Los sistemas de escape lunar (LESS, por sus siglas en inglés) eran una serie de vehículos de emergencia diseñados para misiones Apolo de larga duración que nunca se habían llevado a cabo . Debido a que estas misiones eran más hipotéticas que las misiones Apolo planificadas y canceladas , los diseños nunca se construyeron. Este concepto fue una consecuencia del Lunar Flying Vehicle [1] de Bell Aerospace (un diseño de movilidad en la superficie lunar que se canceló a favor del Lunar Rover, menos riesgoso ).
A medida que la NASA planeaba permanecer más tiempo en la Luna después de los primeros vuelos Apolo, tuvo que considerar una serie de cuestiones nuevas, una de las cuales era qué hacer si los astronautas no podían regresar. Por lo general, cuanto más tiempo está inactiva una nave espacial, menos confiable se vuelve, por lo que después de una estancia de dos semanas en la Luna, el motor de ascenso del módulo lunar u otros sistemas esenciales podrían dejar de funcionar, dejando a los astronautas varados en la Luna sin suficientes suministros para sobrevivir hasta que pudiera llegar una misión de rescate desde la Tierra .
Como posible solución, la NASA estudió una serie de sistemas de escape lunar (LESS) de bajo costo y baja masa que podrían llevarse en el módulo lunar como respaldo, de manera similar a un bote salvavidas en un barco.
" KISS " estaba a la orden del día, con algunas suposiciones básicas sobre cualquier sistema LESS operativo:
Otros problemas eran que el LESS tenía que ser lo más ligero posible para no reducir significativamente la capacidad de carga del LEM, y fácil de empaquetar en el LM de tal manera que no interfiriera con el resto de la carga. Una consecuencia fue que la mayoría de los diseños utilizaban patas desmontables: las patas se instalaban en la superficie lunar, el LESS se ensamblaba encima de ellas y las patas se dejaban atrás cuando el LESS se lanzaba. Esto no redujo directamente la masa requerida, pero sí redujo la masa vacía del LESS, lo que redujo el combustible necesario para elevarlo a la órbita, lo que también redujo el empuje requerido de los motores y la masa total del diseño.
El LESS se plegaría en el lateral de la etapa de descenso del módulo lunar y se proporcionarían brazos y cables para permitir la extracción controlada del LESS y garantizar que no dañara al astronauta que lo estuviera retirando. Una cubierta protectora también funcionaría como trineo, de modo que el LESS pudiera empujarse o tirarse por el suelo para alcanzar una posición de lanzamiento segura antes del ensamblaje. Se esperaba que las operaciones de ensamblaje demoraran al menos cuarenta y cinco minutos, con dos horas más para la verificación y el abastecimiento de combustible antes del lanzamiento. En misiones de larga duración, la tripulación podría ensamblar el LESS al principio de la misión como medida de precaución.
Dada la naturaleza reducida del LESS en comparación con una nave espacial típica de su época, las principales diferencias entre los diseños estaban en la propulsión, la guía, la navegación y el control.
Los diseños típicos de LESS utilizaban tanques de combustible flexibles para que pudieran plegarse y almacenarse. Cuando el LESS se conectaba a la etapa de ascenso del módulo lunar, los tanques flexibles se llenaban y se expandían hasta alcanzar su tamaño máximo, listos para el vuelo.
Algunos diseños LESS utilizaban un solo motor debajo del centro, pero muchos utilizaban varios motores alrededor de los bordes, generalmente basados en los propulsores del sistema de control de reacción (RCS) del Apolo utilizados para el control de actitud en el módulo de comando y servicio (CSM) y el módulo lunar (LM). Estos tenían un empuje de alrededor de 100 libras-fuerza (440 N) cada uno, por lo que colocar ocho propulsores en pares en las esquinas de un cuadrado proporcionaba suficiente empuje para elevar a dos astronautas a la órbita.
Otro beneficio de los diseños basados en RCS era que los propulsores RCS podían activarse en ráfagas de tan solo diez milisegundos, por lo que en lugar de un complejo hardware de regulación, simplemente se podían pulsar para ajustar el empuje promedio a lo largo del tiempo. También se podían utilizar para proporcionar control de actitud al variar la velocidad de activación de diferentes propulsores alrededor del borde del LESS.
El sistema de guiado en los diseños típicos de LESS era sencillo: una "bola de ocho" para mostrar la actitud de la nave espacial, un reloj para mostrar el tiempo transcurrido desde el despegue y un programa de inclinación planificado. El ordenador de guiado Apollo utilizado como piloto automático para el CSM y el LM tenía una masa de alrededor de cien libras y consumía una cantidad significativa de energía, por lo que el vuelo controlado por ordenador estaba descartado. Este sería uno de los pocos casos en los que un astronauta pilotó un cohete manualmente hasta la órbita, y con mucha menos instrumentación de lo normal.
Los astronautas esperarían hasta el momento adecuado para el despegue, que los situaría en una órbita cercana al CSM, y luego despegarían. El piloto intentaría mantener un rumbo constante y, en momentos predeterminados durante el encendido, ajustaría el cabeceo a ángulos predeterminados. Esto controlaría la velocidad vertical y horizontal del LESS y, en consecuencia, la órbita en la que entraría: el motor se apagaría en un momento predeterminado en el que deberían haber alcanzado la órbita correcta.
Incluso si el piloto cometía algunos errores en el camino al espacio, eso no era necesariamente fatal. El CSM tenía una reserva de combustible y los planes le permitían cambiar la velocidad a un máximo de alrededor de 250 metros por segundo para encontrarse con el LESS después de la inserción en órbita. Si bien eso no permitía un gran cambio en la inclinación orbital, el CSM podía cambiar significativamente la altitud orbital para igualar a la del LESS. La mayor amenaza de los errores de pilotaje era que la tripulación se quedara sin oxígeno antes de que el CSM pudiera alcanzarlos.
El LESS estaría equipado con una luz intermitente y una radiobaliza VHF para simplificar el seguimiento desde el CSM. Al llegar al punto de encuentro, el piloto del CSM se acoplaría al LESS utilizando la misma sonda de acoplamiento que se utilizó para acoplarse al LM y un accesorio especial en la parte delantera del LESS. Esto requeriría cierta habilidad de vuelo por parte del piloto, ya que cualquier uso de los chorros RCS frontales podría presentar un grave peligro para los astronautas del LESS si los gases de escape calientes los alcanzaran.
Una vez acoplado, el piloto del CSM despresurizaría el módulo de mando y abriría la escotilla al espacio, de modo que los astronautas del LESS pudieran usar los asideros externos del módulo de mando para arrastrarse hasta la escotilla y subir al interior. La tripulación separaría entonces el CSM del LESS y lo dejaría en órbita lunar cuando regresaran a la Tierra.
No había masa ni energía disponible en el LESS para que una unidad de medición inercial midiera la aceleración y dijera a los astronautas dónde estaban, hacia dónde iban o qué tan rápido llegarían, o incluso para que un altímetro de radar mostrara la altitud sobre la superficie lunar.
En el espacio profundo, esto habría dificultado la navegación, pero los astronautas estaban cerca de la superficie lunar, por lo que había otras opciones disponibles. La mayoría de los planes preveían que los astronautas utilizaran puntos de referencia en la superficie lunar para controlar su rumbo mientras que el programa de cabeceo se encargaba de la altitud y la velocidad. Al mantener el punto de referencia en la posición correcta en relación con el LESS, sabrían que estaban en el curso correcto. Algunos diseños incluían una pantalla graduada frente al piloto que mostraba el ángulo relativo a los puntos de referencia lunares.
El control de actitud de LESS variaba ampliamente entre los diseños. Algunos utilizaban el motor principal para el control de actitud mediante la colocación de cardán en la tobera del motor para alterar la dirección del empuje. Otros tenían varios motores y podían utilizar la regulación relativa o la frecuencia de pulso para variar el empuje de los diferentes motores y controlar la actitud de esa manera. Algunos utilizaban propulsores RCS de gas frío, en los que se liberaba gas a alta presión (normalmente nitrógeno) desde las toberas para proporcionar una pequeña cantidad de empuje sin poner en peligro a la tripulación con el gas caliente de un propulsor de cohete. La mayoría proporcionaba al piloto un sencillo sistema de palanca de control que ajustaba automáticamente la actitud en función de las órdenes del piloto.
Los diseños más simples no tenían ningún sistema de control de actitud. En lugar de eso, el piloto se mantenía de pie durante el vuelo y simplemente se inclinaba hacia atrás, hacia adelante o de lado a lado para mover el centro de gravedad en relación con el centro de empuje del motor fijo. Como resultado, el empuje descentrado hacía que el LESS girara hasta que el astronauta volviera a una posición neutra y el centro de gravedad se alineara nuevamente con el empuje del motor. Sin embargo, en última instancia, esto se consideró menos deseable que el control por hardware, en particular porque imponía restricciones significativas al nivel de empuje y la inercia del vehículo.
Aunque el LESS fue diseñado principalmente como un "bote salvavidas" para la tripulación del LM, un cohete simple que pudiera transportar a dos astronautas también sería beneficioso en otras áreas. El vehículo lunar itinerante permitió a los astronautas viajar con bastante rapidez a lo largo de unas pocas millas, pero una versión mejorada del LESS podría permitir viajes rápidos a distancias mucho más largas con el empuje del cohete.
Al añadir patas fijas, aumentar la resistencia estructural para soportar las tensiones del aterrizaje, soportar la regulación del motor o utilizar un grupo de motores RCS que pudieran funcionar con pulsos y añadir un relé de radio de largo alcance, el diseño LESS podría ampliarse para convertirse en un avión de largo alcance (LRF). Con alrededor de 1600 libras de propulsante del LM, los astronautas podrían viajar de cuarenta a sesenta millas náuticas desde el LM para explorar un área más amplia alrededor del lugar de aterrizaje. Esto, por ejemplo, permitiría viajes de reconocimiento a posibles lugares de aterrizaje futuros, y el LRF también podría usarse para vuelos orbitales para regresar a la tripulación al CSM en caso de emergencia.
También se realizaron estudios para una Unidad Voladora Lunar (LFU). Bell Aerosystems Company y North American Rockwell (NAR) obtuvieron contratos de la NASA en 1969. La LFU de Bell tenía al piloto de pie, mientras que la LFU de NAR tenía un asiento para el piloto. [2] North American lo llamó Lunar Flying Vehicle, con una masa bruta de 618 kg. [3]