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.

---

Во второй коридор лунный корабль вошел на высоте H=150 м с горизонтальной скоростью V=74 км/ч, на расстоянии 600 м от точки посадки (рис. 43.7).

Рис. 43.7. Вход лунного корабля Apollo-11 в контрольный коридор № 2 и посадка на Луну

Когда лунный корабль, снизился до высоты H=140 м, Н. Армстронг увидел, что автопилот ведет корабль на посадку в кратер размерами с футбольное поле, усеянный крупными камнями до 3 м в поперечнике. Н. Армстронг выключил автоматическую программу Р-64 и перевел бортовую ЭЦВМ на полуавтоматическую программу Р-66; в соответствии с этой программой ЖРД посадочной ступени управляется автоматически, чтобы вертикальная скорость снижения была 1 м/сек, а ЖРД РСУ управляются полностью вручную, что обеспечивает необходимую величину горизонтальной составляющей скорости. С помощью ЖРД РСУ Н. Армстронг обеспечил горизонтальную составляющую скорости 3…4,5 м/сек и лунный корабль благополучно перелетел опасный для посадки кратер.

Н. Армстронг имел возможность переключить бортовую ЭЦВМ на программу Р-67. В этом случае управление вектором тяги посадочного ЖРД и ЖРД РСУ полностью производится вручную, а бортовая ЭЦВМ лишь поддерживает вертикальную скорость снижения на уровне 0,3 м/сек. Н. Армстронг не воспользовался программой Р-67, так как она затягивает процесс посадки.

Перелетев опасный кратер и выбрав для посадки подходящее место, Н. Армстронг затормозил горизонтальную скорость, одновременно осуществляя вертикальное снижение корабля; от струи посадочного ЖРД поднялось облако лунной пыли на высоту до 20 м, которое мешало визуальному определению высоты и скорости. Сигнальная лампочка, свидетельствующая о контакте щупов посадочных опор с поверхностью Луны, загорелась в момент времени To +102 ч 45 мин 04 сек, через 0,9 сек был выключен ЖРД посадочной ступени, все четыре ноги шасси встали на лунный грунт в To +102 ч 45 мин 40,197 сек. 20 июля 1969 г. в 20 ч 17 мин 40,197 сек впервые корабль, пилотируемый человеком, совершил посадку на Луну (рис. 43.8а).

Рис. 43.8 (а). Контакт щупов лунного корабля с поверхностью Луны посылает сигнал и астронавты выключают посадочный ЖРД.

Рис. 43.8 (б). Место посадки лунного корабля Apollo-11 (0°41'15" с. ш.. 23°26' в. д.).

Вертикальная скорость в момент посадки была ~ 0,3 м/сек, горизонтальная скорость полностью не была погашена, на что указывал характер изгиба щупов на посадочных пятах. На грунт лунный корабль встал с наклоном 4,5° относительно лунной вертикали, ось рыскания составляла 13° с плоскостью траектории полета, ЖРД посадочной ступени проработал на 38 сек дольше расчетного времени.

После посадки вес лунного корабля был равен 7211 кг, остаток топлива в баках посадочной ступени составлял 1,85% (на 18 сек полета на номинальной тяге); при имитации посадки на Земле на моделирующих стендах, как правило, оставалось 5,5…6% топлива.

Apollo-11 совершил посадку почти на границе участка №2. После полета по фотоснимкам, привезенным астронавтами, были уточнены координаты точки посадки: 0°41'15"с. ш. и 23°26' в. д. (рис. 43.8б).

Н. Армстронг и Э. Олдрин на поверхности Луны

21 июля в 2 ч 57 мин по Гринвичу Н. Армстронг спустился на поверхность Луны. Спуск Н. Армстронга на поверхность Луны Э. Олдрин снимал кинокамерой из верхнего люка. На поверхности Луны Н. Армстронг быстро собрал ~ 1 кг образцов лунного грунта на случай аварийного возвращения в лунный корабль. Э. Олдрин начал выход на поверхность Луны в 3 ч 14 мин по Гринвичу.

Астронавты перенесли телекамеру на 20 м от точки посадки, установили государственный флаг США, по радио доложили Президенту США о благополучной посадке на Луну; развернули рулон алюминиевой фольги и, установили его на шесте вблизи корабля для регистрации частиц инертных газов в солнечном ветре; на расстоянии 20 м установили лазерный отражатель, на расстоянии 25 м – пассивный сейсмометр. Затем Н. Армстронг и Э. Олдрин собрали около 28 кг образцов лунного грунта.

Э. Олдрин вернулся в лунный корабль в 5 ч 00 мин, Н. Армстронг – в 5 ч 10 мин. Таким образом Н. Армстронг находился на поверхности Луны 2 ч 21 мин 16 сек.

После отдыха астронавты начали подготовку к старту с Луны.

ЖРД взлетной ступени лунного корабля был запущен в To +124 ч 23 мин, точно в расчетное время, проработал на полной тяге 435 сек, на 3 сек меньше расчетного номинального времени (так как тяговооруженность оказалась несколько выше номинальной) и сообщил взлетной ступени скорость 1690 м/сек. Активный участок траектории взлета состоял из двух фаз: взлета по вертикали, чтобы обеспечить прохождение траектории над лунными горами, и фазы выхода на орбиту искусственного спутника Луны. Через 10 сек взлета по вертикали при скорости 18,3 м/сек, на высоте около 76,3 м начался маневр поворота по тангажу одновременно с выходом на требуемый для встречи азимут. В конце маневра угол тангажа равнялся 52°.

ЖРД взлетной ступени выключился на расстоянии 307 км западнее места посадки лунного корабля и вывел ее на орбиту искусственного, спутника Луны 17,57/87,6 км (рис. 43.9, 43.10., 43.11).

Рис. 43.9. Траектория вертикального старта взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 с поверхности Луны.

Рис. 43.10. Активный участок траектории выхода взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 на орбиту искусственного спутника Луны

Рис. 43.11. Выход взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 на орбиту искусственного спутника Луны.

Таблица 22

Параметры активного участка траектории взлета

В табл. 22 и 23 даны фактические характеристики взлета взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 и характеристики, рассчитанные до полёта.

Сравнение показывает хорошее совпадение фактических характеристик с расчетными и отсутствие аномалий.

Дальше экипаж начал вести расчет четырех главных маневров, обеспечивающих встречу с основным блоком, находившимся на орбите ИСЛ впереди взлетной ступени на расстоянии ~500 км.

Таблица 23

Все маневры в необходимой для встречи последовательности совершались с использованием ЖРД РСУ лунного корабля.

В первом апоселении в To +125 ч 21 мин 20 сек ЖРД РСУ сообщил приращение скорости 14,95 м/сек и через 20 мин радиолокатор встречи на взлетной ступени лунного корабля захватил основной блок и на нем с помощью УКВ дальномера и секстанта велись навигационные расчеты (рис. 43.12).

На активном участке в первом апоселении одновременно вводилась поправка, устраняющая угол смещения плоскостей орбит, возникающий вследствие ошибки в выборе азимута старта.

Совмещение двух аппаратов по фазе началось на концентрических орбитах и взлетная ступень догоняла основной блок с большей угловой скоростью на 0,072 град/мин.

Следующая проверка и коррекция плоскости орбиты проводилась через 29 мин после первого апоселения с таким расчетом, чтобы обе орбиты имели общий узел при переходе на постоянную разность высот в момент To +126 ч 19 мин 40 сек. Окончательное фазирование и сближение началось в To +126 ч 58 мин 26 сек, когда линия визирования основного блока с местной горизонталью составляла угол 26,6°; вдоль линии визирования было сообщено приращение скорости 7,5 м/сек.

Рис. 43.12. Переход взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 на фазирующую орбиту и постоянную разность высот

Взлетная ступень перешла на орбиту 113/80 км, ее угловая скорость уменьшилась и превышение над орбитальной угловой скоростью основного блока стало равным 0,032 град/мин (рис. 43.13).

Рис. 43.13. Маневр постоянной разности высот, окончательное фазирование, коррекция траектории встречи взлетной ступени с основным блоком корабля Apollo-11.

В момент времени To +127 ч 52 мин М. Коллинз начал маневрирование с целью осуществить причаливание и стыковку. При первом касании элементов стыковочного узла, внезапно включились ЖРД РСУ взлетной ступени и она начала вращаться относительно продольной оси, вращение удалось быстро остановить и стыковка была успешно завершена в To +128 ч 03 мин, на 3 мин позже расчетного времени. На осуществление всех этапов встречи и стыковки потребовалось 3 ч 33 мин.

После стыковки и герметизации туннеля Н. Армстронг и Э. Олдрин, взяв образцы лунного грунта, вернулись в командный отсек (рис. 43.14).

Рис. 43.14. Герметизация туннеля после стыковки взлетной ступени лунного корабля с командным отсеком:

1 – закрыть редукционный клапан взлетной ступени; 2 – редукционный клапан переднего люка взлетной ступени поставить на автоматический режим; 3 – в командном отсеке открыть клапан управления кислородом, отрегулировать давление больше, чем во взлетной ступени; 4 – открыть на туннельном люке клапан, уравнивающий давления; 5 – отрегулировать в командном отсеке расход кислорода 0,364 кг/ч; 6 – открыть люк туннеля