Warum hatte die Apollo-Mondlandefähre vier Landebeine?

Hier gibt es einige interessante Informationen .

Drei Beine waren wohl nicht robust genug, sie scheinen lange Zeit nicht ernsthaft in Erwägung gezogen worden zu sein.

Fünf feste Beine waren die Hauptoption, die zunächst in Betracht gezogen wurde, aber es wurde nicht angenommen, dass dies eine ausreichend breite Grundfläche für zuverlässige Landungen hat. Schließlich wählten sie das endgültige Design aus vier weit gespreizten Beinen, die gefaltet aufbewahrt wurden.

Obwohl das Design mit vier Beinen nicht für eine unebene Oberfläche geeignet zu sein scheint (nicht alle in derselben Ebene), war ein Teil jedes Beins zusammenklappbar, um Stöße zu absorbieren. Tatsächlich landete Apollo 15 in einem moderaten Winkel:

Die aus den Kardanwinkeln ermittelte Ruhelage des Fahrzeugs betrug 6,9 Grad Neigung nach oben und 8,6 Grad Rollen nach links, was zu einem Neigungswinkel des Fahrzeugs auf der Mondoberfläche von ungefähr 11 Grad zur Horizontalen führte ( Quelle )

Drei Beine bieten weniger Sicherheitsspielraum für steile Hänge und seitliche Landungen.

Setzt ein dreibeiniges Landegerät an einem steilen Hang auf, sodass der Schwerpunkt des Schiffes außerhalb des Dreiecks der Kontaktpunkte liegt, kippt es um.

Der vierbeinige Lander hat innerhalb des von den Kontaktpunkten gebildeten Vierecks eine wesentlich größere Fläche; Solange der Schwerpunkt über diesem Bereich bleibt, ist das Schiff stabil.

Auf den Boden projiziert, die kürzeste horizontale Distanz, über die der Schwerpunkt kippen und nicht mehr unterstützt werden könnte:

• für den dreibeinigen Lander ist der halbe Fahrwerksradius;
• für die Vierbeiner ist es$\frac { \sqrt 2 }{ 2 } = 0.7071$des Radius.

Zum Zeitpunkt der Landung, wenn die Tanks in der Sinkphase leer und in der Aufstiegsphase voll sind, ist der Schwerpunkt des LM ziemlich hoch und die absolute Stabilitätsgrenze liegt bei etwa 43º . Ein dreibeiniger Lander mit dem gleichen Verhältnis von Zahnradradius zu Schwerpunkthöhe könnte bei 29º umkippen.

Offensichtlich sollte der LM nie auf einem so steilen Hang landen (ich denke, 15º war die Designgrenze, an die A15 herankam). Das größere Problem war die Stabilität in Fällen, in denen der Lander mit einer erheblichen horizontalen Geschwindigkeitskomponente aufsetzte. In solchen Fällen kauft das vierte Bein viel Stabilitätsmarge.

In Kapitel 6 von Chariots For Apollo (Brooks, Grimwood & Swenson 1979, NASA SP-4205) gibt es einige interessante Diskussionen über das Design der Mondlandefähre . Insbesondere in Kapitel 6.4 wird darauf hingewiesen, dass zunächst ein fünfbeiniges Design in Betracht gezogen wurde, aber sowohl zur Gewichtseinsparung als auch zur Vereinfachung des Designs, das bereits auf einem vierfach symmetrischen Rahmen basierte, in ein vierbeiniges geändert wurde:

Grumman hatte zuerst fünf Legs in Betracht gezogen, entschied sich aber 1963 für vier. Die Änderung wurde durch den Kompromiss zwischen Gewicht und Festigkeit diktiert, der die kreuzförmige Abstiegsstufe mit ihren vier offensichtlichen Befestigungspunkten hervorgebracht hatte. Das überarbeitete Zahnradmuster vereinfachte auch die strukturelle Befestigung des Fahrzeugs innerhalb des Adapters erheblich. Vier Beine, die auf den orthogonalen Achsen des Landers angeordnet sind (vorne, hinten, links und rechts), passten ideal zum Muster von vier „Quads“ zur Reaktionssteuerung (das grundlegende Vier-Motoren-Paket). Die Quads wurden um 45 Grad gedreht, sodass der nach unten drängende Lageregelungsmotor zwischen den beiden nächsten Getriebebeinen zündete und ein schwerwiegendes thermisches Problem der fünfbeinigen Anordnung überwand.

und auch:

Ein Einziehfahrwerk ersetzte daher das einfachere Standbeinfahrwerk. Die Einziehbarkeit spielte auch bei der Umstellung von fünf auf vier Beine eine Rolle – je weniger zu falten, desto besser.

Offensichtlich wären drei Beine noch leichter und einfacher zu falten gewesen als vier, hätten aber die gleichen Probleme mit der Montage und der Platzierung des Thruster Quad gehabt wie fünf Beine: Das LM-Design basierte auf einem kreuzförmigen Rahmen mit vier einfachen und stabile Befestigungspunkte, und es hatte vier symmetrisch angeordnete Packungen von Triebwerken zur Lageregelung, deren Auspuff von den Beinen weg gerichtet werden musste. Außerdem hätte ein dreibeiniges Design einen deutlich geringeren Stabilitätsspielraum gehabt, wenn es an einem Hang gelandet wäre und / oder wenn während der Landung eine horizontale Restgeschwindigkeit verblieben wäre.

Beachten Sie, dass dies mit unserer alltäglichen Erfahrung übereinstimmt. Die Leute reden darüber, dass ein dreibeiniger Hocker niemals wackelt, aber bei weitem die meisten Hocker haben vier Beine, im Wesentlichen aus den Gründen, die in den anderen Antworten angegeben sind.