Рандеву на лунной орбите - Lunar orbit rendezvous

Схема LOR

Рандеву на лунной орбите ( LOR ) - ключевая концепция для эффективной посадки людей на Луну и их возвращения на Землю. Он использовался для миссий программы Apollo в 1960-х и 1970-х годах. В миссии LOR главный космический корабль и меньший лунный модуль отправляются на лунную орбиту . Затем лунный посадочный модуль самостоятельно спускается на поверхность Луны, в то время как основной космический корабль остается на лунной орбите. После завершения миссии посадочный модуль возвращается на лунную орбиту для сближения и повторной стыковки с основным космическим кораблем, а затем отбрасывается после передачи экипажа и полезной нагрузки. На Землю возвращается только основной космический корабль.

Рандеву на лунной орбите было впервые предложено в 1919 году украинским советским инженером Юрием Кондратюком как наиболее экономичный способ отправить человека в путешествие к Луне и обратно.

Самый известный пример включал команды и службы модуля Apollo и Apollo Lunar Module , где они оба были посланы к полету Translunar в одном стеке ракеты. Однако варианты, в которых посадочные аппараты и основной космический корабль перемещаются отдельно, такие как план посадки на Луну, предложенный для ракеты-носителя с тяжелым подъемником на основе шаттла и Golden Spike , также считаются рандеву на лунной орбите.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Изображение лунного гравитационного колодца , показывающее, что ресурсы, необходимые только для поездки домой, не нужно переносить вниз и обратно в "колодец"

Основным преимуществом LOR является экономия полезной нагрузки космического корабля, поскольку топливо, необходимое для возвращения с лунной орбиты обратно на Землю, не нужно переносить мертвым грузом на Луну и обратно на лунную орбиту. Это имеет мультипликативный эффект, потому что каждый фунт «мертвого веса» пороха, использованного позже, должен быть приведен в движение большим количеством пороха раньше, а также потому, что увеличение количества пороха требует увеличения веса резервуара. В результате увеличение веса потребует большей тяги для посадки на Луну, что означает более крупные и тяжелые двигатели.

Еще одно преимущество состоит в том, что лунный посадочный модуль может быть спроектирован именно для этой цели, вместо того, чтобы требовать, чтобы основной космический корабль также был пригоден для посадки на Луну. Наконец, второй набор систем жизнеобеспечения, необходимых для лунного посадочного модуля, может служить резервным для систем главного космического корабля.

Недостаток

С 1962 года сближение на лунной орбите считалось рискованным, поскольку сближение в космосе не было достигнуто даже на околоземной орбите. Если LM не сможет достичь CSM, два астронавта окажутся в затруднительном положении, не имея возможности вернуться на Землю или пережить повторный вход в атмосферу . Опасения оказались необоснованными, поскольку рандеву успешно продемонстрировали в 1965 и 1966 годах в шести миссиях проекта «Близнецы» с помощью радара и бортовых компьютеров. Это также было успешно выполнено каждый из восьми раз, когда оно было испытано в миссиях Аполлона.

Выбор режима миссии Аполлона

Встреча лунного модуля
Аполлона-11 с командным модулем на лунной орбите

Когда в 1961 году была начата программа посадки Аполлона на Луну, предполагалось, что для взлета с лунной поверхности и возвращения на Землю будет использоваться комбинация командно-служебного модуля (CSM) из трех человек . Следовательно, его нужно было бы посадить на Луну с помощью более крупной ступени ракеты с опорами шасси, в результате чего на Луну нужно было отправить очень большой космический корабль (более 100 000 фунтов (45 000 кг)).

Если бы это было сделано прямым подъемом (на одной ракете-носителе ), требуемая ракета должна была бы быть очень большой, в классе Nova . Альтернативой этому было бы сближение на околоземной орбите , при котором две или более ракеты класса Сатурн запускали бы части полного космического корабля, которые должны были бы сблизиться на околоземной орбите перед отлетом на Луну. Это, возможно, будет включать отдельно запускаемую ступень отправления с Земли или потребует дозаправки на орбите пустой ступени отправления.

Том Долан предложил альтернативу сближения на лунной орбите, которую изучали и продвигали Джим Чемберлин и Оуэн Мейнард в космической оперативной группе в ранних технико-экономических обоснованиях Аполлона в 1960 году. Этот режим позволил одному Saturn V запустить CSM на Луну с меньшим Lunar Excursion Module (LEM). Когда объединенный космический корабль достигает лунной орбиты , один из трех астронавтов остается с CSM, а два других входят в LEM, отстыковываются и спускаются на поверхность Луны. Затем они используют этап подъема LEM, чтобы присоединиться к CSM на лунной орбите, затем отбрасывают LEM и используют CSM для возвращения на Землю. Этот метод был доведен до сведения помощника администратора НАСА Роберта Seamans от исследовательского центра Лэнгли инженера Джона С. Houbolt , который привел команду к его развитию.

Помимо меньшей полезной нагрузки, еще одним преимуществом подхода LOR была возможность использовать лунный посадочный модуль, разработанный специально для этой цели. Конструкция LEM давала астронавтам четкий обзор места их посадки через смотровые окна на высоте примерно 4,6 метра (15 футов) над поверхностью, в отличие от того, что они лежали на спине в посадочном модуле командного модуля, не менее 40 или 50 футов (12 или 15 футов). м) над поверхностью, видеть ее можно только через экран телевизора.

Разработка LEM в качестве второго транспортного средства с экипажем дала дополнительное преимущество в виде дублирования критически важных систем (электроэнергии, жизнеобеспечения и силовой установки), что позволило использовать его в качестве «спасательной шлюпки» для сохранения жизни космонавтов и их безопасной доставки домой на корабле. событие критического отказа системы CSM. Это предполагалось как непредвиденное обстоятельство, но не входило в спецификации LEM. Как оказалось, эта возможность оказалась бесценной в 1970 году, спасая жизни астронавтов Аполлона-13, когда взрыв кислородного баллона вывел из строя служебный модуль.

Пропаганда

Джон Хубольт объясняет рандеву на лунной орбите

Доктор Джон Хубольт не позволил бы игнорировать преимущества LOR. Как член Руководящей группы лунной миссии, Хубольт изучал различные технические аспекты космических сближений с 1959 года и был убежден, как и некоторые другие в Исследовательском центре Лэнгли , что LOR был не только наиболее реальным способом добраться до Луны до того, как десятилетие прошло, это был единственный выход. Он неоднократно сообщал о своих открытиях в НАСА, но был твердо уверен, что внутренние рабочие группы (которым он делал презентации) следовали произвольно установленным «основным правилам». По словам Хуболта, эти основные правила ограничивали размышления НАСА о лунной миссии и вынуждали исключить LOR, прежде чем он был справедливо рассмотрен.

В ноябре 1961 года Хубольт предпринял смелый шаг, пропустив надлежащие каналы и написав личное письмо на девяти страницах непосредственно заместителю администратора Роберту С. Симансу . «В некоторой степени как голос в пустыне», - возразил Хубольт против исключения LOR. «Хотим мы на Луну или нет?» - спросил инженер Лэнгли. «Почему Нова, с ее громоздкими размерами, просто принимается, и почему гораздо менее грандиозный план, предполагающий рандеву, подвергается остракизму или ставится в оборону? Я полностью понимаю, что такой контакт с вами несколько неортодоксален, - признал Хубольт, - но поставленные на карту вопросы настолько важны для всех нас, что следует принять необычный курс ".

Морякам понадобилось две недели, чтобы ответить на письмо Хуболта. Заместитель администратора согласился, что «было бы чрезвычайно вредно для нашей организации и страны, если бы наш квалифицированный персонал был чрезмерно ограничен ограничительными правилами». Он заверил Хубольта, что в будущем НАСА будет уделять LOR больше внимания, чем до этого времени.

Сравнение размеров лунных посадочных модулей из раннего исследования Лэнгли

В последующие месяцы НАСА сделало именно это, и, к удивлению многих как внутри, так и за пределами агентства, кандидат на темную лошадку, LOR, быстро стал лидером. Несколько факторов решили вопрос в ее пользу. Во-первых, разочарование в идее прямого восхождения росло из-за времени и денег, которые потребовались для разработки ракеты Nova диаметром 50 футов (15 м) , по сравнению с Saturn V диаметром 33 фута (10 м). . Во-вторых, росли технические опасения по поводу того, как относительно большой космический корабль, требуемый для сближения с околоземной орбитой, сможет маневрировать для мягкой посадки на Луну. Как объяснил один инженер НАСА, который передумал:

У компании по наблюдению за этой штукой до Луны действительно не было удовлетворительного ответа. Лучшее в LOR было то, что он позволял построить отдельную машину для посадки.

Первой крупной группой, изменившей свое мнение в пользу LOR, была космическая оперативная группа Роберта Гилрута , которая все еще располагалась в Лэнгли, но вскоре должна была переехать в Хьюстон в качестве Центра пилотируемых космических кораблей . Второй прибыла группа Фон Брауна в Центре космических полетов им. Маршалла в Хантсвилле, штат Алабама . Эти две могущественные группы вместе с инженерами, которые первоначально разработали план в Лэнгли, убедили ключевых должностных лиц в штаб-квартире НАСА, в частности администратора Джеймса Уэбба , который стремился к прямому восхождению, что LOR - единственный способ приземлиться на Луну. к 1969 году. Уэбб одобрил LOR в июле 1962 года. Решение было официально объявлено на пресс-конференции 11 июля 1962 года. Советник президента Кеннеди по науке Джером Визнер оставался решительным противником LOR.

Другие планы с использованием LOR

Запланированная траектория Artemis 3 иллюстрирует использование LOR
  • Предлагаемый советский план посадки на Луну с использованием ракеты N1 , LK Lander и Союз 7K-LOK должен был использовать аналогичный профиль миссии LOR.
  • Программа Constellation использовала бы комбинацию EOR и LOR для посадки на Луну.
  • Программа Artemis планирует использовать LOR для высадки людей в районе южного полюса Луны .

В популярной культуре

Пятый эпизод телевизионного мини-сериала « С Земли на Луну» , «Паук», инсценирует первую попытку Джона Хуболта убедить НАСА принять LOR для программы «Аполлон» в 1961 году и прослеживает развитие LM до его первого испытательного полета с экипажем. Аполлон 9 , 1969 год. Эпизод назван в честь лунного модуля Аполлона 9.

Смотрите также

Ноты

Рекомендации

 Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .

Цитаты

Библиография

внешние ссылки