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 Программа Аполлон миссии в 1960-х и 1970-х годах. В LOR-миссии основной космический корабль и меньший лунный спускаемый аппарат отправляется в лунная орбита. Затем лунный посадочный модуль самостоятельно спускается на поверхность Луны, в то время как основной космический корабль остается на лунной орбите. После завершения миссии там спускаемый аппарат возвращается на лунную орбиту, чтобы рандеву и повторнодок с основным космическим кораблем, затем выбрасывается после передачи экипажа и полезной нагрузки. На Землю возвращается только основной космический корабль.[1]

Рандеву на лунной орбите было впервые предложено в 1919 г. украинец Советский инженер Юрий Кондратюк,[2] как наиболее экономичный способ отправить человека в путешествие на Луну и обратно.[3]

Самый известный пример связан с Командно-сервисный модуль Apollo и Лунный модуль Аполлона, где они оба были отправлены в полет на Трансунар в одной ракетной установке. Однако варианты, в которых посадочные аппараты и основной космический корабль путешествуют отдельно, такие как план посадки на Луну, предложенный для Челночная тяжеловесная ракета-носитель и Золотой шип, также считаются рандеву на Лунной орбите.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Представление лунного гравитационный колодец, демонстрируя, как ресурсы, необходимые только для поездки домой, не нужно переносить и возвращать 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.[4]

Другое 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 с лунной орбитой считалось рискованным, поскольку космическое рандеву не было достигнуто даже на околоземной орбите. Если бы LEM не смог достичь CSM, два астронавта оказались бы в затруднительном положении, не имея возможности вернуться на Землю или выжить. возвращение в атмосферу. Опасения оказались беспочвенными, поскольку рандеву успешно продемонстрировали в 1965 и 1966 годах на шести концертах. Project Gemini миссии[Примечание 1] с помощью радара и бортовых компьютеров. Это также было успешно выполнено каждый из восьми раз, когда оно использовалось в миссиях Аполлона.[Заметка 2]

Выбор режима миссии Аполлона

Аполлон-11 Свидание лунного модуля с командным модулем на лунной орбите

Когда в 1961 году стартовала программа посадки Аполлона на Луну, предполагалось, что трехместный Комбинация командного и служебного модулей (CSM) будет использоваться для взлета с поверхности Луны и возвращения на Землю. Следовательно, его необходимо 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 прямое восхождение (на одном ракета-носитель ) необходимая ракета должна быть очень большой, в Новая звезда класс. Альтернативой этому было бы Встреча на околоземной орбите, в котором две или более ракеты в Сатурн класс будет запускать части полного космического корабля, который будет сближаться 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[5] предложил альтернативу сближения на лунной орбите, которую изучали и продвигали Джим Чемберлин и Оуэн Мейнард на Группа космических задач в 1960 г. - раннее технико-экономическое обоснование Apollo.[6] В этом режиме допускается одиночный Сатурн V запустить CSM на Луну с меньшим Модуль лунной экскурсии (ЛЕМ).[Заметка 3] Когда комбинированный космический корабль достигнет лунная орбита, один из трех астронавтов остается с CSM, а двое 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. Роберт Симанс от Исследовательский центр Лэнгли инженер Джон К. Хубольт, который руководил командой по его разработке.

Помимо необходимости меньшей полезной нагрузки, возможность использовать лунный посадочный модуль, предназначенный только для этой цели, была еще одним преимуществом подхода LOR. 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 дублирующих критически важных систем (электроснабжение, жизнеобеспечение и двигательная установка), что позволило использовать его в качестве «спасательной шлюпки» для сохранения жизни космонавтов и их безопасной доставки домой. событие критического отказа системы CSM. Это предполагалось как непредвиденное обстоятельство, но не было включено в спецификации LEM. Как выяснилось позже, эта способность оказалась бесценной в 1970 году, спасая жизни людей. Аполлон-13 космонавты при взрыве кислородного баллона вывели 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 космическое рандеву с 1959 г. и был убежден, как и некоторые другие Исследовательский центр Лэнгли, что LOR был не только наиболее реальным способом добраться до Луны до истечения десятилетия, но и единственным способом. Он сообщил о своих выводах НАСА в различных случаях, 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.[8]

В ноябре 1961 года Хуболт предпринял смелый шаг, пропустив надлежащие каналы и написав личное письмо на девяти страницах непосредственно заместителю администратора. Роберт С. Симанс. «В некотором смысле 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 грандиозная схема, предполагающая 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 придерживаться необычного курса ".[9][10]

Морякам понадобилось две недели, чтобы ответить на письмо Хуболта. Помощник администратора согласился с тем, 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 дело в ее пользу. Во-первых, росло разочарование в идее прямое восхождение из-за времени и денег, которые потребовались для разработки 50-футового (15 м) диаметра Новая ракета, по сравнению с диаметром 33 фута (10 м) Сатурн V. Во-вторых, росли технические опасения относительно 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 Роберт Гилрут космической оперативной группы, которая все еще находилась в Лэнгли, но вскоре должна была переехать в Хьюстон в качестве Центр пилотируемых космических аппаратов. Вторым пришел Фон Браун команда в Центр космических полетов Маршалла в Хантсвилл, Алабама. Эти две влиятельные группы вместе с инженерами, которые первоначально разработали план в Лэнгли, убедили ключевых должностных лиц в штаб-квартире НАСА, в частности администратора Джеймс Уэбб, который ожидал прямого восхождения, что LOR был единственным способом приземлиться на Луну к 1969 году. Уэбб одобрил LOR в июле 1962 года.[11] Об этом решении было официально объявлено на пресс-конференции 11 июля 1962 года.[12] Советник президента Кеннеди по науке, Джером Визнер, по-прежнему категорически против LOR.[13][8]

Другие планы с использованием LOR

Планируемая траектория Артемида 3 иллюстрирует использование LOR

В популярной культуре

Эпизод 5 телевизионный мини-сериал 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, в 1969 году. Эпизод назван в честь лунного модуля «Аполлон-9».

Заметки

  1. ^ Близнецы 6А, Близнецы 8, Близнецы 9А, Близнецы 10, Близнецы 11, и Близнецы 12
  2. ^ Аполлон 9 на околоземной орбите; на лунной орбите на Аполлон 10, Аполлон-11, Аполлон-12, Аполлон 14, Аполлон 15, Аполлон-16, и Аполлон-17.
  3. ^ В июне 1966 года он был сокращен до «Лунного модуля» (ЛМ).[7]

использованная литература

Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.

Цитаты

  1. ^ «Рандеву на лунной орбите» - 1968 - Отдел планирования и анализа миссий НАСА на YouTube
  2. ^ Харви (2007), п. 6–7.
  3. ^ Уилфорд (1969), п. 41-48.
  4. ^ Ривз (2005).
  5. ^ Брукс (1979).
  6. ^ Гейнор (2001), п. 62-66.
  7. ^ Шеер, Джулиан В. (помощник администратора по связям с общественностью, НАСА). Меморандум Комитета по назначению проектов, 9 июня 1966 г.
  8. ^ а б «Свидание, которое было почти пропущено: рандеву на лунной орбите и программа« Аполлон »- НАСА». www.nasa.gov. Декабрь 1992 г. Информационный бюллетень NF175. Получено 2017-03-20.
  9. ^ Теннант (2009).
  10. ^ Хансен (1995).
  11. ^ Виткин (1962).
  12. ^ НАСА (1962 г.), п. 1.
  13. ^ Нельсон (2009), п. 209–210.

Список используемой литературы

внешние ссылки