Приветствую вас мои космические друзья.
После знаменитой "Лунной речи" произнесенной президентом Джоном Ф. Кеннеди 25 мая 1961 года перед совместным заседанием Конгресса, космическому агентству НАСА пришлось полностью переработать космическую программу "Аполлон". Изначально космическая программа "Аполлон" была задумана, как следующая после "Меркурия" программа полетов пилотируемых космических кораблей. В плане, составленном в 1959-1960 годах, космический корабль "Аполлон" описывался как корабль для полетов на околоземную орбиту, также предназначенный для самостоятельных полетов, или полетов к околоземной орбитальной космической станции.
Планировщики НАСА надеялись, что в конечном итоге, постепенно, примерно к 1970 году, программа "Аполлон" сможет развиться до пилотируемых полетов к Луне. Однако после речи президента Джона Кеннеди целью программы стала высадка человека на Луну к 1970 году и его безопасное возвращение на Землю. Почти сразу же многие задали очевидный вопрос: как программа "Аполлон" сможет справится с поставленной задачей?
В 1961-1962 годах рассматривалось целых шесть режимов лунных миссий, хотя два из них— "Встреча (рандеву) на околоземной орбите" (Earth-Orbit Rendezvous - EOR) и "Прямой перелет" (Direct Ascent) — стали фаворитами. Оба режима включали в себя несколько вариантов.
В режиме EOR одна или несколько ступеней с двигателями и пилотируемый лунный корабль (а иногда и танкеры для заправки двигательных ступеней топливом) будут выведены на орбиту Земли. Затем двигательная ступень, или ступени, активируют свои двигатели, чтобы отправить лунный корабль и его экипаж на курс перелета к Луне.
В режиме Direct Ascent одна большая ракета должна была направить пилотируемый лунный корабль с поверхности Земли прямо на Луну. После того как пилотируемый космический корабль будет выведен на курс к Луне, режимы полетов EOR и Direct Ascent будут по идентичными.
Процесс принятия решения о режимах лунной миссии по программе "Аполлон" был сложным и включал в многих игроков, как в штаб-квартире НАСА так и различных полевых центрах агентства, некоторые из которых в разное время поддерживали разные режимы лунной миссии. Однако на протяжении всего этого процесса, который длился 14 месяцев, лишь инженер из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли (Langley Research Center - LaRC) в Хэмптоне, штат Вирджиния, - Джон Хуболт решительно выступал за режим лунно-орбитального рандеву (Lunar-Orbit Rendezvous - LOR). Хуболт не был человеком кто впервые предложил режим LOR. Впервые его идею озвучил в 1948 году Герберт Росс, который описал его перед заседанием Британского межпланетного общества в Лондоне.
Хуболт провел ряд брифингов по режиму LOR перед несколькими группами, участвовавшими в принятии решения о режиме лунной миссии по программе "Аполлон". В этот период было создано несколько таких групп: Комитет Лундина (Lundin Committee), целевая группа по изучению пилотируемой посадки на Луну методом рандеву - Комитет Хитона (Heaton Committee) и базирующаяся в LaRC, но в остальном независимая, Космическая целевая группа (Space Task Group). Группа планирования больших ракет-носителей или Комитет Головина (Golovin Committee) запросил подробный письменный отчет о режиме LOR после того, как Хуболт проинформировал ее об этом в августе 1961 года.
Хуболт и его коллеги из LaRC объяснили в своем докладе комитету Головина от 31 октября 1961 года, что режим LOR будет отличаться от EOR и Direct Ascent по конструкции своего космического аппарата. Как отмечалось выше, в режимах EOR и Direct Ascent один космический корабль "Аполлон" выполнит все этапы миссии по посадке на Луну. Он должен был доставить свой экипаж с Земли на Луну, произвести высадку на Луну, а затем доставить его обратно на Землю. С другой стороны, в режим LOR фазы лунной миссии будут разделенные между двумя отдельными пилотируемыми аппаратами. В сценарии лунной миссии в режиме LOR, описанном LaRC, этими космическими аппаратами был космический корабль "Аполлон" и одноступенчатый лунный посадочный модуль "Bug" ("Жук").
Трехместный космический корабль "Аполлон", который в режиме лунно-орбитального рандеву будет находится на лунной орбите, будет включать в себя также возвращаемый аппарат "Земля-атмосфера" и пару двигательных модулей для выполнения основных маневров. Лунный модуль "Жук" должен был отсоединиться от корабля "Аполлон" на лунной орбите, спуститься на поверхности Луны, произвести высадку одного или двух астронавтов, а затем вернуться на материнский корабль "Аполлон" находящийся на лунной орбите. Далее экипаж отстыковал бы отработанный лунный модуль "Жук", после чего "Аполлон" возвращался на Землю.
Исследовательский центр НАСА в Лэнгли (LaRC) изучал три проекта посадочного модуля "Bug", которые были названы "Shoestring" (что на русский язык можно перевести как «Скудный»), «Economy" ("Экономичный") и «Plush" ("Плюшевый").
Первый, вариант лунного модуля имел сухую массу всего 576 килограмм, и должен был высадить одного человека на Луну на короткий период времени, а также вернуть не более 22 килограмм образцов на орбитальный корабль "Аполлон", для их транспортировки на Землю. Из трех проектов "Скудный Жук" ближе всего подходил к выполнению строгой буквы слов президента Кеннеди — высадки человека на Луну.
Второй вариант лунного модуля - "Economy Bug", должен был осуществить высадку двух человек на Луну на 24 часа. Сухая масса спускаемого аппарата составила бы 1013 килограмм. Он должен был доставить до 45 килограмм лунных образцов с поверхности Луны на корабль "Аполлон".
Лунный модуль "Plush Bug", был любимцем ученых. Он должен был поддерживать жизнедеятельность двух человек на Луне в течение одной недели, и предоставить астронавтам достаточно времени для проведения полевых геологических исследований на Луне. Сухая масса модуля "Plush Bug" составила бы 1795 килограмм. Он мог вернуть до 68 килограмм лунных образцов на корабль "Аполлон".
По словам команды Хуболта, посадка в режиме LOR будет безопаснее, чем посадка в режимах прямого перелета или EOR, потому что лунный модуль "Bug" будет предназначен только для посадки и взлета с поверхности Луны. В других режимах эти функции ложились бы на один корабль. Хуболт также предложил конфигурацию космического корабля, которая еще больше повысила бы безопасность астронавтов - корабль "Аполлон" с двумя лунными модулями "Shoestring Bug". Если бы первый модуль застрял на поверхности Луны, то второй был бы использован для организации спасательной операции.
Предложенный LaRC пятилетний Генеральный план полетов должен был начаться с полета 11 автоматизированных миссий зондов Ranger, для их посадки на Луну до октября 1963 года. Это помогло бы инженерам и ученым охарактеризовать поверхность Луны, чтобы они могли спроектировать лунный модуль "Bug", скафандры для поверхности Луны и оборудование для ее исследования.
Между тем, НАСА должно было совершить четыре пилотируемых полета по программе "Меркурий", на орбиту Земли. Миссии, проведенные в период с февраля по август 1963 года, позволили бы врачам собрать основные данные о работе человека в космосе.
В период с августа 1963 года по март 1966 года НАСА должно было запустить15 миссий автоматизированных зондов для мягкой посадки на Луну. Между тем, космическое агентство в период с сентября 1963 года по июнь 1964 года должно было провести 20 испытаний по сбрасыванию возвращаемых капсул корабля "Аполлон" с самолетов, чтобы проверить характеристики ее планирования, парашютов, и системы посадки (инженеры LaRC предполагали посадку капсулы на территории США).
Астронавты должны будут отрабатывать сближение и стыковку с помощью космического корабля Mercury Mark II, который должен будет выводиться на орбиту Земли на модифицированных ракетах Titan. Двухместный корабль Mercury Mark II, который был переименован в Gemini в январе 1962 года, должен был стыковаться с отдельно запускаемой мишенью Agena в течение пяти миссий с октября 1963 года по июнь 1964 года.
В период с августа 1964 года по июнь 1965 года астронавты должны были отрабатывали стыковку с лунными посадочными модулями «Bug» на орбите Земли. Для каждой миссии модуль «Bug» и корабль Mercury Mark II будут запускаться вместе на ракете "Сатурн C-1". Ракета "Сатурн С-1" задумывалась как первая ракета-носитель НАСА, разработанная специально для пилотируемых космических полетов.
Миссии "Mercury Mark II - Bug - Saturn C-1" должны были совпасть с восемью суборбитальными и околоземными орбитальными летными испытаниями корабля "Аполлона", которые должны были запускаться ракетами "Saturn C-1", в период с сентября 1964 года по август 1965 года. В сентябре-октябре 1965 года последовало бы два пилотируемых испытательных полета «Apollo - Bug - Saturn C-1" на околоземную орбиту, заложив основу для четырех пилотируемых полетов на высокоэллиптическую околоземную орбиту и на окололунную орбиту в период с ноября 1965 года по февраль 1966 года.
LaRC предположил, что высокоэллиптические и окололунные и лунные орбитальные миссии, каждая из которых должна была стартовать на ракете Saturn C-3 или C-4, могут быть преобразованы в пилотируемые попытки посадки на Луну, если это будет необходимо, например, если бы Советский Союз приблизится к запуску своей первой пилотируемой миссии по высадке человека на Луну. Однако если бы все шло по плану, то первые четыре попытки пилотируемой посадки на Луну в рамках программы "Аполлон" состоялись бы в период с марта по июнь 1966 года.
Миссии в режиме LOR должны были начаться с запуска на ракете Saturn C-3 или C-4 с мыса Канаверал, штат Флорида. Команда LaRC отметила, что прямой полет на Луну с фиксированного места на поверхности Земли может произойти только в течение короткого периода каждый месяц, если посадка будет запланирована в определенном месте на поверхности Луны. Чтобы обойти это ограничение, материнский корабль "Аполлон" и посадочный модуль «Bug» должны был выйти на низкую околоземную "парковочную" орбиту перед тем, как отправиться на Луну. По сути, это дало бы миссии мобильную стартовую площадку, предоставив планировщикам полетов полную свободу в выборе времени начала миссии по высадке на Луну.
Первый и самый большой из двух двигательных модулей корабля "Аполлон" должен был сжечь все свое топливо, чтобы вывести корабль "Аполлон" с его небольшим двигательным модулем и посадочным модулем "Bug" с орбиты Земли на траекторию полета к Луне. LaRC выбрал режим перелета с Земли на Луну продолжительностью от 2,5 до трех дней.
LaRC отметил, что миссия может следовать по так называемой «траектории свободного возвращения", что позволит связке "Аполлон-Жук" облететь вокруг Луны и возвратится обратно на Землю без дополнительной тяги. Это было бы полезно, если бы в полете возникли сбои в силовой установке, после ухода с околоземной орбиты. Если предположить что все пойдет по плану, то астронавты пролетая на обратной стороне Луны они должны были запустить двигатель и выйти на лунную орбиту.
LaRC рекомендовал круговую орбиту высотой 80 километров над экватором Луны. Космический корабль на такой орбите проходил бы над всеми точками экватора Луны каждые два часа. Это означало, что каждые два часа лунный модуль «Bug» будет иметь возможность совершить посадку в определенном месте на экваторе или совершить взлет и встретиться с кораблем "Аполлон" на орбите Луны.
Если, с другой стороны, "Аполлон" выйдет на орбиту, наклоненную относительно лунного экватора лунный модуль сможет опуститься на посадочную площадку расположенную вне лунного экватора, то медленное вращение Луны постепенно сместит эту площадку из плоскости орбиты корабля "Аполлон". То есть корабль больше не будет проходить над местом посадки лунного модуля каждые два часа. Лунный модуль "Bug" или корабль "Аполлон" (или оба) должны будут расходовать топливо для выполнения маневра по смене наклонения орбиты, чтобы совместить свои орбиты, прежде чем произойдет их сближение и стыковка. Однако LaRC отметил, что смена наклонения орбиты, будет незначительной.
LaRC предположил, что посадка на Луну должна произойти ближе к местному лунному полдню, что позволит избежать ярких бликов и черных теней на освещенной солнцем стороне. Перед отделением "Жука" экипаж корабля должен был исследовать Луну с орбиты, чтобы окончательно выбрать место посадки. Затем один или два астронавта войдут в лунный модуль, отстыкуются и на короткое время запустят его двигатели, чтобы отойти от "Аполлона". Это предотвратило бы попадание корабля в шлейф двигателя «Жука», когда бы он начал маневр спуска на Луну. LaRC рекомендовал устанавливать на лунный модуль два двигателя для резервирования и улучшения маневренности, они должны были быть способны к дросселированию и повороту для управления.
На полпути от выбранного места посадки, над обратной стороной Луны, пилот «Жука» должен был запустить двигатели, чтобы замедлить посадочный модуль на 18 метров в секунду. Это опустило бы его орбиту так, чтобы она пересекла поверхность в месте посадки. Затем «Жук» летел по инерции в течение часа, теряя высоту. "Жук" и "Аполлон" будут оставаться в визуальном и радиоконтакте на протяжении всего спуска.
Примерно в 160 километрах от места приземления пилот лунного модуля запускал два двигателя, чтобы снизить скорость, а затем начинал маневр посадки. Модуль при этом будет постепенно менять свой наклон, чтобы он добрался до места посадки с направленными вниз двигателями и опорами для своей посадки. Затем у пилота будет одна минута на зависание, чтобы выбрать безопасное место перед окончательным спуском.
Во всех проектах LaRC лунный модуль "Bug" должен был использовать два двигателя для спуска и взлета. Если посадка оказывалась невозможной, пилот мог вернуть модуль на лунную орбиту.
После завершения своей миссии на поверхности Луны, астронавт или астронавты должны были подготовить модуль к взлету. Непосредственно перед стартом орбитальный корабль «Аполлон» должен был подняться над горизонтом Луны и попасть в поле зрения экипажа лунного модуля. Пилот модуля «Bug» замечал его визуально и с помощью радара, а затем запускал двигатели. Модуль должен был подняться на высоту в 16 километров, а затем двигаться по дуге в течение 33 минут. Между тем, космический корабль "Аполлон" будет лететь по своей орбите над местом посадки, опередив лунный модуль.
Оснащенный гироскопом "инерциальный ориентир» должен был предоставлять пилоту лунного модуля данные о наведении. Однако, если электронные средства не помогли бы, он мог завершить сближение и стыковку с помощью визуальных сигналов. Пилот должен был начать наведение на мигающий маяк корабля "Аполлон", находящийся примерно в 70 метрах от него. Стыковка должна была происходить над ночной стороной Луны, чтобы избежать бликов от солнца и улучшить видимость маяка. После стыковки астронавт или астронавты должны были перебраться на корабль "Аполлон" и отстыковать лунный модуль "Bug".
Небольшой двигательный модуль корабля «Аполлон» должен был быть запущен во второй раз, чтобы вывести корабль с лунной орбиты, а затем он должен был быть отброшен. LaRC сообщил, что ведутся исследования оптимальных траекторий возвращения на Землю для осуществления посадки капсулы корабля на территории США.
НАСА официально приняло режим лунно-орбитльного рандеву LOR в июле 1962 года. Космический корабль "Аполлон" стал известен как командно-служебный модуль (CSM), а лунный модуль «Bug» стал обозначатся как лунный экскурсионный модуль - LEM, чуть позже его название было изменено на лунный модуль, или LM. 7 ноября 1962 года НАСА заключило контракт по проектированию LEM с корпорацией Grumman Aircraft Engineering Corporation в Бетпейдже, Лонг-Айленд, Нью-Йорк. В конструкции лунного модуля от Grumman были предусмотрены отдельные ступени спуска и подъема.
Ранние проекты лунного модуля черпали вдохновение в конструкции небольших вертолетов, поэтому лунный модуль имел изогнутые поверхности и большие окна. Однако по мере развития дизайна, лунный модуль стал граненым и асимметричным, с небольшими треугольными окнами. Эти изменения уменьшили массу лунного модуля что было жизненно необходимо.
Ни один лунный модуль не был таким легким, как даже самый тяжелый проект лунного модуля "Bug" от LaRC. Лунный модуль миссии "Аполлон-11" "Орел" имел сухую массу в 4205 килограмм, что было примерно в 2,5 раза больше сухой массы самого тяжелого модуля "Plush Bug". Маловероятно, что Хуболт и его коллеги сознательно занижали свои оценки массы лунных модулей. Скорее всего большинство систем оказались тяжелее, чем предполагалось изначально, потому как раньше никто и никогда не строил пилотируемые лунные космические корабли.
В рамках подготовки к первой пилотируемой посадке на Луну НАСА выполнило миссии зондов Ranger, Surveyor и Lunar Orbiter. В основном они были сосредоточены на экваториальных и околоэкваториальных районах видимой стороны Луны. Три зонда Ranger сфотографировали небольшие участки Луны крупным планом, перед тем как они падали на ее поверхность, пять зондов Surveyor совершили мягкую посадку, сфотографировали, проанализировали и изучили лунную поверхность, а пять орбитальных аппаратов зондов Lunar Orbiter сфотографировали большие регионы Луны и потенциальные места посадки лунных модулей. Между тем, 10 пилотируемых миссий выполненных по программе "Джемини" дали возможность астронавтам отработать выход в открытый космос и выполнить стыковки.
Лунный модуль впервые достиг космоса на ракете Saturn IB (модернизированный вариант Saturn C-1) во время беспилотной миссии "Аполлон-5" в январе 1968 года. Миссия «Аполлон-7», также запущенная на ракете Saturn IB, была пилотируемым испытанием командно-служебного модуля на околоземной орбите.
Миссии "Аполлон" с "8" по "17", запускались на трехступенчатой ракете Saturn V. Это была более мощная ракета, чем ракеты Saturn C-3 и Saturn C-4, описанные в отчете LaRC для комитета Головина, и которые так и не были построены. "Аполлон-8" был пилотируемым полетом на лунную орбиту. "Аполлон-9" был пилотируемым испытанием командно-служебного и лунного модулей на околоземной орбите. "Аполлон-10", который включал в себя командно-служебный и лунный модуль, был генеральной репетицией перед первой попыткой посадки на Луну, запланированной в миссии "Аполлон-11". Астронавты использовали режим LOR для успешной посадки на Луну шесть раз, в период с июля 1969 года по декабрь 1972 года ("Аполлоны-11", "12", "14", "15", "16" и "17").
В апреле 1970 года лунный модуль служил спасательной шлюпкой для астронавтов "Аполлона-13" Джеймса Ловелла, Фреда Хейза и Джека Свайгерта после того, как взрыв кислородного баллона повредил командно-служебный модуль "Одиссей" на пути к Луне.
Экипаж "Аполлона-13" использовал двигатель ступени спуска лунного модуля и его навигационные средства, чтобы изменить свой курс на траекторию свободного возвращения обратно на Землю. Они полагались на систему жизнеобеспечения лунного модуля для обеспечения кислородом и очистки выдыхаемого углекислого газа из воздуха в кабине корабля. Если бы космический корабль "Аполлон" потерпел бы подобную неудачу, его экипаж почти наверняка погиб бы от удушья, столкновения с Луной (если он направлялся на Луну) или неконтролируемого входа в атмосферу Земли (если бы он направлялся на Землю).
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!