Apollo Lunar Module

Apollo Lunar Module var månelandingsfartøyet som ble bygd til det amerikanske Apollo-programmet. Fartøyets formål var å foreta en månelanding og deretter fly opp i månebane igjen. Modulen er også kjent som LM (uttalt LEM fra NASAs tidligere navn på den, Lunar Excursion Module).

Den 6,65 m³ store modulen ble designet for å ha et mannskap på to. Hele modulen var 6,4 meter høy og 4,3 meter bred og hvilte på fire ben. Den besto av to trinn – det nedre trinnet (nedstigningstrinnet) og det øvre trinnet (oppstigningstrinnet). Den totalen vekten på modulen var 15 264 kg, med størstedelen av vekten (10 334 kg) i det nedre trinnet. På grunn av forsinkelser under utviklingen var den til å begynne med upopulær fordi den hindret framdriften i hele Apollo-programmet. Etterhvert viste det seg at månelandingsfartøyet var den modulen i Apollo/Saturn systemet man kunne stole mest på, og det var den eneste komponenten som ikke hadde feil som påvirket ferdene i større grad. Under Apollo 13-ferden søkte astronautene tilflukt i månelandingsfartøyet etter at en oksygentank i kommandomodulen eksploderte. Månelandingsfartøyet berget dermed livet til romfarerne, selv om det ikke var designet for denne oppgaven.

Historie 

Månelandingsfartøyet ble konstruert slik det ble fordi NASA valgte å komme seg til månen ved hjelp av frakobling og sammenkobling i månebane (Lunar Orbit Rendezvous, LOR), og ikke en direkte ferd fra Jorden eller sammenkobling i jordbane (Earth Orbit Rendezvous, EOR). En direkte ferd eller en EOR ville involvert hele romfartøyet i en landing. Da NASA bestemte seg for fra- og sammenkobling i månebane, ble det nødvendig å konstruere et eget romfartøy som kunne lande på månen, samt en kommando/servicemodul (Command Service Module, CSM) som skulle gå i bane rundt månen.

Utviklingskontrakter 
Kontrakten på månelandingsfartøyet ble gitt til Grumman Aircraft Engineering Corporation og en del underleverandører. Grumman hadde begynt å studere LOR sent på 50-tallet og igjen i 1962. I juli 1962 ble elleve firmaer invitert til å komme med hvert sitt forslag til et månelandingsfartøy. Ni forslag ble lagt frem i september, og Grumman fikk kontrakten den samme måneden. Kontraktskostnadene ble antatt å være på rundt 350 millioner dollar. Det var i starten fire store underleverandører – Bell Aerosystems (oppstigningsmotoren), Hamilton Standard (miljøkontrollsystemer), Marquardt (kontrollsystem for styredysene) og Rocketdyne (nedstigningsmotoren).

Navigasjonssystemet (Primary Guidance, Navigation and Control System, PGNCS) på månelandingsfartøyet ble utviklet av MIT Instrumentation Laboratory. Navigasjonscomputeren (Apollo Guidance Computer) ble konstruert av Raytheon. Et lignende navigasjonssystem ble brukt i kommandomodulen (CM). Et reserve-navigasjonsverktøy (Abort Guidance System, AGS) ble utviklet av TRW.

Design 
I tidlige stadier av utviklingen av månelandingsfartøyet var sammenkoblings-luken plassert på fremsiden. Grunnen til dette var at det var først tenkt at mannskapet ombord i månelandingsfartøyet skulle utføre sammenkoblingen med kommandoseksjonen, men dette ble etter hvert endret. Tidlige tegninger inkluderte også store buede vinduer. I april 1963, da nedstignings- og oppstigningsmotorene var blitt valgt, ble det grove designet på månelandingsfartøyet bestemt. I tillegg til Rocketdynes kontrakt ble et parallelt program for nedstigningsmotoren i juli 1963 bestilt av Space Technology Laboratories, og i januar 1965 ble Rocketdynes kontrakt kansellert. Etterhvert som programmet gikk videre, ble det stadig redesignet for å spare vekt (inkludert «Operation Scrape»), forbedre sikkerheten og løse problemer. For eksempel ble det i utgangspunktet planlagt at hele modulen skulle drives av brenselceller (bygd av Pratt & Whitney), men i mars 1965 gikk ingeniørene over til batterier.

Månelandingsfartøyet hadde tidlig i utviklingen tre landingsføtter. Selv om dette var det letteste alternativet, følte man at dette var det minst stabile dersom en av landingsføttene skulle bli skadet under landing. Det neste designet hadde fem føtter, og det var det mest stabile under landing i ukjent terreng. Til slutt fant ingeniørene ut at fem ben veide for mye, og det ble gjort et kompromiss med fire.

Testing og bruk 
For å trene på månelandingsteknikker brukte NASA et treningsfartøy som simulerte månelanding på Jorden (Lunar Landing Research Vehicle, LLRV). En 61 meter høy og 122 meter lang konstruksjon ble bygd på NASA Langley Research Center der simulatoren ble hengt opp og astronautene «fløy» fartøyet ved å bevege kranen. (Dette området er i dag kjent som Impact Dynamics Research Facility, og blir brukt til kræsjtesting av fly.)

Første flytur for månelandingsfartøyet var 22. januar 1968, da den ubemannede LM-1 ble skutt opp i en Saturn 1B for å teste motorsystemene. Den neste flyturen var med Apollo 9, da de brukte LM-3 (3. mars 1969). Denne ferden var bemannet av (McDivitt, Scott og Schweickart) for å teste en rekke systemer i bane rundt Jorden. Dette innebar at mannskapet testet ut hvordan det var å komme seg inn og ut av månelandingsfartøyet, motorsystemet, separasjon og sammenkobling med kommandoseksjonen. På Apollo 10 (skutt opp 18. mai 1969) ble det også foretatt omfattende testing, denne gangen i månebane, blant annet separasjon fra kommandoseksjonen og nedstigning til 10 km over månens overflate, for så å koble seg sammen med kommandoseksjonen igjen. Etter suksessen med Apollo 10 landet månelandingsfartøyet LM-5 «Eagle» for første gang på Månen 20:17:40 UTC 20. juli 1969 under Apollo 11-ferden.

I april 1970 spilte månelandingsfartøyet Aquarius en uventet rolle, da det reddet livet til mannskapet på Apollo 13 (Kommandør James A. Lovell Jr., kommandoseksjon-pilot John L. Swigert Jr. og månelandingsfartøy-pilot Fred W. Haise Jr.). Da en elektrisk kortslutning førte til at en oksygentank i kommandoseksjonen eksploderte, ble månelandingsfartøyet brukt som «livbåt» under ferden tilbake til Jorden. Månelandingsfartøyets batterier ble brukt til å lade opp de viktige tilbakevendingsbatteriene i kommandoseksjonen, for at astronautene skulle kunne komme seg gjennom atmosfæren og lande trygt i sjøen 17. april 1970. Månelandingsfartøyets nedstigningsmotor, som skulle sørge for nedbremsing under månelandingen, ble brukt til å akselerere Apollo 13 rundt månen og tilbake til jorda. Etter ulykken så man at månelandingsfartøyets systemer, som var konstruert for to astronauter i 45 timer, faktisk holdt liv i tre astronauter i 90 timer.

Månelandingsfartøyene for de tre siste månelandingene i Apollo-programmet (Apollo 15, Apollo 16 og Apollo 17) ble oppgradert for å kunne lande med større vekt, og for å kunne være på månen lenger. Nedstigningsmotoren ble kraftigere ved at det ble satt på en ti tommers lang utvidelse på dysen. Drivstofftankene til nedstigningsmotoren ble også større. Den viktigste lasten på disse landingene var månebilen (Lunar Roving Vehicle, LRV). Denne ble festet på Quadrant 1 på månelandingsfartøyets nedstigningsmodul, og ble løsnet av astronautene etter at de landet på månen. Oppgraderingen av månelandingsfartøyet på de såkalte "J-oppdragene" gjorde at man kunne være tre dager på Månens overflate.

Månelandingsfartøyets spesifikasjoner 

Månelandingsfartøyet var den delen av Apolloprogrammet som landet på månen og returnerte til månebane. Den er delt opp i to hoveddeler, nedstigningsmodulen og oppstigningsmodulen.

Nedstigningsmodulen består av landingsføtter, landingsradarantenne, nedstigningsrakettmotor og drivstoff for å lande på månen. Den hadde også rom for å oppbevare forskjellig utstyr, blant annet Apollo Lunar Surface Experiment Packages (ALSEP), Mobile Equipment Cart (en utstyrsvogn som astronautene dro etter seg, brukt på Apollo 14), månebilen (brukt på Apollo 15, 16 og 17), tv-kamera, verktøy og oppsamlingsbokser for månestein. Modulen inneholdt også mesteparten av batteriene og oksygenet til månelandingsfartøyet, og i tillegg en vanntank som ble brukt til å kjøle ned elektronikken, samt å gi astronautene drikkevann for to- til tredagers opphold. I tillegg er det festet en plakett på den ene landingsfoten bak stigen.

Oppstigningsmodulen består av mannskapskabin, instrumentpaneler, øvre luke/sammenkoblingsstasjon, fremre luke, reaksjonskontrollsystem, radar og kommunikasjonsantenner, styrings- og navigasjonssystemer (både primærsystem og et reservesystem), varmekontrollsystem (issublimator), oppstigningsrakettmotor og nok drivstoff, batteristrøm og oksygen til å returnere til månebane og foreta sammenkobling med kommandoseksjonen. Under oppstigning fra månen ble månestein og overflateprøver også fraktet i oppstigningsmodulen, og på Apollo 17 dreide dette seg om så mye som 108 kg.

.

. 

. 

Spesifikasjoner: (Hele månelandingsfartøyet)
Oppstigningsmodulen:
Mannskap: 2
Mannskapskabin volum: 6,65 m³ (235 fot3)
Høyde: 3,76 m (12,34 fot)
Diameter: 4,2 m (13,78 fot)
Masse inkludert drivstoff: 4,670 kg (10,300 lb)
Atmosfære: 100% oksygen ved 33 kPa (4,8 lb/in2)
Vann: to 19,3 kg (42,5 lb) vanntanker
Kjøling: 11,3 kg (25 lb) av etylenglykol/vannløsning
Varmekontroll: En aktiv vann-is sublimator
RCS (Reaction Control System) Drivstoffvekt: 287 kg (633 lb)
RCS Dyser: 16 x 445 N; fire firerdyser
RCS Drivsoff: N2O4/UDMH
RCS Spesifikk kraft: 2,84 kN·s/kg
APS Drivstoffmasse: 2,353 kg (5,187 lb) 
APS Kraft: 15,6 kN (3,500 lbf) 
APS Drivstoff: N2O4/Aerozine 50 (UDMH/N2H4)
APS Trykk: 2 x 2,9 kg helium tanker med 21 MPa 
Spesifik motorkraft: 3,05 kN·s/kg
Kraft/vekt-forhold:  0,34 (På jorda – Kraften var mindre enn fartøyets vekt på jorda, men nok på Månen)
Oppstigningsmodul delta V: 2,220 m/s (7,280 fot/s)
Batterier: 2 x 296 Ah sølvsinkbatterier
Batterikraft: 28 V DC, 115 V 400 Hz AC
Nedstigningsmodulen:
Høyde: 3,2 m (10,5 fot)
Diameter: 4,2 m (13,8 fot)
Diameter på landingsføtter: 9,4 m (30,8 fot)
Masse inkludert drivstoff: 10,334 kg (22,783 lb)
Vann: 1 x 151 kg vanntank
Batterikraft: 2 x 296 Ah sølvsinkbatterier (system nummer to)
Drivstoffmasse: 8,165 kg (18,000 lb)
DPS Kraft: 45,04 kN (10,125 lbf)
DPS Drivstoff: N2O4/Aerozine 50 (UDMH/N2H4)
DPS Trykk: 1 x 22 kg superkritisk heliumtank på 10,72 kPa
Spesifik motorkraft: 3050 N·s/kg
Nedstigningsmodul delta V: 2,470 m/s (8,100 fot/s)
Batterier: 4 x 400 A·h sølvsinkbatterier

Produserte månelandingsfartøy 

Romfartøyer
Apollo-programmet
Grumman