Приветствую вас мои космические друзья!
Поиск новых способов применения существующего или находящегося в разработке космического оборудования — распространенная практика, к которой зачастую прибегают специалисты по планированию космических программ. Они стремятся выполнить поставленные задачи, сокращая время и затраты на разработку проекта.
Можно привести множество примеров предложений по перепрофилированию космической техники. Одно из таких предложений касалось перепрофилирования ступени S-IVB, которая являлась второй ступенью двухступенчатой ракеты-носителя "Сатурн IB" и третьей ступенью трехступенчатой ракеты-носителя "Сатурн-5", а также приборного блока Instrument Unit (IU) ракет "Сатурн IB" и "Сатурн-5", который устанавливался поверх ступени S-IVB. Авторами этого предложения были инженеры компании Douglas Aircraft Company - которая изготавливала ступень S-IVB, и компании International Business Machines (IBM) - главного подрядчика НАСА по разработке и изготовлению приборного блока Instrument Unit - IU.
Группа инженеров компаний Douglas и IBM провела совместное исследование под названием "Lunar Applications of a Spent S-IVB/IU Stage (LASS)" - "Лунные возможности отработанной ступени S-IVB/IU ". Это исследование было проведено на средства компаний в период с ноября 1965 по июль 1966 года, вскоре после официального начала Программы-приложения "Аполлон" - Apollo Applications Program (AAP) в августе 1965 года. В рамках AAP американское космическое агентство НАСА поощряло и приглашало к разработке предложений по использованию разрабатываемого оборудования для лунной программы "Аполлон".
Ступень S-IVB и приборный блок IU были разработаны для ракет-носителей предназначенных для вывода полезной нагрузки на околоземную орбиту, а также для ее вывода на траекторию полета к Луне. Поэтому даже без модификации данная ступень и приборный блок могли использоваться для выполнения различных космических миссий. По мере того, как программа "Аполлон" набирала обороты, ступень S-IVB стала главными кандидатом на модернизацию и применение во время новых космических миссиях, как в окололунном космическом пространстве, так и за его пределами.
Предложение LASS родилось из плана от 1964 года по использованию второй ступени S-IVB ракеты-носителя "Сатурн IB" на низкой околоземной орбите. Ступень S-IVB, состояла из большого бака для жидкого водорода, меньшего бака для жидкого кислорода и имела один двигатель J-2, имевший тягу в 100 тонн-силы. Во время миссий на околоземную орбиту вторая ступень выводила командно-служебный модуль "Аполлон" массой 18 145 килограмм.
Большой объем топливных баков, и большая масса полезной нагрузки выводимой на околоземную орбиту, позволяли использовать вторую ступень в качестве основы для орбитальной космической лаборатории. Предполагался запуск двухступенчатой ракеты "Сатурн IB" с модифицированной второй ступенью S-IVB, которая вместо пилотируемого командно-служебного модуля, несла так называемый "Модуль поддержки экспериментов отработанной ступени" - Spent-Stage Experiment Support Module (SSESM). Первый полет S-IVB/SSESM на околоземную орбиту должен был состоятся в начале 1968 года в рамках миссии SA-209 программы AAP.
После выхода на орбиту, из баков ступени S-IVB должен был быть сброшен остаток топлива. Затем должен был состоятся старт второй ракеты "Сатурн IB" с экипажем из трех человек на борту командно-служебного модуля.
Астронавты должны были бы состыковать командно-служебный модуль с модулем SSESM, который должен был иметь оборудование, расходные материалы для жизнеобеспечения и необходимые системы, которые можно было бы использовать для превращения бака с жидким водородом ступени S-IVB в пригодное для жизни и работы пространство объемом 295,5 кубических метров. Другие планы использования отработанной ступени S-IVB на околоземной орбите, предусматривали использование модуля SSESM в качестве жилого пространства; и в этом случае бак с жидким водородом обеспечивал бы замкнутое пространство для проведения экспериментов, в вакууме. Модуль SSESM должен был включать шлюз, который астронавты могли использовать для входа в бак с жидким водородом.
Команда инженеров Douglas и IBM обозначило программу LASS, как продолжение использования отработанных ступеней S-IVB на околоземной орбите. Команда предполагала, что после 45-месячной программы разработки, первый автоматизированный космический аппарат LASS сможет доставить на лунную поверхность полезную нагрузку массой12 380 килограмм и послужить в качестве жилого модуля на поверхности Луны. Первые запуски на Луну предполагалось осуществить к 1970 или 1971 году.
Миссия LASS должна была начаться со старта ракеты "Сатурн-5" с комплекса LC-39 Космического центра имени Кеннеди во Флориде. Ракета должна была состоять из первой ступени S-IC, второй ступени S-II и модифицированной третьей ступени S-IVB — собственно самого космического аппарата LASS — с полезной нагрузкой расположенной под обтекателем. Команда инженеров предположила, что обтекатель массой 1450 килограмм, который планировалось использовать для запуска зондов "Вояджер" к Марсу и Венере, мог быть использован для миссии LASS.
Первый этап полета ракеты "Сатурн-5" был бы очень похож на полет ракеты-носителя лунной миссии космической программы "Аполлон". Через две минуты и 41 секунду после старта на высоте 68 километров вторая ступень должна была отделится от первой ступени, после чего запускались пять двигателей J-2. Затем, через восемь минут и 40 секунд после старта на высоте около 175 километров, третья ступень ступень S-IVB (LASS) должна была отделялась от второй ступени.
Во время запуска миссий "Аполлон", четыре небольших ракетных двигателя, которые находились на коническом межступенчатом переходнике, соединяющем вторую и третью ступени ракеты "Сатурн-5", включались сразу после отключения двигателей второй ступени. Это облегчало отделение третьей ступени S-IVB. После отделения ступеней переходник оставался прикрепленным к второй ступени ракеты-носителя.
Затем срабатывали две небольшие двигательные установки, чтобы немного разогнать третью ступень. Этот маневр был необходим для того, чтобы топливо и окислитель, которое находилось в невесомости, осели на дно баков. После этого производился запуск ракетного двигателя J-2, чтобы вывести третью ступень S-IVB и ее полезную нагрузку на низкую околоземную орбиту.
Отделение космического аппарата LASS от межступенчатого адаптера, соединяющего его со второй ступенью S-II, должно было быть более сложным процессом. Четыре посадочные опоры космического аппарата LASS, находились под защитными кожухами в сложенном состоянии. Защитные кожухи предохраняли опоры от аэродинамического нагрева во время подъема ракеты-носителя. Перед разделением ступеней посадочные опоры раскрывались, после чего срабатывали 12 направленных вперед твёрдотопливных двигателей, которые располагались вокруг верхней части межступенчатого адаптера. Они включались чтобы немного замедлить вторую ступень и облегчить ее разделение с космическим аппаратом LASS.
Замена четырех двигателей на адаптере ракеты "Сатурн-5" на 12 двигателей была необходима, поскольку космический аппарат LASS должен был иметь два двигателя RL-10, располагавшихся по обе стороны от двигателя J-2. Даже при полностью повернутых в сторону двигателя J-2 соплах двигателей RL-10 отделение LASS от адаптера с использованием только четырех твердотопливных двигателей было бы рискованным делом. Четыре двигателя давали меньшую точность при расстыковке; также инженеры подсчитали, что в случае отказа хотя бы одного твёрдотопливного двигателя, было гарантировано столкновение ракетных двигателей RL-10 с межступенчатым адаптером.
Двигатель RL-10 был был разработан для разгонного блока "Центавр". Сочетание двигателей RL-10 с регулируемой тягой с другими компонентами ракет семейства "Сатурн" не было чем-то новым. Так вторая ступень ракеты-носителя "Сатурн-1" S-IV имела шесть двигателей RL-10, каждый из которых мог развивать тягу в 7,5 тонн-силы.
Изначально ракета-носитель "Сатурн-1" предназначалась для запуска астронавтов на низкую околоземную орбиту, но в 1962 году космическое агентство НАСА приняло решение, что данный носитель будет использоваться в серии испытательных беспилотных полетов в рамках лунной программы "Аполлон". Последний полет ракеты "Сатурн-1", состоялся 30 июля 1965 года, за три месяца до начала исследования LASS. Ракета-носитель вывела на орбиту шаблонную модель командно-служебного модуля "Аполлон" и спутник для обнаружения микрометеоритов "Пегас-3".
Использование двигателей RL-10 в программе LASS было признано необходимым, поскольку стандартный двигатель J-2 не мог быть достаточно оптимизирован по тяге, чтобы позволить космическому аппарату LASS осуществить посадку на Луну. Однако команда Douglas и IBM отметила, что, если будет разработан усовершенствованный двигатель J-2X, то один такой двигатель сможет заменить двигатель J-2 и два двигателя RL-10.
После успешного отделения аппарата LASS от адаптера второй ступени ракеты "Сатурн-5", будут запущены твердотопливные двигатели, которые произведут осадку компонентов топлива, после чего должны будут быть запущены три маршевых ракетных двигателя. Три двигателя должны были проработать около 8,5 минут и вывести космический аппарат на траекторию транслунного выведения. Масса космического аппарата LASS после маневра транслунного выведения должна была составить 59 535 килограмм. Затем сбрасывался аэродинамический обтекатель, закрывающий полезную нагрузку.
Схема транслунного выведения космического аппарата LASS значительно отличалась от таковой в программе "Аполлон". Во время лунных миссий программы "Аполлон", двигатель J-2 третьей ступени ракеты-носителя "Сатурн-5" работал в течении 2,5 минут, чтобы вывести себя, лунный и командно-служебный модули "Аполлон" на орбиту вокруг Земли высотой 190 километров; затем, примерно через 2,5 часа после запуска, двигатель третьей ступени вновь запускался на шесть минут, чтобы вывести космический корабль и лунный модуль на траекторию транслунного выведения.
Нахождение на парковочной околоземной орбите позволяло провести окончательную проверку всех систем космического корабля. Однако, что еще важнее, этот факт обеспечил ежедневное стартовое окно для полета на Луну. Такая гибкость позволяла НАСА компенсировать задержки, которые могли возникнуть во время обратного отсчета перед запуском ракеты "Сатурн-5".
Профиль лунной миссии программы LASS с прямым полетом, напротив, допускал лишь очень короткое стартовое окно. Прямой полет, позволял сократить количество топлива, которое могло быть затрачено на запуск космического аппарата LASS к Луне. Это давало большее топлива для выполнения двух коррекций курса, и для посадки аппарата на поверхность Луны.
После выполнения маневра транслунного выведения, двигатели системы ориентации, управляемые электроникой приборного блока IU, должны были сориентировать космический аппарат LASS таким образом, чтобы его двигатели и дно бака с жидким кислородом были направлены к Солнцу. Такая ориентация предотвращала замерзание жидкого кислорода. Двигатели RL-10, тем временем, должны были циклически сбрасывать избыток газообразного водорода, накопившегося в баке с жидким кислородом.
Команда разработчиков проекта рассматривала приборный блок как место для размещения систем лунного посадочного аппарата. Новые навигационные и коммуникационные системы, могли бы включать в себя радары для посадки на Луну, высотомер, датчики для слежения за Солнцем, Землей, звездами и лунным горизонтом, систему передачи данных, включающую управляемую параболическую антенну с высоким коэффициентом усиления, которая могла быть установлена снаружи IU, а также систему наведения на предварительно установленный радиомаяк в месте посадки на поверхности Луны.
И хотя IU будет включать в себя новые навигационные системы, он по-прежнему будет в значительной степени зависеть от навигационных данных, передаваемых с Земли. Инженеры рассчитывали, что использование данных, предаваемых с Земли, обеспечит возможность успешной навигации космического аппарата LASS с использованием самых современных технологий.
В состав космического аппарата также могла быть включена система выработки электроэнергии. К ней относилось три топливных элемента, радиатор и баки с жидким водородом и жидким кислородом, а также перезаряжаемые серебряно-цинковые батареи для обеспечения электроэнергией во время пиковых нагрузок при коррекции курса и посадки на Луну. Топливные элементы обеспечивали бы непрерывную выработку трех киловатт электроэнергии на протяжении всего полета космического аппарата LASS к Луне, при этом батареи дать до 6,76 киловатт электроэнергии.
Через 10-20 часов после старта аппарат LASS должен был выполнить первый маневр коррекции курса. Он должен был сориентироваться для включения маршевых двигателей. Двигатели RL-10, могли быть запущены без осадки топлива. Они должны были работать на 10% мощности для осаживания топлива и запуска двигателя J-2, после чего все двигатели выходили на полную мощность. После маневра все двигатели отключались и космический аппарат вновь ориентировался двигателями к Солнцу. Если данные указывали на необходимость второй коррекции курса, она должна была быть произведена через 60-100 часов после старта.
В отличие от командно-служебного модуля и лунного модуля "Аполлон", космический аппарат LASS не должен был выходить на лунную орбиту перед спуском на поверхность Луны. Вместо этого, примерно в 24 140 километрах от Луны и примерно через 107 часов после запуска, начиналась финальная фаза полета - посадка. Космический аппарат LASS ориентировался таким образом, чтобы его двигатели и посадочные опоры были направлены в сторону Луны. В начале фазы посадки масса космического аппарата должна была составить 53 300 килограмм.
Примерно через два часа, на высоте около 724 км над поверхности Луны, датчик лунного горизонта должен был подтвердить ориентацию LASS. На высоте 563 км приборный блок должен был принять сигнал от радиомаяка, который был установлен в месте прилунения. Компьютер блока управления должен был выполнять расчеты один раз в секунду.
Двигатели RL-10 и J-2 должны были включиться для начала торможения на высоте 161 км. На высоте 12190 метров высотомер должен был начать передавать данные в бортовой компьютер приборного блока, дополняя данные слежения за радиомаяком.
Торможение на втором этапе посадки должно было начаться с выключения двигателя J-2 на высоте 7620 метров. На высоте 3050 метров бортовой компьютер должен был прекратить наведение на маяк. Затем космический аппарат должен был снижаться к поверхности Луны вертикально.
Приборный блок регулировал работу двигателей RL-10 для поддержания вертикальной скорости снижения в 3 м/с и горизонтальной скорости менее 1 м/с. Когда радар приборного блока показывал высоту в 21,3 метра над поверхностью Луны, опоры должны были находились на высоте трех метров от поверхности. Затем отключались двигатели, и космический аппарат LASS совершал посадку на поверхность Луны.
Команда инженеров оценила, что системы космического аппарата позволят совершить посадку в пределах 150 метров от предварительно установленного радиомаяка. Масса аппарата LASS в момент посадки должна была составить 28840 килограмм. Из них масса полезной нагрузки составляла 12380 килограмм.
Сразу после посадки аппарат LASS переходил на работу в пассивном режиме. Переход в пассивный режим означал сброс оставшихся компонентов топлива, жидкостей и газов, которые бы могли замерзнуть, протечь или вызвать избыточное давление и взрыв. Около 910 килограмм оставшегося жидкого водорода и жидкого кислорода в баках LASS должны были бы быть сброшены за борт.
Через определённый промежуток времени астронавты должны были прилунится рядом с космическим аппаратом LASS в лунном модуле "Аполлон". Команда разработчиков Douglas и IBM предоставила мало подробностей о том, как экипаж будет взаимодействовать с космическим аппаратом LASS. Они не описали процесс того, как астронавты в громоздких скафандрах могли бы подняться на вершину LASS, чтобы добраться до полезной нагрузки. Они также не описали, как полезные грузы будут перемещены с вершины аппарата на лунную поверхность, хотя и предположили, что будет установлено некое погрузочно-разгрузочное устройство массой 1400 килограмм. Эти и другие вопросы, несомненно, были бы решены, если бы НАСА решило профинансировать дополнительные исследования.
Однако инженеры разработали пять конфигураций полезной нагрузки аппарата LASS и определили продолжительность миссий. Полезная нагрузка включала оборудование для исследования Луны, которое рассматривалось в 1966 году для лунных миссий программы AAP. Также предполагалось, что навигационное и коммуникационное оборудование приборного блока IU будет также служить для сбора научных данных.
Первая конфигурация наиболее соответствовала роли космического аппарата LASS как приемной лаборатории на низкой околоземной орбите, созданной на основе ступени S-IVB. Перед запуском с Земли бак с жидким водородом аппарата LASS должен был быть облицован микрометеоритной защитой и теплоизоляцией. При этом основная полезная нагрузка представляла собой двухместный жилой модуль, аналогичный модулю SSESM, который был предложен для орбитальной лаборатории. Также в полезную нагрузку были включены расходные материалы для системы жизнеобеспечения массой в 2040 килограмм. В нее также было включено оборудование для проведения экспериментов, общей массой в 227 килограмм, негерметичный лунный научно-исследовательский модуль (ровер) (LSSM) массой 454 килограмм, и лунный летательный аппарат (LFU) на одного или двух человек.
Два астронавта должны были спустятся в пустой бак с жидким водородом через шлюз в модуле. Бак должен был служить либо лабораторией, либо укрытием на случай аварии. Экипаж мог жить в жилом модуле аппарата LASS до 14 дней, после чего должен был активировать свой лунный модуль и вернуться к командно-служебному модулю "Аполлон", находящийся на лунной орбите.
Остальные четыре конфигурации полезной нагрузки LASS не предполагали использования бака с жидким водородом. Вторая конфигурация LASS, была рассчитана на 30 дней пребывания астронавтов на лунной поверхности. Она могла включать четырехместный жилой модуль массой 5900 килограмм, небольшой (хотя, возможно, герметичный) луноход массой 1725 килограмм, научное оборудование массой 2040 килограммов, и расходные материалы массой 2585 килограмм. Разработчики не объяснили, как четыре астронавта могли бы добраться до LASS, используя трехместный командно-служебный модуль и двухместный лунный модуль.
Третья конфигурация включала в себя четырехместный жилой модуль, малогабаритный лунный ровер (LSSM), научное оборудование и расходные материалы. Экипаж из четырех человек мог находится на Луне 59 дней. Четвертая конфигурация могла включать в себя двухместный жилой модуль, небольшой луноход, научное оборудование и расходные материалов. Экипаж мог находится на поверхности Луны 120 дней. Пятая конфигурация LASS могла включать двухместный жилой модуль, малогабаритный лунный ровер (LSSM), научное оборудование и расходные материалы которые были необходимы для 195-дневного пребывания двух астронавтов на поверхности Луны.
Инженеры предположили, что астронавты могли бы наклонить космический аппарат LASS на бок, однако они не объяснили, как именно астронавты могли бы осуществить это. Они предположили, что экипаж мог жить внутри своего лунного модуля, пока они разгружают оборудование с космического аппарата LASS, а также пока они не переоборудуют бак с жидким водородом в укрытие.
LASS с более существенными модификациями — например, с большим прямоугольным отверстием, вырезанным в баке с жидким водородом для установки телескопа, — мог быть также опрокинут набок и превращен в лунную обсерваторию. В конечном итоге, несколько аппаратов LASS в вертикальном и горизонтальном положении могли быть состыкованы вместе, образуя модульную лунную базу LASS. Инженеры Douglas и IBM завершили свой отчет заявлением о том, что LASS планируется использовать в качестве аппарата для поддержки всех лунных программ НАСА.
В 1960-х годах компании Douglas и IBM и другие подрядчики НАСА изучали новые возможности применения ступени S-IVB. К ним относились: лунно-орбитальная лаборатория, испытательный стенд для многоразовых одноступенчатых аппаратов, который был способен выводить космические аппараты на орбиту, ретранслятор связи для миссий на обратную сторону Луны, средство доставки нескольких автоматизированных лунных посадочных модулей на основе посадочной ступени лунного модуля "Аполлон", испытательный стенд для испытаний теплозащитных экранов, и межпланетный ускоритель для автоматизированных и пилотируемых космических аппаратов. Но к сожалению всем этим планам не суждено было сбыться.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!