Spotkanie na orbicie księżycowej — Lunar orbit rendezvous

Schemat LOR

Spotkanie na orbicie księżycowej ( LOR ) to kluczowa koncepcja skutecznego lądowania ludzi na Księżycu i powrotu ich na Ziemię. Był używany do misji programu Apollo w latach 60. i 70. XX wieku. W misji LOR główny statek kosmiczny i mniejszy lądownik księżycowy podróżują na orbitę księżycową . Lądownik księżycowy następnie niezależnie schodzi na powierzchnię Księżyca, podczas gdy główny statek kosmiczny pozostaje na orbicie księżycowej. Po zakończeniu tamtejszej misji lądownik wraca na orbitę księżycową, aby spotkać się i ponownie zadokować z głównym statkiem kosmicznym, a następnie jest odrzucany po przeniesieniu załogi i ładunku. Tylko główny statek kosmiczny wraca na Ziemię.

Spotkanie na orbicie księżycowej zostało po raz pierwszy zaproponowane w 1919 roku przez ukraińskiego inżyniera Jurija Kondratiuka jako najbardziej ekonomiczny sposób wysłania człowieka w obie strony na Księżyc.

Najsłynniejszy przykład dotyczył modułu dowodzenia i obsługi Projektu Apollo (CSM) oraz modułu wypraw na Księżyc (LEM), w których oba zostały wysłane do lotu przez Księżyc w jednym stosie rakietowym. Jednak warianty, w których lądownik i główny statek kosmiczny podróżują osobno, takie jak plan lądowania na Księżycu zaproponowany dla pojazdu startowego opartego na wahadłowcu i Golden Spike , są również uważane za spotkanie na orbicie księżycowej.

Zalety i wady

Zalety

Reprezentacja księżycowej studni grawitacyjnej , ilustrująca, jak zasoby potrzebne tylko na podróż do domu nie muszą być przenoszone w dół i cofanie „studnia”

Główną zaletą LOR jest oszczędność ładunku statku kosmicznego, ze względu na fakt, że paliwo niezbędne do powrotu z orbity księżycowej z powrotem na Ziemię nie musi być przenoszone jako ciężar własny na Księżyc i z powrotem na orbitę księżycową. Ma to efekt multiplikatywny, ponieważ każdy funt paliwa „martwego” użytego później musi być wcześniej napędzany większą ilością paliwa, a także dlatego, że zwiększenie ilości paliwa wymaga zwiększonej masy zbiornika. Wynikający z tego wzrost masy wymagałby również większego ciągu do lądowania na Księżycu, co oznacza większe i cięższe silniki.

Kolejną zaletą jest to, że lądownik księżycowy może być zaprojektowany właśnie do tego celu, zamiast wymagać, aby główny statek kosmiczny był również przystosowany do lądowania na Księżycu. Wreszcie, drugi zestaw systemów podtrzymywania życia, których wymaga lądownik księżycowy, może służyć jako wsparcie dla systemów głównego statku kosmicznego.

Niekorzyść

Spotkanie na orbicie księżycowej było uważane za ryzykowne od 1962 roku, ponieważ nie doszło do spotkania kosmicznego , nawet na orbicie okołoziemskiej. Gdyby LEM nie mógł dotrzeć do CSM, dwóch astronautów zostałoby uwięzionych bez możliwości powrotu na Ziemię lub przetrwania ponownego wejścia w atmosferę . Obawa okazała się nieuzasadniona, ponieważ spotkanie zostało pomyślnie zademonstrowane w latach 1965 i 1966 podczas sześciu misji Projektu Gemini za pomocą radaru i komputerów pokładowych. Zostało to również pomyślnie wykonane za każdym z ośmiu prób w misjach Apollo.

Wybór trybu misji Apollo

Apollo 11 Lunar Module Spotkanie Eagle z modułem Command Columbia na orbicie księżycowej

Kiedy w 1961 r. rozpoczęto program lądowania Apollo Moon, założono, że trzyosobowa kombinacja modułów dowodzenia i obsługi (CSM) zostanie wykorzystana do startu z powierzchni Księżyca i powrotu na Ziemię. Musiałby zatem zostać wylądowany na Księżycu przez większy stopień rakietowy z nogami podwozia, co spowodowałoby wysłanie na Księżyc bardzo dużego statku kosmicznego (ponad 100 000 funtów (45 000 kg)).

Gdyby to było zrobione przez bezpośrednie wznoszenie (na pojedynczym pojeździe nośnym ), wymagana rakieta musiałaby być wyjątkowo duża, jak na klasy Nova . Alternatywą do tego byłoby spotkanie na orbicie okołoziemskiej , w którym dwie lub więcej rakiet klasy Saturn wystrzeliłoby części całego statku kosmicznego, który miałby się spotkać na orbicie okołoziemskiej przed odlotem na Księżyc. Prawdopodobnie obejmowałoby to oddzielnie wystrzelony etap odlotu z Ziemi lub wymagałoby uzupełnienia paliwa na orbicie pustego etapu odlotu.

Tom Dolan zaproponował alternatywę spotkania na orbicie księżycowej, która była badana i promowana przez Jima Chamberlina i Owena Maynarda w Space Task Group w 1960 roku na początku studiów wykonalności Apollo. Ten tryb umożliwił pojedynczemu Saturnowi V wystrzelenie CSM na Księżyc z mniejszym LEM. Kiedy połączony statek kosmiczny osiągnie orbitę Księżyca , jeden z trzech astronautów pozostaje przy CSM, podczas gdy pozostali dwaj wchodzą do LEM, oddokują i schodzą na powierzchnię Księżyca. Następnie wykorzystują etap wznoszenia LEM, aby ponownie dołączyć do CSM na orbicie księżycowej, a następnie odrzucić LEM i użyć CSM do powrotu na Ziemię. Metoda ta została podana do wiadomości NASA Associate Administrator Robert Seamans przez Langley Research Center inżyniera Johna C. Houbolt , który kierował zespołem, aby go rozwinąć.

Poza tym, że wymaga mniejszej ładowności, możliwość użycia lądownika księżycowego zaprojektowanego specjalnie do tego celu była kolejną zaletą podejścia LOR. Konstrukcja LEM dawała astronautom wyraźny widok miejsca lądowania przez okna obserwacyjne około 4,6 metra (15 stóp) nad powierzchnią, w przeciwieństwie do przebywania na plecach w lądowniku z modułem dowodzenia, co najmniej 40 lub 50 stóp (12 lub 15 stóp). m) nad powierzchnią, w stanie zobaczyć ją tylko przez ekran telewizora.

Opracowanie LEM jako pojazdu z drugą załogą zapewniło dodatkową zaletę redundantnych systemów krytycznych (zasilanie elektryczne, podtrzymywanie życia i napęd), które umożliwiły wykorzystanie go jako „łodzi ratunkowej” do utrzymania astronautów przy życiu i bezpiecznego powrotu do domu. zdarzenie krytycznej awarii systemu CSM. Było to przewidywane jako ewentualność, ale nie stanowiło części specyfikacji LEM. Jak się okazało, ta zdolność okazała się nieoceniona w 1970 roku, ratując życie astronautom Apollo 13, gdy eksplozja zbiornika z tlenem zablokowała moduł serwisowy.

Rzecznictwo

John Houbolt wyjaśnia spotkanie z orbitą księżycową

Dr John Houbolt nie pozwoliłby zignorować zalet LOR. Jako członek Lunar Mission Steering Group, Houbolt badał różne techniczne aspekty kosmicznych spotkań od 1959 roku i był przekonany, podobnie jak kilku innych w Langley Research Center , że LOR jest nie tylko najbardziej realnym sposobem dotarcia na Księżyc przed dekada minęła, to był jedyny sposób. Przy różnych okazjach informował NASA o swoich odkryciach, ale był przekonany, że wewnętrzne grupy zadaniowe (dla których przedstawiał prezentacje) przestrzegały arbitralnie ustalonych „podstawowych zasad”. Według Houbolta te podstawowe zasady ograniczały myślenie NASA o misji księżycowej – i powodowały wykluczenie LOR, zanim zostało to uczciwie rozważone.

W listopadzie 1961 Houbolt podjął śmiały krok pominięcia właściwych kanałów i napisania dziewięciostronicowego prywatnego listu bezpośrednio do stowarzyszonego administratora Roberta C. Seamansa . „Nieco jak głos w dziczy” Houbolt zaprotestował przeciwko wykluczeniu LOR. "Chcemy lecieć na Księżyc, czy nie?" – zapytał inżynier Langley. „Dlaczego Nova, ze swoim ogromnym rozmiarem, jest po prostu akceptowana i dlaczego znacznie mniej imponujący plan obejmujący spotkanie z ostracyzmem lub defensywą? W pełni zdaję sobie sprawę, że kontaktowanie się z tobą w ten sposób jest nieco nieortodoksyjne”, przyznał Houbolt, „ale Kwestie, które wchodzą w grę, są dla nas wszystkich na tyle istotne, że uzasadnione jest nietypowe postępowanie”.

Odpowiedź na list Houbolta zajęła Seamansowi dwa tygodnie. Zastępca administratora zgodził się, że „byłoby niezwykle szkodliwe dla naszej organizacji i kraju, gdyby nasz wykwalifikowany personel był nadmiernie ograniczany restrykcyjnymi wytycznymi”. Zapewnił Houbolta, że ​​NASA będzie w przyszłości zwracać większą uwagę na LOR niż do tej pory.

Porównanie rozmiarów lądowników księżycowych na podstawie wczesnych badań Langley

W następnych miesiącach NASA właśnie to zrobiła i ku zaskoczeniu wielu zarówno w agencji, jak i poza nią, kandydat na ciemnego konia, LOR, szybko został liderem. Kilka czynników przesądziło o sprawie na jej korzyść. Po pierwsze, rosło rozczarowanie pomysłem bezpośredniego wznoszenia ze względu na czas i pieniądze potrzebne na opracowanie 15-metrowej rakiety Nova o średnicy 15 metrów , w porównaniu do Saturn V o średnicy 10 metrów. . Po drugie, rosły obawy techniczne o to, jak stosunkowo duży statek kosmiczny wymagany podczas spotkania z orbitą ziemską będzie w stanie manewrować do miękkiego lądowania na Księżycu. Jak wyjaśnił jeden z inżynierów NASA, który zmienił zdanie:

Sprawa zerkania na tę rzecz na Księżyc naprawdę nie miała satysfakcjonującej odpowiedzi. Najlepszą rzeczą w LOR było to, że pozwoliło nam zbudować oddzielny pojazd do lądowania.

Pierwszą dużą grupą, która zmieniła zdanie na korzyść LOR, była Kosmiczna Grupa Zadaniowa Roberta Gilrutha , która wciąż znajdowała się w Langley, ale wkrótce miała zostać przeniesiona do Houston jako Centrum Załogowych Statków Kosmicznych . Jako drugi przybył zespół Wernhera von Brauna z Centrum Lotów Kosmicznych Marshalla w Huntsville w stanie Alabama . Te dwie potężne grupy, wraz z inżynierami, którzy pierwotnie opracowali plan w Langley, przekonały kluczowych urzędników w Kwaterze Głównej NASA, w szczególności Administratora Jamesa Webba , który domagał się bezpośredniego wynurzenia, że ​​LOR jest jedynym sposobem na lądowanie na Księżycu. do 1969. Webb zatwierdził LOR w lipcu 1962. Decyzja została oficjalnie ogłoszona na konferencji prasowej 11 lipca 1962. Doradca naukowy prezydenta Kennedy'ego, Jerome Wiesner , pozostał zdecydowanie przeciwny LOR.

Inne plany z wykorzystaniem LOR

Planowana trajektoria Artemis 3 ilustruje użycie LOR

W kulturze popularnej

Odcinek 5 miniserialu telewizyjnego z 1998 r. Z Ziemi na Księżyc , „Spider”, dramatyzuje pierwszą próbę Johna Houbolta , by przekonać NASA do przyjęcia LOR do programu Apollo w 1961 roku i śledzi rozwój LM aż do jego pierwszej załogi lot testowy, Apollo 9 , w 1969. Odcinek nosi nazwę modułu księżycowego Apollo 9.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Domena publiczna Ten artykuł zawiera  materiały należące do domeny publicznej ze stron internetowych lub dokumentów Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej .

Cytaty

Bibliografia

Linki zewnętrzne