Приветствую вас мои космические друзья!
Сегодня поговорим об испытательном полете по программе "Аполлон" - AS-201.
Миссия Apollo AS-201 не была первым испытательным полетом по программе «Аполлон». Начиная с миссии Apollo A-101 в мае 1964 года, в течение 15 месяцев агентство НАСА вывело на орбиту в общей сложности пять полезных нагрузок, связанных с программой «Аполлон». И хотя аппаратное обеспечение этих миссий состояло из шаблонных макетов командно-служебного модуля корабля «Аполлон» (Command-Service Module - CSM), они собрали важные данные об аэродинамических и структурных свойствах космического корабля во время реальных полетов. Во время этих миссий также проверялось отделение системы аварийного спасения (LES).
Шаблонные модели командного модуля (Command Module - CM) также использовались в серии испытаний на прерывание запуска, начавшихся в ноябре 1963 года. Они включали испытания на прерывание запуска только с использованием системы LES и командного модуля, а также полеты с использованием ракеты Little Joe II для испытания LES в гораздо более напряженных условиях полета. Эта программа летных испытаний достигла кульминации в миссии A-004, запущенной 20 января 1966 года. В этом полете впервые было испытано серийное летное оборудование.
После успешного завершения этих испытательных полетов пришло время для летных испытаний реального оборудования по программе «Аполлон», которое фактически должно было вывести астронавтов на околоземную орбиту.
На этом этапе программы «Аполлон» существовало две версии космического корабля «Аполлон», которые строила компания North American Aviation. Первый вариант космического корабля, обозначенный как Block I, предназначался для испытательных полетов на низкой околоземной орбите с целью проверки базовой конструкции корабля. Уроки, извлеченные из этих миссий, должны были быть включены в конструкцию усовершенствованного корабля Apollo CSM Block II, который также будет включать все оборудование, необходимое для полета на Луну. Командный модуль, который перевозил астронавтов во время их миссии, имел коническую форму диаметром 3,9 метра и высотой 3,2 метра. Служебный модуль корабля, включал все системы и расходные материалы, необходимые для поддержания жизнедеятельности астронавтов в их миссии. Он имел цилиндрическую форму цилиндром и тот же диаметр что и командный модуль. Общая высота CSM составляла 11 метров, а версия Block I имела номинальную массу до 20 метрических тонн или более, в зависимости от загрузки корабля топливом.
Ракетой-носителем для орбитальных миссий корабля Apollo Block I стала «Сатурн-IB». Это была существенно улучшенная версия ракеты «Сатурн-1», изначально разработанная командой под руководством знаменитого инженера Вернера фон Брауна и базирующаяся в Космическом центре имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама.
Первая ступень этой ракеты-носителя, построенная компанией Chrysler, имела обозначение S-IB. Она была обновленной версией ступени SI ракеты «Сатурн-1», успешно запущенной десять раз в период между 1960 и 1965 годами, во время программы испытательных полетов ракеты «Сатурн-1». Как и ступень SI, конструкция ступени S-IB состояла из набора из восьми баков диаметром 1,8 метра, содержащих жидкий кислород и керосин, которые перекочевали из конструкции ракеты «Редстоун». Топливные баки были сгруппированных вокруг одного 2,7-метрового бака с жидким кислородом, конструкция которого пришла из конструкции бака ракеты «Юпитер». Новый набор стреловидных килей, а также множество других изменений сделали ступень на 9 тонн легче по сравнению с конструкцией первой ступени ракеты «Сатурн-1».
Первая ступень S-IB был оснащена восемью усовершенствованными двигателями Rocketdyne H-1, общая тяга которых была увеличена с 6683 до 7120 килоньютон.
Самым большим изменением при создании ракеты «Сатурн-IB» подверглась вторая ступень, обозначенная как S-IVB. Она была построена компанией Douglas Aircraft Company. Вместо шести двигателей Pratt & Whitney RL-10, которые выдавали в общей сложности 400 кН тяги на ступени S-IV, используемой на ракете «Сатурн-1», новая и более крупная ступень S-IVB имела один двигатель Rocketdyne J-2 который создавал 890 килоньютон тяги с использованием той же комбинации топлива - жидкого водорода и жидкого кислорода.
Помимо увеличения грузоподъемности ракеты «Сатурн-IB», для того чтобы она могла выводить командно-служебный или лунный модуль на околоземную орбиту, первые испытательные полеты также позволили провести летные испытания почти идентичной версии ступени S-IVB, которая будет использоваться в качестве третьей ступени ракеты «Сатурн-V», которая в конечном счете отправит людей на Луну.
Конический адаптер, состоящий из четырех панелей, соединял вторую ступень S-IVB с командно-служебным модулем CSM. Ракета-носитель «Сатурн-IB без полезной нагрузки имела высоту 43,2 метра и изначально была способна выводить на низкую околоземную орбиту до 17 тонн полезной нагрузки. Общая высота связки «Аполлон-Сатурн-IB» составляла 68,3 метра, а ее стартовая масса составляла 598 тонн.
Основной целью первого испытательного полета «Аполлон-Сатурн-IB», стала проверка производительности ракеты «Сатурн-IB», а также проверка конструкции и некоторых жизненно важных систем корабля Apollo Block I CSM. Было решено, что для этого первого полета, будет достаточно простой баллистической траектории, с общим временем полета чуть более 30 минут. Ракета «Сатурн-IB», обозначенная как SA-201, должна была вывести космический корабль - CSM-009, на суборбитальную траекторию с максимальной высотой полета около 425 километров. После достижения апогея, маршевый двигатель космического корабля (SPS) будет запущен дважды, чтобы увеличить скорость космического корабля. Затем командный модуль войдет в атмосферу Земли на скорости 8200 метров в секунду для относительно жесткого входа в атмосферу с перегрузками в 16 G. Это будет медленнее, чем вход в атмосферу после возвращения с Луны, но более жесткий, чем обычный вход в атмосферу с околоземной орбиты. Этот маневр позволит проверить теплозащитный экран корабля «Аполлон» на нагрев до значений в 2,3 мегаватта на квадратный метр. Затем командный модуль должен будет приводнится бы примерно в 8500 километрах от места старта, где его встретят спасательные команды.
Для миссии AS-201 служебный модуль нес всего в 3 метрических тонны топлива для испытания маршевого двигателя SPS. Космический корабль будет использовать для своего питания батареи вместо топливных элементов, которые потребуются для более длительных орбитальных миссий. Кроме того, корабль CSM-009 не будет включать систему связи S-диапазона, а также системы навигации или наведения. Вместо этого будет использоваться довольно простой секвенсор управления полетом. Также в корабле CM-009 отсутствовали сиденья для астронавтов, дисплеи и сопутствующее оборудование. Стартовая масса CSM-009 была относительно легкой (по стандартам программы «Аполлон») - 15 297 килограмм, но в любом случае это была самая тяжелая конструкция пилотируемого космического корабля, которая в то время была запущена в космос, побив предыдущего рекорд в 5682 килограмм который имел советский космический корабль «Восход-2», запущенный в марте 1965 года.
Первым элементом летного оборудования для миссии AS-201, прибывшим на мыс Кеннеди 14 августа 1965 года, была первая ступень S-IB. Всего четыре дня спустя она была установлена на площадке стартового комплекса 34 (LC-34) вместе с макетом второй ступени, известным как S-IVB-F, который был специально построен для испытаний на объектах. Стартовый комплекс LC-34 претерпел значительные усовершенствования для поддержки запусков «Аполлон-Сатурн-IB», с тех пор, как он использовался для испытательного полета ракеты «Сатурн-I» в миссии SA-4 в марте 1963 года. Вторая ступень S-IVB-201 для этого полета, прибыла на Мыс 19 сентября. Она была установлена поверх первой ступени 1 октября. 25 октября к ним был добавлен модуль управления ракетой (Instrument Unit - IU ), после чего сборка ракеты «Сатурн-IB», SA-201 была завершена.
Командный модуль CM-009 прибыл 25 октября 1965 года, а затем, два дня спустя, прибыл и служебный модуль SM-009. После завершения всех испытаний к 19 февраля все было готово для старта миссии AS-201.
Обратный отсчет начался в полночь 20 февраля 1966 года. Погода и проблемы со станцией слежения за траекторией полета, привели к серии задержек в течение следующих нескольких дней. Обратный отсчет возобновился поздно вечером 25 февраля. Обратный отсчет дошел до 4 секунд до старта, когда проблема с клапаном в баллоне с азотом на первой ступени, автоматически остановила отчет. После первоначального решения отменить запуск проблема была устранена, и миссия AS-201 наконец стартовала в 11:12:03 утра по восточному времени 26 февраля 1966 года.
Единственная проблема, возникшая во время этого запуска, произошла на земле. Высоковольтный предохранитель на электрической подстанции отказал через несколько секунд после старта, что помешало работе системы водяного гашения на стартовом комплексе LC-34. В результате чего пламя и вибрация от взлетающей ракеты нанесли значительный ущерб стартовой площадке.
Первая ступень ракеты S-IB работала почти идеально. На высоте 58 километров вторая ступень S-IVB отделилась от первой ступени и начала последовательность зажигания своего двигателя. Через 173 секунды после запуска была сброшена башня системы аварийного спасения космического корабля. За этим последовал сброс пары отсеков с камерами из отработавшей первой ступени, которые зафиксировали разделение первой и второй ступени.
Единственной серьезной проблемой во время работы двигателя второй ступени была более низкая тяга двигателя J-2, из-за отклонения от предписанного соотношения компонентов топливной смеси. Система наведения ракеты компенсировала это, увеличив время работы двигателя J-2 на 9,3 секунды. При отключении двигателя, через десять минут после старта космический корабль находился на высоте 740 метров и двигался всего на 0,5 метра в секунду медленнее, чем предполагалось. Теперь космический аппарат находился на 31 километр дальше по траектории своего полета, , из-за более длительного времени работы двигателя второй ступени.
После четырех минут полета по инерции четыре панели адаптера, соединяющие командно-служебный модуль корабля «Аполлон» CSM с его ракетой-носителем, открылись. Затем двигатели системы ориентации корабля работали в течение 18 секунд, чтобы отвести корабль от отработавшей второй ступени. Корабль продолжал следовать своей баллистической траектории над Атлантикой, достигнув пиковой высоты в 418 километров, на расстоянии в 4473 километров от места старта через 18 минут и 4 секунды после запуска.
Через 97 секунд включились двигатели, чтобы осадить топливо в баках корабля, а через 30 секунд последовало зажигание маршевого двигателя, чтобы увеличить скорость корабля на пути к атмосфере Земли.
Гелий, непреднамеренно попавший в бак окислителя во время наземных испытаний, привел к снижению тяги двигателя примерно через 80 секунд. При этом двигатель AJ10-137 вырабатывал только 30% от предполагаемой тяги к моменту отключения двигателя через 104 секунды. Двигатель продолжал испытывать проблемы и во время второго десятисекундного включения, которое должно было проверить способность двигателя к перезапуску.
Космический корабль развернулся на 90°, и служебный модуль отделился от командного. Затем командный модуль использую собственные двигатели управления ориентацией, продолжил свой разворот чтобы сориентироваться теплозащитным экраном в направлении полета, перед заключительным этапом испытательного полета.
Из-за недостатка тяги маршевого двигателя командный модуль «Аполлон» AS-201 двигался на 238 метров в секунду медленнее и на 0,44° ниже запланированной траектории. Неисправность в электросистеме командного модуля также привела к потере рулевого управления, и капсула корабля стала вращаться во время входа в атмосферу. В то время как температура теплового экрана достигла 2000° C во время входа в атмосферу, перегрузки достигли пика в 14,3 G, что было выше, чем ожидалось во время обычного входа в атмосферу, но все же они были ниже, чем запланированные перегрузки в 16 G, которые предполагались в этом испытательном полете.
Спускающийся космический корабль раскрыл свои парашюты, как и планировалось. Миссия Apollo CM-009 завершилась приводнением в Атлантическом океане в 320 километрах от острова Вознесения. Полет продолжался 37 минут и 20 секунд.
Космический корабль пролетел 8472 километра, промахнувшись мимо предполагаемой точки приводнения на 74 километра. После приводнения капсула автоматически развернул средства спасения и был подобрана через 2,5 часа авианосцем USS Boxer .
Несмотря на проблемы выявленные во время полета, почти все цели миссии были достигнуты. Ракета «Сатурн-IB» испытала во время полета только незначительные проблемы. Несмотря на проблемы, возникшие у командно-служебного модуля корабля «Аполлон» во время полета, все основные цели испытательного полета были достигнуты, даже несмотря на то, что скорость нагрева во время входа в атмосферу была ниже ожидаемой. Проблемы с маршевым двигателем корабля SPS, а также другие незначительные проблемы, возникшие во время полета, заставили отложить беспилотную испытательную миссию AS-202. Во время этой миссии должен был состоятся более длительный суборбитальный полет корабля Apollo Block I в рамках подготовки к первому из двух запланированных пилотируемых орбитальных испытательных полетов. К апрелю 1966 года должностные лица программы «Аполлон» решили запустить испытательный полет AS-203 (в котором не будет космического корабля), перед полетом AS-202, чтобы ограничить влияние на плотный полетный график космической программы.
Добившись первого успеха, космическое агентство НАСА стало еще на один шаг ближе к достижению Луны до конца десятилетия.