Человеческая сущность такова, что нам проще поверить в то, что согласуется с нашими убеждениями и нашим кругозором, чем в правду, подкрепленную доказательствами. Нам легче поверить во всемирный заговор и обман, потому что сами прибегаем ко лжи. Вокруг высадки на Луну разгорелось столько споров и вопросов, что мы решили написать еще немного об этом, приоткрывая завесу технологического прогресса и изобретательности ученых и инженеров XX века, всего того, что сделало возможной посадку на Луну в 1969 году.
Пятьдесят лет назад в июле 1969 года космический корабль «Аполлон-11» перевозил трех астронавтов - командира Нила Армстронга, пилота командного модуля Майкла Коллинза и пилота лунного модуля Эдвина «Базза» Олдрина на спутник нашей планеты - Луну. Оказавшись там, Армстронг и Олдрин высадились на поверхность и сделали первые исторически важные шаги по Луне, в то время как Коллинз оставался на лунной орбите. Затем они вернулись на Землю, приводнившись в Тихом океане, через восемь дней после того, как покинули Землю.
Даже с сегодняшней точки зрения высадка на Луну была бы удивительным достижением, а в 1969 году она выходила за пределы технологически возможного. Поэтому и возникает столько недоверия к этому событию как со стороны обывателей, так и некоторых ученых. В этой статье мы постарались ответить на комментарии наших читателей и технически обосновать возможность полета и высадки на Луну.
Первыми людьми, достигшими Луны - облетевшими ее, но не приземлившимися - была команда «Аполлона-8» в декабре 1968 года. Они познали на себе всю прелесть закона гравитации лучше, чем кто-либо другой. Как сказал один из экипажа, Уильям «Билл» Андерс, по дороге домой: «Я думаю, что это Исаак Ньютон управляет нашим кораблем прямо сейчас». Конечно, он имел в виду не самого Ньютона, а его закон гравитации. По этой же причине космическим кораблям не нужно постоянно запускать свои двигатели, достаточно коротких «зажиганий», чтобы набрать необходимую скорость, а затем гравитация сделает все остальное.
Применение самой большой ракеты в мире
Ключ к тому, чтобы космический корабль достиг Луны – это придать ему достаточную скорость - около 11 километров в секунду – прежде чем он под силой тяжести упадет на Землю. Космический корабль «Аполлон» весил около 50 тонн, поэтому для разгона всей этой массы до необходимой скорости требовалось много энергии.
Тогда было принято решение использовать 111-метровую трехступенчатую ракету Сатурн-5, разработанную немецко-американским конструктором ракетно-космической техники Вернером фон Брауном. Она до сих пор остается самой большой и самой мощной космической ракетой-носителем, которая когда-либо летала.
Приземление точно по расписанию
Одним из самых волнующих моментов любой космической миссии является предстартовый отсчет. Но это не из-за драматизма ради зрителей - это чтобы убедиться, что все необходимые тесты и приготовления выполнены в нужный момент и в правильном порядке.
Также важно попасть в стартовое окно - короткий период времени, подходящий для запуска ракеты. Особенно это важно, если необходимо выйти на какую-то определённую орбиту или встретиться с другим аппаратом, время запуска должно быть тщательно рассчитано. Пропустить время стартового окна означает отложить запуск до следующего раза.
Земля не стоит на месте, и Луна также движется по орбите вокруг нее, поэтому для расчета энергетически оптимальной траектории ракеты расположение Земли в момент старта должно совпадать с началом оптимальной траектории, а расположение Луны – с ее концом, тогда запуск будет успешным. Учитываются и практические нюансы, например, обеспечение хорошей коммуникации между космическим кораблем и землей в критические моменты.
Объединение двух космических кораблей в один
Когда NASA начало разрабатывать проект «Аполлон» в начале 1960-х годов, предполагалось, что ВЕСЬ космический корабль приземлится на Луну, а затем снова взлетит, чтобы вернуться на Землю. Но это действительно не очень эффективно. Количество необходимого топлива увеличивается с массой, и если осуществлять полет как первоначально задумывалось, то вы поднимаете с Луны больше массы, чем нужно.
Поэтому решили спуститься на поверхность в отдельном транспортном средстве, специально разработанном для этой задачи: экономилось топливо и вероятность запуска с Луны увеличивалась. Таким образом, «Аполлон» фактически превратился в два космических корабля: командный модуль, чтобы добраться до Луны и обратно, и лунный модуль для самой посадки.
Выбор правильного места посадки
«Аполлон-11» направился к месту высадки - на юго-западе видимой стороне Луны - Морю Спокойствия, известному теперь как «База Спокойствия». Астронавты доставили оттуда около 21 кг образцов.
NASA много думало о подходящем месте, составив даже список из пяти вариантов. Все они были близки к лунному экватору, поскольку это обеспечивало наименее рискованную траекторию для космического корабля. Также территория должна была быть ровной, с наименьшим числом кратеров и хорошо просматриваемой во время захода на посадку. Все это оценивалось на разведывательных фотографиях, сделанных беспилотными зондами «Рейнджер» и «Сервейер».
Что случилось с гравитацией?
Мы видели, как гравитация является главной движущей силой на пути к Луне. Тем не менее, одной из наиболее отличительных особенностей космического полета является окружающая среда «невесомости» - то, как астронавты теряют ощущение веса и парят в воздухе. Как вы согласуете эти два факта?
Как ни парадоксально это звучит, второе следует из первого. Когда объект свободно движется в гравитационном поле - падает ли он на Землю, находится на орбите вокруг нее или на пути к Луне - он фактически не имеет веса.
Если для вас это слишком сложно понять, не волнуйтесь, Эйнштейн тоже не с первого раза понял. Он ломал голову над этим в течение многих лет, и в результате его работы появилась знаменитая общая теория относительности. Когда астронавты приземлились на Луну, они снова набрали вес - но только на 1/6 от земного. Действие гравитационных полей зависит от массы, а Луна гораздо менее массивна, чем наша планета.
«Невозможный» старт с поверхности Луны
На первый взгляд кажется странным, что вывести на орбиту ступень лунного модуля да еще с двумя астронавтами на борту смог лишь один небольшой ракетный двигатель. Разве для этого не требуется огромная ракета «Сатурн-5», поднявшая три ступени с Земли? Но с точки зрения физики, здесь нет никакого противоречия.
«Сатурн-5» должен был отправить 50-тонный космический корабль до Луны, скорость которого составляет около 11 км в секунду. Напротив, во время подъема лунного модуля должен был подняться только сам – весивший менее 5 тонн - в то время как более слабая гравитация Луны означала, что модуль сможет выйти на лунную орбиту со скоростью всего 1,6 км в секунду. Поэтому потребовалось гораздо меньше энергии, и со своей задачей справилась ракета и меньшего размера.
Остаться в живых благодаря нескольким системам жизнеобеспечения
В космосе или на Луне нет воздуха, поэтому астронавтам требовались безопасные и надежные системы жизнеобеспечения. Одна была в командном модуле и еще одна в лунном модуле, не считая автономных ранцевых систем жизнеобеспечения для каждого члена экипажа. Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, но для дыхания такой состав не необходим, поэтому астронавты использовали чистый кислород на треть от нормального давления.
Это была легкая часть. Им также необходимо было избавиться от выдыхаемого ими углекислого газа (СО2), который может быть очень опасным при накоплении. К счастью, существует порошкообразное химическое вещество - гидроксид лития (LiOH), которое поглощает СО2, и миссии «Аполлона» использовали канистры с ним для «очистки» СО2 из воздуха.
Выжившие возвращаются на Землю
Когда возвращающийся командный модуль попал в верхние слои атмосферы Земли, он двигался с огромной скоростью - сравнимой со скоростью запуска (около 11 километров в секунду). Хотя пограничный слой атмосферы очень тонок, он сжимается от удара космического корабля, и это сжатие вызывает сильный нагревательный эффект.
Поверхность командного модуля была близка к 3000 °С, и она бы сгорела мгновенно, если бы была незащищена. Внешняя оболочка, называемая абляционным теплозащитным экраном, сгорела, потому что именно для этого она и предназначалась. Тепловой щит не только защищал космонавтов изнутри, но, поглощая энергию вхождения в атмосферу, замедлял корабль до момента, когда можно было выпустить парашюты.
Прямая трансляция с Луны
Когда Нил Армстронг сделал свой первый шаг на Луну, это увидела вся мировая телевизионная аудитория (примерно 650 миллионов человек) - самая большая в истории на тот момент. Возвращение этой телевизионной картинки на Землю за считанные секунды расширило границы технологий 1960-х годов.
Основным узким местом была крошечная антенна лунного модуля, ограниченная полосой пропускания всего 500 кГц - менее одной десятой от нормального телевизионного сигнала. В результате получилось зернистое, мерцающее черно-белое изображение, состоящее из 200 строк развертки со скоростью всего десять кадров в секунду.
Что еще хуже, первые изображения с поверхности, когда Армстронг начал спускаться по лестнице, были вверх ногами. Это было быстро исправлено, но затем искажение на наземной станции в Калифорнии привело к появлению толстой черной полосы на экране, что не позволило зрителям увидеть «гигантский прыжок для человечества» Армстронга.
Но всё же это был один из величайших моментов в истории человечества, и зрители по всему миру не отрывались от своих телевизоров в течение всех двух часов пребывания астронавтов на Луне.
Читайте также:
- 10 изобретений НАСА в вашем доме
- 10 изобретений NASA в вашем доме. Продолжение
Все фотографии и иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат их авторам.
Ставьте Лайк и подписывайтесь на канал, дальше будет так же интересно!