Приветствую вас!
Всем известная миссия - "Аполлон-13", которая потерпела неудачу из-за взрыва кислородного бака, освещена достаточно подробно. Но каковы же были основные цели этой миссии? Какую научную пользу принес бы этот полет, если бы не случилась авария? Поговорим об этом сегодня.
Основываясь на опыте двух предыдущих миссий по высадке на Луну, основными целями миссии «Аполлон-13» были: осмотр, обследование и отбор образцов лунного грунта и горных пород в заранее выбранном месте посадки, развертывание комплекта лунных научных экспериментов ALSEP, фотографирование потенциальных будущих мест посадки.
Экипаж миссии
Агентство НАСА официально объявило экипаж миссии «Аполлон-13» 9 августа 1969 года. Основной экипаж состоял из капитана ВМС США Джеймса Ловелла в качестве командира экипажа , лейтенанта ВМС США Томаса Маттингли в качестве пилота командного модуля ,и Фреда Хейза в качестве пилота лунного модуля.
Джеймс Ловелл, уже ранее летал в космос в качестве пилота в миссии «Джемини-7» в декабре 1965, был командиром миссии «Джемини-12» в ноябре 1966 года, а также главным пилотом в миссии «Аполлон- 8» в декабре 1968 года. На тот момент Ловелл удерживал совокупный рекорд космических полетов, проведя в космосе почти 24 дня. Миссия «Аполлон-13» сделала Джеймса Ловелла первым человеком, который четыре раза летал в космос, в том числе дважды к Луне. Ранее Ловелл также был назначен командиром миссии «Аполлон-11» в дублирующим экипаже.
Томас «Кен» Маттингли, был выбран в пятую группу астронавтов НАСА в апреле 1966 года. Ранее он не совершил ни одного космического полета, но был назначен в дублирующий экипаж «Аполлона-11».
Фред Хейз, был гражданским летчиком-испытателем НАСА, прежде чем был выбран в качестве астронавта. Он также был назначен в дублирующий экипаж миссии «Аполлон-11» в качестве пилота лунного модуля.
В резервный экипаж миссии «Аполлон-13» вошел Джон Янг, который был выбран в состав второй группы астронавтов НАСА. Ранее Янг уже летал космос в качестве пилота миссии «Джемини-3» в марте 1965 года; в качестве командира миссии «Джемини-10» в июле 1966 года; и в качестве пилота командного модуля в миссии «Аполлон-10» в мае 1969.
Дублирующим пилотом командного модуля был назначен Джон Суайгерт, который прежде чем стать астронавтом был гражданским летчиком-испытателем в компании North American Aviation.
Резервным пилотом лунного модуля был назначен Чарльз Дьюк. Суайгерт, Дьюк, Маттингли и Хейз входили в пятую группу астронавтов НАСА , и ни один из них еще не летал в космос.
Ракета-носитель и лунный модуль
Ракетой-носителем для миссии «Аполлон-13» была ракета «Сатурн-5» под номером SA-508. За исключением незначительных модификаций, основанных на предыдущем опыте полетов, SA-508 была идентична ракетам использовавшимся в более ранних миссиях по высадке на Луну. Космическими аппаратами, назначенными для этой миссии, были командно-служебный модуль «Аполлон» CSM-109 и лунный модуль LM-7. Командно-служебный модуль имел стартовую массу 28,8 790 тонн. Полностью заправленный лунный модуль имел массу 15,2 тонны.
Чтобы избежать путаницы во время связи, двум космическим аппаратам были даны позывные. Командно-служебный модуль использовал позывной «Одиссей», в качестве дани уважения научно-фантастическому фильму Стэнли Кубрика 1968 года - «Космическая одиссея 2001 года».
Луный LM-7 получил позывной «Аквариус» («Aquarius») – «Водолей» в честь зодиакального знака зодиака, а также названия хита группы Fifth Dimension из мюзикла Hair , выпущенного в 1969 году.
План миссии
10 декабря 1969 года руководители программы «Аполлон» официально выбрали место посадки для миссии «Аполлон-13». Оно располагалось в формации Фра Мауро в 40 километрах к северу от 95-километрового, затопленного базальтом лунного кратера с тем же названием, который располагался на восточном краю Океана Бурь. Эта формация носила имя итальянского картографа XV века - Фра Мауро.
Впервые эта область Луны была сфотографирована зондом Lunar Orbiter 3 в феврале 1967 года. В этой области преобладает холмистая местность, которая, как полагали ученые, является последствием выброса от падения гигантского астероида, который создал Море Дождей шириной 1200 километров.
Образцы грунта и горных пород из этой области позволили бы проанализировать материал, из нижней части коры Луны. Хотя этот регион и был более сложным, чем места посадки миссий «Аполлон-11» и «Аполлон-12», его изучение было одной из приоритетных задач.
Центр посадочного эллипса миссии «Аполлон-13» располагался на относительно плоской равнине в 1,8 км к западу от 330-метрового кратера, неофициально названного «Конусный кратер». Геологи выбрали это место, потому что оно обеспечивало доступ к различным геологическим объектам, но особенно их интересовала посадка в пешей доступности от Конусного кратера, что позволило бы взять геологические пробы в непосредственной близости от него. После анализа фотографий, полученных во время миссии «Аполлон-12» в ноябре 1969 года, место посадки было признано достаточно безопасным.
Учитывая ограничения по запуску, и условиям освещения на поверхности Луны, было доступно одно окно запуска, выпадавшее на 11 апреля 1970 года с 19:33 до 22:37 по Гринвичу. В отличие от предыдущих посадок на Луну, миссии «Аполлон-13» не имела резервного места для посадки, и, следовательно, резервной даты запуска в течении текущего месяца.
В случае пропуска стартового окна в апреле, существовало три стартовых окна - 9, 10 и 11 мая. Стартовые окна 10 и 11 мая позволили бы выполнить посадку при углах возвышения Солнца над лунным горизонтом в 7,8° и 18,5° соответственно. При запуске миссии 9 мая, экипаж должен был провести дополнительный день на лунной орбите, чтобы осуществить посадку после местного рассвета.
Запуск миссии «Аполлон-13» должен был быть осуществлен с площадки A стартового комплекса №39 на мысе Кеннеди. Первые две ступени ракеты «Сатурн-5» должны будут вывести командно-служебный и лунный модуль, вместе с третьей ступенью ракеты на временную орбиту вокруг Земли, высотой 190 километров. Затем, в течение следующих двух часов, будут проведены проверки всех систем космического корабля, прежде чем будет принято окончательное решение о продолжении полета к Луне.
Если все будет хорошо, через 2,5 часа третья ступень запустит свой двигатель, который будет работать в течении 351 секунды для выполнения маневра транслунного выведения. Это включение выведет «Аполон-13» на геоцентрическую орбиту, которая пересечет орбиту Луны. После этого командно-служебный модуль состыкуется с лунным модулем, и извлечет его из адаптера третьей ступени, а затем отойдет от отработанной ступени.
После этого, отработанная ступень сбросит остатки топлива, чтобы отклониться в сторону, и в конце концов столкнуться с поверхностью Луны. В более ранних лунных миссиях по программе «Аполлон» отработанная третья ступень ракеты отправлялась на орбиту вокруг Солнца. Двигатели вспомогательной двигательной системы (APS) третьей ступени должны были быть запущены примерно через шесть часов после запуска, чтобы точно скорректировать ее траекторию. Ступень должна была столкнуться с поверхностью Луны 15 апреля в 00:59 по Гринвичу, примерно в 200 километрах к западу от места посадки миссии «Аполлон-12». Удар, эквивалентный энергии взрыва одной тонны тротила, создаст сейсмические колебания , которые можно будет зафиксировать с помощью сейсмометра ALSEP, установленного миссией «Аполлон-12».
Как и предыдущая миссия «Аполлона-12», миссия «Аполлон-13» будет следовать к Луне по гибридной траектории. После маневра транслунного выведения, «Аполлон-13» будет следовать по траектории свободного возвращения, которая позволит космическому кораблю обогнуть Луну, пролетев на высоте 389 километров над ее поверхностью, и вернуться обратно на Землю без каких-либо серьезных маневров в случае возникновения проблем с завершением миссии.
Коррекция курса была запланирована через 9 часов после запуска, чтобы скорректировать траекторию свободного возвращения. Если все системы корабля пройдут проверку, маршевый двигатель командно-служебного модуля выполнит коррекцию курса на среднем участке полета, что позволит перейти от траектории свободного возвращения к новой траектории полета, которая пройдет на высоте 109 километров над поверхностью Луны. Новая траектория полета позволит уменьшить скорость, необходимую для выхода на желаемую лунную орбиту. Если предположить, что во время полета к Луне все пройдет хорошо, корабль выполнит включение двигателя для выхода на лунную орбиту параметром 106 на 311 километров.
В более ранних лунных миссиях, корабль «Аполлон» совершал второе включение двигателя после двух оборотов вокруг Луны, чтобы выйти на круговую орбиту высотой 111 километров. На следующий день - после отстыковки лунного модуля, он выполнял включение своего двигателя и опускал свою орбиту до высоты в 15 километров, в качестве начального шага перед посадкой на Луну.
Однако в миссии «Аполлон-13» маршевый двигатель командно-служебного модуля должен был опустить орбиту всей связки до высоты в 13 километров. Использование маршевого двигателя командно-служебного модуля для этого маневра, вместо использования двигателя ступени спуска лунного модуля, помогло бы увеличить запас топлива в лунном модуле во время посадки; это также улучшало точность навигации.
Проведя день на лунной орбите, проверяя лунный модуль, Ловелл и Хейз должны были перейти в лунный модуль «Аквариус», чтобы подготовиться к спуску на Луну. Затем Маттингли должен был отстыковать командно-служебный модуль «Одиссей».
Когда, «Одиссей» приблизится к апоселению (наивысшей высоте лунной орбиты), Маттингли должен был запустить маршевый двигатель корабля, чтобы выйти на более круговую орбиту параметром 96 на 115 километров, на которой он должен был оставаться до возвращения лунного модуля. Тем временем астронавты лунного модуля должны были запустить двигатель посадочной ступени, чтобы начать свой спуск на поверхность Луны, по мере приближения к периселению (низшей точки лунной орбиты), и совершить посадку.
Находясь на поверхности Луны, Ловелл и Хейз должны были приступить к проверке систем лунного модуля после посадки. Планировалось, что «Аквариус» проведет на поверхности Луны 33,5 часа — немного дольше, чем 31,5 час, которые астронавты миссии «Аполлон-12» провели на Луне. После перерыва на прием пищи, следовала подготовка к первому выходу на поверхность Луны.
Дополнительное время, которое астронавты «Аполлон-13 должны были провести на Луне, позволило бы продлить два выхода на поверхность Луны с 3,5 часов, изначально запланированных для миссии «Аполлон-12», до четырех часов. Выходы астронавтов на поверхность Луны, при необходимости, могли быть продлены на один час.
Выходы в открытый космос
Первый выход в открытый космос должен был начатся с разгерметизации кабины лунного модуля. Через 16 минут Ловелл должен был выйти первым из лунного модуля и ступить на поверхность Луны. После того, как Ловелл ознакомится с окружающей средой и соберет образец на случай непредвиденных обстоятельств, к нему должен был присоединится и Хейз.
Первый час выхода на поверхность Луны должен был быть потрачен на установку антенны S-диапазона, перемещения телевизионной камеры, примерно на 15 метров от лунного модуля для записи действий астронавтов в открытом космосе. Затем астронавты должны были осмотреть лунный модуль, и установить флаг на поверхности Луны. Примерно полтора часа будет потрачено на развертывание пакета приборов ALSEP в 90 метрах от лунного модуля.
ALSEP состоял из четырех инструментов и центральной станции, которая передавала данные на Землю после того как астронавты покидали поверхность Луны. Инструменты должны были изучать заряженные частицы, тонкую лунную атмосферу, тепловые потоки и сейсмическую активность. Питание для пакета приборов ALSEP должен был обеспечивать радиоизотопный термоэлектрический генератор SNAP 27, который преобразовывал тепло, выделяемое при распаде плутония-238, в 63 Вт электроэнергии.
После развертывания пакета приборов ALSEP Ловелл и Хейз должны были совершить геологический траверс к западу от лунного модуля к кратеру «Star Crater» и посетить кратер «Doublet Craters» на обратном пути, собирая образцы лунных пород. Ожидалось, что общее расстояние траверса составит около 1,5 километров.
Перед повторным входом в кабину лунного модуля, Хейз должен будет развернуть эксперимент изучению по солнечного ветра. Он состоял из листа сверхчистой алюминиевой фольги, размером 30 на 140 сантиметров, который крепился к телескопической штанге. Затем оба астронавта должны были вернуться в лунный модуль, чтобы завершить первый выход на поверхность Луны. После всех проверок и сеанса связи, следовал период отдыха экипажа.
Через 9,5 часов, Ловелл и Хейз должны были начать подготовку ко второму выходу. Основной целью второго выхода на поверхность Луны было выполнение 2,7-километрового геологического траверса к востоку от лунного модуля в направлении Конического кратера. По плану во время этого траверса будет посещен ряд участков, определенных геологами. Будут собраны образцы поверхности, а также сделаны ряд фотографий. После возвращения в лунный модуль, астронавты будут работать вместе, чтобы разместить все образцы и снаряжение для их возвращения на Землю. Затем Ловелл и Хейз должны были пройти инструктаж и начать подготовку к старту.
Возвращение на лунную орбиту
Примерно через 5,5 часов после запланированного окончания второго выхода на лунную поверхность, должен был произойти старт взлетной ступени лунного модуля с поверхности Луны. Двигатель взлетной ступени должен был работать в течении 7 минут и 8 секунд, и вывести взлетную ступень на начальную орбиту параметром 17 на 81 километр, примерно в 494 километрах позади и на 94 километра ниже командно-служебного модуля «Одиссей». В течение следующих 3,5 часов, по мере того как расстояние между двумя космическими аппаратами начнет сокращаться, лунный модуль «Аквариус» используя двигатели системы ориентации, выполнит серию маневров для повышения своей орбиты и сближения с «Одиссеем». После этого должна была состоятся стыковка двух космических аппаратов.
После передачи 43 килограмм образцов лунного грунта и другого оборудования, через 2,5 часа взлетная ступень лунного модуля будет расстыкована. Затем взлетная ступень лунного модуля будет сведена с орбиты, с помощью дистанционного управления, и нацелена на столкновение с лунной поверхностью в 67,6 километрах к северо-западу от места посадки миссии «Аполлон-13», для исследования лунной поверхности с помощью сейсмометра.
Фотографическая миссия на лунной орбите
Одной из целей миссии «Аполлон-13», было фотографирование потенциальных мест будущих посадок по программе «Аполлон», и других целей на лунной поверхности, представляющих научный интерес. Хотя эта задача и выполнялась во время более ранних лунных миссий, с использованием одной из камер Hasselblad, впервые для этой работы должна будет использована специальная 29-килограммовая лунная топографическая камера Hycon (LTC). Камера LTC могла фотографировать объекты размером от 5 до 8 метров с высоты 111 километров или от 1 до 1,5 метров во время низких пролетов на высоте 13 километров.
Одной из целей фотографической миссии, был четырехкилометровый кратер Цензоринус, который должен был быть сфотографирован с начальной орбиты «Одиссея». Затем должен был быть запущен маршевый двигатель космического корабля чтобы увеличить наклонение орбиты до 11,4° (на самом деле, поскольку «Аполлон-13» находился на ретроградной орбите, наклонение было бы уменьшено до 168,6°). С этой орбиты экипаж, с помощью камеры LTC, должен был сфотографировать кратер Декарт и цепочку кратеров Дэви Рилл, которые станут будущим местом посадки миссии Аполлон-16.
Возвращение домой
После завершения всех задач, экипаж активирует маршевый двигатель корабля чтобы отправится обратно к Земле. Во время обратного полета должно было состояться до трех маневров по корректировке орбиты корабля, чтобы гарантировать то, что «Аполлон» точно войдет в узкий коридор для своего приземления. После входа в атмосферу и торможения, капсула космического корабля должна была приводнится в центральной части Тихого, где его будет ждать основное спасательное судно - авианосец USS "Иво Джима". При условии своевременного запуска общая продолжительность миссии должна была составить 10 дней, 1 час и 4 минуты.
Альтернативные варианты миссии"Аполлон-13"
Как и в более ранних миссиях программы «Аполлон», существовало несколько вариантов альтернативных планов, доступных в случае возникновения проблем. Если бы возникала проблема с командно-служебным модулем, при достижении околоземной орбиты, которая бы требовала немедленного возвращения, «Одиссей» отделялся бы от третьей ступени ракеты и вернулся бы обратно на Землю. Если бы возникла проблема с третьей ступенью или другая проблема, которая бы не позволила отправиться к Луне, то должна была состоятся альтернативная околоземная орбитальная миссия. «Одиссей» должен был состыковывался с лунным модулем и извлечь его из адаптера третьей ступени ракеты. Затем экипаж должен был войти в лунный модуль, чтобы забрать камеры, а затем свести его с орбиты над Тихим океаном, чтобы минимизировать угрозу от радиоизотопного источника генератора SNAP-27, который был разработан таким образом, чтобы пережить возвращение в атмосферу Земли в целости и сохранности. Затем «Одиссей» используя маршевый двигатель должен был совершить маневр по смене наклонения своей орбиты до 40° для выполнения миссии по фотографированию Земли.
Также существовал ряд вариантов отмены полета во время перелета к Луне. Если требовалось возвращение на Землю, а командно-служебный модуль все еще функционировал, экипаж должен был отстыковать лунный модуль, а затем используя маршевый двигатель корабля вернутся на Землю. Если бы в полете возникли проблемы со служебным модулем корабля (что в последствии и произошло), лунный модуль должен был оставаться пристыкованным к командно-служебному модулю, и использоваться как спасательная шлюпка, для выполнения маневров, необходимых для возвращения обратно.
Если бы с лунным модулем возникли проблемы при приближении к Луне, или во время нахождения на лунной орбите, экипаж должен был отстыковать его, и выполнить фотографическую миссию на орбите Луны.
Об одной такой альтернативной миссии "Аполлона-13" речь шла в статье:
Замена в экипаже
Когда до запуска миссии «Аполлон-13» оставалось всего шесть дней, Чарльз Дьюк, который был членом дублирующего экипажа, заразился краснухой (также известной как немецкая корь). Томас Маттингли, который контактировал с Дьюком и не имел иммунитета к краснухе, был заменен Джоном Суайгертом.
Миссия "Аполлон-13"
11 апреля в 19:13:00 по Гринвичу состоялся старт миссии «Аполлон-13».
Единственной серьезной проблемой, возникшей во время полета на орбиту, была чрезмерная продольная вибрация при работе второй ступени ракеты, что привело к отключению центральный двигателя J-2 на 132 секунды раньше, чем было планировано. Оставшиеся четыре двигателя J-2 работали на 34 секунды дольше, чем изначально планировалось, прежде чем произошло отключение двигателей второй ступени. «Аполлон-13» вышел на орбиту параметром 183,9 на 185,8 км, что было немного ниже чем было запланировано.
Двигатель третьей ступень ракеты была повторно запущен для выполнения маневра транслунного выведения. Полтора часа спустя «Одиссей» извлек лунный модуль «Аквариус» из адаптера третьей ступени ракеты "Сатурн-5". Все шло по плану до 13 апреля, после того как экипаж выполнил включение маршевого двигателя, чтобы уйти с траектории свободного возвращения. Суайгерт включил вентилятор в кислородном баке № 2 служебного модуля , пока Ловелл и Хейз проводили проверку лунного модуля. В то время никто не знал, что внутри бака произошло короткое замыкание, в результате чего электрическая дуга воспламенила поврежденную проводку вентилятора. Последовал каскад событий, в результате которого примерно через 95 секунд произошел взрыв бака №2. В последующие минуты выяснилось, что экипаж находится в опасности, и посадка «Аполлона-13» на Луну была отменена.
Ну а остальное вы знаете. Лунный модуль «Аквариус» стал спасательной шлюпкой для экипажа. Благодаря изобретательности и мужеству экипажа и наземных команд, Ловелл, Суайгерт и Хейз благополучно вернулись на Землю, приводнившись в Тихом океане на четыре дня раньше запланированного срока - 17 апреля 1970 года. Пока расследовалась причина аварии «Аполлона-13» НАСА приостановило все дальнейшие полеты.
Старт следующей миссии - «Аполлон-14», состоится 31 января 1971 года.