Лунный модуль

Лунный модуль корабля «Аполлон» (LM, также известный как LEM (Lunar Excursion Module), — посадочный модуль, часть корабля «Аполлон», построенный для американской программы «Аполлон» компанией Grumman Corporation для экипажа из двух человек с целью доставки с лунной орбиты на поверхность Луны и обратно. Шесть таких модулей совершили успешную посадку на Луну в 1969—1972 годах. В каком-то смысле это был первый в мире истинно космический корабль, поскольку он был способен перемещаться только в космосе, не был конструктивно и аэродинамически приспособлен к полёту в атмосфере Земли. Его разработка сталкивалась с несколькими препятствиями, что задержало его первый беспилотный полёт на срок около десяти месяцев, а его первый пилотируемый полёт примерно на три месяца. Несмотря на это, в конце концов данный модуль стал самым надёжным компонентом системы «Аполлон»/«Сатурн» и значительно превышал её проектные требования, что было задействовано для поддержания жизнеобеспечения и двигательных ресурсов, позволив спасти астронавтов после взрыва и отказа систем служебного модуля в полёте «Аполлона-13». Модуль состоит из двух ступеней. Посадочная ступень, оборудованная самостоятельной двигательной установкой и шасси, используется для снижения лунного корабля с орбиты Луны и мягкой посадки на лунную поверхность, и также служит стартовой площадкой для взлётной ступени. Взлётная ступень, с герметичной кабиной для экипажа и самостоятельной двигательной установкой, после завершения исследований стартует с поверхности Луны и на орбите стыкуется с командным отсеком. Разделение ступеней осуществляется при помощи пиротехнических устройств. Масса лунного модуля при полете «Аполлона-11» составляла 15 тонн, из которых 10,5 тонны приходилось на топливо. Высота составляла 7 м, диаметр — 4,3 м. Для тренировки экипажа по ручному управлению модулем был разработан тренажёр, способный на Земле создать условия пребывания в поле тяготения Луны. Взлётная ступень Взлётная ступень лунного модуля имеет три основных отсека: отсек экипажа, центральный отсек и задний отсек оборудования. Герметизируются только отсек экипажа и центральный отсек, все остальные отсеки лунного корабля негерметизированы. Объём герметической кабины 6,7 м³, давление в кабине 0,337 кг/см², атмосфера — чистый кислород. Высота взлётной ступени 3,76 м, диаметр 4,3 м. Конструктивно взлётная ступень состоит из шести узлов: отсек экипажа, центральный отсек, задний отсек оборудования, связка крепления ЖРД, узел крепления антенн, тепловой и микрометеорный экран. Отсек экипажа имеет вид цилиндра с горизонтальной осью (диаметр 2,35 м, длина 1,07 м, объём 4,6 м³) полумонококовой конструкции из хорошо сваривающихся алюминиевых сплавов. Два рабочих места для астронавтов оборудованы пультами управления и приборными досками, системой привязи астронавтов (они располагались стоя), двумя окнами переднего обзора, окном над головой для наблюдения за процессом стыковки, телескопом в центре между астронавтами. Для выхода на поверхность Луны производилась полная разгерметизация кабины, так как шлюзовая камера отсутствовала. Срок автономного существования модуля (ограниченный, в первую очередь, ресурсом систем жизнеобеспечения и электропитания) составлял порядка 75 часов. Характеристики взлётной ступени: Масса, включая топливо: 4670 кг. Атмосфера кабины: 100 % кислород, давление 33 кПа. Вода: два бака по 19,3 кг. Охладитель: 11,3 кг раствора этиленгликоль-вода. Температурный контроль: один активный сублиматор (теплообменник) «вода-лёд». Двигатели системы ориентации (ДСО): Масса топлива: 287 кг. Число и тяга ДСО: 16 × 445 Н в четырёх сборках. Топливо ДСО: тетраоксид диазота — окислитель; аэрозин-50 (несимметричный диметилгидразин + гидразин) — горючее. Удельный импульс ДСО: 2,84 км/с. Взлётный двигатель: Масса топлива: 2353 кг. Тяга: 15,6 кН. Топливо: Тетраоксид азота/аэрозин-50. Система наддува: 2 × 2,9 кг гелиевых бака, давление 21 МПа. Удельный импульс: 3,05 км/с (311 секунд). Тяговооруженность на взлете: 2,124. Характеристическая скорость (дельта-v) взлётной ступени: 2220 м/с. Батареи: две 28-32 вольт, 296 А·ч, серебряно-цинковые; 56,7 кг каждая. Бортовая сеть: 28 вольт постоянного тока; 115 вольт, 400 Гц — переменного тока. ЖРД: APS. Посадочная ступень Посадочная ступень лунного модуля в виде крестообразной рамы из алюминиевого сплава несёт на себе в центральном отсеке двигательную установку с посадочным ЖРД фирмы STL. В четырёх отсеках, образованных рамой вокруг центрального отсека, установлены топливные баки, кислородный бак, бак с водой, бак с гелием, электронное оборудование, подсистема навигации и управления, посадочный радиолокатор и аккумуляторы. Четырёхногое раскладное шасси, установленное на посадочной ступени, поглощает энергию удара при посадке корабля на поверхность Луны разрушающимися сотовыми патронами, установленными в телескопических стойках ног шасси; дополнительно удар смягчается деформацией сотовых вкладышей в центрах посадочных пят. Три из четырёх пят снабжены гибким металлическим щупом, направленным вниз и раскрывающимся наподобие рулетки, сигнализирующим экипажу момент выключения ЖРД при контакте с лунной поверхностью (синяя лампа «lunar contact»). Шасси находятся в сложенном состоянии до отделения лунного корабля от командного отсека; после отделения по команде экипажа лунного корабля пиропатроны перерезают чеки у каждой ноги и под действием пружин шасси выпускается и становится на замки. Так же как взлётная ступень, посадочная ступень окружена тепловым и микрометеорным защитным экраном из многослойного майлара и алюминия. Высота посадочной ступени 3,22 м, ширина (без шасси) 4,3 м. Характеристики посадочной ступени: Масса, включая топливо: 10 334 кг. Запас воды: 1 бак, 151 кг. Масса горючего и окислителя: 8165 кг. Тяга двигателя: 45,04 кН, дросселирование 10—60 % от полной тяги. Компоненты топлива: Тетраоксид азота/аэрозин-50. Бак наддува: 1 × 22 кг бак, газ наддува — гелий, давление 10,72 кПа. Удельный импульс: 3,05 км/с (311 секунд). Характеристическая скорость посадочной ступени (дельта-v): 2470 м/с. Батареи: 4 (на Аполлонах 9—14) или 5 (на Аполлонах 15—17) 28—32 В, 415 А·ч, серебряно-цинковые, масса каждой 61,2 кг. Система управления Система управления лунным модулем корабля «Аполлон» состояла из следующих основных компонентов: аварийная подсистема наведения; гиростабилизатор; телескоп выставки гироплатформы; радиолокаторы встречи и посадки; рукоятки ручного управления аппаратом; пульт управления и индикации; преобразователи «аналог-код»; БЦВМ; преобразователи «код-аналог»; телеметрия и служба времени; программное устройство двигателей; двигатели подъёма, посадки и стабилизации; индикаторы ориентации и угловых скоростей; указатель горизонтальной скорости; аварийная сигнализация. Посадка и взлёт Посадка Сначала лунный модуль раздвигал посадочное шасси, остыковывался от орбитального, отлетал на 3 километра, располагался в пространстве так, что астронавты находились лицом к поверхности Луны, ногами в сторону движения модуля. То есть для астронавтов поверхность Луны «пролетала» снизу вверх. Позже он переходил на посадочную орбиту, а потом включал двигатель и сходил с орбиты. Далее модуль производил вращение — астронавты располагались спиной к Луне и по прежнему ногами в сторону движения модуля. Для совершения посадки лунный модуль становился вертикально, и астронавты, соответственно, позиционировались ногами к поверхности Луны. Когда щупы касались поверхности, двигатель можно было выключать, и посадка корабля завершалась. Взлёт После нахождения на Луне взлётная ступень отделялась от посадочной, включала свой двигатель, выходила на орбиту и стыковалась с орбитальным кораблём. Астронавты переходили из взлётной ступени в командный модуль и переносили образцы лунного грунта. Позже из взлётной ступени стравливался воздух, и она отстыковывалась. После того, как орбитальный корабль улетал, взлётная ступень включала двигатель, сходила с орбиты и разбивалась об Луну. Полёты лунных модулей Иллюстрации Примечания Ссылки Apollo Program на сайте Смитсоновского музея авиации и космонавтики (англ.) Apollo Lunar Module News Reference (англ.). — New York: Grumman Aerospace Corporation, 1974. Kelly, Thomas J. (2001). Moon Lander: How We Developed the Apollo Lunar Module (Smithsonian History of Aviation and Spaceflight Series). Smithsonian Institution Press. ISBN 1-56098-998-X. Baker, David (1981). The History of Manned Space Flight. Crown Publishers. ISBN 0-517-54377-X Brooks, Courtney J., Grimwood, James M. and Swenson, Loyd S. Jr (1979) Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft NASA SP-4205. Sullivan, Scott P. (2004) Virtual LM: A Pictorial Essay of the Engineering and Construction of the Apollo Lunar Module. Apogee Books. ISBN 1-894959-14-0 Stoff, Joshua. (2004) Building Moonships: The Grumman Lunar Module. Arcadia Publishing. ISBN 0-7385-3586-9 Stengel, Robert F. (1970). Manual Attitude Control of the Lunar Module, J. Spacecraft and Rockets, Vol. 7, No. 8, pp. 941–948. Левантовский В. И. Механика космического полета в элементарном изложении. — М.: Наука, 1970. — 492 с.