Maanlanding

[Vincent]

Hallo allemaal,

Voor mijn profielwerkstuk heb ik een maanreis als onderwerp gekozen. Hierbij maak ik een globaal ontwerp van een raket en een route, met als doel een zachte landing op de maan te maken.
De lading van de raket wordt een camera die uiteindelijk live beelden uitzend van de aarde, zoals gezien van het oppervlak van de maan.

Tot nu toe heb ik me vooral bezig gehouden met de werking van raketten en alle krachten die er invloed op hebben.
Ik heb inmiddels hulp gevonden voor het plannen van de route. Als ik de route heb gepland, en dus de benodigde delta-v heb berekend ga ik me bezig houden met het ontwerp van de raket.

Voor het ontwerpen heb ik echter een aantal vragen waar ik niet zelf uit kan komen:

-Ik weet niet echt hoe ik het ontwerp van de payload aan moet pakken. De afmetingen en gewicht van een goede camera zal niet zo moeilijk te vinden zijn. Maar hoe moet de apparatuur die de beelden uitzend eruit gaan zien?.
Een ander ding is natuurlijk stroomverbruik. De lander heeft zonnepanelen nodig die voldoende stroom leveren om de apparatuur aan de gang te houden en nog eens een batterij op te laden die vervolgens als het donker is de stroomtoevoer overneemt. Wat voor type batterij kan ik het beste gebruiken? En als ik de benodigde hoeveelheid energie die erin opgeslagen moet worden weet, hoe bereken ik dan de omvang en gewicht ervan?
De afmetingen van de zonnepanelen hangen natuurlijk af van de lichtintensiteit op het oppervlak van de maan.
Welke waarde kan ik hiervoor nemen? Klopt het dat ik het meeste zonlicht krijg op de evenaar van de maan?
Zijn er verder nog dingen waar ik op moet letten?
Hoewel dit misschien erg veel is wat ik niet weet over de lander, gaat het in mijn PWS vooral om de mechanica. Dus als ik 'ongeveer' weet wat de afmetingen en gewicht van alle apparatuur zijn is dat al goed genoeg.

-Iets anders waar ik nog moeite mee heb is de vlucht door de atmosfeer. Hier heb ik natuurlijk de weerstandscoëfficiënt van de raket voor nodig. Ik heb wat rond gelezen op het forum en ik zie dat andere mensen dit bepalen door middel van een windtunnel. Nou is dat bij mij natuurlijk geen optie.
Is het mogelijk om er met bijvoorbeeld een computersimulatie achter te komen?
Zo niet, is er misschien een waarde die past bij bepaalde standaard afmetingen van de fairing?
Ook hier is in het ergste geval 'ongeveer' goed genoeg. Zolang ik kan laten zien hoe ik de weerstandscoëfficiënt moet toepassen, en hoe die normaal wordt bepaald, is het goed.

-Als motoren wilde ik bestaande motoren gebruiken. Ik ga onderzoeken welke motoren het beste is voor welke trap, en hoe die trap er dus uit gaat zien. Is dit een goed idee/mogelijk?
Voor het onderzoeken had ik in gedachten dat ik een model maak voor verschillende motoren. Is Coach hier het juiste programma voor? Of is er een ander, beter modelleerprogramma?
Ik had in gedachten om voor een drietraps raket te gaan. De eerste trap om in LEO te komen, lage efficiëntie tegen veel kracht (eventueel SRBs?). De tweede trap voor de TLI, hoge efficiëntie tegen weinig kracht. En de derde trap is dus de lander, met motoren die genoeg kracht hebben om op tijd de lander af te remmen.
Is dit een goed idee?

Ik hoop dat jullie mij hiermee kunnen helpen, dan kan ik weer een heel stuk vooruit.
Groeten,

Vincent van Aalten

[Juul Jongbloed]

Hoi Vincent,
Wat een cool onderwerp! Al met al komt er wel veel bij kijken om deze missie goed te plannen. Ik kan je sowieso het volgende boek aanraden:
http://deseng.ryerson.ca/~fil/I/Papers/DamianPapers/SMAD.pdf
Er staat echt alles in over raketten. Het is wel in het engels dus als je dingen niet begrijpt laat het me weten dan help ik je!

Om beelden van de Maan naar de Aarde te sturen heb je een antenne en een schotel nodig. Om vervolgens deze beelden te ontvangen heb je ook weer een schotel nodig op de Aarde. Je hebt een zogenaamd “link budget” nodig waarin rekening wordt gehouden met hoe het signaal van de Maan naar de Aarde veranderd en verzwakt wordt tijdens het zenden.

Het soort batterijen dat je het beste kunt gebruiken vind ik lastig te zeggen. Ze moeten het juiste voltage leveren en zo licht mogelijk zijn.

De hoeveelheid zonlicht die je op de Maan ontvangt hangt af van de cyclus van de Maan. Google eens naar de “albedo coefficient”. Ik denk dat je dan het antwoord zelf vindt.

De weerstand in de atmosfeer hangt af van de dichtheid van de lucht en de snelheid van de raket. Doordat deze niet constant zijn is het inderdaad handig om dit op een numerieke manier te bepalen in bijvoorbeeld Coach.

Een drietraps raket lijkt me inderdaad het handigst!

Heel veel succes!

Juul