Аполлон-8 и Аполлон-10 совершили пилотируемые полеты к Луне с ее облетом, а с Аполлона-11 начались высадки на Луну астронавтов – 6 высадок на поверхность. Длительность полетов и время пребывания на Луне можно показать следующем списком:
- 1. Аполлон-8. Облет Луны с 3 астронавтами. Время полета 147 ч (6,1 суток).
- 2. Аполлон-9. Облет Земли с 3 астронавтами. Время полета 241 ч (10 суток).
- 3. Аполлон-10. Облет Луны с 3 астронавтами. Время полета 192 ч 3 мин (8 суток)
- 4. Аполлон-11. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 21 ч 36 мин. Длительность выходов на поверхность 2 ч 32 мин. Время полета: 195 ч 18 мин (8,1 суток).
- 5. Аполлон-12. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 31 ч 31 мин. Длительность выходов на поверхность 7 ч 45 мин. Время полета: 244 ч 36 мин (10,16 суток).
- 6. Аполлон-14. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 33 ч 31 мин. Длительность выходов на поверхность 9 ч 23 мин. Время полета: 216 ч 01 мин (9 суток).
- 7. Аполлон-15. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 66 ч 55 мин. Длительность выходов на поверхность 18 ч 35 мин. Время полета: 295 ч 11 мин (12,29 суток).
- 8. Аполлон-16. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 71 ч 2 мин. Длительность выходов на поверхность 20 ч 14 мин. Время полета: 265 ч 51 мин (10,08 суток).
- 9. Аполлон-17. Прилунение 2 астронавтов. Время пребывания на Луне 75 ч 0 мин. Длительность выходов на поверхность 22 ч 04 мин. Время полета: 301 ч 51 мин (12,58 суток).
Аполлон-13 хоть и облетел Луну, но в аварийном режиме, астронавты замерзали и штатным полет считать нельзя.
Все это время в полете астронавты должны не только пить, есть, ходить в туалет, но и пребывать в комфортной температурно-влажностной среде с определенным процентом кислорода и углекислого газа. Начнем с дыхания и поддержания температуры в кабинах лунных модулей.
Для начала напомню, что какое-то время астронавты проводили вот в такой тесноте командного модуля:
Двое астронавтов переходили в спускаемый модуль (он же стартовый с Луны модуль) и прилунялись. В нем было по-свободнее.
Инженеры NASA еще с времен запусков «Меркуриев» и «Джемини» решили, что астронавты будут дышать 100% кислородом при давлении 256 мм.рт.ст. Вроде как до 14 суток организм человека способен выдержать такую среду и пагубных последствий испытывать не будет. Объясняется это так:
Выбор среды со 100% кислородом основан на том, что парциальное давление в легких имеет большее значение, чем общее давление. При нормальном давлении 760 мм.рт.ст., парциальное давление кислорода составляет всего 160 мм.рт. Точно такое же парциальное давление кислорода в легких (160 мм.рт.ст.), и при атмосферном давлении 160 мм.рт. ст., но при наличии 100% кислорода. Это представляет своего рода экономию и уменьшает утечку в результате разгерметизации кабины.
Пожар на Аполлон-1 учли, к электропроводке стали относиться с особыми требованиями. В СССР на ранних этапах тоже было возгорание корабля в среде чистого кислорода и наши отказались от среды со 100% кислородом.
Такой же состав и давление из чистого кислорода были и в скафандрах астронавтов. Система жизнеобеспечения (СЖО) поддерживала не только давление в кабинах, но и температуру и влажность. И даже устраняла запахи.
Кислород находился в баллоне и система порционно его подавала в кабину, контролируя давление. Скорее всего, это тепловая машина на базе компрессора с теплообменником (принцип кондиционера). Поэтому, отапливать или охлаждать небольшой объем СЖО была способна. Вкратце она описана в этой статье:
Какой был запас воды и пищи? В посадочной ступени лунного модуля был установлен 1 бак с водой массой 151 кг. Во взлетной ступени два бака по 19,3 кг. Сколько было воды в сервисном модуле на орбите Луны для СЖО не уточняется. А все время полетов на 1 человека был запас еды 36 кг при четырехразовом питании.
СО2, появляющийся в кабине, удалялся скруббером углекислого газа на основе гидроксида лития. Запах удалялся угольными фильтрами. Температурный контроль обеспечивал один активный сублиматор (теплообменник) «вода-лёд». По всей видимости, это оборудование в наше время называют тепловым насосом. Т.е. никаких нагревательных ТЭН. Тепловой насос имеет коэффициент преобразования электричество-тепло или электричество-холод 1:3. ТЭНы – 1:1.
Не менее сложна СЖО лунного скафандра.
Но самый главный вопрос – это источник электроснабжения. В командном модуле электрическая система включала три топливных элемента мощностью 1,4 кВт с 30 В постоянного тока. Суммарно: 4,2 кВт. Не уточняется, эта мощность пиковая или номинальная. Будем считать, что второе.
Топливные элементы вырабатывали электроэнергию при окислении топлива, примерно так же, как в водородных ячейках некоторых современных электромобилей. Будем считать, что для СЖО командного модуля объемом 5,9 м3 электрической мощности 4,2 кВт вполне хватало на все.
В сервисном модуле для командного модуля были и электрические серебряно-цинковые батареи: 3 на 40 А*ч и 2 пиротехнические батареи на 0,75 А*ч.
Почему NASA для резерва не использовали солнечные батареи ни на одном из модулей программы? Резерв никогда не помешает.
Во время аварии на Аполлон-13 топливные элементы не работали, поэтому емкости 120 А*ч явно не хватило бы для работы СЖО и электроники. Как экипаж смог вернуться на Землю – показано в одноименном художественном фильме. Но правда ли это? Как можно слетать до Луны и обратно, используя суммарную емкость автомобильного аккумулятора? В фильме они даже скафандры не надели, чтобы не мерзнуть.
АКБ такой емкости хватает на 3-5 часов для работы газового котла в доме во время отключения электроэнергии. А здесь 120 А*ч хватило на несколько суток для работы далеко не цифровой электроники.
Кто-то из читателей напомнит, что еще были батареи в лунном (в спускаемом) модуле. Две серебряно-цинковые батареи 28-32 В, 296 А·ч. И 4 батареи на взлетном модуле (на Аполлонах 9-14) и 5 (на Аполлонах 15-17) по 415 А·ч. Суммарно 2252 А·ч.
Т.к. астронавты Аполлон-13 мерзли, то явно что-то случилось и с этими батареями.
Так же предлагаю подумать, хватит ли 2252 А·ч для для полетов Аполлон для того, чтобы поддерживать работоспособность электроники, системы СЖО на посадочном модуле? Это 72 кВт*ч электрической мощности на неделю плюс работа на Луне. Лунный модуль прибывал на поверхности от 1 до 3 суток. И там нагрузка на батарею была выше.
В некоторых программах астронавты заходили внутрь модуля, заново наполняли атмосферой кислорода, снимали скафандры, отдыхали, спали, принимали пищу. В последних полетах так делали по несколько раз. В среднем энергию, которое смогут выдать батареи до полного разряда составит 3 кВт*ч.
Вроде реальные цифры, которых хватит для работы СЖО модуля. Например, электроэнергии 3 кВт*ч хватает для отопления дома до 100 м2 тепловым насосом.
Но энергопотребление всей СЖО и электроники неизвестно. И это только оценочные рассуждения.
Аполлон-13 при невозможности использования топливных элементов, только на одних батареях спускаемого модуля замерзал, внутри кабины образовывался конденсат от водяных паров дыхания, неизбежны короткие замыкания и выжить бы корабль не смог.
СЖО Аполлонов – очень сложная по тем временам задача. К тому же, NASA даже не занимались вопросом с туалетом для астронавтов. У них были просто специальные пакетики. Риски отказа в работоспособности СЖО огромные, дублирования системы нет, нет резерва электроснабжения в виде солнечных панелей. И как 10 пилотируемых полетов Аполлонов произошли без единой серьезной поломки – непонятно. Чудеса американской техники.