¿Por qué no construir Saturno V de nuevo?

¿Por qué EE. UU. está desarrollando un nuevo cohete y una nave espacial en lugar de construir de nuevo las pilas de Saturno V y Apolo?

Los programas de desarrollo SLS/Orion ciertamente no pueden costar menos que el costo unitario de construir más naves espaciales Saturn V y Apollo que ya están diseñadas, probadas y comprobadas.

Saturn V / Apollo eran naves de un solo propósito, a pesar de Skylab y ASTP. Una misión real a Marte habría requerido una configuración C-8/Nova, como mínimo. Ninguno fue probado.
Desarmar un F-1 para ver qué lo hace funcionar: arstechnica.com/science/2013/01/… Prueba y error en el diseño (deflectores y orificios perforados a mano): arstechnica.com/science/2013/04/…
@DeerHunter: ¿Por qué no usar simplemente más de un Saturn V?
El SLS no es mucho más que un Saturn modernizado.

Respuestas (4)

La respuesta de Hobbes se centra en por qué podríamos querer construir SLS. También existen barreras significativas para la reconstrucción de Saturno/Apolo.

Además de la (gran) cantidad de documentación técnica existente sobre esos diseños, hay un conjunto (probablemente más amplio) de conocimientos que las personas que realmente construyeron las cosas recopilaron durante el proceso. Casi todas esas personas están muertas o jubiladas ahora.

La mayoría de los fabricantes individuales, subcontratistas y sub-subcontratistas involucrados se fusionaron o colapsaron, y es posible que se hayan perdido sus documentos de procesos internos; su documentación puede haber sido almacenada con mucho cuidado en un almacén en algún lugar, ¡pero el tipo que sabe dónde también se ha jubilado!

La construcción de Apolo y Saturno requirió procesos de fabricación particulares que ahora están obsoletos. Las herramientas necesarias para hacer las herramientas para hacer los cohetes ya no existen.

Para reconstruir Saturno/Apolo, primero tendríamos que reconstruir una porción sustancial de la industria aeroespacial de EE. UU. tal como existía alrededor de 1965, y todo eso solo para poder llevar a cabo el mismo tipo de misiones en las que perdimos interés hace 40 años.

Escuché el argumento antes de que algunos de los procesos de fabricación ya no existen. ¿Conoce algún ejemplo de un proceso de fabricación que existiera en la década de 1960 que no pudiera replicarse fácilmente en la actualidad?
@Johnny No es exactamente un ejemplo de un proceso, pero imagino que parte del problema serían los materiales. Diferentes materiales se comportan de manera diferente, particularmente bajo estrés, y uno no necesariamente puede sustituir un material por otro, por lo que los reemplazos tendrían que ser encontrados/diseñados, integrados, probados,... Considere incluso algo relativamente trivial como el cumplimiento de RoHS basado en tierra. Como se señaló, muchas herramientas de fabricación eran específicas para los vehículos involucrados, y ciertamente no es exagerado imaginar que también estuvieron involucrados procesos personalizados, de los cuales es probable que se haya perdido mucho conocimiento.
Algunas cosas que podrían, o no, replicarse fácilmente hoy en día: la formación explosiva de las secciones del domo del tanque de combustible en un tanque de agua de 60,000 galones ( history.nasa.gov/SP-4206/ch7.htm ); Grandes grandes martillos electromagnéticos ( youtube.com/watch?v=5inJ7sDndBI ). El libro Stages To Saturn discute alrededor de cien cosas como esa, y probablemente ignora mil más.
Había una gran cantidad de trabajo manual involucrado, que hoy sería inasequible. Solo los motores de los cohetes se soldaron a partir de miles de piezas. Ver arstechnica.com/science/2013/04/…
50 años después, probablemente muchas personas con conocimientos clave han muerto , no solo se han jubilado. Y los que todavía están vivos probablemente hayan olvidado algunas cosas.
@Johnny, un gran cambio está en la electrónica. Un teléfono celular moderno puede hacer casi todo lo que podría hacer la unidad de instrumentos de 4400 libras , pero no puede simplemente colocar un teléfono celular en lugar de la IU. Tampoco puede construir una IU, porque muchos de los componentes de lógica discreta no se han fabricado desde la década de 1960, y antes de poder hacerlos, necesitaría reconstruir las herramientas para la fabricación de semiconductores de la década de 1960. .
La electrónica es probablemente la parte más fácil. Tenemos mucha experiencia en la emulación de hardware antiguo, especialmente cuando el comportamiento lógico está documentado hasta el nivel de bits. Un teléfono celular moderno con el software apropiado puede emular esa IU mientras permanece en modo de suspensión, de verdad. Probablemente podría ejecutar una simulación de circuito de una IU en tiempo real.
@MSalters ¿Cuántos teléfonos le gustaría que funcionaran en agregado verificado antes de sentirse cómodo confiando su vida a los millones de líneas de código no verificado en ellos, líneas que no hacen nada para resolver los problemas de navegación o soporte vital, pero podrían bloquear el teléfono de todos modos?
@ zxq9 No creo que MSalters esté sugiriendo que uno debería usar literalmente un teléfono móvil para la Unidad de instrumentos. El punto es que, en términos computacionales, la funcionalidad de la IU es lo suficientemente simple como para simular la computadora completa en cualquier computadora moderna.
Por cierto. De manera más práctica, las CPU PowerPC resistentes a la radiación hoy en día son piezas estándar, en cuanto al software, y serían igualmente capaces de emular esa IU mientras se ejecuta, por ejemplo, VxWorks.
No sé si hay algo que a los diseñadores de IU les hubiera gustado que hiciera que no lo hace, que justificaría escribir todo el software nuevo para él, pero no me sorprendería. Pero garantizo que un Apolo modernizado tendría un software de guía mucho más complejo y sofisticado.
Otro factor sería la gran cantidad de piezas listas para usar que se usaron en los propulsores y la nave espacial. Válvulas y otros accesorios; todo tipo de piezas eléctricas simples como relés, conectores, interruptores; aviónica de todo tipo... concedo que parte de eso se hizo para Apolo, pero parte se ordenó de catálogos, y parte de ese grupo ya no está disponible. Solo otra razón por la que no puede simplemente desenrollar los planos y comenzar a pedir piezas y ensamblar.
@MSalters: usar electrónica moderna en lugar de la original es una obviedad ... pero entonces, ¿qué cambios de diseño debe realizar en la estructura del cohete para tener en cuenta los componentes mucho más pequeños? Ahora tiene componentes nuevos y no probados que tienen que sobrevivir a las tensiones de un cohete, así como mucho espacio vacío que solía ser la potencia de la computadora. Así que también tienes que rediseñar todo eso...
@Bobson Por supuesto, el uso de energía de los componentes electrónicos también proporcionó el tan necesario calentamiento de la nave espacial (compare el entorno en el Apolo 13 después de que apagaron todos los componentes electrónicos que disipan el calor). Si tomamos las cifras de Wikipedia al pie de la letra, la IU generó hasta 6,7 ​​kW de calor (tenía hasta 16 placas de enfriamiento por etapa, con cada placa de enfriamiento capaz de disipar 420 vatios). Si elimina eso, muchas otras cosas tendrán que ser o beneficiarse de ser rediseñadas en función del nuevo entorno térmico.
@MichaelKjörling - ¡Exacto! Los cambios en cascada como ese hacen que sea mucho más fácil rediseñar desde cero (o casi).
No estoy en desacuerdo, pero sugerir que la documentación se pierde es como decir "el tipo que sabe dónde se encuentra la Biblioteca del Congreso ya está jubilado". Para eso sirven las bases de datos: para registrar la ubicación de cada documentación. Es difícil imaginar que los documentos de la NASA no se almacenen de manera ordenada.
Los documentos de @JoeJobs NASA se almacenan en bases de datos disponibles para el público . Pero la NASA por sí sola no construyó el Saturno V.

Hay varias razones:

  1. Podemos hacerlo mejor en estos días. Saturno y Apolo se diseñaron a principios de la década de 1960, por lo que las herramientas de diseño utilizadas fueron principalmente lápiz y papel, con algunas herramientas informáticas primitivas aquí y allá. En estos días, el CAD se puede usar para crear un diseño que funciona mucho mejor (porque, por ejemplo, puede diseñar partes más cercanas a la fuerza que necesitan). Del mismo modo, querrás reemplazar todos los componentes electrónicos de Saturno/Apolo de todos modos con equipos modernos.
  2. Política. Desafortunadamente, el Congreso de EE. UU. juega un papel importante en el diseño de SLS: elige los componentes en función de la ubicación de los principales fabricantes. ATK es un ejemplo infame: están ubicados en el peor lugar posible para construir grandes componentes de cohetes. Los SRB se transportan en vagones de ferrocarril desde Utah hasta Florida, y los túneles inevitables a través de una cadena montañosa en la ruta dictan la longitud y el diámetro máximos de la carga. Como resultado, los SRB deben construirse en segmentos, lo que agrega un punto débil al diseño. Sin embargo, los refuerzos sólidos ATK aparecen en cada nuevo diseño debido a factores políticos.
  3. Actuación. Esto se aplica más a la nave espacial que al lanzador: Apolo fue diseñado para viajes cortos a la Luna y tendría que ser rediseñado para soportar viajes más largos. Orión también tiene unas 3 veces el volumen interior de Apolo.
    Editar : hubo algunas propuestas para usar Apollo para misiones más largas, vea los comentarios. Pero esos comentarios muestran que muchos sistemas tendrían que cambiarse para admitir misiones largas. Estas misiones también necesitaron un rediseño de la tercera etapa del S-IVB, para permitir que sus tanques de combustible se conviertan en espacio habitable en vuelo.
Sus primeros dos puntos son acertados, pero no estoy de acuerdo con 3. Saturno V podría levantar 120 toneladas a LEO, SLS Block I solo puede levantar 70, incluso el bloque II solo podrá levantar 130. Saturn V definitivamente podría usarse para construir una nave espacial con destino a Marte. Y agregaré uno: 4. Muchas de las empresas que construyeron varias partes y piezas del Saturno V ya no existen, por lo que debe encontrar un nuevo proveedor o, si no existen nuevos proveedores, rediseñar ese ensamblaje.
Había planes para usar un Saturno V para lanzar una misión para un sobrevuelo tripulado de Venus . No suena tan diferente en comparación con un viaje a Marte .
Ese enlace también muestra algunos de los cambios que serían necesarios para que una cápsula Apollo funcione durante un año. Tendrían que rediseñar muchos de los sistemas para ese sobrevuelo de Venus.
Tenga en cuenta que el sobrevuelo de Venus propuesto no tiene el presupuesto de masa ni para un módulo de aterrizaje ni combustible suficiente para entrar y salir de la órbita de Venus: es un viaje de 8 meses para una visita medida en horas, en lugar de un viaje de una semana para un día o dos en la luna. Es difícil ver alguna razón para una misión tripulada como esa a Marte, y mucho menos a Venus.
@RussellBorogove Estoy de acuerdo, es un tipo diferente de misión (sobrevuelo versus aterrizaje), pero muestra que el Saturn V tenía la capacidad de realizar viajes más largos. Dado el tiempo para prepararse y la voluntad para hacerlo, no veo por qué, por ejemplo, una misión de dos lanzamientos en la que el lanzamiento inicial estaciona un vehículo en la órbita de Venus para reunirse y acoplarse al estilo Agena con una cápsula tripulada que pronto seguirá podría no se puede hacer Necesitaría un poco más de combustible para insertarse y salir de la órbita de Venus, pero podría compensarlo con los dos vehículos juntos, lo que permite una carga útil mucho más grande (parte inaccesible para la tripulación).
Tal primer lanzamiento podría ser solo unos días antes de la parte tripulada de la misión, si se desea (por lo que no hay cambios en las ventanas de lanzamiento ni preocupaciones adicionales por la electrónica). Con una elección cuidadosa de las órbitas de transferencia relevantes, incluso podría diseñar muchos modos de falla, de modo que si el acoplamiento no es práctico, la misión se convierte en un sobrevuelo en lugar de una misión orbital venusina, de la misma manera que se hizo con el primer Apolo con destino a la luna. misiones que eligen trayectorias de retorno libre Tierra-Luna que van a la órbita de transferencia lunar para contingencia si algo sale mal.
Mi punto es que una propuesta para usar un Saturno V para el sobrevuelo de Venus realmente no habla de las capacidades de SV, más de lo que New Horizons demuestra que Atlas V es un lanzador adecuado para una misión tripulada / orbital / de aterrizaje en Plutón.
¿Por qué ATK está ubicado en el peor lugar posible para construir grandes componentes de cohetes?
Están en Minnesota, la parte más septentrional de los EE. UU., casi a la misma distancia de ambos océanos. Por razones de velocidad ecuatorial, lanzamos desde lo más al sur posible, y por razones de seguridad, lo hacemos en la costa atlántica: el Centro Espacial Kennedy en Florida. El noroeste del Pacífico está más lejos de Kennedy, pero al menos un sitio en la costa oeste ofrecería la posibilidad de enviar piezas a través del canal de Panamá.
@RussellBorogove ATK tiene su sede en Minnesota, pero tiene una gran cantidad de instalaciones repartidas por EE. UU. y Canadá: la parte aeroespacial del negocio se encuentra en más de 20 estados. Creo que sus motores de cohetes sólidos en realidad se fabrican en Promontary, Utah: consulte el sitio web de ATK . Pero si se fabricaran en Minnesota, podrían enviarse a través de los Grandes Lagos y la vía marítima de San Lorenzo.
@DavidRicherby: O tal vez por el río Mississippi hasta el Golfo de México.
@ryan: He agregado más detalles a mi respuesta.
¿Por qué no dar dinero a ATK para construir una fábrica de SRB al lado de KSC?
El desierto de Utah es un gran lugar para probar los SRB. Thiokol (el padre de ATK, ahora Northrop-Grumman) originalmente compró el área de Utah para realizar pruebas. Su fábrica principal estaba en Huntsville, Alabama, hasta que esa planta se cerró alrededor de 1996.

NOTA Todos los valores en dólares son valores actuales que representan la inflación.

Otra razón por la que no estamos reutilizando el Saturn V es la misma razón por la que fue cancelado en primer lugar: el costo. Se supone que el SLS es la mitad del costo por lanzamiento. Queda por ver si eso funciona.

El Saturno V era caro. El programa Saturno V costó $ 47 mil millones durante 10 años para 13 lanzamientos , lo que equivale a $ 3.6 mil millones por lanzamiento. Pero la cifra de 3.600 millones de dólares incluye los costos de desarrollo . Sin costos de desarrollo, son solo $ 1.2 mil millones por lanzamiento .

La suposición de muchas personas es que podemos simplemente desempolvar los planes y poner en marcha el Saturno V sin invertir dinero en él. Otras respuestas han cubierto que es imposible, se tendría que invertir un costo sustancial en la creación de nuevas instalaciones, la recreación de técnicas de fabricación y la reingeniería, sin mencionar el costo mucho mayor de la mano de obra moderna y la reingeniería para los márgenes de seguridad modernos.

El programa SLS afirma que podrán reducir el costo a $ 500 millones por lanzamiento . Muchos encuentran que este número es una fantasía. Tal vez SpaceX podría, pero es más probable que un gran contrato gubernamental se dispare. Sin embargo, este es el número que le vendieron al gobierno y es menos de la mitad de lo que costó el Saturno V.

Aquí voy a especular, pero tomando una página de la aviación, otra consideración es cuánto espacio para futuras mejoras queda en el diseño. El motor F-1 era tecnología de finales de los 50. El Saturno V estaba forzando los límites de la tecnología en los años 60. Después de 13 lanzamientos, la NASA tenía suficiente experiencia con el cohete para que los lanzamientos fueran tan eficientes y seguros como se esperaba. El SLS, como nuevo diseño, tendrá mucho margen de mejora y flexibilidad. No se trata solo de llevarnos a Marte, se trata de proporcionar a los EE. UU. una capacidad versátil de carga pesada durante las próximas décadas.

El programa Shuttle también afirmó que reduciría los costos a $ 657 por libra (dólares de 2013), donde el costo incremental real fue de aproximadamente $ 8000 por libra en 2011 y $ 27,000 por libra al amortizar los costos de desarrollo y mantenimiento. Originalmente, también se suponía que el transbordador volaría una vez por semana, pero solo voló 135 misiones durante los 30 años de duración del programa, con un promedio de una vez cada 3 meses. Así que sí, hay una buena razón por la que muchas personas consideran que la cifra de 500 millones de dólares por lanzamiento es una fantasía.
@FKEinternet Nota: el transbordador fue diseñado para un escenario que no sucedió. Se le llamó "lanzadera" porque se suponía que viajaría a la estación espacial Freedom . Esa estación nunca sucedió, eventualmente se convirtió en la ISS más pequeña. Así que el transbordador no tenía nada a donde ir. El ritmo esperado de lanzamientos que habría hecho que el diseño reutilizable valiera la pena no se produjo. Veremos si al SLS se le da suficiente trabajo o puede competir con el Falcon Heavy. (Video de Vintage Space en el transbordador)
@Schwern, la falta de una estación espacial no fue el único escenario de diseño del transbordador que no sucedió. Fue diseñado para dar servicio a los satélites en órbita (solo se usa para Solar Max y Hubble), fue diseñado para recuperar satélites (cuatro veces), fue diseñado para misiones polares de una sola órbita (nunca ocurrió), y así sucesivamente.
Si fabricó y lanzó un cohete Saturno V por el mismo precio, la NASA voló el transbordador espacial, entonces podría haber un lanzamiento de cohete Saturno V cada seis meses.

Un enfoque diferente podría ser reconstruir el Saturno V, con técnicas modernas, no como una reconstrucción uno por uno, sino más bien tomar las partes buenas y mejorarlas.

Por ejemplo, el motor F-1 de la primera etapa (5 usados, 1,5 millones de libras de empuje) se está reconsiderando como una versión más moderna con mayor empuje. La boquilla se ensambló meticulosamente de manera minuciosa. Consiste en tubos de enfriamiento por los que fluye el combustible para evitar que se derrita. Hoy en día, una versión impresa en 3D, si bien es cara en costos de capital (una impresora 3D tan grande para algo como Inconel alucina por su costo), pero aún podría ser más barata que la mano de obra que se necesita para construirla de la manera anterior.

El motor J-2 de la segunda etapa (5 usados, 232 Klbs de empuje) y la tercera etapa (1 usado) se volvió a desarrollar como el J-2X para el programa Constellation y luego se abandonó.

El diseño general de las distintas etapas sigue siendo de interés. Incluso si la minuta muy específica de los sistemas de control no lo es.

No hay necesidad de reproducir los sistemas informáticos idénticos a los que se usaban entonces. Las computadoras modernas son más baratas y fáciles de programar, como lo ha demostrado SpaceX con su desarrollo desde cero del sistema de control de computadora Falcon 9.

El truco sería no volver a desarrollar nada que no lo necesite, ni cortar exactamente el diseño original.

Ahora, en teoría, eso podría funcionar. En la práctica, si la NASA lo está haciendo, es difícil imaginar que suceda de una manera rentable.

Se podría argumentar que eso es lo que están haciendo ahora. Solo que en lugar de basar el nuevo cohete en Saturno V, lo están basando en el transbordador, con motores que son mucho más recientes que el F-1, por lo que serán mucho más fáciles de adaptar.
@Hobbes Algo. Pero el factor de forma y toda la aerodinámica cambian y los nuevos SRB (un segmento adicional de combustible diferente, etc.). Así que menos comunalidad. Si realmente quisieran usar el transbordador, el transbordador C habría sido la forma más económica de hacerlo. No más costos de renovación de Orbiter que consumían una gran parte de los costos recurrentes.
Si utilizó este enfoque, pronto se encontraría con la pregunta "qué partes son buenas y qué partes deben mejorarse". Para responder a esto, deberá analizar cada parte y profundizar en el historial de diseño. Todavía tenemos dibujos de las partes finales, pero ¿Registró la NASA por qué una parte fue diseñada como estaba? Es decir, ¿sabemos con qué problemas se encontraron entonces y el árbol de decisiones que los llevó a elegir la solución X en lugar de la Y? Si no tienes cuidado, terminas rediseñando todo de todos modos.
¡Uno absolutamente no reproduciría los sistemas informáticos! La comparación entre potencia, seguridad, capacidades......
¿Por qué no construir Saturno V de nuevo?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v