Cada una de las misiones lunares Apolo (Apolo 8-17) entró en órbita terrestre inmediatamente después del lanzamiento. Luego, cada misión abandonó la Tierra después de algunas órbitas quemando el motor S-IVB y se dirigió a la Luna. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Apollo_program#Lunar_mission_profile )
La página de wikipedia dice que era necesario orbitar la Tierra "para verificar la preparación de los sistemas de la nave espacial", pero tengo curiosidad por saber cómo esto afectó los requisitos de combustible y otros aspectos de la navegación. ¿Habría requerido más o menos combustible dirigirse hacia la Luna directamente desde la plataforma de lanzamiento? Si orbitar la Tierra primero es menos eficiente, ¿cuánto combustible adicional se requiere en lugar de partir directamente?
Ir desde la superficie de la Tierra directamente a la órbita de la Luna sin detenerse en LEO ofrecería ahorros insignificantes, dependiendo de sus suposiciones, tal vez 20 m/s de ∆v (y 2-3 horas de consumibles). 1
Según las simulaciones de Apollo By The Numbers y Bob Braeunig , el presupuesto de ∆v para el lanzamiento a la órbita más la inyección translunar para las misiones Apollo ascendió a unos 12250 m/s, por lo que cualquier diferencia sería mucho menos del 1% del presupuesto de combustible.
La página de wikipedia dice que era necesario orbitar la Tierra "para verificar la preparación de los sistemas de la nave espacial", pero tengo curiosidad por saber cómo esto afectó los requisitos de combustible y otros aspectos de la navegación.
El uso de una órbita de estacionamiento probablemente ahorró combustible en comparación con una inserción translunar directa. Una inserción directa en una trayectoria translunar habría ahorrado una pequeña cantidad de combustible en comparación con esa necesidad al agregar una órbita de estacionamiento si todo saliera a la perfección. Sin embargo, nada funciona a la perfección. El empuje de los cohetes varía y los sensores de navegación son imperfectos. El lanzamiento en la era Apolo fue en gran medida un proceso de cálculo ; no había tal cosa como GPS en la era Apolo.
Esto significó que los errores de navegación se acumularon durante el lanzamiento. Un lanzamiento directo a una trayectoria translunar habría significado corregir esos errores y el error de inyección después del lanzamiento+inyección. Esto habría compensado con creces el pequeño costo adicional de colocar el vehículo en una órbita de estacionamiento antes de someterse a la inyección translunar. Con una órbita de estacionamiento, la mayoría de los errores de lanzamiento fueron corregidos por la quema de inyección translunar. Todavía se necesitaban quemados de corrección, pero estos eran mucho más pequeños que los que se habrían necesitado para un lanzamiento directo.
Mucho más importante, el uso de una órbita de estacionamiento hizo posibles las misiones. Un lanzamiento de inserción translunar directo habría requerido una ventana de lanzamiento instantánea. El lanzamiento tendría que haberse retrasado un día (o quizás varios meses) si algo saliera mal durante la cuenta atrás en el caso de una inserción directa en una trayectoria translunar. Los planificadores de la misión consideraron que una ventana de lanzamiento de 2,5 horas era el mínimo necesario para tener una probabilidad razonable de éxito. Esto por sí solo descartó la posibilidad de un lanzamiento directo a una trayectoria translunar.
Efectivamente, algo salió mal durante la cuenta atrás en dos de las misiones Apolo. El Apolo 14 se lanzó con 40 minutos de retraso debido a problemas climáticos, y el Apolo 17 se lanzó con 2 horas y 40 minutos de retraso debido a un corte automático en la marca de T-30 segundos.
El hecho de que la NASA haya utilizado la órbita de estacionamiento como un medio para verificar la preparación de los sistemas de la nave espacial para la continuación de la misión fue un beneficio adicional del uso de una órbita de estacionamiento. Este no fue el principal impulsor. El impulsor principal fue que el uso de una órbita de estacionamiento hizo que las misiones fueran factibles.
Lograr la velocidad orbital en la superficie terrestre no es práctico debido a la atmósfera terrestre. Primero, una nave debe elevarse por encima de la atmósfera y luego alcanzar la velocidad orbital.
Una vez que se gana altitud, la forma más eficiente de alcanzar la velocidad orbital es mediante un encendido horizontal. Podría hacer la quema principal a lo largo de un ángulo de trayectoria de vuelo distinto de cero, pero luego el componente vertical del empuje sufre pérdida de gravedad.
Por lo general, la primera parte de la trayectoria de una nave espacial es casi vertical, pero luego se inclina hacia el este para darle al vector de empuje una componente horizontal más grande a medida que la atmósfera se vuelve más delgada.
Cuando la nave está por encima de la atmósfera, hace la quema principal y viaja en un ángulo de trayectoria de vuelo cercano a cero (en otras palabras, horizontalmente).
Por lo tanto, una inserción directa en la órbita lunar estaría quemando para alcanzar una velocidad horizontal de 10,9 km/s cuando se encuentra sobre la atmósfera. Pero en algún momento durante este encendido, la nave viajará a una velocidad horizontal de 7,8 km/s. En este punto diría que la nave está en órbita. Después de alcanzar la velocidad orbital, la nave podría seguir disparando para alcanzar otros 3,1 km/s para la Inserción Trans Lunar (TLI).
O podría apagar los motores después de alcanzar la velocidad orbital y hacer que los 3,1 km/s restantes TLI se quemen más tarde. ¿Cuál es la diferencia es delta V? Cero.
Del pdf de la metodología del simulador de lanzamiento de John Schilling :
La técnica de Townsend comienza suponiendo que todos los lanzamientos espaciales consisten en un ascenso directo a una órbita de estacionamiento circular baja, seguido de una serie de maniobras en órbita hasta la órbita de destino final. De hecho, muchos vehículos de lanzamiento vuelan solo en una trayectoria de ascenso directo, incluso a una órbita alta o no circular. Sin embargo, una observación de estas trayectorias casi invariablemente encuentra el vehículo de lanzamiento, a una altitud de unos pocos cientos de kilómetros, acelerando casi horizontalmente a través de la velocidad de la órbita circular local. Se puede simplificar el problema tratando esto como una "órbita de estacionamiento" instantánea, alcanzada por ascenso directo, y con todos los vuelos propulsados posteriores tratados como una "maniobra en órbita".
Énfasis añadido mío.
Una vez más, prácticamente todas las trayectorias están en órbita terrestre baja durante un tiempo. A veces muy brevemente, otras veces en una órbita de estacionamiento extendida.
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