Полет космических аппаратов Аполлон на Луну, прилунение, взлет и возвращение на Землю – это очень сложная программа. Если полет на орбиту Земли, стыковки на орбите уже были у NASA отработаны в предыдущих программах Меркурий и Джемини, то взлет с поверхности Луны и стыковка посадочного модуля с командным модулем на орбите Луны – операции не отработанные. Это все приходилось делать сразу, без всяких испытательных полетов в беспилотном варианте.
Отстыковаться посадочному модулю и сесть на поверхность Луны не так сложно. Намного более сложная задача – старт с поверхности и пристыковка к командному модулю обратно. К самому старту лунных модулей с поверхности Луны тоже есть вопросы. Их разбирали в этой статье:
Чего сложно в процессе стыковки модулей на лунной орбите? Дело в том, что командный модуль на орбите Луны имеет определенную угловую скорость. Лунный модуль, взлетевший с поверхности Луны не сразу выходит на его орбиту, а сближается с ним через промежуточные орбиты с моментами включения и выключения двигателя.
Астронавты корректируют орбиту вручную только через визуальное наблюдение командного модуля, через секстант. На командном модуле был небольшой телескоп и радар, но последний в процессе сближения был пассивен. В общем навигационное оборудование Аполлонов лишь немного превосходило то, чем располагали моряки прошлых веков.
Теоретически с Земли могли определять скорость по доплеровскому смещению и помогать немного траекторными расчетами. Но не забывайте про 2,5–секундную задержку радиообмена. К тому же, как можно на фоне Луны диаметром 3476 км замерить скорость «железной банки» размером с автомобиль?
Не смотря на это, NASA даже как-то обосновывали математические расчеты сближения двух аппаратов на орбите Луны. Об этом можно посмотреть в их документальном фильме, созданном еще до полетов на Луну:
Вроде все грамотно. Но это все в теории. На практике же весь процесс можно сравнить со следующей задачей. Представьте, что вы находитесь на плоской степной поверхности, у вас есть бинокль. Вдалеке проходит автотрасса, которую видно только в бинокль. Вы видите, что по ней мчится автомобиль. И Вам нужно на втором автомобиле, рассматривая его в бинокль, выстроить движение так, чтобы суметь с ним сблизиться, а не догонять, увеличивая скорость.
Помните, сколько времени было необходимо для выхода на нужную орбиту и стыковки космонавтов, стартовавших с Земли с орбитальной станций МКС или МИР? Это в последние пуски это время сократилось, а ранее этот процесс занимал более суток. Например, американцы поднимаются на МКС и сейчас более суток, а мы можем это делать за три часа.
- SpaceX Demo-1 - 27 часов 2 минуты;
- SpaceX Demo-2 - 19 часов 7 минут;
- SpaceX Crew-1 - 27 часов 34 минуты.
Сравните это с показателями трёх последних полётов «Союзов».
- Союз МС-15 - 5 часов 46 минут
- Союз МС-16 - 6 часов 8 минут
- Союз МС-17 - 3 часа 3 минуты
Вся проблема в фазовом угле между аппаратами, расположенными на разных орбитах и движущиеся с разной орбитальной скоростью.
У SpaceX нет такого опыта в запусках, как у Роскосмоса. Тогда получается, что Аполлоны вообще могли сутками кружить по лунной орбите, искать командный модуль на фоне неба без звезд (со слов астронавтов). Или вы думаете, что астронавтам помогал бортовой компьютер? Какие данные он мог анализировать, если с ЦУПа (с Земли), достоверных данных дать не могли?
Как происходила стыковка с командным модулем Аполлона-16, можно посмотреть в этом коротком ролике:
Качество съемки высокое, в то время таких съемок не делали даже во время стыковки на орбите Земли. И, как видно, при приближении лунного модуля, при подъеме с низшей орбиты, работают только двигатели коррекции. Хватало ли их тяги для подъема на более высокую орбиту?
Есть еще интересный момент, на нем заострил внимание один читатель, привожу его комментарий:
Среди приключений американцев на Луне есть одно, которое как-то внимания не вызывало, а именно, стыковка лунного модуля и возвращаемого аппарата на окололунной орбите. Казалось бы, стыковались и стыковались. Дежурное дело, на околоземной орбите это сотни раз делали. Одно дело околоземная! Масса Луны в 6 раз меньше земной, поэтому космический аппарат движется по околоземной орбите фактически в поле тяготения Земли и Солнца.
Такую орбиту легко рассчитать, а возмущения, вносимые луной незначительны. Когда же корабль вращается вокруг Луны, возникает классическая задача трёх тел. После прочтения известного произведения Лу Цисиня я заинтересовался математическим аппаратом этой задачи и к своему удивлению узнал, что проблема общего решения не имеет, не смотря на кажущуюся простоту. Решение можно найти только методом последовательных приближений.
То есть если мы хотим, стартовав с Луны, сблизиться с вращающимся вокруг нее аппаратом, то это возможно только путем многократных коррекций и ручного управления на последнем этапе. Естественно, для этого нужно совершить несколько витков вокруг Луны, многократно включая и выключая двигатель, чтобы сблизить два аппарата на расстояние, позволяющее вручную пройти последние сотни метров.
Конечно, недавно эту операцию проделал лунный модуль китайского аппарата ЧанЬ-Э, но, во-первых, стыкующийся модуль имел небольшую массу, во-вторых, и это главное, производительность современных компьютерных систем в невообразимое число раз превышает компьютеры 60-х годов прошлого столетия. Короче, это была весьма существенная проблема. А о ней в отчётах НАСА говорится вскользь, как о само собой разумеющемся. Ну, взлетели, ну состыковались, делов то!
Т.е. никакие бортовые компьютеры Аполлона не смогли бы корректировать орбиту лунного модуля. Все приходилось делать вручную астронавтам (если приходилось). Взлетать в четко расчетное время, искать на небе командный модуль и вручную к нему подлетать, корректируя орбиту. Несколько ошибок и этим процессом можно заниматься несколько суток. А, как известно, у астронавтов все прошло гладко и быстро во всех миссиях Аполлон.
