñado para una velocidad vertical máxima de 5 pies por segundo en el momento del aterrizaje.

Impacto de alta velocidad

Actualmente, la electrónica de artillería se puede endurecer para aceleraciones de corta duración de 30000 Gee según datos públicos; es casi una certeza que los números reales son más altos. Se aceptan desaceleraciones similares siempre que la electrónica esté diseñada para ello.

Los paquetes de ciencia típicos no podrán sobrevivir a eso. Ciertos paquetes científicos podrían hacerlo, y chocar contra un patín (o penetración) de 100 m de largo desde 300 m/s arroja 45 kj/kg en aproximadamente 0,6 segundos, y alrededor de 6900 G.

Para sobrevivir a esto, se necesitan técnicas de construcción especiales y los tipos de experimentos están severamente limitados.

Lithobreaking como único método

Las velocidades necesarias para la órbita son lo suficientemente altas como para que el litofrenado sea inverosímil para un único método, incluso para la electrónica de proyectil mejor endurecida.

Para misiones translunares o más distantes, las velocidades y las energías son aún más altas, y un roce superficial daría como resultado un salto a la órbita o más allá del objetivo.

Lithbreaking como proceso final

Se considera que el Pathfinder Rover utilizó Lithobraking a través de su aterrizaje de rebote de bolsa de aire. Esto se usó para arrojar un impacto máximo de 14 metros por segundo a 18 G, demasiado alto para la seguridad humana, pero dentro de la capacidad de supervivencia humana. Y, dado que realizó múltiples actividades científicas, fácilmente dentro del ámbito de la entrega de cargas científicas.

Se podrían usar sistemas similares en la luna, aunque con recorridos mucho más largos y rebotes más altos.

Precio y Masa

Los dos temas en competencia son el precio y la masa. Para el rover Pathfinder, fue competitivo; He leído (pero no puedo citar) que era más caro que el cohete, pero pensé que era más probable que tuviera éxito. No era más eficiente en masa, pero no era severamente más alto y ofrecía una serie de otras ventajas de modo de falla.

El sistema no era práctico cuando se amplió para rovers más grandes: tanto la masa como el precio dieron como resultado un retorno al empuje.

No, se eligieron cohetes sólidos y bolsas de aire porque eran más baratos que los motores de cohetes estranguladores y las patas utilizadas en las misiones Viking anteriores. Antes de que Mars Pathfinder aterrizara, los que estaban fuera del proyecto lo consideraban menos confiable que el enfoque Viking. Muchos lo consideraron una locura. Solo después de que funcionó se consideró un enfoque sólido.
Por cierto, la pregunta del OP sobre el "litofrenado" no se refiere a eliminar los últimos m/s o incluso cientos de m/s. La pregunta es explícitamente sobre evitar por completo el uso de retrocohetes, para eliminar los 3 km/s y el costo y la masa asociados.
Los módulos de aterrizaje de Marte pierden mucha velocidad mediante el aerofrenado. El aerofrenado no es una opción en la luna. La velocidad del impacto lunar sería mucho mayor.
  1. No
  2. Sí

Aunque 1. depende de su "paquete de ciencia". Si su "paquete científico" es simplemente una gran porción de masa cuyo propósito es vaporizar y expulsar agua del regolito lunar (ver LCROSS ), entonces sí, "sobrevivirá" en el sentido de cumplir su propósito.

No tengo conocimiento de ningún diseño de penetrador con instrumentos científicos electrónicos y equipos de telecomunicaciones reales que hayan demostrado sobrevivir a impactos de 2 a 3 km/s, lo que sería necesario para un impacto sin asistencia en la Luna. Los penetradores están diseñados para cientos de m/s, por lo que necesitaría un cohete para eliminar aproximadamente el 99% de la energía antes de esperar que sobreviva incluso un penetrador diseñado especialmente para ese propósito.

@TildalWave Estoy preguntando esto en relación con el Premio Lunar X, es decir, aterrizar un dispositivo que pueda transmitir video HD. La electrónica militar puede sobrevivir a 15500 g . Eso significaría desacelerar de 3 km/s en 0,02 segundos y requeriría 119 metros de distancia de frenado. Parece que necesitamos una electrónica 40 veces más robusta... Mark Adler, ¿puede dar más detalles sobre el n.° 2?
Si de alguna manera pudiera hacer que algo siguiera funcionando después del impacto, sin duda sería mucho menos Δ V y masa En cuanto al costo, eso dependería de cuánto le costó desarrollar y probar lo que todavía funciona después de impactar a km/s.
@MichaelLuby Incluya esa información en su pregunta. El objetivo de mi comentario no era responderlo, sino ayudarlo a identificar problemas para que pueda mejorarlo y obtener mejores respuestas. El hecho de que se trate de Lunar X Prize identifica requisitos específicos lo suficientemente bien (aunque sería aún mejor vincular y/o citar requisitos específicos de preguntas), por ejemplo, no querrá que la cámara HD permanezca enterrada en las profundidades de la luna. regolito después del impacto balístico (o, irónicamente, "aterrizaje forzoso"). ¡Gracias!
Buen punto TildalWave, actualicé la pregunta para incluir esa información. @Mark Adler, ese es mi sentimiento también. ¿Tiene alguna fuente para respaldar nuestros instintos? En cuanto a las pruebas, sé que la NASA tiene un cañón de riel que usan para probar componentes a velocidades orbitales (¡no es que eso signifique que sea barato!).
Genial, pero esa es una pistola de riel propuesta, no existente, y es una pistola de la Armada, no una pistola de la NASA. Solo están proponiendo ponerlo en una instalación de la NASA. También se pretende probar el uso de un cañón EM para disparar proyectiles inertes a 2-2,5 km/s con el fin de destruir objetivos. No para probar componentes. Aunque tal vez algún día alguien lo intente.
En cuanto a las fuentes, no necesito ninguna para probar mi afirmación "No estoy al tanto de...". :-) Puede buscar fuentes sobre penetradores, como el enlace que @TildalWave proporcionó en un comentario a su pregunta. Entonces sólo podrá inferir por su ausencia la inexistencia de esfuerzos de penetración por encima de unos cientos de m/s. Tales intentos aún pueden existir a pesar de nuestra incapacidad para descubrir información sobre ellos. Es difícil probar algo negativo.
@MichaelLuby Tampoco conozco ningún penetrador con paquete electrónico que sobreviva a impactos de 3 km / s. El Departamento de Física Espacial y Climática de la UCL continúa trabajando en penetradores para un litofrenado de aproximadamente 300 m/s en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de Mullard desde el proyecto UKSA MoonLITE desechado. Ver más enlaces en la sección de las dos páginas, incluyendo algunas interesantes propuestas completas con todos los detalles...
... por ejemplo, su propuesta LunarEX a ESA Cosmic Vision o la presentación de Lunar Net a ESA en respuesta a la convocatoria de 2010 para la oportunidad de misiones de tamaño mediano en el Programa Científico de ESA para un lanzamiento en 2022 (ambos PDF). Conseguir una cámara HD funcional es otra bestia. Para un descenso balístico pasivo, tendría que convertir de alguna manera toda la energía cinética para amortiguar el impacto y liberar el paquete por encima de la eyección de regolito del impacto.
@MichaelLuby Por cierto, la energía cinética en el impacto es mi k = 1 2 metro v 2 , pero estoy seguro de que eres consciente de esto. Entonces tiene cuatro opciones: 1) convertirlo en algo útil 2) menor masa 3) menor velocidad de impacto 4) diseño para sobrevivir al impacto. O una combinación de los cuatro. Obviamente, el mayor rendimiento provendría de reducir la velocidad del impacto, ya que la energía cinética liberada aumenta con el cuadrado de la velocidad. De ahí es de donde viene el "necesitarías un cohete para eliminar aproximadamente el 99% de la energía" de Mark Adler (de ~ 3 km/s a 300 m/s para la misma masa es exactamente el 99% de mi k ).
¿Se puede sobrevivir al litofrenado lunar 1. y 2. es más barato que el aterrizaje de un cohete?
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