Warum ist Apollo nicht auf den Mondpolen gelandet?

Das Auffinden von Wasser in einigen Kratern an den Mondpolen ist eine kürzliche Entdeckung. War dies während der Apollo-Ära zu erwarten?

Auch ohne Gedanken an die zukünftige In-situ-Ressourcennutzung hätte die Landung an einem Mondpol AFAIK den Vorteil einer gleichmäßigeren Sonneneinstrahlung, einer vernünftigeren Tagestemperatur. Warum landete also keine Apollo-Mission an einem Pol? Gibt es orbitalmechanische Gründe? Hatten sie Angst, im kalten Schatten (und/oder Erdfunkschatten) eines Berges zu landen?

Antworten (4)

Apollo -Missionen befanden sich auf einer Flugbahn mit freier Rückkehr, die Ihre anfängliche Einsetzneigung der Mondumlaufbahn in der Nähe der Erde-Mond-Ebene begrenzt. Jede Änderung der Umlaufbahnneigung ist in diesem Stadium in Bezug auf das erforderliche Delta-V für die Mondfähre sowohl in der Sink- als auch in der späteren Aufstiegsphase ziemlich unerschwinglich, um der Umlaufbahn des Kommandomoduls zu entsprechen:

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                Skizze einer zirkumlunaren freien Rückflugbahn (nicht maßstabsgetreu). Quelle: Wikipedia zur freien Rückflugbahn

Die am weitesten vom Mondäquator entfernte Landung erfolgte während der Apollo 15 -Mission mit ihrem Landeplatz an der Hadley Rille/den Apenninen, etwas mehr als 26° nördlicher Breite, dicht gefolgt von Apollo 17, die bei etwa 20° nördlich im Taurus-Littrow landete Region. Andere Apollo-Missionen landeten alle viel näher am Mondäquator, manche in etwas südlicher, manche in nördlicher Breite:

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                  Apollo-Landeplätze. Bildnachweis: NASA, Quelle: Smithsonian National Air & Space Museum

Es würde andere Probleme geben, die Sie bei der Landung an den Mondpolen erwähnen, einschließlich des Deltas der Oberflächen- / Kontakttemperatur, das aufgrund der Oberflächenkonvektion viel schwieriger zu handhaben ist, als Wärme aufgrund von Strahlung allein im Vakuum zu gewinnen oder zu verlieren, aber die Missionen waren es einfach nicht dafür ausgelegt. Eine Sache, die Sie mit Landeplätzen in der Nähe des Äquators gewinnen, ist die Möglichkeit, eine leichte Oberflächenrotation sowohl beim Landen als auch beim Abheben zu Ihren Gunsten wiederzuverwenden, aber was noch wichtiger ist, Sie müssen die Umlaufbahn Ihres Orbitalmoduls nicht auf eine nahezu polare Neigung ankurbeln, was ist sowohl zeit- als auch delta-v-aufwändig.

War „Kommunikation“ ein Faktor? Es scheint, je näher man einem der beiden Pole kommt, desto weniger Bodenstationen auf der Erde können die Übertragungen empfangen.
@AndrewThompson Es ist möglich, solche Polarregionen des Mondes auszuwählen, dass dies kein größeres Problem darstellt als an seinem Äquator, da es keine atmosphärische Beugung gibt. Und das Kommandomodul könnte die Kommunikation zur und von der Mondlandefähre weiterleiten. Es ist nicht einer der großen Showstopper, nein. Da sind andere. Wir vergessen heute oft, dass es ein Rennen war. Vielleicht nicht so sehr gegen die Sowjets als mit der Herausforderung Kennedys, bis zum Ende des Jahrzehnts auf dem Mond zu landen. Die Landung an den Polen würde das ganze Programm unnötig verkomplizieren und verzögern. Und niemand wusste damals, dass Mondpole interessant sein könnten, um darauf zu landen.
Polarregionen des Mondes (insbesondere sein Nordpol) sind erst seit der Entdeckung von Wassereis in den permanent beschatteten Regionen durch NASA-Instrumente an Bord von ISROs Chandrayaan-1 wirklich interessant . Diese Ergebnisse kamen 2009, also vor etwa 5 Jahren. Wir könnten spekulieren, dass Cassinis Vorbeiflug im Jahr 1999 dies bereits angedeutet hat, aber das ist immer noch 30 Jahre nach der ersten Mondlandung von Apollo 11.
Erhalten Sie nicht die meisten Kosten, um billig in eine Polneigung zu gelangen, indem Sie ändern, von wo aus Sie sich dem Mond nähern? (In KSP funktioniert das so, aber ich zögere, das als Autorität zu benennen.) Natürlich verlieren Sie immer noch die Oberflächenrotation.
@Taemyr Sicher, aber Sie befinden sich dann nicht auf einer Flugbahn mit freier Rückkehr (oder einer hybriden Flugbahn, die mit einer freien Rückkehr und einer Trans-Mond-Verbrennung auf halbem Weg ab Apollo 12 beginnt), die sich auf der Ebene der Mondumlaufbahn befindet. Bei letzterem ändert man die Neigung, teurer wird es sowohl auf dem Hin- als auch auf dem Rückweg.
Warum muss man sich für eine freie Rückflugbahn in der Orbitalebene befinden?
@Taemyr Weil du sonst auf dem Rückweg die Erde vermisst.
Duh, aber warum folgt das daraus, dass man sich außerhalb der Orbitalebene befindet?
@Taemyr Weil Sie ohne zusätzliche Neigungsänderungsverbrennungen beim Abstieg und Aufstieg ansonsten keine Standorte in Breiten anstreben können, die höher oder niedriger als Ihre Umlaufbahnneigung sind (vereinfachend spielt auch die axiale Neigung eine Rolle, sodass sie ~ ± 6,7 ° vom Mondäquator von frei ist - Neigung der Rückkehr, hängt aber auch vom Zeitrahmen ab, da sie nur eine Umdrehung in ~ 27 Tagen abschließt und Apollo-Missionen während Apollo 17 etwa 6 Tage am längsten in der Mondumlaufbahn waren, weniger bei früheren Apollo-Missionen).
Das beantwortet meine Frage nicht wirklich, ich habe mich gefragt, warum das Verlassen der Orbitalebene bedeutet, dass Sie auf dem Rückweg die Erde verpassen. Allerdings erkannte ich die Antwort (zumindest teilweise); Damit eine freie Rückflugbahn mit einer niedrigeren Periapsis als der von Ihnen gestarteten zurückkehrt, benötigen Sie eine Schwerkraftunterstützung vom Mond. - Gravitationsunterstützungen sind im Wesentlichen elastische Kollisionen, und daher ist die Beschleunigung der Unterstützung parallel zur Geschwindigkeit des Mondes.
Ich vermute, dass eine freie Rückflugbahn, die am Mond fast polar ist, möglich wäre, wenn Sie eine direkte Mondinjektion vornehmen würden - anstatt aus einer Parkbahn zu injizieren.
Moment mal ... Die Parkbahn des Mondes verläuft im Uhrzeigersinn. Die Mondrotation schmerzt bei Landung und Start.
@Joshua Lunar Rotation ist sehr langsam, etwa 4 m / s an der Äquatoroberfläche, daher ist dies kein großer Faktor bei der Wahl des Landeplatzes.

Das Apollo-Programm beauftragte Bellcomm (ein Joint Venture von AT&T Bell Labs und Western Electric) als technische Berater. Es spielte eine ähnliche beratende Rolle, die die RAND Corporation oft für das Militär übernahm. Zu den Aufgaben von Bellcomm gehörte es, an der Auswahl der Apollo-Landeplätze mitzuwirken. Eine ganze Ausgabe ( Band 51, Nummer 5 , 29 MB, 176 Seiten) des Bell System Technical Journal war der Auswahl des Apollo-Landeplatzes gewidmet. Der NASA-eigene Apollo Program Summary Report zitiert dies als einzige Referenz zur Landeplatzauswahl und sagt, er „beschreibt im Detail den Standortauswahlprozess und die verschiedenen erforderlichen Kompromisse“.

Die Kriterien in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit (S. 967-968):

  1. Fähigkeit zur Kommunikation mit der Missionskontrolle. Eine Polarlandung liegt am Rande der Sichtlinie zur Erde und wäre daher zu riskant.

    Eine der ersten Einschränkungen, die die für die Landung verfügbare Fläche einschränkten, war die Anforderung, die Kommunikation mit den Astronauten während der Operationen auf der Mondoberfläche und während der kritischen Phasen der Mondlandung und des Mondaufstiegs (Mondstart) aufrechtzuerhalten. Dies führte zur frühen Eliminierung von Standorten auf der anderen Seite des Mondes.

  2. Wie in anderen Antworten erwähnt, benötigten die frühesten Missionen eine freie Rückflugbahn, die die Breitengrade auf begrenzte ± 5°. Nach Apollo 14 wurde die freie Rückflugbahn eliminiert, was eine Landung in mittleren Breiten ermöglichte.

    Die Folge dieser Art der Flugbahn war, dass die für die Landung zugängliche Fläche auf eine Region nahe dem Mondäquator, die Apolo-Zone, beschränkt war (Abb. 3). Diese rechteckige Zone war ein grober Durchschnitt über die Zeit und bestimmte technische Unsicherheiten, war aber in dieser frühen Zeitperiode ein sehr nützliches Werkzeug. Durch die Lockerung dieser Einschränkung wurde die zugängliche Region auf die mittleren Breiten erweitert.

  3. Wie in anderen Antworten erwähnt, Beleuchtung. Die Arbeit widmet 18 Seiten allein der Wirkung der Beleuchtung auf dem Landeplatz. Ein Polarstandort hätte keine ausreichende Beleuchtung.

    Die besten Lichtverhältnisse traten auf, wenn die Sonne tief genug am Horizont stand, um unwegsames Gelände durch Schatten sichtbar zu machen, aber nicht so niedrig, dass der Landebereich im Schatten lag. Außerdem musste die Sonne hinter den Astronauten stehen, um Blendung zu vermeiden.

    Sie entwickelten Computerprogramme, die bei einem bestimmten Landedatum eine Karte der Gebiete mit einem akzeptablen Sonnenwinkel zeichneten. Beachten Sie, wie Breiten darüber hinaus ± 40° sind ausgeschlossen:

März 1972

  1. Unebenheiten des Geländes. Dies könnte für einige Polargebiete ein Faktor sein, für andere jedoch nicht.

  2. Die Fähigkeit des Antriebssystems, den Standort zu erreichen.

Interessant finde ich, dass der wissenschaftliche Wert des Landeplatzes kein Kriterium war. Ich habe jedoch in anderen Quellen gelesen, dass sich NASA-Wissenschaftler oft darüber beschwert haben, dass es nicht genug Auswahl an wissenschaftlichen Fahrplätzen gibt.

Dies ist eine ausgezeichnete Antwort, die die Originaldokumentation als Quelle verwendet. Als Antwort auf das OP könnte man auch sagen, dass das Weglassen von Eis als Kriterium ein Beweis dafür ist, dass sie nicht wussten, dass es dort war, oder dass es ihnen egal war.
Bei Landungen nach Apollo 11 wurde der wissenschaftliche Wert berücksichtigt (zum Beispiel wurde Surveyor 3 anstelle von Surveyor 1 als Landeziel für Apollo 12 ausgewählt, da angenommen wurde, dass sich Surveyor 3 auf einem Auswurfstrahl aus dem Copernicus-Krater und Landeplätzen für Apollo befindet 13 und später wurden aufgrund der vermuteten Unähnlichkeit zu früheren Websites ausgewählt).
@Mark: Sicher, aber der Punkt ist, dass viele Interessengruppen (Bellcore, das Astronautenbüro, viele Kongressmitglieder) dachten, dass der Zweck von Apollo darin bestand, Stiefel auf den Mond zu setzen und sie sicher zur Erde zurückzubringen. Im Gegensatz zum Shuttle oder der ISS war die Wissenschaft ein nachträglicher Einfall und immer ein Kampf.

Unter der Annahme der kontrafaktischen Situation, dass die NASA wusste (oder erwartete), dass es Eis in den Polarkratern geben würde, ist der Grund, warum die NASA keine polare Apollo-Landung durchführen würde, die Beleuchtung .

Damit die Besatzung ihre Höhe über dem Boden leicht einschätzen und Hindernisse erkennen konnte, wurden Mondlandungen gezielt und zeitlich so festgelegt, dass die Sonne zwischen 7 und 20 Grad über dem Horizont stand (Seiten 575-600). Dies allein beschränkt sie darauf, auf dem 83. Breitengrad oder niedriger zu landen, wodurch sie mindestens 200 km von wahrscheinlichem Eis entfernt sind. Auch ohne diese Einschränkung hat ein eisiger Krater Eis, weil er permanent beschattet ist: Das LM hat keine externe Beleuchtung, die Raumanzüge haben keine Beleuchtung und es gibt keine EVA-bewerteten Taschenlampen. Die Besatzung würde im Dunkeln landen und im Dunkeln arbeiten.

Sie behaupten also, dass das Apollo-System in der Lage war, an den Mondpolen zu landen, sie haben sich einfach dagegen entschieden? Beachten Sie, dass, wenn das System die Pole nicht erreichen konnte, die Beleuchtungssituation dort völlig irrelevant ist.
Die Hardware war physikalisch dazu in der Lage: Der Übergang von einer Erdparkbahn in eine polare Mondumlaufbahn hat ungefähr die gleichen Delta-V-Anforderungen wie der Übergang von einer Erdparkbahn in eine äquatoriale Mondumlaufbahn über eine freie Rückflugbahn.
OK, dann zeigen Sie uns eine Quelle, die zeigt, dass sie die Pole als Landeplätze aufgrund der Beleuchtung während des Programms ausgeschlossen haben. Nicht irgendein Internet-Typ.
Übrigens, ich denke, Sie haben Recht, dass dies eine wichtige Überlegung war. Eine gute Stack-Exchange-Antwort listet jedoch Quellen auf. Sie könnten hier beginnen: hq.nasa.gov/alsj/…
@OrganicMarble, aktualisiert.
Ich denke, das Bit „freie Rückflugbahn“ ist ziemlich kritisch: Wenn es keine solche Flugbahn gibt, die Sie in eine polare Umlaufbahn bringt, ist dies ein großes Sicherheitsproblem, unabhängig vom Delta-V.
@tfb, eine Flugbahn mit freier Rückkehr ist nur dann kritisch, wenn Sie eine Rückkehr sicherstellen möchten, ohne einen Ihrer Motoren zu verwenden. Die NASA hat mit Apollo 12 aufgehört, Flugbahnen mit freier Rückkehr durchzuführen (eine ideale Transferumlaufbahn verbraucht weniger Treibstoff als eine Flugbahn mit freier Rückkehr und kann eine größere Auswahl an Landeplätzen treffen), und Apollo 13 demonstrierte ziemlich dramatisch, dass man sogar eine Mondmission abbrechen kann ohne SPS.

Wenn wir nach dem Mondpol gehen, gibt es eine weitere Feinheit. Die NASA berichtet , dass das meiste bekannte Eis um den Südpol liegt, mit nur spärlicher Verbreitung am Nordpol. Der Südpol und das dazugehörige Becken (Südpol-Aitken-Becken) befinden sich auf der anderen Seite des Mondes . Eine Apollo-Landung am Südpol hätte also Funkkommunikationsrelais benötigt, die bei keiner Apollo-Mission verfügbar waren, und am Nordpol wären die Chancen, zusammen mit den Beleuchtungsproblemen, Eis zu finden, gering gewesen.

Die NASA untersucht derzeit eine Mission zum Südpol-Aitken-Becken.

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