Схема посадки на луну
Обновлено: 04.07.2024
Для определения дозы радиации, которые получает космонавт в космическом аппарате при пересечении радиационных поясов Земли, детально рассмотрим схему полета пилотируемой лунной экспедиции по программе "Сатурн-V — Аполлон".
Около ближайшей к Луне точки траектории (над обратной стороной Луны) включается примерно на 6 мин маршевый двигатель основного блока, уменьшающий селеноцентрическую скорость примерно с 2,5 км/с до 1,7 км/с и корабль переходит на эллиптическую окололунную орбиту с апоселением на высоте примерно 315 км (обоз. 15).
Возвращение двух космонавтов с Луны (обоз. 22) начинается вертикальным стартом взлетной ступени с помощью основного двигателя. Затем ступень отклоняется от вертикали и через 7 мин после старта выходит (обоз. 23) на начальную орбиту с периселением на высоте 16,7 км и апоселением на высоте 83,3 км. Последующее сложное маневрирование производится с помощью двигателей системы ориентации и стабилизации.
Основной блок после некоторого периода обращения вокруг Луны разгонялся с помощью маршевого двигателя на 0,9-:-1,0 км/с, что доводило его селеноцентрическую скорость до примерно 2,5 км/с (обоз. 29).
Такова официальная легенда НАСА [29, 30, 31]. Как Аполлоны преодолели радиационный пояс Земли, как они обошли опасную зону радиации на пути Земля-Луна, как облетали пояс высокоэнергичных протонов при возвращении Луна-Земля, неизвестно.
Из официальных источников можно сделать выводы:
Любая орбита может иметь только форму окружности, эллипса, параболы или гиперболы, в фокусе которых находится центр гравитационной массы. Это значит, что радиационные пояса Аполлоны проходят не по прямой и не со второй космической скоростью - 11 км/с, а со скоростью удаления от Земли - разгон в течении 5,5 минут до 3041,2 м/с (участок В) и удаление по геоцентрической орбите.
Рис. 3 Корабль удаляется от Земли не по прямой линии.
2. При возвращение Аполлонов к Земле движение сквозь радиационные пояса проходило практически по прямой линии со скоростью 9-10 км/с. На высоте 120 км скорость Аполлонов достигала второй космической [33]. Торможение происходило в атмосфере Земли.
3. Существенно отклониться от плоскости эклиптики (плоскость орбиты Земли) Аполлоны не могли, так как это равнозначно пролёту мимо Луны, перерасходу топлива и не выполнению программы. Ниже приведена таблица угла наклона низкой околоземной орбиты перед разгоном и входом в пояс Ван Алена и координаты места посадки Аполлонов после прохождения радиационного пояса.
Таблица 1. Угол наклона низкой околоземной орбиты
перед разгоном и входом в пояс Ван Алена
и координаты места посадки Аполлонов
после прохождения радиационного пояса.
| Аполлон | Наклон низкой околоземной орбиты к эклиптике перед разгоном к Луне и входом в пояс Ван Алена; градус | Посадка на Земле после прохождения пояса Ван Алена; координаты |
| Аполлон 8 [34, 35] | 32,5 | 8.10° с. ш., 165.00° з. д. |
| Аполлон 10 [34, 36] | 23,46 | 15.02° ю. ш., 164.7° з. д. (G) |
| Аполлон 11 [34, 31] | 32,5 | 13.5° с. ш., 169.25° з. д. |
| Аполлон 12 [34, 39] | 32,5 | 15.8° ю. ш., 165.2° з. д. (G). |
| Аполлон 13 [34, 38] | 32,55 | 21.63 ° с. ш., 165.37 ° з. д. |
| Аполлон 14 [34, 39] | 31,3 | 27.03° ю. ш., 172.7° з. д. (G) |
| Аполлон 15 [34, 42] | 29,7 | 26°7' с.ш., 158 °8' з. д |
| Аполлон 16 [34, 41] | 32,5 | 0°43' ю.ш., 156°13' з. д. |
| Аполлон 17 [34, 42] | 28,7 | 17°53' ю.ш., 166°7' з. д. |
Воспользуемся этими данными и составим схему положений Аполлонов относительно пояса Ван Алена.
При разгоне космического аппарата с низкой околоземной орбиты в направлении Луны:
Относительное положение мест посадок Аполлонов на Земле и радиационного пояса Ван Алена:
Подлёт к Земле Аполлонов в официальном докладе НАСА описан мимолетом. Для Аполлон 11 доклад отсутствует [45].
Ниже согласно официальному докладу НАСА приведено возвращение на Землю Аполлон-8 [46]:
134 часов 11 минут - скорость 2171 м/c, расстояние до Земли 136959 км.
138 часов 57 минут - скорость 2610 м/c, расстояние до Земли 97684 км.
139 часов 15 минут - скорость 2651 м/c, расстояние до Земли 94819 км.
142 часов 59 минут - скорость 3444 м/c, расстояние до Земли 56345 км.
143 часов, 36 минут - скорость 3680 м/c, расстояние до Земли 49000 км. Вхождение в радиационный пояс.
144 часов, 38 минут - скорость 4276 м/c , расстояние до Земли 35188 км.
145 часов, 32 минут - скорость 5264 м/c, расстояние до Земли 21531 км.
145 часов, 45 минут - скорость 5588 м/c, расстояние до Земли 17779 км.
146 часов, 12 минут - скорость 7103 м/c, расстояние до Земли 9167 км. Вхождение во внутренний радиационный пояс.
146 часов, 31 минуту полётного времени произошло отделение отсека экипажа от двигательного отсека командного модуля.
146 часов 40 минут - скорость 10387 м/c, расстояние до Земли 333 км. Радиационный пояс пройден.
146 часов, 48 минут - 35-40 км над Землей.
Полёт продолжался 147 часов 00 минут 11 секунд.
Рис. 5. Положение мест посадок Аполлон 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 относительно геомагнитного экватора. Использована контурная карта магнитного поля Земли, составленная по измерениям, сделанным со спутника [47].
Рисунок выше показывает, что возвращение астронавтов на Землю осуществляется вблизи геомагнитного экватора, для Аполлон 10, 12, 16 и 17 точно в плоскости геомагнитного экватора. Это равнозначно тому, что астронавты неизбежно проходят через внутренний пояс Ван Ален и получают дозу радиации.
Рис. 5. Магнитосфера и радиационные поля Земли. Сиреневым цветом выделена область высокоэнергетических частиц радиационного пояса.
Таким образом, при полете на Луну по программе "Сатурн-V — Аполлон" космический аппарат и астронавты обязательно пересекают радиационный пояс Земли. Каковы же суммарные дозы радиации получают астронавты при полете на Луну и возвращении на Землю? Об этом пойдёт речь далее.
Старт
Полет до Луны
Материалы по теме
Посадка на Луну
За 460 метров до посадки астронавт Армстронг заметил, что автопилот направил лунный модуль на край кратера, который был окружен множеством 2-3-хметровых валунов. По этой причине командир лунного модуля взял управления двигателями ориентации на себя и сменил траекторию корабля. Вскоре появилось уведомление о том, что осталось всего 8% топлива, позже – 5%, начался обратный отсчет. По истечении 94-х секунд у экипажа будет 20 секунд для посадки модуля, либо для прерывания посадки и последующего взлета.
Пребывание на Луне
Далее Олдрин, будучи старейшиной пресвитерианской церкви решил провести краткую церковную службу путем выполнения таинства причастия. В этот момент была отключена прямая трансляция по радио во избежание разбирательств со стороны атеистов. Армстронг, который являлся атеистом, участие не принимал.
Взлет лунного модуля
Переодевшись, экипаж выбросил наружу обувь и другое снаряжение для уменьшения веса модуля. Баз Олдрин доложил в ЦУП, что кнопка запуска двигателей для взлета – сломана, вероятно один из астронавтов задел оборудование своим снаряжением. Было выявлено, что нажатие кнопки можно будет произвести при помощи фломастера, который был на борту лунного модуля. После приема пищи астронавты надели скафандры и начали разгерметизацию. Примечательно, что под их ногтями осталась лунная пыль, которую так и не удалось вычистить. Перед экипажем стояла задача выспаться перед взлетом, однако это было затруднительно по нескольким причинам: астронавты были в скафандрах, в кабине было мало места и холодно (+ 16°С), отвлекал шум работающих насосов модуля и свет Солнца, пробивающийся через занавески иллюминатора. И если Олдрин перерывами спал около двух часов, то Армстронг так и не уснул.
Возвращение на Землю
След на Луне. Фото: NASA
Вид на Землю с Луты. Фото: NASA
Испытав шок от космических успехов Советского Союза в NASA были в замешательстве - Чем можно на это ответить? Агентство подготовило для президента Кеннеди несколько вариантов на выбор. Среди них был и проект изучения Луны с помощью пилотируемых космических полетов. Он был задуман не военными стратегами ради показухи, типичной для времен "холодной войны", и не политиками, обеспокоенными национальным престижем. Его автором стал один из крупнейших ученых ХХ века, человек, который посвятил себя изучению вопросов, связанных с происхождением Земли.
Физик Гарольд Юри предложил NASA начать программу по изучению Луны ещё в 1950-х годах. Юри считал, что поскольку на Луне нет атмосферного воздействия и выветривания ее поверхности, то там могли сохраниться очень древние геологические реликты раннего периода Солнечной системы, которые уже давно исчезли на Земле.
Под эту идею и была предложена амбициозная программа, направленная на проверку его теорий с использованием управляемых аппаратов для составления карт Луны. Кульминацией программы должна была стать посадка на поверхность Луны космического модуля с людьми на борту.
Вначале Кеннеди сомневался, т.к. никаких гарантий на успех не было, а ему предстояло убедить конгресс выделить под программу огромные деньги. По слухам, его окончательно убедил вице-президент Линдон Джонсон словами: -"Быть вторыми в космосе значит быть вторыми во всем".
Когда программа высадки наконец заработала, в ней приняли участие более 400 тысяч человек. Иногда даже инженеры сомневались в том, что ее можно осуществить. Заставить работать каждую ступень ракеты "Сатурн-5" казалось непреодолимым препятствием. Серьезной проблемой стала безопасность командного модуля после того, как в результате пожара во время испытаний погибли три астронавта.
Ракетоноситель Саеурн 5 на стартовой позиции. Фото: NASA
Около миллиона человек собралось возле космодрома во Флориде, чтобы своими глазами увидеть старт первой лунной миссии, а по телевидению за ним наблюдало более миллиарда людей.
Двигатель последней ступени ракеты-носителя включился через 2 часа 44 минуты и 22 секунды после старта и проработал 347 секунд, после чего корабль начал самостоятельное движение к Луне.
Старт Аполлон-11 с мыса Канаверал во Флориде.
Ещё через 55 часов Нил Армстронг и Эдвин Олдрин перешли в спускаемый модуль, а Майкл Коллинз остался в командном. Через 76 часов после старта корабль достиг орбиты Луны и ещё через 24 часа модули были расстыкованы.
Схема полётов к Луне по программе Аполлон.
Схема перестыковки орбитального и посадочного модулей Аполлонов на пути с Земли к Луне
Прилунение было возможно в автоматическом режиме, но Армстронг еще на Земле решил, что на высоте примерно 100 метров возьмет управление на себя, сказав при этом: "Автоматика не знает, как выбирать посадочные площадки".
Посадочный модуль Аполлон-11, снятый с орбитального модуля, на фоне Луны и Земли. Фото: NASA
Он как в воду глядел, потому что перейти на ручной режим пришлось даже раньше. Во-первых, автоматическая программа вела корабль в заваленный камнями кратер диаметром около 180 метров. Армстронг перелетел его, чтобы избежать переворачивания при посадке. Во-вторых, во время снижения бортовой компьютер по неизвестной причине зажег аварийный сигнал.
Внутри лунного модуля Аполлон-11. Фото: NASA
Оператор в Хьюстоне верно предположил, что лампочка загорелась из-за перегрузки компьютера, который должен был одновременно управлять посадкой и поддерживать связь с орбитальным модулем, и посоветовал Армстронгу и Олдрину не обращать на сигнал внимания (впоследствии он получил за это специальную награду NASA).
Лунный модуль опустился в Море Спокойствия 20 июля в 20 часов 17 минут 42 секунды по Гринвичу. Согласно утверждённому плану, перед выходом астронавтам полагалось поспать, но они заявили, что все равно не уснут, и медицинский руководитель полета разрешил сначала погулять по Луне, а отдохнуть перед стартом.
Стойка лунного модуля Аполлон-11 на поверхности Луна. Фото NASA
Нил Армстронг ступил на поверхность Луны в 2часа 56 минут по Гринвичу 21 июля 1969 года.
Шаг по Луне. Фото: NASA
Олдрин вышел через пятнадцать минут после Армстронга. "Аполлон-11" пробыл на Луне 21 час 36 минут.
Базз Олдрин возле лунного модуля. Фото: NASA
Первым делом астронавты опробовали разные способы передвижения по Луне, и нашли самым удобным обычную ходьбу. Затем установили телевизионную камеру и американский флаг на проволочном каркасе (Конгресс еще до полета отверг идею NASA установить флаг ООН), в течение двух минут поговорили по радио с президентом Никсоном, собрали 24,9 кг лунных камней и грунта (при максимально допустимом весе 59 кг), установили два научных прибора - сейсмометр и отражатель лазерного излучения - и вернулись на корабль. Пришлось повозиться с одной из двух солнечных панелей сейсмометра, которая автоматически не развернулась, и ее приводили в рабочее положение вручную. Армстронг оставался вне корабля 2 часа 10 минут, Олдрин - чуть больше полутора часов. Системы жизнеобеспечения в скафандрах были рассчитаны на четыре часа у каждого.
Базз Олдрин готовит лунное оборудование к установке. Фото: NASA
Базз Олдрин развёртывает предварительный комплект научных инструментов Аполлона. Фото: NASA
Вернувшись на борт, астронавты выбросили наружу мешок с мусором, проверили бортовые системы, пообедали куриным супом, ветчиной и пирогом с финиками, проспали около семи часов (Армстронг в гамаке, подвешенном над кожухом двигателя взлетной ступени, Олдрин - свернувшись на полу), еще раз слегка перекусили, и в 17 часов 57 минут 21 июля дали старт на возвращение.
Выброшенный мешок с мусором Аполлона-11. Фото: NASA
Все понимали, что первые люди на Луне рискуют, но лишь через 30 лет, когда за истечением срока давности были опубликованы секретные документы Белого дома и NASA, стало по настоящему ясно, насколько сильно.
Ученые весьма серьезно относились к метеоритной опасности. Многие полагали, что поверхность Луны находится под непрерывным обстрелом мелких частиц, а с учетом космических скоростей, даже пылинка обладает убойной силой крупнокалиберной пули. И это не подтвердилось.
В случае разгерметизации скафандра во время лунной прогулки астронавт мог прожить всего две минуты - недостаточно, чтобы добежать до корабля, подняться по лесенке и протиснуться в узкий люк.
Подъём лунного модуля. Фото: NASA
Больше всего опасались, что лунный модуль не сможет взлететь из-за неисправности двигателя или бортовых систем. В этом случае астронавты были бы обречены на мучительное ожидание конца в течение примерно трех суток - пока не иссякнет воздух и опасное "ЧП", едва не погубившее экспедицию, произошло при выходе из корабля. С трудом двигаясь в тесном отсеке в громоздких скафандрах, кто-то из астронавтов - вероятнее всего, Олдрин - задел одну из кнопок на пульте управления. Вернувшись на борт, путешественники сразу увидели на полу кусочек черной пластмассы. Невероятно, но факт: из примерно двухсот кнопок и тумблеров пострадала именно та, которая включала зажигание двигателя для взлета с Луны, а дублирование ее не было предусмотрено!
Когда астронавты доложили о случившемся на Землю, в протоколе переговоров единственный раз за весь полет появилась запись: "Долгая пауза". В конце концов, астронавты стартовали, потыкав в образовавшуюся дырку шариковой ручкой. При этим им пришлось пережить неприятные минуты. Протокол сохранил слова Олдрина, несколько раз докладывавшего в Центр управления полетом: "No fire!" ("Нет зажигания!"). Оказалось, клапан гелиевого баллона во втором топливном баке не сразу сработал, и топливо не поступало в двигатель.
Зато полет на Землю прошел без происшествий. Стыковка с орбитальным модулем, где ждал Майкл Коллинз, состоялась примерно через три часа. 24 июля, через 195 часов 15 минут 21 секунду от начала экспедиции, "Аполлон-11" приводнился в Тихом океане в точке с координатами 13 градусов 30 минут северной широты и 169 градусов 15 минут восточной долготы.
Возвращение экипажа Аполлона-11 на Землю. Фото: NASA
Проекция старта Аполлона-11 на монумент Джорджа Вашингтона перед Белым Домом, на праздновании 50-ти летия первой высадки человека на Луну.
Содержание
Экипаж
- Командир — Нил Армстронг (слева)
- Пилот командного модуля — Майкл Коллинз (в центре)
- Пилот лунного модуля — Эдвин E. Олдрин младший (справа)
Общие сведения
Задачи полёта
Предусматривали посадку на Луну в западной части Моря Спокойствия (База Спокойствия), сбор образцов лунного грунта, фотографирование на поверхности Луны, установку на Луне научных приборов, проведение телевизионных сеансов с борта корабля и с поверхности Луны.
Предстартовая подготовка и старт
В Центре управления запуском среди почётных гостей присутствовал бывший президент США Джонсон, вице-президент Агню и пионер немецкой ракетной техники 75-летний Герман Оберт. На космодроме и в прилегающих районах старт наблюдало около миллиона человек, а телевизионную трансляцию старта смотрел примерно один миллиард человек в различных странах мира.
Корабль Аполлон-11 стартовал 16 июля 1969 г. в 13 часов 32 минуты по Гринвичу на 724 мс позже расчётного времени.
Двигатели всех трёх ступеней ракеты-носителя отработали в соответствии с расчётной программой, корабль был выведен на геоцентрическую орбиту, близкую к расчётной.
Второй старт и полёт к Луне
После выхода последней ступени ракеты-носителя с кораблём на начальную геоцентрическую орбиту экипаж в течение примерно двух часов производил проверку бортовых систем.
Двигатель последней ступени ракеты-носителя был включён для перевода корабля на траекторию полёта к Луне в 2 часа 44 минуты 22 секунды полётного времени и проработал 347 секунд.
В 3 часа 26 минут полётного времени начался манёвр перестроения отсеков, который завершился с первой попытки через семь минут.
В 4 часа 30 минут полётного времени корабль (командный и лунный модуль) отделился от последней ступени ракеты-носителя, отдалился от неё на безопасное расстояние и начал самостоятельный полёт к Луне.
По команде с Земли был произведён слив компонентов топлива из последней ступени ракеты-носителя в результате чего ступень в дальнейшем под влиянием лунного притяжения вышла на гелиоцентрическую орбиту, где и находится до настоящего времени.
Во время телевизионного сеанса, начавшегося примерно на 55 часу полёта, Армстронг и Олдрин перешли в лунный модуль для первой проверки бортовых систем.
Посадка на Луну
Корабль достиг лунной орбиты примерно через 76 часов после старта. После этого Армстронг и Олдрин начали готовится к отстыковке лунного модуля для высадки на лунную поверхность.
Необходимость перехода на полуавтоматическую программу управления возникла ещё и потому, что автоматическая программа вела лунный модуль на посадку в кратер диаметром около 180 метров, заполненный камнями. Армстронг принял решение перелететь кратер, опасаясь, что лунный модуль перевернётся при посадке.
Пребывание на Луне
Астронавты произвели операции, имитирующие старт с Луны, убедились, что бортовые системы исправны. Ещё в период обращения по селеноцентрической орбите астронавты попросили разрешения отказаться от запланированного периода отдыха, после посадки медицинский руководитель полёта дал такое разрешение, посчитав, что нервное напряжение, по-видимому, всё равно помешало бы астронавтам заснуть перед выходом на Луну.
Внешняя бортовая камера, установленная на лунном модуле, обеспечила прямую трансляцию выхода Армстронга на лунную поверхность. Армстронг спустился на поверхность Луны 21 июля 1969 года в 02 часа 56 минут 20 секунд по Гринвичу. Спустившись на поверхность Луны он произнёс следующую фразу:
Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества
That’s one small step for [a] man, one giant leap for mankind.
Олдрин у сейсмометра. На заднем плане видны лунный модуль, флаг США, снабжённый проволочным каркасом, чтобы предотвратить обвисание, и камера на штативе
После установки приборов, астронавты собрали дополнительные образцы грунта (общий вес образцов, доставленных на Землю — 24,9 кг при максимально допустимом весе 59 кг) и вернулись в лунный модуль.
При ресурсе автономной системы жизнеобеспечения около четырёх часов, Олдрин пробыл на поверхности Луны чуть более полутора, Армстронг — примерно два часа и десять минут.
После возвращения в лунную кабину астронавты сложили ненужные более предметы в мешок, разгерметизировали кабину и выбросили мешок на поверхность Луны. Телевизионная камера, работавшая на поверхности Луны показала этот процесс и вскоре после этого была выключена.
После проверки бортовых систем и приёма пищи, астронавты спали примерно семь часов (Олдрин — свернувшись на полу кабины, Армстронг — в гамаке, подвешенном над кожухом основного двигателя взлётной ступени лунной кабины).
Старт с Луны и возвращение на Землю
После ещё одного приёма пищи астронавтами, на сто двадцать пятом часу полёта состоялся старт с Луны взлётной ступени лунного модуля.
Общая длительность пребывания лунного модуля на поверхности Луны: 21 час 36 минут.
После выхода взлётной ступени лунного модуля на селеноцентрическую орбиту, она была состыкована с командным модулем на 128 часу экспедиции. Экипаж лунного модуля взял образцы собранные на Луне и перешёл в командный модуль, взлётная ступень лунной кабины была отстыкована, командный модуль стартовал в обратный путь на Землю. Потребовалась только одна коррекция курса во время всего обратного полёта. Она была необходима из-за плохих метеорологических условий в запланированном изначально районе посадки. Новый район посадки находился примерно в четырёхстах километрах к северо-востоку от намеченного изначально. Разделение отсеков командного модуля произошло на сто девяносто пятом часу полёта. Чтобы отсек экипажа достиг нового района, была изменена программа управляемого спуска с использованием аэродинамического качества.
На воде отсек экипажа первоначально установился в нерасчётном положении (днищем вверх), однако через несколько минут при помощи надувных баллонов-поплавков был перевёрнут в расчётное положение.
С вертолёта были сброшены три лёгких водолаза, которые подвели понтон под отсек экипажа и привели в готовность две надувные лодки. Один из водолазов в скафандре биологической защиты открыл люк отсека экипажа, передал экипажу три таких же скафандра и снова закрыл люк. Астронавты надели скафандры и через 35 минут после приводнения перешли на надувную лодку. Водолаз обработал скафандры астронавтов и внешнюю поверхность отсека неорганическим соединением йода. Экипаж подняли на борт вертолёта и доставили на авианосец через 63 минуты после приводнения. Астронавты прямо из вертолёта перешли в карантинный фургон, где их ожидали врач и техник.
На авианосец для встречи астронавтов прибыли президент Никсон, директор NASA Томас Пейн, а также астронавт Фрэнк Борман. Никсон обратился к находящимся в карантинном фургоне астронавтам с краткой приветственной речью.
Астронавты находились в карантине 21 день (считается с момента старта с Луны). С первого же дня пребывания на Земле экипаж начал отчитываться о полёте и проходить медицинские обследования. Эти обследования, а также анализ образцов и воздействие лунными материалами на растения и животных присутствия лунных микроорганизмов не обнаружили, и карантин сочли возможным не продлевать.
По окончании карантинного периода астронавты провели одни сутки с семьями, после чего 13 августа 1969 года были организованы торжественные встречи астронавтов последовательно в Нью-Йорке, Чикаго и Лос-Анжелесе.
Некоторые итоги полёта
Читайте также: