Frage:
Wäre es möglich gewesen, das Space Shuttle um den Mond zu schicken?
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2013-09-07 04:29:34 UTC
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Ich bin gespannt, ob das Space Shuttle als Mondbahnfahrzeug hätte eingesetzt werden können oder nicht - wäre es technisch in der Lage gewesen, zum Mond zu gelangen, in die Umlaufbahn zu gelangen und dann die Umlaufbahn zu verlassen?

Ich bin der Meinung, dass Sie, da das Shuttle für große Nutzlasten ausgelegt ist, problemlos genug Kraftstoff einfüllen können, um die bereits vorhandenen Triebwerke mit Strom zu versorgen und alles zu tun, was Sie benötigen. Das Gebiet, das nicht mit Treibstoff belegt ist, könnte auch dazu verwendet werden, Lebensmittel und Vorräte für die erweiterte Mission zu transportieren.

Wäre dies möglich?

Betrachten Sie den nie geflogenen Shuttle-Centuar. Wenn wir die Nutzlastmasse durch OMS-Tanks ersetzen, können wir * viel * Delta-V daraus gewinnen. Ich bin mir nicht sicher, ob die 1 km / s ohne kryogene Kraftstoffe verfügbar wären, aber ...
Ein OMS Payload Bay Kit wurde geplant, aber nie geflogen. Es sollte 500 fps Delta v liefern.
500 fps sind 152,4 m / s ... verdammt dürftig. Nicht einmal annähernd. Aber es nahm nur etwa 20% der Nutzlastbucht ein. Ich frage mich allerdings über das SSME Payload Bay Kit ...
Zwei antworten:
#1
+46
TildalWave
2013-09-07 06:06:13 UTC
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Dieses genaue Problem wurde in The Artemis Project 's "Warum wir kein Space Shuttle zum Mond fliegen" vorgestellt Ich zitiere nur ein paar kurze Auszüge aus den Punkten, die es macht, und der Rest steht dann im Artikel:

  • Fahrzeugmasse

    Das Trockengewicht des Shuttle Orbiter beträgt etwa 250.000 lbs, verglichen mit dem [Lunar Transfer Vehicle] -Wert des LTV von nur 7500 lbs. Wir würden eine Menge Masse beschleunigen, die wir im Mondorbit nicht wirklich brauchen.

  • Auftanken des Orbiters

    Da der Shuttle Orbiter mit nahezu null zusätzlichem Treibstoff zu LEO [Low Earth Orbit] gelangt, müssten wir andere Starts verwenden, um den Treibstoff dort hinauf zu bringen. Sie können die Mathematik ausarbeiten. Verwenden Sie Isp = 460 s, Delta-V = Isp * g * ln (Mo / Mf). Die Delta-V-Anforderungen finden Sie in der Missionszeitleiste. Es gibt viele Starts ... wird im Artikel

  • Hitzeschild

    Der Hitzeschild des Orbiters ist für den Eintritt aus einer erdnahen Umlaufbahn von etwa 25.000 Fuß / Sek. ausgelegt. Als wir vom Mond nach Hause kamen, trafen wir die Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von etwa 36.000 Fuß / Sek. Ob das Shuttle diesen Anstieg der kinetischen Energie aufnehmen kann, ist unbekannt.

  • Atmosphärische Eintrittslasten

    Der Orbiter ist für eine maximale Betriebslast von 3 g ausgelegt. Angenommen, wir hätten keine Raketen zum Abbremsen verwendet, als wir vom Mond nach Hause kamen, hätten wir bis zu 6 g getroffen. sogar bis zu 12, wenn die Pilotierung nur ein bisschen abweicht ... wird im Artikel fortgesetzt

  • Strahlung, Fahrzeugzuverlässigkeit, Betriebsflexibilität

    Shuttle gewinnt all diese Probleme. Es hat eine nachgewiesene Erfolgsbilanz. Wenn wir zu LEO kommen und der Orbiter voll funktionsfähig ist (Brennstoffzellen und Hilfsaggregate alle im grünen Bereich), wäre er wahrscheinlich genauso zuverlässig für Der Rest der Mission ist alles andere, was wir entwerfen könnten ... wird im Artikel

Der erwähnte Artikel wird dann mit einem weiteren Punkt fortgesetzt, der die tatsächliche Landung des Space Shuttle STS-Fahrzeugs (Space Transportation System) auf dem Mond einschränkt. Dies gilt also nicht für unser Problem.

Re. der Hitzeschild. Die K.E. bei 36K ist mehr als doppelt so hoch wie bei 25K. Angesichts technischer Lösungen auf der Erdoberfläche (bei denen „jede Unze Lösung“ keinen so großen Kostenunterschied macht), die selten mehr als 10% über die „geplanten / erwarteten Grenzen“ hinausgehen, würde ich sagen, dass das vom Mond zurückkommende Shuttle sein würde zum Scheitern verurteilt .. +1 für den Rest.
Bevor ein Shuttle-Eintrag vom Mondtransfer ausgeschlossen wird, muss man sich mehrere Aeropässe ansehen. Das Shuttle-Material ist kein Ablativ und wiederverwendbar, daher sollte es im Prinzip in der Lage sein, eine beliebig große Wärmebelastung aufzunehmen, wenn zwischen den Durchgängen Zeit zum Abkühlen gegeben wird. Wie bei mehreren Missionen. Dann stellt sich die Frage, ob der Eintrag in genügend Durchgänge unterteilt werden kann, um die Heizratenfähigkeit des Systems nicht zu überschreiten. Es würde etwas Kraftstoff benötigen, um die Periapsis zu erhöhen und sie dann nach jedem Durchgang wieder abzusenken, um Zeit zum Abkühlen zu geben.
@MarkAdler: Ich bezweifle, dass Sie Periapsis überhaupt erhöhen müssen. Ich vermute, dass Sie nach dem ersten Durchgang noch einige Tage brauchen würden, um die Periapsis erneut zu treffen. Zu diesem Zeitpunkt wären Sie angemessen abgekühlt. Möglicherweise müssen Sie einige Male wiederholen, aber ich bezweifle, dass es mehr als ein paar Stunden dauern würde, um die Shuttles ausreichend abzukühlen, und wenn Sie sich in einer so niedrigen Umlaufbahn befinden, können Sie einfach wieder eintreten.
Selbst wenn Sie keine zusätzlichen Umlaufbahnen benötigen, müssen Sie die Periapsis für jeden Eintrag erhöhen, um einen Flugbahnwinkel am Eingang zu erhalten, der sowohl überlebensfähig ist als auch Sie zurückspringt. Wenn Sie zu den unteren Umlaufbahnen kommen, weiß ich nicht, ob zwei Stunden ausreichen, um sich abzukühlen. Dort stellte ich mir vor, Sie möchten vielleicht noch ein paar Umlaufbahnen, sodass Sie die Periapsis aus der vernünftigen Atmosphäre herausheben müssen.
Das Trockengewicht eines Shuttle Orbiter betrug definitiv nicht "250.000 Pfund". Es war ungefähr 70 Tonnen oder (laut Wikipedia) 151.205 Pfund. Und die Nutzlastkapazität von ungefähr 25 Tonnen könnte theoretisch fast ausschließlich kryogener Sauerstoff und Wasserstoff sein (z. B. Kraftstoff für die Hauptmotoren des Shuttles), obwohl dies auch eine größere Neugestaltung erfordern würde, um Rohrleitungen hinzuzufügen, um diesen Kraftstofftank anzuschließen, usw. Ich vermute, es würde immer noch nicht ausreichen, ein massives Fahrzeug wie das Shuttle zu TLI zu bringen, aber es wäre etwas weniger unmöglich ;-)
#2
+12
Russell Borogove
2014-12-06 23:48:46 UTC
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Ich habe andere Spezifikationen für den Orbiter gefunden als die aus Artemis Project angegebenen: maximales Startgewicht von 240.000 Pfund (109 Tonnen) und nützliche Nutzlast von 55.025 Pfund (25 Tonnen).

Wenn wir die Nutzlastbucht mit Kraftstoff für die Umlaufmanöver des Shuttles füllen und die Raketengleichung anwenden: \ begin {Gleichung} \ Delta v = v_e \ ln \ left (\ frac {m_0} {m_f } \ rechts) \ end {Gleichung}

Unter Verwendung von $ v_e $ von 3096 m / s (abgeleitet von den 316 Sekunden I sp sub> der OMS-Raketen) erhalten wir ungefähr 800 m / s zusätzliche ∆v aus dem Kraftstoff in der Nutzlastbucht. Es dauert ungefähr 4100 m / s, um in die Mondumlaufbahn zu gelangen, und weitere ~ 900 m / s, um zurückzukehren (vorausgesetzt, wir können Aerobraking verwenden, um bei der Ankunft zu verlangsamen), sodass wir weit hinter dem zurückbleiben, was benötigt wird.

Die Haupttriebwerke des Orbiters sind massenhaft etwas effizienter, so dass dort möglicherweise 1150 m / s möglich sind, aber Wasserstoffkraftstoff für die SSMEs ist viel weniger dicht als der vom OMS benötigte Kraftstoff, sodass es unwahrscheinlich ist, dass er physisch in die Nutzlastbucht passt - und das ist immer noch weit hinter dem erforderlichen ∆v.

Es war ein "OMS Payload Bay Kit" geplant, das eine beträchtliche Menge an zusätzlichem Delta v ergeben würde. Es war eine Palette mit Kraftstoff-, Oxidations- und Heliumtanks. Nie gebaut oder geflogen. https://www.wired.com/2012/03/what-shuttle-should-have-been-the-october-1977-flight-manifest/ Noch in den 90er Jahren hatte Columbia im Middeck Leistungsschalter dafür.
Shuttle-Zentaur näherte sich einer tatsächlichen Flugmission. Von dort aus wäre es nicht allzu schwierig, die Kraftstoffleitungen von einem zweimotorigen Zentauren in zwei der drei SSMEs zu verlegen, vorausgesetzt, wir haben die Motoren vom Zentauren abgenommen. Aber Sie sollten den Zentauren wahrscheinlich besser einsetzen und das Shuttle in einer niedrigen Umlaufbahn lassen, selbst wenn Sie den zusätzlichen Brand berücksichtigen, um wieder in eine erdnahe Umlaufbahn zu gelangen. Aber Centuar ist nicht lagerfähig. Oh warte schlechte Idee.
@Joshua Centaur G könnte vielleicht 16 Tonnen Nutzlast zu einem Mond-Vorbeiflug bringen, aber nicht in die Umlaufbahn oder zurück, weil der Treibstoff abkocht.
Es ist frustrierend, dass alle Hochleistungstreibstoffe es nicht mögen, Flüssigkeiten zu sein. Es ist genug, um Sie dazu zu bringen, sich nach einer nuklearen Thermorakete mit einem Kühlschrank zu sehnen.


Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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