Иван Шунейко - Пилотируемые полеты на Луну

• Название: Пилотируемые полеты на Луну
• Автор: Иван Шунейко
• Издательство: Государственный Комитет Совета министров СССР по науке и технике
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1973

Выпуск Итоги науки и техники из серии Ракетостроение, том 3, «Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo» является обзором и систематизацией работ, информация о которых опубликована в изданиях ВИНИТИ АН СССР в 1969—1972 гг.

В томе 3 описываются конструкция, весовые, летные характеристики и космические летные испытания ракеты-носителя Saturn V и корабля Apollo. Рассматриваются системы управления корабля Apollo, принципы прицеливания траектории полета Земля-Луна-Земля, навигация, коррекция траектории полета, методы аварийного возвращения.

Описываются полеты на Луну кораблей Apollo-11, 12, 13, 14, 15, 16 и 17, анализируется механика полета, посадка на Луну, взлет с Луны и возвращение на Землю.

Библиографический обзор литературы и рефератов, опубликованных в изданиях ВИНИТИ АН СССР, приводится в конце каждой главы.

Выпуск рассчитан на научных работников, инженеров-конструкторов, специалистов по испытанию и эксплуатации, преподавателей, аспирантов, работающих в области астронавтики, космической ракетной техники и авиации. Книга предназначается и для специалистов смежных с астронавтикой наук, интересующихся космической ракетной техникой, обеспечивающей полет человека на Луну.

---

Таблица 2

Старт

Корабль Apollo-11 стартовал 16 июля 1969 г. в 13 ч 32 мин по Гринвичу с азимутом 72° в начале открытия стартового окна (рис. 43.1, а, б, в).

Такой старт давал возможность произвести посадку на Луне в расчетном месте № 2 при угле возвышения Солнца около 10°, при общей продолжительности полета 8 сут 3 ч, обеспечивал резерв топлива для ЖРД служебного отсека, соответствующий изменению скорости 52 м/сек. Первая ступень ракеты Saturn V закончила работу на дальности 93,5 км, подняла аппарат на высоту 67 км и увеличила его скорость до 2760 м/сек.

Рис. 43.1 (а). Зависимость общей продолжительности полета от времени старта корабля Apollo-11 (стартовое окно).

Рис. 43.1 (б). Возможные азимуты старта корабля Apollo-11

Рис. 43.1 (в). Геометрия стартового окна

Вторая ступень S-II закончила работу на дальности 1640,2 км, подняла аппарат на 187 км и увеличила его скорость до 6935,6 м/сек. Двигаясь по баллистической траектории через 20 мин после отделения, вторая ступень упала в Атлантический океан на расстоянии 4250 км от места старта.

Третья ступень ракеты Saturn V начала работать сразу после отделения ступени S-II. ЖРД J-2 проработал 145 сек, увеличил скорость кораблч Apollo до 7791,4 м/сек и вывел его на орбиту ожидания 184,2/190,3 км с наклоном к экватору 32,51°.

Экипаж имел возможность управлять ракетой-носителем Saturn V в случае неисправности инерциальной платформы основной системы управления и навигации приборного отсека. На участке работы ступени S-1C экипаж мог переключить управление ракетой-носителем с системы управления приборного отсека на систему управления и навигации, действующую из командного отсека. При отказе автоматической системы во время работы второй и третьей ступеней ракеты экипаж переходит на ручное управление, посылая с помощью рукояток управления через бортовую ЭЦВМ сигналы в приборный отсек.

Орбита ожидания

Apollo-11 оставался на орбите ожидания в течение полутора оборотов, сохраняя постоянную ориентацию отноcительно местной горизонтали в течение одного оборота.

После проверки всех систем корабля и подготовки к полету на Луну экипажу из Центра управления полетом через радиостанцию в Карнарвоне (Австралия) было передано разрешение на старт к Луне.

Выход на траекторию полета к Луне

Через полтора оборота по орбите ожидания в момент времени To +02 ч 44 мин 22 сек над Тихим океаном, чуть южнее экватора, был вторично включен ЖРД J-2 ступени S-IVB; он проработал 348 сек и увеличил скорость аппарата до 10 839,2 м/сек с запасом скорости в 1,83 м/сек для компенсации последующего маневра расстыковки Apollo и ступени-S-IVB.

Рис. 43.2. Выход корабля Apollo-11 на траекторию свободного возвращения и маневр перехода на гибридную траекторию полета к Луне

Корабль Apollo-11 вышел на траекторию свободного возвращения; после 145 ч 04 мин полета по ней, облетев Луну, он мог произвести посадку 22 июля в океане в точке с координатами 14,9° ю. ш. и 174,9° в. д. (рис. 43.2).

Перестроение корабля Apollo-11

Через 25 мин после выхода на траекторию полета к Луне экипаж приступил к маневру перестроения, осуществив его с той же последовательностью операций, как и в полете Apollo-10

В момент времени To +04 ч 09 мин корабль Apollo-ll был отброшен четырьмя пружинами от S-IVB со скоростью около 0,3 м/сек.

После отделения корабля был включен ЖРД служебного отсека на 2,9 сек, сообщивший приращение скорости 6 м/сек, чтобы отвести корабль на безопасное расстояние перед сливом топлива из баков S-IVB. Слив остатков топлива через камеру ЖРД J-2 вывел ступень S-IVB на траекторию, по которой, пройдя мимо задней кромки диска Луны, ступень вышла на орбиту вокруг Солнца.

Пассивная траектория полета к Луне

Вместо четырех запланированных коррекций траектории полета к Луне была сделана лишь одна, в момент времени To +26 ч 45 мин, когда корабль Apollo-11 находился на расстоянии 202 136 км от Земли; корабль двигался со скоростью 1535 м/сек и вес его был равен 43 748 кг. ЖРД служебного, отсека был включен на 3 сек, приращение скорости составило 6,4 м/сек. Остальные 3 коррекции не производились, по-видимому, в результате этого корабль Арollо-11 прибыл к Луне на 4 мин раньше расчетного времени.

В течение всего пассивного полета к Луне корабль был освещен Солнцем, и чтобы обеспечить пассивное терморегулирование, он медленно вращался относительно продольной оси.

Вывод на траекторию искусственного спутника Луны

19 июля в момент времени To +75 ч 49 мин 28 сек на 4 мин раньше расчетного времени, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека; он проработал 357 сек и перевел корабль на эллиптическую орбиту ИСЛ с высотой в апоселении 313,8 км и в периселении 112,7 км. По этой орбите Apollo-11 сделал 2 оборота вокруг Луны и в To +80 ч 04 мин 51 сек, на 4 мин 39 сек раньше расчетного времени, был вторично включен ЖРД служебного отсека на 16,4 сек, в результате чего корабль перешел на орбиту, близкую к круговой, с высотой в апоселении 121,5 км и в периселении 99,4 км (рис. 43.3). Эта орбита очень близка к номинальной орбите 120x100 км, которая под влиянием аномалий гравитационного поля Луны должна была перейти в круговую орбиту высотой 111 км. Примерно за 1 ч до полуночи Э. Олдрин на 2 ч перешел в лунный корабль для подготовки систем корабля к самостоятельному полету.

Рис. 43.3. Выход корабля Apollo-11 на орбиту искусственного спутника Луны

Снижение лунного корабля и посадка на Луну

20 июля после отдыха астронавты начали подготовку к посадке на Луну. Э. Олдрин в легком комбинезоне, а за ним Н. Армстронг в скафандре, но без гермошлема и перчаток переходят в лунный корабль и начинают подготовку бортовых систем к автономному полету. Затем Э. Олдрин возвращается в командный отсек, надевает скафандр и переходит в лунный корабль.

В момент времени To +100 ч 05 мин, на 4 мин 50 сек раньше расчетного времени, когда Apollo-11 находился за Луной, М. Коллинз произвел расстыковку, Н. Армстронг отвел лунный корабль на 12…15 м, повернул его по тангажу и рысканию, а М. Коллинз из командного отсека осмотрел лунный корабль и убедился в отсутствии у него повреждений.

Затем М. Коллинз включил ЖРД РСУ на 6,9 сек, основной блок получил приращение скорости 7,6 м/сек и перешел на эквипериодическую орбиту с максимальным удалением на 4,07 км от лунного корабля через полоборота.

Астронавты в лунном корабле проводят последние подготовительные операции: проверяют работу радиолокатора встречи, вводят данные в бортовую ЭЦВМ, проверяют согласование гироплатформ лунного корабля и командного отсека.

В момент времени To +101 ч 36 мин 14,07 сек (на 2 мин 34 сек раньше расчетного времени), когда лунный корабль находился за Луной, был включен ЖРД посадочной ступени; он проработал 15 сек на тяге 10% номинальной, 0,8 сек на переходном режиме и 13 сек на тяге 40% номинальной, в результате чего скорость лунного корабля уменьшилась на 22,6 м/сек и он перешел на снижение по орбите с высотой в периселении 15,8 км и в апоселении 106 км (рис. 43.4).

Рис. 43.4. Снижение лунного корабля с орбиты искусственного спутника на поверхность Луны

В момент времени To +102 ч 29 мин через основной блок, выполнявший роль ретранслятора, Н. Армстронгу было передано специальное разрешение Центра управления полетом на выполнение посадки на Луну.

Посадка осуществлялась в 3 этапа: торможение, приближение к точке посадки, вертикальная посадка.

В момент времени To +102 ч 33 мин 04 сек на расстоянии 424,7 км от места посадки № 2 начался этап торможения, был включен ЖРД посадочной ступени, он работал 26 сек на тяге 10% номинальной и 358 сек на номинальной тяге 4472 кг. Далее, в течение 2 мин тяга уменьшалась с 59 до 55% номинальной. На этапе торможения лунный корабль был повернут окнами вниз и астронавты заметили, что время пролета кратера Маскелини не совпало с необходимым. Пройдя кратер, лунный корабль развернулся по крену на 180° окнами вверх (рис 43.5).

На входе в первый коридор на расстоянии 7,5 км от точки посадки (высота над поверхностью Луны Н=2,3 км, скорость V=550 км/ч, вертикальная скорость снижения Vy=45 м/сек) начался этап приближения к точке посадки (рис 43.6)

На этапах торможения и приближения к точке посадки лунный корабль управлялся цифровым автопилотом, работавшим по программе Р-63

Рис. 43.5. Торможение лунного корабля Apollo-11 перед посадкой на Луну

Рис 43.6. Вход лунного корабля Apollo-11 в контрольный коридор № 1

Когда астронавты смогли видеть лунный горизонт и район посадки, до которого оставалось 5,8 км, Н. Армстронг переключил автопилот на программу Р-64. В соответствии с этой программой управление посадочным ЖРД и ЖРД РСУ лунного корабля производится автоматически по командам бортовой ЭЦВМ и посадочного радиолокатора, астронавты вручную могут корректировать лишь ориентацию.