Apollo-beheer-en-diensmodule

Die beheer-en-diensmodule (BDM) was een van twee belangrike komponente van die Amerikaanse Apollo-ruimtetuie wat gebruik is vir die Apollo-program om ruimtemanne op die Maan te land tussen 1969 en 1972. Die BDM het as 'n moederskip fungeer, 'n bemanning van drie ruimtemanne en die tweede Apollo ruimtetuig - die Apollo-maanmodule - gedra, dit alles in 'n maanwentelbaan geplaas en die ruimtemanne veilig Aarde toe teruggebring. Die BDM het uit twee gedeeltes bestaan: die koniese beheermodule voor waarin die bemanning geleef het, toerusting vir die binnedringing van die atmosfeer en die neerplons in die oseaan. Die tweede gedeelte was die silindriese diensmodule waarin die aandrywing, elektriese krag en ander verbruikbare produkte, soos benodig vir 'n sending, gestoor was. 'n Naelstringverbinding het die krag en verbruikbare produkte tussen die twee modules vervoer. Net voordat die atmosfeer binnegedring is, is die naelstringverbinding verbreek, die diensmodule is afgeskei en toegelaat om in die atmosfeer uit te brand. 

Sedert November 1961 is die BDM deur North American Aviation ontwikkel en gebou vir NASA. Dit was aanvanklik ontwikkel om op die Maan te land bo-op 'n landingsvuurpyl met al drie ruimtemanne aan boord; dit het bekend gestaan as 'n direkte- opstygsending. Dié ontwerp sou nie 'n aparte maanmodule benodig nie, dus was daar geen voorsiening gemaak vir dokfasiliteite met ander ruimtetuie nie. Hierdie feit en ander verlangde ontwerpvereistes het gelei tot die besluit om twee weergawes van die BDM te bou. Die Blok-I ontwerp was gebruik vir onbemande sendings en bemande sendings van een omwenteling om die Aarde soos vir Apollo 1. Die meer gevorderde Blok-II konsep was ontwerp vir gebruik saam met die maanmodule. Die Apollo 1 vlug was gekanselleer na die bemanning (nog op die grond) in 'n brand in die module omgekom het en die beheermodule vernietig is tydens 'n lanseerrepetisie. Verbeteringe is aan die Blok-II-module aangebring wat later vir al die bemande ruimtevaarte gebruik is.

Daar is negentien BDM's gelanseer. Van die negentien het nege mense na die Maan geneem tussen 1968 en 1972. Twee ander is gebruik in bemande toetsvlugte in lae wentelbane om die Aarde. Na die voltooiing van die Apollo-program is drie gebruik om gedurende 1973-1974 ruimtemanne na die Skylab-ruimtestasie te vervoer. In 1975 het die laaste BDM met die Sowjet Sojoes 19 ruimtetuig gedok as deel van die internasionale Apollo-Sojoes-toetsprojek.

Voor Apollo 
Konsepte van 'n bemande, gevorderde ruimtetuig was reeds op skrif gestel voor die doelwit van 'n maanlanding aangekondig was. Die tuig, met 'n bemanning van drie, was beplan om slegs om die Aarde te wentel. Dit sou 'n groot onderdruk-hulporbitale module insluit waar die bemanning vir weke op 'n slag sou woon en werk. Hulle sou ruimtestasie-tipe aktiwiteite in die module uitvoer, terwyl latere weergawes die module sou gebruik om vrag na ruimtestasies te vervoer. Die ruimtetuig moes die Project Olympus (LORL) diens, 'n oopvoubare roterende ruimtestasie wat met 'n enkele Saturn V-vuurpyl gelanseer is. Latere weergawes sou op vlugte om die Maan gebruik word en sou die basis wees vir 'n direkte opstyg-maanruimtetuig sowel as vir interplanetêre missies. Teen laat-1960 het NASA 'n beroep op die Amerikaanse Industrie gedoen vir ontwerpe vir die ruimtetuig. Op 25 Mei 1961 het President John F. Kennedy die maanlandingsdoelwit aangekondig wat voor 1970 bereik moes word. Die planne vir Project Olympus was nou uitgedien.

Ontwikkeling geskiedenis 

Op 28 November 1961 het NASA die Apollokontrak aan North American Aviation toegeken en hulle het nog steeds aanvaar dat die maanlanding gedoen sal word deur direkte- opstygsending eerder as maanwentelbaan-rendezvous-prosedure. Dus is die ontwerpe gedoen sonder 'n stelsel om die BDM met die Apollo-maanmodule te dok. Toe die maanwentelbaan-rendezvous-prosedure aanvaar is en ander tegniese uitdagings opgeduik het, het dit duidelik geword dat 'n beduidende herontwerp benodig was. In 1963 het NASA besluit om by die tydskaal van die program te hou, maar dat daar twee ontwerpe moet wees:
 Blok I: dit is die voorlopige ontwerp wat slegs vir lae-Aarde-wentelbaanvlugte gebruik sal word.
 Blok II: dit is die maanomwentelingweergawe en sluit 'n dokstelsel in tesame met massavermindering volgens die lesse geleer uit Blok I. Die ontwerp van die fyner besonderhede van die dokstelsel was afhanklik van die maanmodule se ontwerp, wat aan Grumman Aircraft Engineering toegeken is.

North American het die Blok II-ontwerp aan NASA begin voorlê in Januarie 1964. Blok I-ruimtetuie was gebruik vir alle onbemande Saturn IB- en Saturn V-toetsvlugte. Aanvanklik was twee bemande vlugte beplan maar dit is verminder na een in 1966. Die sendingnommer AS-204 is toegeken aan die toetsvlug, die bemanning het daarna verwys as Apollo 1 en die lanseerdatum was 21 Februarie 1967. Tydens 'n repetisie op 27 Januarie het die drie ruimtemanne, Gus Grissom, Ed White en Roger Chaffee, doodgebrand in die kajuit. Die ramp het ernstige ontwerp-, konstruksie- en instandhouding-tekortkominge na vore gebring. Die kennis is oorgedra na die Blok II-ontwerpe wat in aanbou was op daardie stadium.

Na 'n deeglike ondersoek deur die Apollo 204 Ondersoekraad is daar besluit om die Blok I-fase te staak en die Blok II-ontwerp te verbeter om die Ondersoekraad se aanbevelings te inkorporeer. Daar is ook 'n herontwerpte hitteskild by Blok II se Bevelmodule geïnkoporeer wat getoets is met die onbemande Apollo 4- en Apollo 6-vlugte. Die eerste Blok II unieke ruimtetuig was gebruik vir die eerste bemande vlug met Apollo 7.

Die twee Blokke was min of meer ewe groot maar verskeie ontwerpverbeteringe het tot gevolg gehad dat Blok II aansienlik minder geweeg het. Die Blok I Diensmodule se brandstoftenks was 'n bietjie groter as die Blok II s'n. Die Apollo 1 ruimtetuig het ongeveer 20 000 kg geweeg terwyl Blok II Apollo 7 16 500 kg geweeg het. Hierdie twee ruimtetuie was ligter as die ruimtetuie wat later na die Maan gevlieg het omrede hulle slegs brandstof in een stel tenks gedra het, en ook nie die hoëwins S-bandantenna aan boord gehad nie.

Die totale koste vir die ontwikkeling van die BDM en eenhede geproduseer was $36,9 miljard in 2016 dollars, aangepas van 'n nominale totaal van $3,7 miljard deur die NASA New Start Inflation Indices te gebruik.

Beheermodule 
 
Die Beheermodule het 'n afgestompe, koniese vorm gehad met 'n diameter van 3,91 m, gemeet oor die basis, en 'n hoogte van 3,48 m. Dit het die dokstelsel en pieringvormige hitteskild aan die agterkant ingesluit. Die voorste gedeelte bevat twee reaksiebeheerstelselstuwers, die dokkanaal en die aardlandingstelsel. Daar is voorsiening gemaak vir die bemanning, toerustingrakke, beheer- en instrumentasiemeters en vele ander ruimtetuigtoerustng in die binneste gedeelte wat onder konstante druk gehou moes word. Aan die agterkant was 10 reaksiebeheervuurpyle en hulle brandstoftenks, ook watertenks en die BDM se naelstringkabels.

Konstruksie 
Die beheermodule is gebou in North American Aviation se fabriek in Downey, Kalifornië en bestaan uit twee basiese strukture wat aanmekaar gelas moet word: die binneste drukstruktuur en die buitestruktuur.

Die binneste struktuur is vervaardig uit aluminium in 'n toebroodjieformaat, dit het bestaan uit 'n gesweissoldeerde aluminium binneste laag, gekoppel aan heuningkoekkern met 'n buitenste plaat om. Die dikte van die heuningkoek het gewissel van 3,8 cm by die basis tot 0,64 cm by die voorste toegangstonnel. Die binneste gedeelte was onder druk geplaas en het die bemanning gehuisves. 

Die buitenste struktuur was van vlekvrye staal gesweis in 'n heuningkoekvorm tussen staalallooiplate. Die dikte het gewissel van 1,3 cm tot 6,5 cm. Gedeeltes van die spasie tussen die binneste en buitenste strukture was gevul met veselglas wat as isolasie gedien het om die hitte uit te hou.

Termiese beskerming (hitteskild) 

'n Ablatiewe hitteskild aan die buitekant van die beheermodule het dit beskerm teen hitte wat opgewek word wanneer die atmosfeer binnegedring word; die hoë hitte kan die meeste metale smelt. Die hitteskild was gemaak van 'n fenolformaldehiedhars bekend as AVCOAT. Tydens die binnedring van die atmosfeer word die materiaal baie warm, begin gloei, 'n bietjie smelt weg en absorbeer die hitte tydens die proses. Die hitteskild het verskeie lae aan die buitekant: 'n gaatjie seëlaar, 'n vogwerende laag ('n wit weerkaatsende laag) en 'n silwer Mylar termiese laag (biaksiaal georiënteerde poliëtileentereftalaat) wat soos aluminiumfoelie lyk.

Die hitteskild se dikte het gewissel, dit was 5.1 cm dik aan die agterkant (wat na vore gedraai word wanneer die atmosfeer binnegedring word) tot 1.3 cm dik by die bemanning se kajuit en voorste gedeeltes. Die totale gewig van die hitteskild was 1,400 kg.

Voorste kompartement 
Die voorste kompartement is 58 cm groot en buitekant die binneste drukkompartement in die neus van die kapsule, rondom die voorste dok tonnel en is bedek deur die voorste hitteskild. Die kompartement is verdeel in vier 90-grade segmente wat onder ander die Aarde-landingstoerusting (al die valskerms, herwinningsantennas en die bakenlig asook seeherwinningstou), twee reaksiebeheerstuwers en die voorste hitteskildlosmaakmeganisme.

Op 'n hoogte van 7 600 m tydens die binnedring van die atmosfeer was die voorste hitteskild losgemaak en verwyder om die aardlandingtoerusting oop te maak en toe te laat dat die valskerms ontplooi word.

Agterste kompartement 
Die agterste kompartement is 51 cm groot en was geleë rondom die wydste gedeelte van beheermodule, net voor en bo die agterste hitteskild. Die kompartement was verdeel in 24 gedeeltes wat tien reaksiebeheerenjins, brandstof, 'n oksideermiddel en heliumtenks bevat het. Laasgenoemde was vir gebruik deur die beheermodule se substelsels en daar was ook watertenks, ander instrumente en ook spesiale raamgedeeltes wat breek of vou (om energie te absorbeer as deel van die impakversagtingstelsel) tydens die landing. Die Diens- en Beheermodule se naelstring waar die bedrading en loodgieterspype die twee verbind was ook hier. Die panele van die hittesklid wat die agterkant van die kompartement bedek kon verwyder word vir instandhouding en gereedmaking van die toerusting voor die vlug.

Aardlandingstelsel 

Al die komponente van Aardlandingstelsel (AL) was binne in die Beheermodule rondom die voorste doktonnel gewees. Die voorste kompartement was geskei van die middelste een met 'n afskorting en was verdeel in vier 90-grade wîe. Die AL het bestaan uit drie remvalskerms wat uitgeskiet word met mortiere, drie hoofvalskerms, drie loodsvalskerms om die hoofvalskerms te ontplooi, drie opblaasbare lugsakke om die kapsule regop te draai indien nodig, 'n kleurstofmerker, 'n seeherwinningskabel en 'n swemnaelstringkabel.

Die beheermodule se massamiddelpunt was nie in die middel van tuig nie, maar 'n voet daarvandaan, dit was dus nie op die simmetriese as nie. Dit het veroorsaak dat die module 'n wringkragrotasie ondergaan tydens die binnedringing van die atmosfeer wat tot gevolg het dat dit teen 'n hoek trek en dit het ook 'n bietjie stukrag veroorsaak met 'n stukrag-tot-weerstandverhouding van 0,369. Die kapsule was gestuur deur die stuwers rond te draai. Indien geen rigtingverandering vereis was nie het die kapsule stadig in die rondte gedraai om sy eie as en die stukrageffek was geneutraliseer. Hierdie stelsel het tot gevolg gehad dat die ruimtemanne baie minder gravitasiekrag ondervind het, die kapsule in 'n mate bestuur kon word en toegelaat dat sy neerplonsposisie binne 'n paar kilometer van die beplande neerplonspunt was.

Op 7 300 m is daar ontslae geraak van die voorste hitteskild deur middel van vier vere wat met 'n kompressiegas gelaai was. Daarna was die remvalskerms ontplooi wat die kapsule se snelheid tot 201 km/h verminder het. Op 3 300 m was van die remvalskerms ontslae geraak en die loodsvalskerms, wat die hoofvalskerms uitgetrek het, is ontplooi. Dit het die kapsule se snelheid verminder tot 35 km/h voor dit in die water plons. Die gedeelte van die kapsule wat wat eerste met die water kontak gemaak het, het vier dwarsbalke gehad wat ontwerp is om te breek met impak krag van daarvan te verminder. Die beheermodule kon veilig land indien slegs twee van die hoofvalskerms ontplooi het, soos wat met die Apollo 15 gebeur het. Die derde valskerm was dus 'n veiligheids maatreël.

Reaksie beheerstelsel 
Die beheermodule se reaksie beheerstelsel het bestaan uit twaalf posisiebeheer stuwers van 410 N elk waarvan tien aan die agterste kompartement geheg was en twee aan die voorste kompartement. Die stuwers was aangedryf deur monometielhidrasien as brandstof wat in vier tenks van 120 kg elk gestoor was met stikstoftetroksied as 'n oksideermiddel. Die tenks was onderdruk gehou met 0.5 kg Helium wat gestoor was teen 28.6 MPa in twee tenks.

Luike 
Die voorste dok luik was bo-op die dok tonnel gemonteer, het 'n diameter van 76 cm gehad en het 36 kg geweeg. Dit was gemaak uit twee masjineerde ringe wat aanmekaar gesweis is en dan aan heuningkoek paneel gesweissoldeer is. Die buitenste kant was bedek met 13 mm insulasie en 'n laag aluminium foelie. Dit was toegerus met ses knippe om te sluit en 'n pomphandvatsel is gebruik om dit oop en toe te maak. In die middel van die luik was 'n klep wat die druk in die tonnel en die BM gelykmaak sodat die luik verwyder kan  word.

Die bemanning luik was 74 cm hoog, 86 cm wyd en het 102 kg geweeg. Dit was ook geaktiveer deur 'n pomphandvatsel wat 'n palrat meganisme aangedryf het om vyftien kinppe oop of toe te maak.

Dokstelsel samestelling 
'n Deel van die Apollo-sendings se take was om die BDM met die LM te dok wanneer dit terugkeer van die Maan en ook tydens die transponering, koppeling en onttrekking-maneuver net nadat die ruimtuig in die ruimte is en net voor dit begin met sy tog na die Maan. Die dokmeganisme was nie uitruilbaar nie en het uit manlike en vroulike passtukke bestaan. Die manlike gedeelte het bestaan uit 'n peilstaaf wat vooraan die BDM was waaraan 'n afgeknotte keël wat aan die maanmodule is. Dan word die peilstaaf teruggetrek om die twee ruimtetuie tot teen mekaar te trek om 'n stewige koppeling te verseker, 'n proses bekend as harde koppeling. Die meganisme, gespesifiseer deur NASA, moes oor die volgende funksionaliteit beskik:
 Laat die twee voertuie koppel, en verminder oortollige beweging en energie wat deur die koppelaksie veroorsaak word
 Stel die twee ruimtetuie lynreg op en trek hulle saam vir koppeling
 Voorsien 'n stewige strukturele verbinding tussen die twee ruimtetuie. Dit moet deur slegs een bemanningslid ontkoppel en weer gekoppel kan word.
 Voorsien 'n manier om beide voertuie op afstand te skei vir die terugkeer na die aarde, deur gebruik te maak van pirotegniese hegstukke aan die omtrek van die CSM-dokkraag
 Voorsien oortollige krag- en logiese stroombane vir alle elektriese en pirotegniese komponente.

Nota

Verwysings 

Apollo-program