El vehículo de investigación de aterrizaje lunar de Bell Aerosystems ( LLRV , apodado Flying Bedstead ) [1] fue un programa de la era del Proyecto Apolo para construir un simulador para los aterrizajes en la Luna . Los LLRV fueron utilizados por el FRC, ahora conocido como el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA , en la Base Aérea Edwards , California, para estudiar y analizar las técnicas de pilotaje necesarias para volar y aterrizar el módulo lunar Apolo en el entorno de baja gravedad de la Luna. [2]
Los vehículos de investigación eran vehículos de despegue vertical que utilizaban un solo motor a reacción montado sobre un cardán de modo que siempre apuntara verticalmente. Se ajustó para cancelar 5/6 del peso del vehículo, y el vehículo utilizaba cohetes de peróxido de hidrógeno que podían simular con bastante precisión el comportamiento de un módulo lunar.
El éxito de los dos LLRV condujo a la construcción de tres vehículos de entrenamiento de aterrizaje lunar ( LLTV ), una versión mejorada del LLRV, para su uso por los astronautas del Apolo en el Centro de naves espaciales tripuladas en Houston, Texas, predecesor del Centro Espacial Johnson de la NASA . Un LLRV y dos LLTV fueron destruidos en accidentes, pero el sistema de asiento eyectable del cohete recuperó al piloto de forma segura en todos los casos.
La fase final de cada aterrizaje de Apolo era pilotada manualmente por el comandante de la misión. Debido a problemas en la selección del lugar de aterrizaje, Neil Armstrong , comandante del Apolo 11 , dijo que su misión no habría tenido éxito sin un entrenamiento extenso en los LLTV. La selección para el entrenamiento en LLTV fue precedida por un entrenamiento en helicóptero. En una entrevista de 2009, el astronauta Curt Michel afirmó: "Para las naves aéreas, el helicóptero era el más cercano en términos de características al módulo lunar. Así que si no recibías entrenamiento en helicóptero, sabías que no ibas. Eso lo delataba". [3] Incluso Tom Stafford y Gene Cernan no recibieron entrenamiento en LLTV para su misión Apolo 10 , que fue el primer vuelo del Módulo Lunar a la Luna, porque la NASA "no tenía planes de aterrizar en el Apolo 10", así que "no tenía sentido... entrenarse en el LLTV". Cernan sólo recibió este entrenamiento después de ser asignado como comandante de respaldo para el Apolo 14 , y en 1972 fue el último en volar el LLTV mientras se entrenaba como comandante para el Apolo 17 , la misión de aterrizaje final. [4]
Construidos con armazones de aleación de aluminio , los LLRV estaban propulsados por un motor turbofán General Electric CF700-2V con un empuje de 4200 lbf (19 kN), montado verticalmente en un cardán . El motor elevaba el vehículo a la altitud de prueba y luego se reducía para soportar cinco sextos del peso del vehículo, simulando la gravedad reducida de la Luna. Dos cohetes elevadores de peróxido de hidrógeno con un empuje que podía variar de 100 a 500 lbf (440 a 2200 N) manejaban la velocidad de descenso y el movimiento horizontal del vehículo. Dieciséis propulsores de peróxido de hidrógeno más pequeños, montados en pares, le daban al piloto control sobre el cabeceo, la guiñada y el balanceo.
El piloto tenía un asiento eyectable que, al activarse, impulsaba al piloto hacia arriba desde el vehículo con una aceleración de aproximadamente 14 veces la fuerza de la gravedad durante aproximadamente medio segundo. Desde el suelo, era suficiente para impulsar el asiento y al piloto a una altitud de aproximadamente 250 pies (80 m) donde el paracaídas del piloto podía desplegarse automáticamente y con éxito. Fabricado por Weber Aircraft LLC , fue uno de los primeros asientos eyectables cero-cero , capaz de salvar al operador incluso si la aeronave estaba estacionaria en el suelo, una necesidad dada la envolvente de vuelo baja y lenta del LLRV. [5] [6] [7]
Después de la planificación conceptual y reuniones con ingenieros de Bell Aerosystems, Buffalo, Nueva York, una empresa con experiencia en aviones de despegue y aterrizaje verticales ( VTOL ), la NASA le emitió a Bell un contrato de estudio de $50,000 en diciembre de 1961. Bell había concebido de forma independiente un simulador de vuelo libre similar, y de este estudio surgió el respaldo de la Sede de la NASA al concepto LLRV, lo que resultó en un contrato de producción de $3.6 millones otorgado a Bell el 1 de febrero de 1963, para la entrega del primero de dos vehículos para estudios de vuelo en el FRC dentro de 14 meses.
El LLRV-1 fue enviado desde Bell a FRC en abril. El LLRV-2 también fue enviado al mismo tiempo, pero en partes. Debido a un posible sobrecosto, el director de FRC, Paul Bickle, decidió que lo ensamblaran y probaran en FRC. El énfasis entonces se puso en el LLRV-1. Primero fue preparado para el vuelo en una mesa basculante construida en FRC para evaluar el funcionamiento de su motor sin hacerlo volar. Luego, la escena se trasladó a la antigua área de la Base Sur de Edwards.
Los primeros tres vuelos del n.° 1 fueron realizados el 30 de octubre de 1964 por el piloto de pruebas de investigación senior del FRC, Joe Walker . Continuó pilotando varios vuelos hasta diciembre de 1964, después de lo cual compartió vuelos con Don Mallick, también piloto de investigación del FRC, y Jack Kleuver, el piloto de pruebas de helicóptero senior del ejército. Los pilotos del Centro de naves espaciales tripuladas de la NASA (más tarde Centro Espacial Johnson) Joseph Algranti y HE Ream también realizaron vuelos de familiarización.
Posteriormente se realizaron modificaciones en las cabinas de ambos LLRV para simular mejor el módulo lunar real. Entre ellas, se incluyó la incorporación del controlador manual de tres ejes y el acelerador del LM. También se agregó una cabina de poliestireno expandido para simular la visión restringida del piloto en el LM.
El último vuelo del LLRV en FRC tuvo lugar el 30 de noviembre de 1966. En diciembre de 1966, el vehículo n.° 1 fue enviado a Houston, seguido por el n.° 2 en enero de 1967. Durante los dos años anteriores, se habían realizado un total de 198 vuelos del LLRV-1 y seis vuelos del LLRV-2 sin ningún accidente grave.
El primer vuelo del LLRV de Neil Armstrong se realizó en el vehículo n.º 1 el 27 de marzo de 1967 desde su base en una esquina de la Base de la Fuerza Aérea Ellington , la sede de las operaciones de aeronaves del Centro Espacial Johnson. Joe Algranti, jefe de la División de Operaciones de Aeronaves del JSC, y el piloto de pruebas HE Ream también realizaron vuelos ese mes. Ambos observaron, al igual que Armstrong y los demás astronautas, que si se desarrollaba un problema de control grave, el piloto no tenía otra opción que eyectarse, ya que el vehículo solo operaba a una altitud máxima de 500 pies (200 m).
El 6 de mayo de 1968, Armstrong se vio obligado a utilizar el asiento eyectable del LLRV-1 desde unos 60 m de altitud tras un problema de control, y tuvo unos cuatro segundos con el paracaídas completamente abierto antes de aterrizar en tierra ileso. El LLRV-1 se perdió. [8] La junta de investigación de accidentes descubrió que el combustible para los propulsores de control de actitud del vehículo se había agotado y que los fuertes vientos eran un factor importante. Como resultado, la dirección de JSC decidió poner fin a los vuelos del LLRV, ya que el primer LLTV estaba a punto de ser enviado desde Bell a Ellington para comenzar las pruebas en tierra y en vuelo.
El LLRV-2 (NASA 951) finalmente fue devuelto al Centro de Investigación de Vuelo Armstrong , donde se exhibe como un artefacto de la contribución del centro al programa Apolo. [8]
Las negociaciones entre JSC y Bell Aerosystems para tres LLTV (LLTV-1 a 3), una versión de entrenamiento mejorada del LLRV, se iniciaron en octubre de 1966 y finalmente se firmó un contrato de 5,9 millones de dólares para tres vehículos en marzo de 1967. [9]
En junio de 1968, Bell entregó el primer vehículo (LLTV-1) a Ellington para que la División de Operaciones Aeronáuticas (AOD) de JSC comenzara las pruebas en tierra y en vuelo. El jefe de AOD, Joe Algranti, fue el piloto de pruebas principal para su primer vuelo en agosto de 1968. Las pruebas de vuelo continuaron hasta el 8 de diciembre, cuando Algranti perdió el control del LLTV-1 durante un vuelo para ampliar la envolvente de velocidad del vehículo. [8] [10] Logró eyectarse solo tres quintas partes de segundo antes de que el vehículo tocara el suelo, lo que se cree que se debió a su intento de recuperar el control.
La investigación del accidente descubrió que los controladores de tierra habían optado por no supervisar en tiempo real los propulsores de actitud que controlaban el movimiento de guiñada del vehículo y, a la velocidad a la que volaba Algranti, los propulsores habían sido superados por las fuerzas aerodinámicas del LLTV, lo que provocó que Algranti perdiera el control. Debido a las estrictas restricciones de costos del LLRV y el LLTV, se habían evitado las pruebas en el túnel de viento en favor de pruebas de vuelo cuidadosas para evaluar las características aerodinámicas de los vehículos. Sin embargo, después de revisar los resultados de la investigación del accidente, se decidió que el tercer LLTV (LLTV-3) se cargara en el Super Guppy de la NASA y volara al Centro de Investigación Langley en Virginia para probarlo en su túnel de viento a escala real. Las pruebas se iniciaron el 7 de enero de 1968 y finalizaron un mes después, el 7 de febrero.
Se determinó rápidamente que la causa de la divergencia era el recinto de poliestireno expandido de la cabina. Cuando el ángulo de deslizamiento lateral del vehículo alcanzó los dos grados negativos, se acumuló rápidamente una fuerza de guiñada que superó la capacidad de los propulsores de guiñada para contrarrestarla. La solución que se decidió fue simplemente quitar la parte superior del recinto, para ventilarlo y eliminar así la fuerza de guiñada excesiva. También fue posible, a partir de los resultados del túnel de viento, desarrollar una envolvente de vuelo preliminar para el LLTV, definiendo su velocidad aerodinámica máxima permitida en varios ángulos de ataque y deslizamiento lateral. Sin embargo, todo esto tuvo que verificarse mediante pruebas de vuelo, ya que en el túnel no fue posible obtener buenos datos con el motor en marcha.
El 5 de marzo de 1969, el director del JSC, Dr. Robert Gilruth , nombró una junta de revisión de preparación de vuelo de alto nivel del LLTV. Estaba compuesta por él como presidente, con los miembros de la junta Chris Kraft , jefe de Operaciones de Misión; George Low , jefe del Programa Apolo del JSC; Max Faget , Director de Ingeniería del JSC y el astronauta Deke Slayton , Director de Operaciones de Tripulación de Vuelo. La junta revisó los resultados del túnel de viento y el 30 de marzo dio su aprobación para la reanudación de los vuelos de prueba en el LLTV-2. [8] El programa de prueba de 18 vuelos, todos volados por HE Ream, se completó con éxito el 2 de junio. Por lo tanto, en el mes anterior al lanzamiento del Apolo 11, Armstrong pudo completar su entrenamiento de vuelo LLTV. Comentó después de su regreso:
El módulo lunar Eagle volaba de forma muy similar al vehículo de entrenamiento de aterrizaje lunar que había pilotado más de 30 veces en la base aérea de Ellington, cerca del Centro Espacial. Había realizado entre 50 y 60 aterrizajes en el entrenador, y la trayectoria final que seguí hasta el aterrizaje era muy similar a las que había volado en las prácticas. Eso, por supuesto, me dio mucha confianza, una familiaridad agradable.
En la biografía autorizada de Armstrong de 2005 , First Man: The Life of Neil A. Armstrong , se cita al astronauta Bill Anders describiendo al LLTV como "un héroe muy poco reconocido del Programa Apolo". Aunque Armstrong tuvo que eyectarse del LLRV, ningún otro astronauta tuvo que eyectarse del LLTV, y todos los pilotos del Módulo Lunar hasta la última misión Apolo 17 se entrenaron en el LLTV y volaron hasta un aterrizaje en la Luna con éxito.
En enero de 1971, el LLTV-2 fue destruido mientras probaba una modificación importante del sistema informático. Su piloto de pruebas, Stuart Present, logró eyectarse sin problemas. [8]
Gene Cernan pilotó el vehículo superviviente LLTV-3 el 13 de noviembre de 1972, tres semanas antes del Apolo 17. [8] El LLTV-3 (NASA 952) está ahora en exhibición en el Centro Espacial Johnson . [8]
Existían dos modos de vuelo distintos para el LLRV y el LLTV. El modo básico era con el motor fijo de modo que permaneciera "normal" con respecto al cuerpo.
En el "Modo de Simulación Lunar" con cardán, el motor turbofán con cardán libre podía girar y mantenerse apuntando hacia abajo, al centro de masas de la Tierra, independientemente de la actitud del LLRV; esto permitía que el vehículo se inclinara en ángulos mucho mayores que serían típicos al flotar y maniobrar sobre la superficie lunar. A pesar de su aspecto desgarbado, el LLRV estaba equipado con un conjunto altamente sofisticado de sensores tempranos (principalmente un radar Doppler ) y hardware computacional. El sistema no tenía un nombre específico, pero el efecto que producía se llamaba "Modo de Simulación Lunar". [11] Este era el grado más alto de simulación basada en hardware. No era un sistema para aliviar al piloto, como lo hace un piloto automático , ni estaba destinado a introducir ningún tipo de seguridad o economía.
El modo de simulación lunar también puede considerarse como una combinación de aumento de la estabilidad, recálculo de la aceleración vertical según la constante de gravedad lunar, todo ello acompañado de una acción correctiva instantánea. El modo de simulación lunar del LLRV incluso pudo corregir las ráfagas de viento en cuestión de milisegundos, ya que habrían alterado la impresión de una atmósfera ausente.
Los comentarios del piloto de pruebas del FRC, Don Mallick, tras el primer vuelo del vehículo en el modo de simulación lunar ilustran la experiencia de pilotar el LLRV: [12]
Como afirmación general sobre la capacidad de traslación en la Tierra frente a la capacidad de traslación en la simulación lunar, el vehículo se reduce de un vehículo con una respuesta muy positiva a un vehículo con una respuesta muy baja o débil. Estoy seguro de que con el entrenamiento y la experiencia, el piloto podrá aumentar el rendimiento general del vehículo y del piloto una vez que se adapte a las bajas aceleraciones de traslación disponibles, así como al retraso que sigue junto con la anticipación que se requiere para controlar correctamente el vehículo. Incluso con este entrenamiento, el piloto se enfrenta a la situación de que su rendimiento de maniobra de traslación se reduce en aproximadamente 5/6 de lo que era en la Tierra, lo que es un cambio notable.
Deke Slayton , entonces astronauta jefe de la NASA , dijo más tarde que no había forma de simular un aterrizaje en la Luna excepto volando el LLRV.
Características generales
Actuación
El sistema de control electrónico para el Lunar Landing Training Vehicle fue desarrollado para la NASA por Bell Aerosystems , Inc., que tenía instalaciones de ingeniería ubicadas en las Cataratas del Niágara , Nueva York . El LLTV fue un vehículo de segunda generación, después del Lunar Landing Research Vehicle, utilizado por los astronautas del Programa Apolo de la NASA para desarrollar habilidades de pilotaje. El LLTV proporcionó a los comandantes del programa Apolo la oportunidad de experimentar las características de vuelo asociadas con las condiciones de gravedad 1/6 en la Luna. El primer vehículo LLTV se ensambló en la Base de la Fuerza Aérea Ellington en Houston, Texas, en 1967. Finalmente, se entregaron tres vehículos LLTV a la Base de la Fuerza Aérea Ellington. El último restante de los tres vehículos LLTV está en exhibición en el Centro de Naves Espaciales Johnson en Houston, Texas.
El sistema de control electrónico se diseñó con canales redundantes que utilizaban lógica 2 de 2. Las salidas de cada canal principal se comparaban de forma continua. Si se detectaba una falla en el sistema de control principal, el control se cambiaba automáticamente a un canal de respaldo idéntico y el piloto tomaba medidas de inmediato para hacer aterrizar el vehículo. Todos los controles eran circuitos analógicos que utilizaban módulos amplificadores de transistores Burr-Brown y otros componentes analógicos.
De los cinco vehículos sobrevivieron dos:
Aeronaves de función, configuración y época comparables
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