A rocket for manned lunar exploration
- Paper ID
IAF-59-27
- author
- company
National Aeronautics and Space Administration,
- country
U.S.A.
- year
1959
- abstract
A Rocket îor Manned Lunar Exploration. One of the significant human accomplishments of the next decade will be the manned exploration of the moon. Previously, the uncharted regions of the earth, the Arctic and Anarctic, the Amazon and Himalayas challenged the skill and fortitude of explorers. But these regions cannot long retain their status—the new frontier lies beyond the confines of our planet —on the pearest sizeable aggregation of matter in space—the moon. Significantly, man’s exploration has been paced by his technical progress. The discovery of America was made possible by ships and sails of sufficient size and by advances, however crude, in the art of navigation. Oxygen masks made possible the conquest of Everest, and rockets—the exploration of the upper atmosphere. The exploration of the moon is within view today. If it may be assumed that Project Mercury in the U.S.A. and similar efforts by the U.S.S.R. will establish that man can exist for limited periods of time in space, then a trip to the moon requires mainly the design, construction and proving of a large rocket vehicle. In one concept of a manned lunar vehicle the entire mission, the trip to the moon and the return, is staged on the earth’s surface. A highly competitive technique, one favored by many engineers, is to stage the lunar mission by refueling in a low earth orbit. This would permit the use of a smaller launching vehicle but would require development of orbital rendezvous techniques. In any case, a vehicle of the larger type will be needed for lunar as well as other exploratory missions. This paper presents a parametric study of vehicle scale for the direct flight manned lunar mission. The main parameter is the take-off thrust which is influenced by many factors; principally the propellants in the several stages and the flight trajectory. A close choice exists in the second stage where conventional and high energy propellants are compared. The size of the final stage and hence the entire vehicle is governed mainly by the method of approach to the earth’s surface, whether it is elliptic, parabolic or hyperbolic. The various methods are applied to an illustrative vehicle configuration. Reliability will be a major factor in the success of any manned lunar flight. While no formula is proposed for improving component reliability, certain operational procedures can be used to advantage in enhancing the probability of a successful round trip to the moon. Monderforsclmng mittels einer bemannten Rakete. Eine der bedeutendsten mensch- lichen Errungenschaften der nachsten Dekade wird die ,,bemannte“ Erforschimg des Mondes sein. Ember forderten die nichtkartierten Gegenden der Erde, die Arktis und die Antarktis, der Amazonas und das Himalajagebirge, die Tüohtigkeit und Tap- ferkeit der Forschungsreisenden heraus. Diese Regionen kônnen jedoch nicht langer ihren Status bewahren. Die neue Grenze liegt jenseits der Begrenzung unseres Plane- ten, auf der nâchsten grolBen Ansammlung von Materie im Weltraum — dem Mond. Bezeiehnenderweise wurde die Erforschungstàtigkeit des Mensohen durch seinen technischen Fortschritt geleitet. Die Entdeckung von Amerika wurde durch Schiffe und Segel von ausreiehender GrôBe und durch, wenngleieh rohe, Fortschritte in der Navigationskunst môglich gemacht. Sauerstoffmasken ermôglichten die Eroberung des Everest und Raketen die Erkundung der Hohen Atmosphàre. Die Erforschung des Mondes liegt heute in Sicht. Wenn man annehmen darf, daB das ,,Project Mercury" in den USA und âhnliche Bestrebimgen in der UdSSR es zustandebringen werden, daB der Mensch wàhrend begrenzter Zeitraume im Weltraum existieren kann, dann erfordert eine Reise zum Mond hauptsâchlich die Planung, Konstruktion und Erprobung eines grolBen Raketenfahrzeuges. Nach der einen Vorstellung von einem bemannten Mondschiff ist das ganze Unter- nehmen, die Fahrt zum Mond und zurück, von der Erdoberflâche aus auszuführen. In starkem Wettbewerb damit steht die Idee, die vielen Ingenieuren vorteilhaft scheint, daB das Mondunternehmen mit Hilfe des Auftankens mit Brennstoff in einer niedrigen Kreisbahn um die Erde gestartet werden solle. Dies würde zwar. die Ver- wendung eines kleineren Startfahrzeuges gestatten^ aber die Schaffung einer Technik für das Zusammentreffen in den Umlaufbahnen erfordern. Auf aile Fàlle wird ein Fahrzeug der grôBeren Art sowohl für die Erforschung des Mondes wie auch für andere Forschungsunternehmen benôtigt werden. Die vorliegende Arbeit gibt eine parametrische Studie des Fahrzeugmaflstabes für das ,,Unternehmen Mond" einer Mannschaft im Direktflug. Der Hauptparameter ist der Startschub, der durch viele Faktoren beeinüuBt wird, hauptsâchlich durch die Treibstoffe in den verschiedenen Stufen und durch die Flugbahn. Eine begrenzte Wahl bietet sich für die zweite Stufe, wo konventionelle und hochenergetische Treibstoffe verglichen werden. Die GrôBe der Endstufe und daher auch das ganze Fahrzeug wh’d vor allem durch die Méthode der Aanâherung an die Erdoberflâche be- herrscht, ob diese nâmlich in elliptischer, parabolischer oder hyperbolischer Bahn erfolgt. Die verschiedenen Methoden werden auf eine beispielmâBige Gestaltung des Fahrzeuges angewendet. VerlàBlichkeit wird ein Hauptfaktor für den Erfolg jedes „bemannten“ Mond- fluges sein. Ohne daB eine Méthode für die Erhôhung der VerlàBlichkeit der verschiedenen Komponenten vorgeschlagen wird, kônnen bestimmte Methoden vorteilhaft benützt werden, um die Wahrseheinlichkeit einer erfolgreichen Reise zum Mond zu vergrôBern. Une fusée d’exploration lunaire. Un des exploits marquants de la prochaine décade sera l’exploration de la Lune par un équipage. Les régions inconnues de la Terre: l’Arctique et l’Antarctique, l’Amazone et l’IIimalaya ont en leur temps défié l’habileté et le courage de l’homme. La nouvelle frontière se situe en dehors des limites de notre planète, sur l’agrégat de matière le plus proche: la Lune. L’exploration de l’homme a été conditionnée par son progrès technique. La découverte de l’Amérique a été rendue possible par les bateaux et les voiles de dimensions suffisantes et par le progrès même élémentaire dans l’art de la navigation. Les masques à oxygène ont rendu la conquête de l’Everest possible et les fusées celle de la haute atmosphère. L’exploration de la Lune est proche. On peut admettre que le projet Mercury aux Etats-Unis et des efforts semblables en U.R.S.S. prouveront que l’homme peut subsister un certain temps dans l’espace. Un voyage à la Lune ne demandera plus alors que la conception, la construction et l’essai d’une fusée de grandes dimensions. Dans une des conceptions toute la mission aller-retour est prévue depuis la surface de la Terre. Une conception rivale, qui a la faveur de nombreux ingénieurs, prévoit un ravitaillement sur une orbite proche. Elle permettrait l’ufilisation d’un véhicule plus petit mais nécessite la mise au point de techniques de rendez-vous orbitaux. De toute façon un véhicule de grandes dimensions sera nécessaire pour les missions d’exploration lunaire et autres. L’article présente une étude paramétrique de l’échelle que doit avoir un véhicule à mission lunaire directe. Le paramètre principal est la poussée au décollage influencée par de nombreux facteurs dont: la quantité d’ergols dans les différents étages et le type de trajectoire. Un choix difficile se présente pour le second étage quand on compare l’utilisation d’ergols conventionnels avec les ergols à haute énergie. Les dimensions du dernier étage et par suite tout le véhicule sont gouvernés par la méthode d’approche de la surface terrestre: elliptique, parabolique ou hyperbolique. Les différentes possibilités sont comparées sur une configuration exemplative. La sécurité de fonctionnement sera un des facteurs principaux pour assurer le succès d’une telle mission. Sans examiner la façon d’améliorer la sécurité de fonctionnement des éléments séparés, on montre que certaines procédures peuvent être utilisées avec avantage pour accroître les probabilités de succès d’un voyage autour de la Lune.