Würde die Apollo LM auf Merkur landen können?

Abgesehen von der Frage, wie der Apollo LM in die Umlaufbahn um den betreffenden Himmelskörper gelangt ist, frage ich mich, auf welchen anderen Himmelskörpern außer dem Mond der LM erfolgreich landen könnte. Merkur zum Beispiel ist dem Mond sehr ähnlich, hat aber mehr als das Doppelte seiner Oberflächengravitation. Es würde natürlich versuchen, auf der Nachtseite zu landen, da es wahrscheinlich auf der Tagseite schmelzen würde, aber ich frage mich in Bezug auf Schwerkraft / Treibstoff, ob eine Besatzung in der Lage wäre, das LM genug zu bremsen, um eine weiche Landung durchzuführen.

Ich denke, der LM wäre in der Lage, auf den folgenden Körpern außer dem Mond perfekt weich zu landen:

  • Ceres, Pallas und Vesta im Asteroidenhauptgürtel
  • Kallisto und Ganymed, und ohne Jupiters intensive Strahlungsgürtel auf Europa sicher auch
  • Io hat eine höhere Oberflächengravitation als der Mond, aber ich denke, das LM würde es tun, da es sich als effizienter als erwartet erwiesen hat, aber man muss berücksichtigen, dass Io Jobeben und Vulkanismus hat und sich seine Oberfläche permanent ändert, also wäre die Landung sehr schwierig, aber nicht unmöglich (außer wegen der oben erwähnten Strahlungsgürtel)
  • alle sieben Planetenmonde des Saturn (einschließlich Titan, wenn der LM in der Lage ist, rechtzeitig genug zu bremsen, bevor er mit Geschwindigkeiten in die Atmosphäre eintritt, die ihn aufgrund aerodynamischer Erwärmung beschädigen würden)
  • alle fünf uranischen Planetenmonde
  • Neptuns Monde Triton, Proteus und Nereide
  • alle Zwergplaneten jenseits von Neptun (afawk, sie haben eine geringe Schwerkraft und wenig bis gar keine Atmosphären)
  • Merkur hat eine hohe Schwerkraft, daher frage ich mich, ob der Treibstoff des LM ausreichen würde, um ihn für eine sanfte Landung ausreichend zu bremsen. Natürlich könnte der LM nicht wieder abfliegen, selbst wenn er an der Oberfläche betankt würde, denke ich.
  • Wenn der LM auf Merkur landen kann, könnte er dies meiner Meinung nach auch auf dem Mars tun, falls er in der Lage wäre, ausreichend zu bremsen, bevor er mit zu hoher Geschwindigkeit in die Marsatmosphäre eindringt, damit die aerodynamische Reibung ihn nicht verbrennt.

Das LM ist definitiv nicht in der Lage, sanft auf der Venus und der Erde zu landen (wenn es aus dem Orbit kommt) oder sicher in die Atmosphären der Gasriesen einzudringen, da diese Planeten zu hohe Massen haben.

Habe ich oben einen Fehler gemacht? Könnte das LM sicher in die Atmosphäre von Titan eindringen oder nicht? Könnte es auf Merkur und Mars landen? Könnte es von Merkur in die Umlaufbahn gelangen, wenn es vollständig betankt wäre?

Antworten (2)

Ich werde die thermischen, Strahlungs- und anderen Überlegungen ignorieren und nur die allgemeinen Leistungsmerkmale des LM betrachten.

Das nominelle "vollautomatische" Abstiegsprofil für den Apollo LM erforderte etwa 2080 m / s Delta-V, wobei eine kleine Menge an zusätzlichem Treibmittel für einen manuellen Ansatz und andere Eventualitäten vorgesehen war. Dies ist die Hauptbeschränkung für die Landung auf massiven Körpern.

Das LM-Triebwerk konnte stufenlos von 10 % auf 65 % Schub drosseln; am Ende des Abstiegs würde dies einer Gravitationskraft zwischen 0,06 g und 0,41 g entgegenwirken. Ich denke nicht, dass es praktisch wäre, den Motor ein- und auszuschalten, um einen niedrigeren durchschnittlichen Schub zu erreichen. Mit anderer Software ist es möglicherweise möglich, die RCS-Triebwerke für den endgültigen Sinkflug zu verwenden. Diese Triebwerke sind für einen schnellen Impulsbetrieb ausgelegt und können bis zu 0,02 g entgegenwirken.

Der Abstieg aus der niedrigen Merkurbahn würde ziemlich viel mehr Delta-V erfordern, als das LM allein liefern könnte. Wenn es irgendwie mit einer "Bremsstufe" verbunden wäre, die den größten Teil des Abstiegs antreiben könnte, könnte es vielleicht landen, aber es gäbe wenig Spielraum für Fehler; Die Schwerkraft von Quecksilber von 0,38 g liegt unangenehm nahe am oberen Ende des drosselbaren Bereichs des LM-Abstiegsmotors. Nicht empfohlen.

Mars ist ebenfalls nicht möglich. Zusätzlich zu der hohen Gravitation ist die Atmosphäre des Mars gerade dick genug, um etwas so empfindliches wie das LM zu zerstören; dynamische Spitzendrücke würden in der Größenordnung von 10 kPa liegen.

Wenn Sie das LM irgendwie auf die Oberfläche des Mars oder Merkur bringen könnten, beträgt das Schub-Gewichts-Verhältnis des Aufstiegstriebwerks nur 0,33, was gerade nicht ausreicht, um mit voller Treibstoffladung von der Oberfläche abzuheben. Selbst mit einem stärkeren Motor würde es nicht annähernd die Umlaufbahn erreichen.

Ceres, Pallas und Vesta haben das gegenteilige Problem. Ihre Schwerkraft liegt zwischen dem minimalen Schub des Sinktriebwerks und dem maximalen Schub des RCS. Das Ersetzen des Abstiegsmotors durch eine verkleinerte Version könnte das Problem lösen, oder Sie könnten eine Endverbrennung zeitlich so einstellen, dass sie in kurzer Entfernung über der Oberfläche (z. B. 25 Meter) zum Stillstand kommt, und das RCS abfeuern, um den verbleibenden Fall zu verlangsamen ; die letztgenannte Strategie würde eine deutlich andere Führungs- und Steuerungssoftware erfordern.

Callisto und Europa sind machbar. Io und Ganymed sind marginal; Sie würden Unterstützung von einer Bremsphase benötigen, um einen Teil des Delta-V-Abstiegs bereitzustellen, aber der Motor wäre stark genug, um die endgültige Landung durchzuführen.

Titan kommt nicht in Frage. Seine Atmosphäre ist nicht nur sehr dick, sondern hat auch eine sehr hohe „Skalenhöhe“, ein Maß dafür, wie die Dichte der Atmosphäre mit der Höhe abnimmt. Das LM war nicht dafür ausgelegt, sich mit Geschwindigkeit durch irgendeine Atmosphäre zu bewegen.

Es braucht viel mehr Treibstoff, um mit niedriger Geschwindigkeit abzusteigen als mit hoher Geschwindigkeit (weil es länger dauert und die Schwerkraft versucht, Sie die ganze Zeit schneller nach unten zu ziehen, also müssen Sie Treibmittel aufwenden, um dagegen anzukämpfen), daher ist es nicht praktisch, zu bremsen eine sichere Geschwindigkeit über der Atmosphäre von Mars oder Titan und sinken Sie langsam ab.

Mimas, Enceladus und Tethys , der Uranusmond Miranda , Neptuns Proteus und Nereid und viele andere kleinere Planeten und kleine Monde können wahrscheinlich mit dem RCS gelandet werden; Dione, Iapetus und Rhea und die anderen 4 großen uranischen Monde ähneln Ceres, Pallas und Vesta, mit Oberflächengravitationen im No-Go-Bereich zwischen den Fähigkeiten des RCS und des Abstiegsmotors.

Triton und Pluto haben nur eine Spur Atmosphäre (in der Größenordnung von 1/1000 von 1 % der Luftdichte der Erde); Ich glaube, die LM könnte das überleben; Der dynamische Spitzendruck wäre vernachlässigbar, in der Größenordnung von 50 Pa. Die Oberflächengravitation von Pluto liegt direkt an der unteren Grenze der Drosselung des Sinkflugmotors, aber mit sorgfältigem Timing ist dies machbar.

Die fünf Planetenmonde von Uranus wären also auch im No-Go-Bereich, außer Miranda mit 0,008 g, die mit RCS landen könnte, oder? Dies würde auch für die Neptun-Monde Proteus und Nereid funktionieren, während es auf Triton und Pluto standardmäßig machbar wäre. Oder wären die dünnen Atmosphären von Triton und Pluto eine Art Beeinträchtigung? Tritons Troposphäre ist 8 km hoch.
Warum ist Ceres ein Problem, das LM-Triebwerk war zur Wiederzündung fähig. Sie müssen den Motor nicht pulsieren; Sie können den Landebrand mit jedem gewünschten Gas ausführen, indem Sie einfach das richtige Timing vornehmen. Herunterskalieren würde viel Spielraum für Fehler zulassen, ist aber nicht ausdrücklich erforderlich, ebenso wenig wie das Schweben.
Das würde dem (schlecht benannten) Hover-Slam-Manöver der Falcon 9 ähneln. Ich bin mir nicht sicher, ob der Radarhöhenmesser des LM das Timing an einem unvorbereiteten Landeplatz korrekt verwalten könnte, aber ich nehme an, es ist nicht ausgeschlossen. Ich werde bearbeiten.
Ich glaube nicht, dass ein Hover-Slam wirklich die richtige Analogie für die Landungen von Ceres/etc ist. Sie beginnen diese Verbrennung im freien Fall mit einer viel höheren Geschwindigkeit, sodass Sie niedrig und lange brennen können, um auf eine angemessenere Geschwindigkeit herunterzukommen + die Site zu bewerten und dann das Gas in der Nähe des Aufsetzens zu erhöhen, um zum Stillstand zu kommen. Das Licht der Schwerkraft, damit Sie in der Nähe der Oberfläche einen angemessenen Spielraum haben, von dem Sie fallen können, wenn Sie möchten (oder verwenden Sie das RCS, um den Sturz abzufedern). Wenn Ihnen der Landeplatz nicht gefällt, müssen Sie zu GTFO greifen und sich einen anderen Platz suchen.
@ErinAnne Fairer Punkt; umformuliert.
Würden die neuen Vorschläge das Problem mit dem Eintritt in die Atmosphäre von Titan vermeiden? Und meine Frage zu den Atmosphären von Triton und Pluto bleibt bestehen, aber ich denke, sie sind dünn genug, um Landeversuche nicht (viel) zu beeinträchtigen.
„Der LM-Motor könnte kontinuierlich von 10% auf 65% Schub drosseln“ Das verwirrt mich, was passiert über 65%?
@ Michael Düsenerosion anscheinend zwischen 65% und 95% oder so. Ich weiß nicht, ob dies auf Turbulenzen in der Brennkammer bei mittleren Drosselklappenstellungen oder auf einen anderen Faktor zurückzuführen ist. Das Abstiegsprogramm hielt Vollgas, bis der Computer berechnete, dass es an der Zeit war, auf 50% oder weniger Gas zu gehen, übersprang dann die verbotene Gaszone und begann, das Gas dynamisch zu steuern, um eine Geschwindigkeit nahe Null bei einer Höhe von Null anzustreben.
Soll ich meine Frage(n) noch einmal wiederholen? Wenn Sie es nicht wissen, sagen Sie, dass Sie es auch nicht wissen.
@Giovanni Die neuen Vorschläge befassen sich nur mit dem allerletzten Teil der Landung; Sie ändern die atmosphärischen Probleme bei hoher Geschwindigkeit nicht wesentlich. Die Atmosphären von Triton und Pluto sind dünn genug (etwa 1/1000 der des Mars, 1/100000 der der Erde), dass das LM landen könnte (zur Antwort hinzugefügt). Ich glaube, Sie haben Recht mit den Uran-Monden.
@Giovanni, die Marsatmosphäre ist zu tief für eine "Stop and Drop" -Landung. Bei 120 km Höhe beginnen Sie, signifikante Aerobraking-Effekte zu bekommen; Das Abbremsen auf Nullgeschwindigkeit und der freie Fall durch die Atmosphäre geben Ihnen zusätzliche tausend Meter pro Sekunde an Geschwindigkeit, die Sie vor der Landung neutralisieren müssen. Um die Geschwindigkeit auf etwas zu halten, das der LM überleben kann, wird weit mehr Kraftstoff benötigt, als der LM tragen kann.

Das LM hatte einen Bootssteg und eine aufsteigende Bühne. Treibstoff der aufsteigenden Stufe konnte nicht zur Landung verwendet werden, die aufsteigende Stufe hatte keine Beine. Aber alle Ressourcen (Sauerstoff, Wasser und Batterien) für einen Aufenthalt auf dem Mond befanden sich in der absteigenden Stufe. Die aufsteigende Stufe hatte nur einen sehr geringen Vorrat an Sauerstoff, Wasser und Strom.

Wenn die Landung abgebrochen wurde, wurde die Anlegestelle getrennt und die aufsteigende Stufe während der Trennung verwendet. Dieses Manöver wurde "Feuer im Loch" genannt.

Eine Landung war also nur für etwas mehr Schwerkraft als die Mondgravitation möglich.

Die Schwerkraft des Mondes beträgt 1,62 m/s2, die Fluchtgeschwindigkeit 2380 m/s.

Io: 1.796 m/s2 und 2376 m/s Der Unterschied zwischen Io und dem Mond ist so gering, dass eine Landung möglich erscheint.

Quecksilber: 3,70 m/s2 und 4,3 km/s. Das Verhältnis der Quadrate der Fluchtgeschwindigkeiten von Merkur und Mond beträgt 3,26. (Die für eine bestimmte Geschwindigkeit benötigte Energie ist proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit). Für eine Landung auf Quecksilber reicht also selbst der Treibstoff für Auf- und Abstieg nicht aus

Meine Frage bezieht sich natürlich auf den Bootssteg. Glauben Sie, dass der LM mit der Schwerkraft von Io (0,183 g) umgehen könnte?
Kraftstoff aus der Aufstiegsstufe könnte tatsächlich durch die RCs geleitet werden, um zusätzliches Delta-V bereitzustellen. Ich bin mir nicht sicher, wann sie überhitzen würden, aber ein Teil dieses Treibstoffs könnte während einer Landung verbrannt worden sein.
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