В ходе полёта американского пилотируемого космического корабля «Аполло́н-11» 16—24 июля 1969 года жители Земли впервые в истории совершили посадку на поверхность другого небесного тела — Луны.
20 июля 1969 года командир экипажа Нил Армстронг и пилот Базз Олдрин посадили лунный модуль корабля в юго-западном районе Моря Спокойствия. Они оставались на поверхности Луны в течение 21 часа 36 минут и 21 секунды. Всё это время пилот командного модуля Майкл Коллинз ожидал их на окололунной орбите. Астронавты совершили один выход на лунную поверхность, который продолжался 2 часа 31 минуту 40 секунд.
Для взлета космического аппарата с лунной поверхности не требуется ракета, в нашем понимании этого слова, так как атмосферы у Луны практически нет и не нужно преодолевать сопротивление воздуха.
Для взлета с Луны были задействованы двигатели RS18 с тягой в 1,6 тонн, весом 90 килограмм и высотой около 1 метра. Это однокамерный двигатель с вытеснительной подачей (гелием) топлива (азоттетроксид-аэрозин).
Коллинз, находясь в командном модуле, снимал процесс сближения с лунным модулем через свой иллюминатор".
Задача
Американские астронавты, высадившиеся на Луну, должны возвратиться на базовый космический корабль, который летает по круговой орбите на высоте, равной радиусу Луны: h = Rл = 1700 км. Какую начальную скорость на поверхности Луны необходимо сообщить лунной кабине, чтобы стыковка с базовым кораблем стала возможной без дополнительной коррекции модуля скорости кабины? Ускорение свободного падения на поверхности Луны gл = 1,7 м/с².
При движении космического корабля по орбите сила притяжения к Луне (сила тяжести) является центростремительной силой и уравнение движения космического корабля:
где m — масса корабля, Mл — масса Луны, Uк — линейная скорость движения корабля по круговой орбите. Из этого уравнения найдем:
Для того чтобы стыковка лунной кабины с базовым кораблем произошла без дополнительной коррекции, скорость кабины в момент сближения с кораблем должна быть равна по модулю скорости корабля Uк.
Связь между начальной скоростью кабины U на поверхности Луны и ее скорость Uк на орбите корабля можно найти из закона сохранения полной энергии кабины:
Это и есть первая космическая скорость для Луны.
В американской космической серии "Аполлон" была применена любопытная конструкция для взлета и посадки на лунную поверхность.
Космический аппарат имел двухстороннюю конструкцию. Одна сторона отвечала за посадку, а другая - за взлет. Во время старта с Луны верхняя половина лунного корабля отделилась и отправилась в космос, а нижняя осталась на Луне.
"Элементарная Физика" на YouTube - интересные факты, законы физики, примеры решения задач в доступной и увлекательной форме.