Астронавт на Луне

В апреле 1970 года космический корабль “Аполлон-13” с тремя астронавтами на борту должен был прилуниться на поверхность нашего спутника. В случае успеха миссии это была бы третья высадка американцев на Луну. Однако за 300 тысяч километров от дома на корабле произошла авария: взорвался кислородный бак в сервисном модуле. Члены экипажа лишились основного источника кислорода и необходимой энергии.

Аварии и спасению экипажа “Аполлон-13” посвящено много статей, но что известно о самой миссии? Какова была ее цель и какие задачи должны были выполнить астронавты?  

Корабль и экипаж

В статье “The Original Mission of Apollo 13” известный американский физик и научный журналист Эндрю Липэйдж называет такие цели миссии “Аполлон-13”:

— исследовать заранее выбранную местность и взять оттуда образцы лунного материала;

— разместить на поверхности спутника комплект научных приборов ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package);

— сделать орбитальные снимки потенциально пригодных мест для посадки будущих миссий.

NASA официально объявило состав экипажа “Аполлона-13” в августе 1969 года. Первоначально в него входили:

— капитан ВМС США Джеймс Ловелл-младший в качестве командира корабля;

— морской летчик Томас Маттингли II в качестве пилота командного модуля (CM);

— летчик Фред Хейз-младший как пилот лунного модуля (LM).

Фото: NASA / Официальный логотип миссии

Самым опытным из трех астронавтов был Джеймс Ловелл. До назначения в команду “Аполлона-13” Ловелл участвовал в экспедициях “Джемини-7” (1965 год), “Джемини-12” (1966 год, был командиром корабля) и даже успел посетить орбиту Луны в составе миссии “Аполлон-8” (1968 год, был пилотом командного модуля). К 1969 году общее время, которое астронавт провел в космосе, составило 24 дня. Чуть позже, благодаря миссии «Аполлон-13», Ловелл станет первым человеком в истории, который четыре раза слетал в космос и дважды побывал на орбите Луны. 

Фото: NASA / Первоначальный состав экипажа миссии: (слева направо) Джеймс Ловелл, Томас Маттингли и Фред Хейз

Для Маттингли и Хейза полет к спутнику должен был стать первым космическом полетом в жизни. Маттингли вошел в состав 5-го набора астронавтов в 34 года, до этого он служил военным летчиком-испытателем на авианосце. Хейз пришел в команду астронавтов в 36 лет, ранее он работал в NASA гражданским летчиком-испытателем. 

Как Маттингли, так и Хейз до включения в основной экипаж “Аполлон-13” входили в дублирующий миссии “Аполлон-11”: первый в качестве пилота командного модуля, второй — лунного.

Резерв “Аполлона-13” выглядел следующим образом: 

— командир миссии — Джон Янг, ранее летал в космос на корабле “Джемини-10” (1966 год, был командиром) и участвовал в испытательном полете к Луне на корабле “Аполлон-10” (1969 год, был пилотом командного модуля);

— дублирующий пилот командного модуля — Джон Суайгерт, до того как стать астронавтом, он работал гражданским летчиком-испытателем в аэрокосмической компании North American Aviation;

— дублирующий пилот лунного модуля — Чарльз Дьюк-младший, который, как и Суайгерт, еще ни разу не летал в космос. 

Для запуска экипажа “Аполлон-13” к Луне NASA использовало сверхтяжелую трехступенчатую ракету-носитель “Сатурн V” под обозначением SA-508. 

Космический корабль миссии состоял из командно-служебного модуля CSM-109 и лунного модуля LM-7. Вместе с полезной нагрузкой и топливом стартовая масса CSM-109 была почти 29 тонн, а масса LM-7 чуть больше 15 тонн. Эндрю Липэйдж в своей статье пишет, что комбинация CSM-109/LM-7 с общей массой 44 тонны была самым тяжелым космическим кораблем когда-либо запущенным человеком в космос, а также обладала самой большой полезной нагрузкой, отправленной к Луне за все время программы “Аполлон” (корабль “Аполлон-13” превзошел по общей массе “Аполлон-12” на 69 кг).

Чтобы во время миссии не путать командно-служебный модуль с лунным, им были присвоены позывные. CSM-109 — «Одиссей», некоторые журналисты пишут, что такое имя было дано с отсылкой к культовому научно-фантастическому фильму Стэнли Кубрика «2001 год: Космическая одиссея». LM-7 — «Водолей», возможно, такой позывной двухступенчатый лунный модуль получил в честь известного американского мюзикла «Волосы», выпущенного в 1967 году, в котором герои называли себя “детьми Эры Водолея”.

Фото: NASA / Командно-служебный модуль Одиссей перед установкой на ракету, 10 декабря 1969 года

План миссии 

10 декабря 1969 года NASA назвало место посадки для лунного модуля “Аполлон-13”. Астронавты должны были прилуниться в местности Фра Мауро, расположенной в 40 км к северу от одноименного ударного кратера. Считается, что этот регион сформировался после падения гигантского метеорита, в результате удара из недр Луны поднялась лава и образовалось Море Дождей — лунное море, диаметром 1200 км. 

Фото: NASA / Топографическая карта Луны, на которой показано местоположение предполагаемой посадочной площадки Аполлона-13. Также показано место посадки Аполлона-12

Координаты посадки лунного модуля: 3.669°S, 17,451°W — астронавты должны были прилуниться на относительно плоской равнине, находящейся в 1,8 км к западу от 330-метрового Конусного кратера (неофициальное название). В этом кратере обнажен лунный реголит и на поверхность выступает часть первичного материала, который сформировал местность Фра Мауро. Пробы из этой области позволили бы точно узнать, когда появился этот регион. После анализа фотографий местности, полученных во время миссии «Аполлон-12» в ноябре 1969 года, ученые пришли к выводу, что выбранная площадка полностью безопасна для астронавтов.

Фото: NASA / Геологическая карта местности Фра Мауро, снимок получен орбитальным аппаратом Lunar Orbiter 3

План запуска ракеты и корабля на орбиту Земли

Вот как выглядел сценарий запуска и полета корабля “Аполлон-13”.

Старт миссии 11 апреля 1970 года. Ракета “Сатурн V” с кораблем на борту отправляется с площадки A стартового комплекса LC-39 космического центра Кеннеди.

Все три ступени “Сатурн V” выводят “Аполлон-13” на 190-километровую геопереходную орбиту вокруг Земли. После чего  инженеры проверяют системы космического корабля, это занимает порядка двух часов, и на основе отчета специалисты либо разрешают дальнейший полет, либо запрещают. 

Если все идет по плану, третья ступень ракеты S-IVB включается во второй раз через 2,5 часа после запуска, чтобы вывести корабль на траекторию к Луне. Затем командно-служебный модуль отделяется от ступени и продолжает 75-часовой путь к спутнику. Один из членов экипажа извлекает из S-IVB лунный модуль и соединяет его с командным: вводит в конус стыковочного узла LM-7 штырь стыковочного узла CSM-109. 

Фото: NASA / Схема полета корабля по гибридной траектории. Также здесь показано место, куда упадет третья ступень ракеты

Третья ступень “Сатурн V” должна была не просто отработать, а внести свой вклад в науку: через шесть часов после запуска, когда корабль уже отделится от S-IVB, ступень планировалось направить к поверхности Луны. 

По плану, S-IVB ударит по поверхности примерно в 200 километрах к западу от места посадки “Аполлона-12”. В результате выделится количество энергии, эквивалентное количеству, выделяемому при взрыве тонны тротила, что вызовет сейсмическую волну, которую зарегистрируют сейсмодатчики ALSEP, доставленные “Аполлоном-12”. Таким образом ученые рассчитывали вычислить толщину лунной коры. 

Лететь к Луне “Аполлон-13” будет по двум траекториям: половина пути по траектории свободного возврата, после по гибридной. Первая траектория позволяет вращаться кораблю вокруг спутника на расстоянии 389 км над поверхностью и в случае нештатной ситуации аппарат может вернуться домой без совершения каких-либо маневров. При движении по второй траектории корабль не может вернуться на Землю без дополнительных изменений курса. 

NASA добавило гибридную траекторию полета по следующим причинам:

— с ее помощью можно было легко сформировать орбиту вокруг спутника, которая проходила в 109 км над районом исследования Фра Мауро;

— эта траектория помогла бы достигнуть поверхности Луны в самый оптимальный момент времени в плане освещения: в день прилунения Солнце должно находиться на лунном небе под углом 9.9°, что создает хорошую видимость и обеспечивает безопасную температуру для членов экипажа.

Фото: NASA / Сцена прилунения Аполлона-13 в представлении художника

Коррекцию орбиты, переход с траектории “свободного возврата” на “гибридную”, астронавты проводят через 9 часов после запуска включением основного двигателя служебного модуля Service Propulsion System (SPS). Корабль выходит на начальную лунную орбиту с радиусом 106 на 311 км 15 апреля. На следующий день астронавты Ловелл и Хейз переходят к «Водолею» и начинают готовиться к спуску. Маттингли отсоединяет лунный модуль от «Одиссея». Через 79 минут после расстыковки Маттингли запускает основной двигатель служебного модуля и на скорости 21 м/с поднимается на “орбиту ожидания” радиусом 96 на 115 км. В 02:44 GMT (05:44 по мск) 16 апреля «Водолей» начинает спуск. Если все идет по плану, прилунение в местность Фра Мауро состоится в 05:55 мск.

План по исследованию Луны миссии “Аполлон-13”

На поверхности спутника Ловелл и Хейз проводят 33 часа, что на 2 часа дольше, чем астронавты миссии “Аполлон-12” Алан Бин и Чарльз Конрад. Инструкция NASA предполагала, что в целях безопасности за пределами лунного модуля астронавты могут находиться не более 3-4 часов.

После проверки всех систем «Водолея» Ловелл и Хейз начинают подготовку к выходу из корабля.

На поверхности Луны два астронавта используют те же скафандры, которые были на них при запуске. Костюмы Ловелла и Хейза отличались от 16-килограммового варианта Маттингли, ожидающего своих коллег на орбите в «Одиссее». В скафандры двух астронавтов добавлен элемент TMG, который предотвращал потерю тепла, защищал от вредного солнечного излучения и метеороидов, размером от 10 мкм до 2 мм.

Астронавты также используют:

— специальные лунные ботинки для лучшего сцепления с поверхностью;

— подвижный лунный козырек, закрепленный на шлеме, для дополнительной защиты от солнечных лучей. 

Связь, подачу кислорода, регулировку давления скафандра, удаление углекислого газа, влаги, запахов, электропитание во время выхода обеспечивает специальный рюкзак Portable Life Support System (PLSS). В этом рюкзаке находится и система, которая в случае нештатной ситуации может подавать кислород на протяжении 30 минут — Oxygen Purge System (OPS).

Скафандры астронавтов миссии “Аполлон-13” были практически идентичны тем, что носил экипаж “Аполлона-12”, правда, за одним исключением: в костюмы Ловелла и Хейза добавили 225-миллилитровый мешок с 3-миллиметровой соломинкой, из которого астронавты могли пить. Полная амуниция весила 83 килограмма. Еще одна деталь: на рукава скафандра Ловелла инженеры прикрепили красные полосы, чтобы на снимках астронавта можно было отличать от коллеги Хейза.

Выход из лунного модуля

Планировалось, что на поверхности Луны астронавты отработают два дня. 

По инструкции первым лунный модуль покидает Ловелл. Через 16 минут Хейз проводит разгерметизацию кабины «Водолея». Как и в прошлых экспедициях, выход человека на поверхность транслируется в прямом эфире при помощи улучшенной версии цветной телевизионной камеры, которую использовал экипаж “Аполлона-12”. На случай, если цветная камера повредится, как это, например, произошло с астронавтами “Аполлон-12”, имеется запасная черно-белая камера. Когда Ловелл разведает местность и соберет образцы лунных камней, к нему присоединится Хейз, произойдет это в 10:40 мск.

Первый час работы астронавты посвящают установке антенны S-диапазона, американского флага, размещение камеры в 15 метрах от «Водолея». Еще час на развертывание приборов ALSEP на расстоянии около 90 метров от лунного модуля. ALSEP — это система из четырех приборов и центральной станции, которая должна была бы передавать радиосигналы на Землю после окончания миссии “Аполлон-13”. Эти приборы изучали бы заряженные частицы, разреженную лунную атмосферу, тепловой поток от внутренней лунной сейсмической активности. Питание для ALSEP обеспечивал бы SNG 27 RTG (радиоизотопный термоэлектрический генератор), который преобразовывает тепло, генерируемое при распаде топлива (плутония-238), в 63 Вт электроэнергии.

Фото: NASA / Ловелл и Хейз на тренировке в космическом центре по развертыванию антенны S-диапазона, 4 февраля 1970 года

После развертывания ALSEP Ловелл и Хейз посещают два кратера для сбора образцов, находящиеся на западе от «Водолея». Предполагалось, что общая протяженность пути составит около 1,5 километра. Прежде чем вернуться в лунный модуль, Хейз проводит эксперимент по исследованию солнечного ветра: устанавливает телескопический шест с листом алюминиевой фольги размером 30 на 140 см, ионы солнечного ветра будут “врезаться” в фольгу и оставлять свои “отпечатки”. Потом астронавты уходят в модуль на обед и 10 часовой отдых, произойти это должно в 14:12 мск.

Фото: NASA / Хейз на тренировке по развертыванию эксперимента по изучению солнечного ветра, 4 февраля 1970 года

На следующий день, около 02:00 мск, Ловелл и Хейз начинают готовиться ко второму выходу, который также транслируется в прямом эфире для жителей США. Оба астронавта оказываются на поверхности Луны примерно через 22 минуты. 

За время второго выхода Ловелл и Хейз посещают Конусный кратер, находящийся в 1,8 километрах от модуля, для сбора образцов, а также некоторые лунные участки, которые геологи определили как значимые для науки. Там астронавты берут пробы грунта, делают серию снимков. Возвращаются обратно в модуль Ловел и Хейз в 09:17 мск: сворачивают эксперимент по изучению солнечного ветра и начинают готовиться к возвращению домой. 

Фото: NASA / Ловелл и Хейз во время геологических тренировок на Гавайских островах, 5 января 1970 года

Возвращение домой

Приблизительно через 5 часов после второго выхода на поверхность, в 15:22 мск, подъемная силовая установка модуля (APS) “отрывает” астронавтов от поверхности Луны и выводит на орбиту радиусом 17 на 81 км, это примерно на 94 км ниже орбиты «Одиссея». В течение 3 часов расстояние между двумя космическими кораблями сокращается, астронавты на «Водолее» включают двигатели RCS, чтобы выполнить серию маневров и поднять свою орбиту для сближения с «Одиссеем». Стыковка происходит в 18:58 мск.

Астронавты переносят в командно-служебный модуль 43 кг лунных образцов и другое оборудование, после чего взлетную ступень «Водолея» расстыковывают со ступенью «Одиссея» и лунный модуль сбрасывают на поверхность Луны. 

Фото: NASA / Схема, на которой показана траектория полета лунного модуля и точка на орбите, где он должен будет соединиться с командно-служебным модулем

21 апреля в 22:47 мск при входе в атмосферу Земли сбрасывают и служебный модуль. Командный модуль с астронавтами на борту на парашютах приводняется в центральной части Тихого океана, где  будет ждать спасательный корабль USS Iwo Jima. Планировалось, что продолжительность миссии “Аполлон-13” составит 10 дней, 1 час и 4 минуты.

Замена экипажа

За три дня до запуска пилот командного модуля Маттингли был отозван из миссии из-за контакта с переносчиком краснухи (которой астронавт так и не заболел). В результате Маттингли заменили запасным пилотом Джеком Суайгертом.

С Маттингли контактировали и Ловелл, и Хейз, но у двух последних имелся иммунитет к краснухе, поэтому их оставили. 

Миссия прервана. Кратко об аварии

Старт миссии состоялся 11 апреля в 22:13 мск. Во время пуска возникла проблема, которую удалось решить не откладывая полет: пятый двигатель второй ступени S-II-8 самопроизвольно выключился на 132 секунды раньше, чем было запланировано; остальные четыре двигателя продолжали работать. К моменту этого отказа двигатели уже проработали достаточное время, и было решено не прерывать полет, а скомпенсировать отключение центрального двигателя продлением работы четырех боковых двигателей на 34 секунды. Кроме того, во время отключения второй ступени высота орбиты оказалась ниже расчетной на 20 км, а скорость ниже расчетной на 1700 м/c. Хотя эти показатели и были ниже запланированных, они все еще оставались в пределах нормы, поэтому миссию не отменили. 

Фото: NASA / Запуск Аполлона-13, 11 апреля 1970 года

После выхода на “орбиту ожидания” экипаж “Аполлона-13” снял полетные скафандры и приступил к включению и проверке всех систем корабля. Никаких неполадок выявлено не было.

Третья ступень вторым включением разогнала корабль до 10,4 км/с и отправила к Луне.

Основной блок корабля, состоящий из служебно-командного модуля, отделился от третьей ступени ракеты, и Джон Суайгерт приступил к маневрам по извлечению лунного модуля.

Все шло по плану до 13 апреля, проблемы начались после того, как “Аполлон-13” поменял траекторию полета с траектории свободного возврата на гибридную. В 06:06 мск Суайгерт включил в кислородном баке № 2 служебного модуля вентилятор, Ловелл и Хейз в это время проверяли приборы «Водолея». Тогда никто не знал, что в баке произошло короткое замыкание, в результате возникла искра, которая зажгла поврежденную проводку вентилятора. Последовал громкий звук, корабль затрясло и примерно через 95 секунд кислородный бак взорвался. Приборы в Хьюстоне показали, что экипаж находится в опасности: могло отключиться питание и сбиться ориентация корабля в пространстве. 

Фото: NASA / Эвакуация экипажа Аполлона-13, 17 апреля 1970 года

Было принято решение отменить посадку на Луну и переоборудовать командный модуль в спасательную шлюпку. При помощи ученых из Хьюстона было проведено несколько коррекций траектории, операции по сбросу служебного и лунного модулей, что позволило астронавтам благополучно вернуться домой. 

Миссию “Аполлон-13” выполнили частично: удалось сбросить на поверхность Луны третью ступень ракеты-носителя и получить сейсмограммы. 

Об аварии написано много, мы сообщили о ней кратко. В этом материале нашей целью было рассказать, какие задачи экипаж “Аполлона-13” должен был бы решить на Луне, если бы не взрыв в кислородном баке служебного модуля. 

О новых публикациях на сайте вы можете узнать из наших групп в соцсетях. Подписывайтесь: Вконтакте, Twitter, Одноклассники, Facebook, Telegram

У нас выходят и материалы, которые мы не публикуем на сайте, а размещаем на каналах. Заходите и читайте: Яндекс Дзен и Instagram

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Источник: drewexmachina.com

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: