Люди на Луне

Космический корабль, который доставлял людей на Луну и возвращал обратно в космос, назывался лунным модулем (Lunar module). Он имел двухступенчатую конструкцию: нижняя ступень (Descent stage) имела массу 10,3 т в заправленном состоянии, и ее маршевый двигатель тягой примерно 4,5 т обеспечивал сход с орбиты и мягкую посадку. Верхняя ступень (Ascent stage) снаряженной массой 4,7 т и тягой двигателя около 1,6 т возвращала экипаж на окололунную орбиту.

Чтобы вновь оказаться на окололунной орбите и встретиться там с кораблем Apollo, необходимо было иметь:

● оборудованную для старта площадку;

● достаточно мощный двигатель;

● запас топлива для достижения орбитальной скорости;

● навигационные данные, систему ориентации и вычислительную систему.

Для успешной стыковки и возвращения на Землю надо не только взлететь, но и выйти в точку встречи, где запланирована стыковка с командным кораблем.

Apollo ascent stage – стартовая ступень лунного модуля, которая была обитаемым отсеком и средством доставки астронавтов с поверхности Луны на низкую окололунную орбиту. NASA

Внешний облик стартовой (верхней) ступени лунного модуля (Ascent stage) сильно отличается от привычных нам ракет и космических кораблей, поскольку совершенно не приспособлен к взаимодействию с атмосферой и земным притяжением, поэтому кажется удивительным, что подобная неказистая и небольшая конструкция смогла вернуть людей с лунной поверхности.

ХВАТАЛО ЛИ МОЩНОСТИ И ТОПЛИВА ДВИГАТЕЛЮ СТАРТОВОЙ СТУПЕНИ ЛУННОГО МОДУЛЯ APOLLO?

Возвращаемая ступень лунного модуля имела массу 4,7 т, из которых чуть больше половины составляло топливо. Два бака горючего (аэрозин) и бак окислителя (тетраоксид азота) питали две топливные системы: маршевый двигатель тягой 1,6 т и двигатели системы ориентации. Из-за разницы в силе притяжения на Луне вес стартующей ступени составлял около 800 кг, поэтому тяги двигателя вполне хватало.

Схема устройства лунного модуля Apollo, в том числе расположения топливных баков. NASA

ХВАТАЛО ЛИ ДВИГАТЕЛЮ ЛУННОГО МОДУЛЯ ТОПЛИВА, ВЕДЬ ОБЫЧНО РАКЕТЫ НАМНОГО ПРЕВОСХОДЯТ СВОЮ ПОЛЕЗНУЮ НАГРУЗКУ?

На этот вопрос можно ответить с помощью формулы Циолковского, с которой началась вся космонавтика.

Расчет произведен Антоном Громовым. Как видим, масса стартовой ступени лунного модуля и ее запас топлива позволяли получить прирост скорости 2385 м/с, в то время как орбитальная скорость на высоте стыковки с кораблем Apollo составляла около 1650 м/с. Примерно 200 м/с приходилось добавлять для компенсации гравитационных потерь, но даже так у взлетающего аппарата сохранялся немалый запас скорости. (Более подробный расчет можно найти в Приложении в конце книги.)

КАК СТАРТОВАТЬ С ЛУНЫ БЕЗ ОБОРУДОВАННОЙ СТАРТОВОЙ ПЛОЩАДКИ?

На Луне нет космодромов или просто подготовленных к старту площадок, поэтому космический корабль должен быть готов к таким условиям. Можно предположить, что единственный способ обеспечить достаточно безопасный старт с поверхности космического тела – это привезти стартовый стол с собой. В случае лунного модуля Apollo таким стартовым столом выступала первая нижняя ступень, которая обеспечивала мягкую посадку. Похожая конструкция, только в меньшем масштабе, была у советских космических аппаратов, доставивших лунный грунт. Однако оборудованный стартовый стол не обязателен при достаточно ровной поверхности и хорошей системе ориентации: так, пилотируемая лунная программа СССР предусматривала старт лунного корабля с неподготовленной поверхности Луны.

Верхняя ступень лунного модуля отделялась от нижней при помощи пиротехнических средств. Серия пироболтов подрывалась за несколько минут перед стартом с Луны. Пироболты – это крепежные средства, внутри которых находится заряд взрывчатки. Подрыв электрического детонатора позволяет отделить части, скрепленные пироболтом. Простота и надежность пироболтов позволяют активно использовать их в космонавтике всех стран. На лунном модуле Apollo пироболты скрепляли многие элементы конструкции между посадочной и подъемной ступенью и все коммуникации между ними.

Также пировзрыватели использовали, чтобы разорвать металлические мембраны в гелиевых емкостях и обеспечить необходимое давление в 7 атмосфер в топливной системе двигательной установки. Малые взрывы разрушали мембраны, что приводило двигатель в готовность к старту.

Элементы конструкции, соединяющие нижнюю и верхнюю ступени лунного модуля, разделялись более сложными средствами под названием пироножи (Explosive Guillotine). В пироноже взрывчатка придает энергию движения лезвию, которое разрушает связующие элементы, такие как алюминиевые тяги и элементы каркаса космического корабля. То есть в случае применения пироножа продукты взрыва не разлетаются в разные стороны, как в случае с пироболтами.