Страница защищена ожидающими изменениями
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Лунный посадочный модуль (значения) .

Аполлон Лунный модуль Аполлон- 5 Орел, вид с CSM- 107 Колумбия

Лунный посадочный модуль или Луны посадочный модуль является космическим аппаратом предназначен для земли на Луне . Лунный модуль « Аполлон» , предназначенный для посадки экипажа из двух человек и возвращения их на орбиту, совершил шесть успешных посадок и взлетов с 1969 по 1972 год.

Требования к конструкции этих посадочных устройств зависят от факторов, налагаемых характеристиками и назначением полезной нагрузки, скоростью полета, требованиями к двигательной силе и ограничениями конфигурации. [1] Другие важные факторы проектирования включают общие потребности в энергии, продолжительность миссии, тип операций миссии на поверхности Луны и систему жизнеобеспечения, если есть экипаж. Относительно высокая гравитация и отсутствие лунной атмосферы исключают использование аэродинамического торможения , поэтому спускаемый аппарат должен использовать тягу для замедления и достижения мягкой посадки .

Несколько исследований указывают на потенциал как научных, так и технологических выгод от непрерывных исследований лунной поверхности, которые завершатся использованием лунных ресурсов или разработкой необходимых технологий для посадки полезных грузов на другие планеты Солнечной системы . [2]

История [ править ]

Программа « Луна» представляла собой серию ударных роботов, облетов, орбитальных аппаратов и посадочных устройств, которыми управлял Советский Союз в период с 1958 по 1976 год. « Луна-9» была первым космическим кораблем, совершившим мягкую посадку на Луну 3 февраля 1966 года после 11 неудачных попыток. . Три Лунас вернулся образцы лунного грунта на Землю с 1972 по 1976. Два Лунаса мягкой посадки на Луноход роботизированного лунохода в 1970 и 1973. Луна достигла в общую сложности 7 успешных мягкой посадки, из 27 попыток.

Программа Surveyor Program впервые произвела мягкую посадку Surveyor 1 2 июня 1966 года и успешно произвела мягкую посадку еще четырех, всего за семь попыток до 10 января 1968 года.

Лунный модуль Apollo был использован для программы космических полетов 1969-1972 человека в Соединенных Штатах .

LK Lander был разработан для человеческой программы космического полета Советского Союза, но никогда не используется в космосе.

Предлагаемые посадочные места [ править ]

  • Альтаир (космический корабль) , предлагаемый космический корабль для программы Constellation, ранее известный как модуль доступа к лунной поверхности
  • Lunar Lander (космическая миссия) , миссия ЕКА по отправке автономного посадочного модуля на Луну
  • Lunar Lander Challenge , соревнование по производству аппаратов VTVL с достаточным дельта-v для полета с Луны на орбиту
  • Луна-Глоб , программа исследования Луны Федерального космического агентства России
  • Lockheed Martin Lunar Lander , предложенный посадочный модуль для лунных миссий в рамках проекта Artemis.
  • Посадочный модуль Mighty Eagle (ранее называвшийся NASA Robotic Lunar Lander) - текущая программа НАСА по разработке нового поколения небольших автономных лунных посадочных устройств [3]
  • Проект Морфеус , испытательный стенд программы исследований и разработок НАСА
  • XEUS Лунный посадочный модуль, предназначенный для людей, разрабатывается United Launch Alliance и Masten Space Systems.
  • Boeing Lunar Lander - это предложение по системе посадки человека для программы НАСА Artemis.
  • Blue Origin , Lockheed Martin , Northrop Grumman и Draper Laboratory предложили систему посадки человека для программы НАСА Artemis

Проблемы, присущие только высадке на Луну [ править ]

Приземление на любое тело Солнечной системы сопряжено с проблемами, уникальными для этого тела. У Луны относительно высокая гравитация по сравнению с гравитацией астероидов или комет - и некоторых других спутников планет - и нет значительной атмосферы. Фактически это означает, что единственный способ спуска и посадки, который может обеспечить достаточную тягу с помощью современных технологий, основан на химических ракетах . [4] Кроме того, на Луне длинный солнечный день . Ландеры будут находиться под прямыми солнечными лучами больше двух недель подряд, а затем еще две недели в полной темноте. Это вызывает значительные проблемы с терморегулятором. [5]

Отсутствие атмосферы [ править ]

По состоянию на 2019 год космические зонды приземлились на всех трех телах, кроме Земли, которые имеют твердые поверхности и атмосферу, достаточно толстую, чтобы сделать возможным аэродинамическое торможение: Марс , Венера и спутник Сатурна Титан . Эти зонды смогли использовать атмосферы тел, на которые они приземлились, чтобы замедлить их спуск с помощью парашютов, уменьшив количество топлива, которое им требовалось нести. Это, в свою очередь, позволило посадить на эти тела большие полезные нагрузки при заданном количестве топлива. Например, 900-килограммовый марсоход Curiosity был высадлен на Марс аппаратом, имеющим массу (на момент входа в атмосферу Марса) 2400 кг, [6]из которых только 390 кг приходилось на топливо. Для сравнения, гораздо более легкий (292 кг) Surveyor 3 приземлился на Луну в 1967 году, использовав почти 700 кг топлива. [7] Отсутствие атмосферы, однако, устраняет необходимость для посадочного модуля на Луну иметь тепловой экран, а также позволяет не учитывать аэродинамику при проектировании корабля.

Высокая гравитация [ править ]

Хотя у Луны гораздо меньшая гравитация, чем у Земли, у Луны достаточно высокая гравитация, поэтому падение необходимо значительно замедлить. Это контрастирует с астероидом, в котором «посадка» чаще называется «стыковкой» и является скорее вопросом сближения и согласования скорости, чем замедления быстрого снижения.

Поскольку для спуска и посадки используется ракетная техника, гравитация Луны требует использования большего количества топлива, чем требуется для посадки на астероид. Действительно, одним из основных конструктивных ограничений для посадки на Луну программы Apollo была масса (поскольку для посадки больше массы требуется больше топлива), необходимая для приземления и взлета с Луны. [8]

Тепловая среда [ править ]

На лунную термальную среду влияет продолжительность лунного дня. Температура может колебаться от 25K (в течение лунной ночи) до 390K (в течение лунного дня). Эти крайности случаются в течение четырнадцати земных дней каждая, поэтому системы терморегулирования должны быть рассчитаны на длительные периоды сильного холода или жары. [9] Напротив, большинство космических аппаратов должны находиться в гораздо более строгом диапазоне от 233K до 323K. [10] Это означает, что посадочный модуль должен охлаждать и нагревать свои инструменты.

Продолжительность лунной ночи затрудняет использование солнечной электроэнергии для нагрева инструментов, поэтому часто используются ядерные обогреватели. [5]

Этапы посадки [ править ]

Достижение мягкой посадки является главной целью любого лунного посадочного модуля и отличает посадочные модули от ударных, которые были первым типом космических кораблей, достигших поверхности Луны.

Для спуска всем лунным посадочным аппаратам требуются ракетные двигатели. Орбитальная скорость вокруг Луны может в зависимости от высоты превышать 1500 м / с. Космические аппараты на траекториях столкновения могут иметь скорость, значительно превышающую эту. [11] В вакууме единственный способ замедлить скорость - использовать ракетный двигатель.

Этапы посадки могут включать: [12] [13]

  1. Вывод на спускаемую орбиту - космический аппарат выходит на орбиту, благоприятную для окончательного спуска. Эта стадия отсутствовала при ранних попытках посадки, которые начинались не с лунной орбиты. Вместо этого такие полеты начинались по траектории столкновения с Луной. [11]
  2. Спуск и торможение - космический корабль запускает двигатели до тех пор, пока он не выйдет на орбиту. Если бы двигатели полностью прекратили работу на этом этапе, космический корабль в конечном итоге столкнулся бы с поверхностью. На этом этапе космический корабль использует свой ракетный двигатель для снижения общей скорости.
  3. Окончательный подход - космический корабль почти на месте приземления, и можно сделать окончательные корректировки для точного места приземления.
  4. Touchdown - космический корабль совершил мягкую посадку на Луну.

Тачдаун [ править ]

Посадки на Луну обычно заканчиваются выключением двигателя, когда посадочный модуль находится на несколько футов выше поверхности Луны. Идея состоит в том, что выхлоп двигателя и лунный реголит могут вызвать проблемы, если их отбросить с поверхности на космический корабль, и, таким образом, двигатели отключатся непосредственно перед приземлением. Инженеры должны обеспечить достаточную защиту транспортного средства, чтобы падение без толчков не привело к повреждению.

Первая мягкая посадка на Луну, выполненная советским зондом « Луна-9» , была достигнута путем сперва замедления космического корабля до подходящей скорости и высоты, а затем выброса полезной нагрузки, содержащей научные эксперименты. Полезный груз был остановлен на поверхности Луны с помощью подушек безопасности, которые обеспечивали амортизацию при падении. [14] Луна 13 использовала аналогичный метод. [15]

Методы подушек безопасности нетипичны. Например, зонд NASA Surveyor 1 , запущенный примерно в то же время, что и Luna 9, не использовал подушку безопасности для окончательного приземления. Вместо этого, после того, как он остановил свою скорость на высоте 3,4 м, он просто упал на поверхность Луны. Чтобы приспособиться к падению, космический корабль был снабжен разрушаемыми компонентами, которые смягчали бы удар и сохраняли полезный груз в безопасности. [11] Совсем недавно китайский спускаемый аппарат Chang'e 3 использовал аналогичную технику, упав на 4 метра после остановки двигателя. [16] Возможно, самые известные лунные посадочные аппараты программы « Аполлон» были достаточно прочными, чтобы справиться с падением, когда их контактные зонды обнаружили, что посадка неизбежна. Аполлон-11Лунный спускаемый аппарат, например, коснулся поверхности своим зондом на высоте 1,6 м над лунной поверхностью, после чего двигатель был выключен, и космический корабль упал на оставшееся расстояние. [17]

См. Также [ править ]

  • Список искусственных объектов на Луне , список объектов, которые приземлились или разбились на Луне
  • Список конструкций лунных посадочных модулей с экипажем

Ссылки [ править ]

  1. ^ Требования к этапу лунного посадочного модуля на основе базы данных по гражданским потребностям (PDF). Джон А. Малкуин. Центр космических полетов им. Маршалла НАСА. 1993 г.
  2. ^ Конфигурации Lunar Lander, включающие доступность, мобильность и опыт криогенного движения Centaur (PDF). Бонни М. Биркенштадт, Джош Хопкинс, Бернард Ф. Каттер, Фрэнк Зеглер, Тодд Мошер. Компания Lockheed Martin Space Systems . 20006.
  3. ↑ Robotic Lunar Lander , NASA , 2010, по 10 января 2011 г.
  4. ^ Верц, Джеймс; Ларсон, Уайли (2003). Анализ и проектирование космических миссий (3-е изд.). Калифорния: Microcosm Press. ISBN 1-881883-10-8.
  5. ^ a b Окисио, Сёго; Нагано, Хосей; Огава, Хироюки (декабрь 2015 г.). «Предложение и проверка метода лунной ночи путем стимулирования теплообмена с реголитом». Прикладная теплотехника . 91 (5): 1176–1186. DOI : 10.1016 / j.applthermaleng.2015.08.071 . hdl : 2346/64545 .
  6. ^ "MSL Landing Special - MSL - Mars Science Laboratory" .
  7. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» .
  8. ^ Коул, EG (ноябрь 1965). «Проектирование и разработка трехместного космического корабля Apollo с двухместным лунным экскурсионным модулем (LEM)». Летопись Нью-Йоркской академии наук . 134 (1): 39–57. Bibcode : 1965NYASA.134 ... 39С . DOI : 10.1111 / j.1749-6632.1965.tb56141.x . S2CID 86244382 . 
  9. ^ Hager, P; Клаус, Д; Уолтер, У (март 2014 г.). «Характеристика переходных тепловых взаимодействий между лунным реголитом и надводным космическим кораблем». Планетарная и космическая наука . 92 : 101–116. Bibcode : 2014P & SS ... 92..101H . DOI : 10.1016 / j.pss.2014.01.011 .
  10. Перейти ↑ Gilmore, DG (2003). Справочник по тепловому контролю космических аппаратов (2-е изд.). Сегундо, Калифорния: Aerospace Press. ISBN 1-884989-11-X.
  11. ^ a b c «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» .
  12. ^ "Обзор миссии Аполлона 11" . 2015-04-17.
  13. ^ «Чанъэ 3 - Изменить» .
  14. ^ "НАСА: Луна 9" .
  15. ^ "Миссия Луны 13: Рождество 1966 года на Луне" . 2016-12-24.
  16. ^ Ринкон, Пол (2013-12-14). «Китай отправляет марсоход Jade Rabbit на Луну» . BBC News .
  17. ^ "Зондирование поверхности Луны" .