Modulul lunar Apollo

Modulul Lunar Orion al lui Apollo 16 pe Lună (1972)

Apollo lunar Modulul ( LM pentru modulul lunar , inițial LEM pentru lunar Excursie Module ) a fost un lander dezvoltat din 1963 de Grumman companie pentru NASA , ca parte a programului Apollo pentru aterizare pe Lună . Cu toate acestea, planificarea preliminară a NASA datează din 1960.

LM este un modul lunar din două părți și constă dintr-o etapă de coborâre și o ascensiune. Au fost realizate în total 15 aterizoare lunare Apollo. Dintre aceștia, șase au efectuat o aterizare pe lună, lăsând partea inferioară cu picioarele și motorul de coborâre (etapa de coborâre) pe lună. După ce astronauții au trecut la modulul de comandă după șederea lor pe lună pentru a se întoarce pe pământ, partea superioară a modulului lunar (etapa de ascensiune) a fost lăsată pe orbita lunară și mai târziu s-a prăbușit pe lună. Majoritatea celorlalte nouă construite au fost folosite pentru teste pe Pământ sau nu au fost folosite pentru că misiunile lor au fost anulate. Modulul lunar Apollo 13a fost folosit pentru a prelua parțial sarcinile modulului de service deteriorat și, astfel, a permite călătorilor spațiali să se întoarcă pe pământ. Unele dintre vehiculele de aterizare lunară neutilizate sunt acum expuse în muzee.

În general

Pentru a aduce oamenii pe Lună, au existat diferite modele tehnice care au fost gândite în faza incipientă a proiectului Apollo. NASA s-a deplasat relativ repede de la o navă spațială care a aterizat complet pe Lună într-un sistem divizat în care un astronaut din „capsula de întoarcere” ( modulul de comandă și de serviciu , CSM) orbitează luna și un „Landefahrzeug” separat trebuie utilizat cu doi astronauți pentru excursia pe Lună. Acest concept ( întâlnire pe orbită lunară ) este optimizat în masă, dar complex din punct de vedere tehnic, deoarece ambele vehicule navighează independent și trebuie să acosteze din nou pe orbita lunară după ascensiune.

Profilul misiunii

Modulul lunar Apollo cu puțin timp înainte de a ieși din a treia etapă a lui Saturn V ( Apollo 11 )

Poziția modulului lunar Apollo în interiorul lui Saturn V.

Modulul lunar Apollo pe orbita lunară la scurt timp după separarea de modulul de comandă și serviciu (Apollo 11)

În faza de pornire și până când a ajuns pe orbita de transfer lunar, modulul lunar a fost amplasat într-un adaptor conic de pe S-IVB, a treia etapă a lui Saturn V , sub CSM. După intrarea pe orbita de transfer lunar (injecție trans-lunară), acest adaptor a fost deschis și separat și, după o manevră de rotire, pe care pilotul său a zburat-o manual, CSM a andocat către landerul acum accesibil (transpunere, andocare și extracție) . În afară de scurte teste, modulul lunar a rămas pasiv în majoritatea misiunilor până după ce a atins o orbită lunară.

Pe orbita lunară, pilotul LM și comandantul misiunii au pus apoi LM în funcțiune, au desfăcut picioarele de aterizare și s-au separat de CSM. Acest lucru a oferit pilotului CSM rămas în CSM posibilitatea de a inspecta vizual landerul. Cei doi astronauți din LM au aprins apoi motorul de coborâre timp de aproximativ 30 s (Descent Orbit Insertion, DOI) cu scopul de a crea o orbită de transfer eliptică cu cel mai mic punct (periselen sau pericynthion) la o înălțime de aproximativ 15 km aproximativ 480 km (est) pentru a ajunge la locul de aterizare planificat. Această manevră a avut loc pe fundul lunii fără contact radio cu pământul. Începând cu Apollo 14 , acest proces a fost schimbat astfel încât manevra DOI a fost efectuată de CSM și separarea a avut loc numai ulterior pentru a avea mai mult combustibil pentru faza de aterizare; pentru CSM, cu rezerva sa mai mare, nevoia de a accelera din nou nu a fost o problemă.

Etapa de ascensiune a modulului lunar Apollo înainte de întâlnirea cu modulul de comandă și serviciu (Apollo 11)

Manevra efectivă de frânare (Powered Descent Initiation, PDI) a început în periselen (și din nou în contact radio atât cu CSM, cât și cu pământul). În principal, viteza LM a fost redusă; această fază de zbor a avut loc în întregime sub controlul computerului. La o înălțime de aproximativ 3 km, la așa-numita „poartă înaltă”, LM a fost parțial ridicat pentru prima dată și a permis astronauților să inspecteze locul de aterizare. În această fază, comandantul a reușit să deplaseze punctul țintă, care încă se zbura sub controlul computerului, cu ajutorul reticulului său, deplasând controlerul de mână în direcția zborului sau în lateral. Calculatorul a indicat un unghi pentru aceasta (Landing Point Designator, LPD); Citirea și monitorizarea celorlalți parametri de zbor (mai presus de orice altitudine și viteză de coborâre) a fost responsabilitatea pilotului modulului lunar, în timp ce comandantul a ținut ochii îndreptați spre exterior. Faza finală de abordare a fost inițiată la o înălțime de 200 până la 300 m („poarta joasă”); toți comandanții au preluat unul dintre cele două moduri de control parțial manuale pentru a selecta ei înșiși un loc de aterizare adecvat, deși o aterizare complet automată ar fi fost posibilă. În timpul acestei faze de zbor, combustibilul a rămas timp de aproximativ două minute. O terminare ar fi fost posibilă în fiecare fază, etapa de ascensiune ar fi zburat apoi înapoi pe o orbită lunară. Când s-a ajuns la suprafața lunii, senzorii instalați pe trei din cele patru picioare au raportat contactul cu solul prin intermediul unei lămpi de semnalizare albastre. Astronauții au oprit motorul manual, iar modulul lunar a căzut ultimul metru pe suprafața lunii.

Pentru startul de întoarcere, pasul de coborâre a fost separat, a servit drept platformă de lansare și a rămas pe lună. Nivelul de ascensiune a zburat înapoi pe o orbită lunară și a andocat acolo din nou cu CSM. După ce astronauții s-au transferat, etapa de ascensiune a fost separată de CSM și lăsată pe orbită lunară sau adusă la un accident controlat.

dezvoltare

Lunar Module , modulul lunar

În 1963 ordinul de construire a landerului a fost dat companiei Grumman din Bethpage , New York . Thomas J. Kelly , care a însoțit studiile timpurii pentru dezvoltarea LM, este denumit în general tatăl landerului . Așa cum a spus el însuși, LM a fost o coproducție a multora. De exemplu, viitorii astronauți Apollo au fost implicați și în dezvoltare și construcție, întrucât în ​​cele din urmă au trebuit să zboare și să aterizeze LM. În principal, aceștia erau Scott Carpenter , Charles Conrad și Donn Eisele .

LM a fost cea mai mare navă spațială pilotată care a fost dezvoltată și construită vreodată până în acel moment. Trebuia să existe suficient spațiu în interiorul dispozitivului de aterizare pentru ca doi astronauți să poată zbura și ateriza manual LM, dacă este necesar. Ocupanții trebuiau să poată îmbrăca și scoate costumele spațiale și să iasă din vehicul până la suprafața lunii. Necesitatea de a economisi greutate a fost chiar mai mare decât în ​​cazul CSM, deoarece aterizarea pe lună și ascensiunea au necesitat fiecare o schimbare de viteză de aproximativ 1800 m / s. Trebuia să existe spațiu pentru probele de sol ( roci lunare ) care erau aduse cu ele , iar astronauții trebuiau să poată trăi, mânca, bea și dormi în LM câteva zile.

Antrenament la baza Edwards Air Force (1964)

Primele planuri au fost pentru locuri similare cu cele dintr-o cabină de avion. Acestea nu numai că ar fi fost voluminoase și grele, dar ar fi necesitat și ferestre considerabil mai mari. Cu ideea de a zbura și de a opera LM în poziție în picioare, astronauții au putut să se apropie mult mai mult de ferestre și, prin urmare, să le facă mult mai mici. Fereastra din stânga (cea a comandantului) a primit un reticul care i-a permis comandantului să identifice locul de aterizare pe suprafața lunară, calculat sub forma unui cod numeric.

De vreme ce LM a coborât pe Lună pe cont propriu, a trebuit să aibă și un sistem independent de susținere a vieții și sisteme electrice independente, inclusiv navigarea. Companiile cărora li s-a atribuit contractul pentru dezvoltarea sistemului de susținere a vieții au fost diferite de cele responsabile pentru CSM. În timpul misiunii Apollo 13 , aceasta sa dovedit a fi o eroare gravă, deoarece ambele sisteme erau parțial incompatibile . Cu toate acestea, astronauții Apollo 13 au putut, de asemenea, să se întoarcă pe Pământ rămânând în LM încă funcțional mult timp după explozia din unitatea de service. LM a servit ca o barcă de salvare, ca să spunem așa. LM a folosit, de asemenea, combustibili și motoare diferite de SM, dar unitatea de navigație era în mare parte identică, iar datele de navigație puteau fi transferate între sisteme.

Picioarele de aterizare au pus o problemă specială: ele trebuie să fie cât mai grațioase și ușoare, dar și cât mai stabile cât este necesar pentru o aterizare pe lună și să poată absorbi șocurile rezultate. În plus, acestea trebuiau să fie retractabile, deoarece diametrul etapei rachetei fusese determinat relativ devreme. La începutul planificării, dezvoltatorii au prevăzut cinci picioare de aterizare. Din motive de spațiu, doar patru au fost apoi implementate, dar acest lucru nu a afectat stabilitatea.

Deoarece modulul lunar trebuia să funcționeze în câmpul gravitațional al lunii, nu a fost posibil să se testeze în mod corespunzător caracteristicile de zbor ale LM pe pământ. Modificările aduse LM în efectul instalării unui motor plutitor s- au dovedit a fi inutile. Nici testele cu aterizoarele suspendate de elicoptere nu au dat rezultate utilizabile. În cele din urmă, s-au făcut încercări de recreere a gravitației lunare prin oferirea unor dispozitive de antrenament de aterizare special construite, LLTV - urile , cu ajutorul unor motoare suplimentare . Dar, din moment ce duzele de ridicare și de control s-au influențat reciproc, LLTV-urile nu au fost foarte stabile și au existat mai multe accidente, prin care piloții, inclusiv Neil Armstrong , au putut să se salveze cu scaunul de ejector . Ca urmare, utilizarea LLTV-urilor a fost redusă și numai comandanții misiunii au fost permise. O construcție specială a fost LLRF pentru practicarea ultimei secvențe de aterizare până la aterizare. În special, simulatoarele au fost utilizate într-o măsură necunoscută anterior.

Specificatii tehnice

Lunar Module Eagle on the Moon (1969)

Când a fost alimentat, landerul avea o masă totală nominală de 14.696 kg, care, totuși, diferea de la misiune la misiune, o înălțime totală de 6,40 m și un diametru de 4,30 m (9,50 m cu picioarele de aterizare extinse). Era format din aproximativ un milion de piese, avea echipamente radio și radar proiectate redundant , computerul de susținere a vieții și de navigație menționat anterior . Această complexitate a făcut necesare noi procese în planificare, producție și asigurarea calității. Lipsa unei atmosfere pe lună a necesitat, de asemenea, protecție împotriva micrometeoriților și protecție termică sub formă de folii Kapton din aluminiu și aur vaporizate .

Modulul lunar a fost dezvoltat dintr-un punct de vedere pur funcțional. În Aerodinamica a jucat nici un rol din cauza vidului în spațiu sau pe luna. Sistemul consta din două etape: etapa de coborâre (DS) și etapa de urcare (Ascension Stage - AS), fiecare dintre ele fiind echipată cu propriul motor. Această structură înseamnă că centrul de greutate este foarte precis pe axa motorului, lucru realizat prin diferite măsuri de proiectare.

Nivelul retrogradării

Etapa de coborâre (DS pentru D escent S days) era partea inferioară și, pe lângă motor, conținea rezervoarele pentru combustibil, oxigen , apă și heliu . În exteriorul structurii se aflau cele patru picioare de aterizare și echipamentul pentru misiunile de teren. O parte deloc de neglijat a masei totale a scenei a fost explicată în cele din urmă de bateriile pentru alimentarea rețelei de bord de 28 V și 115 V. Aceste baterii erau, în principiu, reîncărcabile, dar nu exista un sistem de reîncărcare la bord. .

Picioarele de aterizare au dat vehiculului un aspect asemănător unui păianjen, ceea ce i-a adus porecla de „Păianjen” printre astronauți. Pasul, inclusiv picioarele de aterizare, avea o înălțime de 3,24 m. O piciorușă a fost atașată la picior sub trapa pentru a intra și ieși. EASEP sau ALSEP și, în cazul misiunilor J, și Lunar Roving Vehicle au fost găzduite pe laterale și accesibile din exterior . După finalizarea explorării, etapa de coborâre a servit ca bază de pornire pentru etapa de ascensiune. Un mecanism exploziv a separat cele două etape, lăsând etapa de coborâre pe Lună. Dacă este necesar, separarea ar putea fi efectuată și în timpul fazei de coborâre pentru a permite avortarea aterizării cu o întoarcere în siguranță la CSM.

structura

Structural, etapa de coborâre a constat dintr-o cruce dublă cu un pătrat central și patru structuri la fel de mari atașate la suprafețele laterale. Panourile individuale au fost formate din plăci de aluminiu măcinate și prelucrate chimic, care au fost nituite împreună. Motorul era în mijloc, cele două rezervoare pentru combustibil și oxidant erau amplasate simetric pe cele patru laturi . Diagonalele exterioare ale crucii au fost armate și îmbrăcate, astfel încât pasul de coborâre a luat forma unui octogon. Celelalte facilități erau găzduite în cele patru segmente triunghiulare. Picioarele de aterizare erau legate de colțurile exterioare cu tije. Au fost construite telescopic și conțineau un element deformabil care a preluat o mare parte a impactului la atingere. Piciorul din fața trapei de ieșire transporta scara pe care astronauții o puteau folosi pentru a ajunge la podeaua lunară, iar celelalte trei picioare erau echipate cu senzori pentru a detecta touchdown-ul. Pentru a proteja împotriva răcirii pe drumul spre Lună, etapa de coborâre a fost în mare parte îmbrăcată cu folie de mlar acoperită cu aur.

Motor de coborâre

Sistemul de propulsie de coborâre a fost pivotant și a oferit o împingere de 10,500  lb _f (45 kN). Puterea motorului poate fi limitată de computer sau manual în două intervale de până la 1050 lbs (4,7 kN). Un amestec de 50 procente hidrazină (N ₂ H ₄ ) și 50 procente asimetric dimetil hidrazină , numită Aerozin 50 , a fost folosit drept combustibil. Împreună cu oxidantul tetroxid de dinitrogen (N ₂ O ₄ ), amestecul este extrem de exploziv și hipergolic , adică se aprinde automat la contact fără a fi nevoie de un sistem de aprindere. Un alt rezervor conținea heliu , care a fost folosit ca agent de propulsie pentru a apăsa oxidantul și combustibilul în camera de ardere.

specificație

• Înălțime fără picioare de aterizare: 2,62 m
• Lățime fără picioare de aterizare: 3,91 m
• Lățime cu picioare de aterizare desfăcute: 9,4 m
• Masa totală, alimentată: 10.334 kg (specificată, valoare exactă în funcție de misiune), semnificativ mai mare pentru misiunile J.
• Apă: un rezervor de 151 kg
• RCS : nici unul, controlul s-a bazat pe nivelul de promovare
• Combustibilul DPS (Descent Propulsion System): 8200 kg Aerozin 50 și tetroxid de azot (N ₂ O ₄ ) ca oxidant
• Puterea DPS: 45,0 kN, reglabilă între 10% și 60%; duză pivotantă
• Imprimare pe DPS: un rezervor de heliu de 22 kg sub 10.700 kPa
• Pulsul specific al DPS: 311 s
• DPS Delta v : 2500 m / s
• Baterii: patru (cinci pentru misiunile J) baterii argint-zinc 28-32 volți, 415 Ah, fiecare cântărind 61 kg

Nivel de avansare

Avioane de comandă a treptei de ascensiune

Cabina treptei de urcare

Etapa de ascensiune (AS pentru A scent S day) conținea cabina cilindrică pentru doi astronauți care se aflau în partea din față (stânga comandantului, dreapta pilotului, din punctul de vedere al astronautului), o secțiune de mijloc cu toate comenzile și ascensiunea motor și o parte din spate care adăpostea electronica. Rezervoarele, antenele, controlul atitudinii și carcasa exterioară au fost construite în jurul cilindrului, ceea ce a conferit etapei de ascensiune aspectul său caracteristic. Pentru a economisi greutate, cei doi astronauți au trebuit să stea în picioare la aterizare. Au fost ținute pe loc de curele și cabluri. În zona piciorului din față dintre astronauți era o trapă aproape pătrată de aproximativ 82 cm lățime și înălțime, care era folosită pentru a ieși după aterizare. O mare parte a sistemelor de direcție, comunicații și tipărire erau situate în secțiunea din mijloc. Probele de rocă pentru transportul de întoarcere au fost adăpostite aici. O altă trapă de aproximativ 84 cm diametru a fost atașată în zona superioară a secțiunii centrale și a servit drept conexiune între dispozitivul de aterizare și modulul de comandă. Etapa de ascensiune avea trei ferestre, două triunghiulare în față pentru observarea aterizării (prevăzute cu un reticul în fereastra comandantului) și una mică dreptunghiulară în partea de sus pentru a controla apropierea de nava mamă. Poziția pasului de ascensiune în spațiu a fost controlată de 16 duze de control , care au fost aranjate în patru grupuri (așa-numitele „quads”). Acestea erau identice cu quad-urile CSM - adică aveau o tracțiune relativ ridicată - și erau montate departe. Momentele majore rezultate , în special când tancurile erau goale, au condus la ceea ce astronauții au numit comportamentul de zbor „unghiular”.

structura

Etapa de ascensiune a fost construită în jurul unui cilindru orizontal care formează cabina sub presiune. Cilindrul consta din nou din plăci de aluminiu măcinate, partea din față și cea din spate erau în special rigidizate. Spre deosebire de structura plăcii etapei de coborâre, toate celelalte părți (rezervoare, duze de control al atitudinii, antene și tabloul de bord din spate) au fost conectate cu suporturi. Din nou, a trebuit să se acorde atenție poziției centrului de greutate; Deoarece etapa de ascensiune are doar două rezervoare, rezervorul de combustibil mai ușor (pe partea stângă, așa cum este văzut de astronauți) a fost amplasat semnificativ mai departe decât cel al oxidantului. Contrafortul era ascuns sub panoul exterior.

Motor de ascensiune

Motor de ascensiune

Motorul instalat permanent - spre deosebire de etapa de coborâre, care nu se rotește - pentru pornirea înapoi de la Lună a generat o tracțiune necontrolabilă de 15,6 kN ( 3.500 lb _f ). Acest lucru a fost suficient pentru a readuce etapa de ascensiune, care cântărește în jur de 4,8 tone, pe orbita lunară. Combustibilii au fost aceiași ca pentru etapa de coborâre. Motorul a fost proiectat pentru a fi cât se poate de simplu și, în afară de supape, nu avea piese în mișcare pentru a obține cea mai mare fiabilitate posibilă. Prin urmare, a fost utilizată o alimentare cu gaz sub presiune . Motorul a putut fi reaprins de mai multe ori, astfel încât schimbările de orbită pe orbita lunară după ascensiune, în special manevra de întâlnire cu CSM, au fost posibile. Controlul în timpul fazei de ascensiune a fost efectuat de un computer care avea propriul program de ascensiune, care era independent de navigația principală. Cu toate acestea, controlul manual a fost de asemenea posibil.

specificație

• Echipaj: 2
• Volumul locuibil: 6,7 m ³
• Înălțime: 2,83 m
• Lățime: 4,29 m
• Adâncime: 4,04 m
• Masa totală, alimentată: în funcție de misiune, aproximativ 4870-4990 kg
• Atmosferă: 100% oxigen sub 33 kPa
• Apă: două rezervoare de 19,3 kg fiecare
• Lichid de răcire: 11 kg amestec etilen glicol - apă (pentru electronică)
• Control termic: un evaporator activ
• Combustibilul RCS (Reaction Control System): 287 kg de aerozină 50 și tetroxid de azot (N ₂ O ₄ ) ca oxidant
• Configurație RCS: 16 duze cu forță de 45 N, dispuse pe suporturi în patru "quads"
• Pulsul specific al RCS: 290 s
• Combustibilul APS (Ascent Propulsion System): 2353 kg Aerozin 50 și tetroxid de azot (N ₂ O ₄ ) ca oxidant
• Puterea APS: 15.600 N, neajustabil
• Imprimare pe APS: două rezervoare de heliu de 2,9 kg fiecare sub 21.000 kPa
• Pulsul specific al APS: 311 s
• APS Delta v : 2220 m / s
• Raportul împingere-greutate pe lună: 2,1: 1
• Baterii: două baterii argintiu-zinc de 28–32 volți, 296 Ah, fiecare cântărind 57 kg
• Alimentare: 28 V c.c., 115 V 400 Hz c.a.

Mașină lunară

Ca parte a programului Apollo, Apollo 15 a fost prima dintre cele trei așa-numite misiuni J care prevedeau o ședere mai lungă pe Lună. Un vehicul lunar cu baterie , care a fost pliat și atașat la exteriorul modulului lunar pentru transport, a făcut posibilă deplasarea mai liberă pe suprafața lunară și explorarea unei zone mai mari.

Sistemul climatic

Sistemul climatic al modulului lunar era atât de compatibil cu costumele spațiale ale astronauților încât puteau fi reîncărcate de până la șase ori pe feribot.

Locația landerului lunar

De la Apollo 15, a fost utilizat un modul lunar modificat, care permitea o ședere mai lungă și putea transporta o mașină lunară .

Vezi si

• Sistem primar de orientare, navigare și control (PGNCS)
• Calculator Apollo Guidance (AGC)
• Abort Guidance System (AGS)

literatură

• Thomas J. Kelly: Moon Lander: Cum am dezvoltat modulul lunar Apollo . Smithsonian Books, Washington, DC 2001, ISBN 1-56098-998-X .

Link-uri web

• Prezentare generală a sistemelor de propulsie a modulelor lunare Apollo (PDF)
• Modulul lunar (NASA: Chariots for Apollo, Chapter 6 )
• Începutul Apollo 17 de pe Lună (film QuickTime; 998 kB)

Dovezi individuale

1. ↑ Module lunare în Muzeul Național al Aerului și Spațiului .
2. ↑ Astronomii ar fi putut găsi modulul „Snoopy” al lui Apollo 10. Accesat la 15 februarie 2020
3. ↑ James Meador: Stabilitatea pe orbită pe termen lung a etapei de ascensiune a modulului lunar Eagle Apollo 11. În: arXiv: 2105.10088 [physics.space-ph]. 21 mai 2021, accesat la 17 iulie 2021 . 
4. ↑ Michael Khan: Vulturul mai poate zbura. În: SciLogs - Bloguri științifice: mergeți la lansare. 24 mai 2021, accesat la 17 iulie 2021 .