Apollo Lunar Module

Lunar Module Orion of Apollo 16 on the Moon (1972)

Den Apollo månens modul ( LM for Lunar Module , der oprindeligt LEM for Lunar Udflugt Module ) var en lander udviklet fra 1963 af den Grumman selskab til NASA som en del af Apollo-programmet for landing på månen . NASAs foreløbige planlægning går imidlertid tilbage til 1960.

LM er et todelt månemodul og består af en nedstigning og en opstigningsfase. I alt 15 Apollo-månelandere blev lavet. Af disse gennemførte seks en månelanding og efterlod den nedre del med fødderne og nedstigningsmotoren (nedstigningsfasen) på månen. Efter at astronauterne var skiftet til kommandomodulet efter deres ophold på månen for at vende tilbage til jorden, blev den øverste del af månemodulet (opstigningsfasen) efterladt i månebane og styrtede senere ned på månen. De fleste af de andre ni byggede blev brugt til test på jorden eller blev ikke brugt, fordi deres missioner blev annulleret. Apollo 13 Lunar Moduleblev brugt til delvist at overtage opgaverne for det beskadigede servicemodul og således gøre det muligt for rumrejsende at vende tilbage til jorden. Nogle af de ubrugte månelandingsbiler vises nu på museer.

Generelt

For at bringe folk til månen var der forskellige tekniske designs, der blev overvejet i den tidlige fase af Apollo-projektet. NASA bevægede sig relativt hurtigt fra et rumfartøj, der landede helt på månen til et delt system, hvor en astronaut i "returkapslen" ( kommando- og servicemodulet , CSM) kredser om månen og en separat "Landefahrzeug" skal bruges med to astronauter til månens udflugt. Dette koncept ( rendezvous med månebane ) er masseoptimeret, men teknisk kompliceret, da begge køretøjer navigerer uafhængigt af hinanden og skal docke i månebane efter opstigningen igen.

Mission profil

Apollo Lunar Module kort før den trak sig ud af tredje fase af Saturn V ( Apollo 11 )

Placering af Apollo Lunar Module inde i Saturn V.

Apollo-månemodul i månebane kort efter adskillelse fra kommando- og servicemodulet (Apollo 11)

I startfasen og indtil det nåede månens overføringsbane, var månemodulet placeret i en konisk adapter på S-IVB, den tredje fase af Saturn V , under CSM. Efter indgangen til månens overføringsbane (trans-månens injektion) blev denne adapter åbnet og adskilt, og efter en drejemanøvre, som dens pilot fløj manuelt, dockede CSM til den nu tilgængelige lander (transponering, docking og ekstraktion) . Bortset fra korte test forblev månemodulet passivt på de fleste missioner indtil efter at have nået en månebane.

I månebanen satte LM-piloten og missionschefen LM i drift, udfoldede landingsbenene og adskilt fra CSM. Dette gav CSM-piloten, der var tilbage i CSM, muligheden for visuelt at inspicere landeren. De to astronauter i LM antændte derefter nedstigningsmotoren i ca. 30 s (Descent Orbit Insertion, DOI) med det formål at skabe en elliptisk overføringsbane med et laveste punkt (periselenum eller pericynthion) i en højde på ca. 15 km ca. 480 km (øst) for at nå det planlagte landingssted. Denne manøvre fandt sted på bagsiden af ​​månen uden radiokontakt med jorden. Startende med Apollo 14 blev denne proces ændret, så DOI-manøvren blev udført af CSM, og adskillelsen fandt kun sted bagefter for at få mere brændstof til landingsfasen; for CSM med sin større reserve var behovet for at accelerere igen ikke et problem.

Opstigningsfase af Apollo Lunar Module før mødet med Command and Service Module (Apollo 11)

Den egentlige bremsemanøvre (Powered Descent Initiation, PDI) begyndte i periselenum (og igen i radiokontakt med både CSM og jorden). Primært blev hastigheden på LM reduceret; denne flyvefase fandt sted helt under computerkontrol. I en højde på omkring 3 km ved den såkaldte “høje port” blev LM delvist rejst for første gang og tillod astronauterne at inspicere landingsstedet. I denne fase var befalingen i stand til at flytte målpunktet, som stadig blev fløjet til under computerkontrol, ved hjælp af hans reticle ved at flytte sin håndcontroller i retning af flyvning eller til siden. Computeren angav en vinkel for dette (Landing Point Designator, LPD); At læse det og overvåge de andre flyveparametre (frem for alt højde og nedstigningshastighed) var månens modulpilots ansvar, mens befalingen holdt sine øjne rettet udad. Den sidste indflyvningsfase blev indledt i en højde på 200 til 300 m ("lav port"); alle kommandører overtog en af ​​de to delvist manuelle kontroltilstande for selv at vælge et passende landingssted, selvom en fuldautomatisk landing ville have været mulig. I løbet af denne flyvetid forblev brændstof i cirka to minutter. En afslutning ville have været mulig i hver fase, opstigningstrinnet ville så have fløjet tilbage i en månebane. Da månens overflade var nået, rapporterede sensorerne på tre af de fire ben om kontakt med jorden ved hjælp af en blå signallampe. Astronauterne slukkede derefter motoren manuelt, og månemodulet faldt den sidste meter til overfladen af ​​månen.

Til returstart blev nedstigningstrinet adskilt, fungeret som en lanceringsplatform og forblev på månen. Opstigningsniveauet fløj tilbage i en månebane og lagde dertil igen med CSM. Efter at astronauterne havde overført, blev opstigningsfasen adskilt fra CSM og efterladt i månebane eller bragt til et kontrolleret nedbrud.

udvikling

Lunar Module , lunar module

I 1963 fik Grumman- firmaet i Bethpage , New York ordren til at bygge landeren . Thomas J. Kelly , der ledsagede de tidlige studier til udvikling af LM, kaldes generelt landerens far . Som han selv sagde, var LM imidlertid en samproduktion af mange. For eksempel var de fremtidige Apollo-astronauter også involveret i udvikling og konstruktion, da de i sidste ende måtte flyve og lande LM. Disse var hovedsageligt Scott Carpenter , Charles Conrad og Donn Eisele .

LM var det største bemandede rumfartøj, der nogensinde var blevet udviklet og bygget op til det punkt. Der skulle være nok plads inde i landeren til, at to astronauter kunne flyve og lande LM manuelt, hvis det var nødvendigt. Beboerne skulle være i stand til at tage på og tage deres rumdragter af og komme ud af køretøjet til overfladen af ​​månen. Behovet for at spare vægt var endnu større end med CSM, da landing på månen og opstigningen hver krævede en hastighedsændring på omkring 1800 m / s. Der skulle være plads til jordprøverne ( måneklipperne ), der blev medbragt , og astronauterne måtte være i stand til at leve, spise, drikke og sove i LM i flere dage.

Uddannelseslander på Edwards Air Force Base (1964)

De første planer var for sæder svarende til dem i et flycockpit. Disse ville ikke kun have været store og tunge, men ville også have krævet betydeligt større vinduer. Med ideen om at flyve og betjene LM i stående position var astronauterne i stand til at komme meget tættere på vinduerne og derfor gøre dem meget mindre. Det venstre vindue (det fra befalingen) fik en reticle, der tillod befalingen at identificere landingsstedet på månens overflade, beregnet i form af en numerisk kode.

Da LM kom ned til månen alene, måtte den også have et uafhængigt livsstøttesystem og uafhængige elektriske systemer inklusive navigation. De virksomheder, der fik tildelt kontrakten om at udvikle livsstøttesystemet, var forskellige fra dem, der var ansvarlige for CSM. Under Apollo 13- missionen viste det sig at være en alvorlig fejl, da begge systemer var delvis uforenelige . Ikke desto mindre var Apollo 13-astronauterne også i stand til at vende tilbage til Jorden ved at blive i den stadig funktionelle LM i lang tid efter eksplosionen i serviceenheden. LM fungerede så at sige som en redningsbåd. LM brugte også forskellige brændstoffer og motorer end SM, men navigationsenheden var stort set identisk, og navigationsdataene kunne overføres mellem systemerne.

Landingsbenene udgjorde et særligt problem.De skulle være så yndefulde og lette som muligt, men også så stabile som nødvendigt for landing på månen og være i stand til at absorbere de resulterende stød. Derudover skulle de være trukket tilbage, da raketstadiets diameter var blevet bestemt relativt tidligt. I begyndelsen af ​​planlægningen sørgede udviklerne for fem landingsben. Af pladshensyn blev kun fire derefter implementeret, men dette påvirkede ikke stabiliteten.

Da månemodulet skulle arbejde i månens tyngdefelt, var det ikke muligt korrekt at teste flyveegenskaberne for LM på jorden. Ændringer i LM med henblik på installation af en flydende motor viste sig at være meningsløse. Test med landere suspenderet fra helikoptere gav heller ikke nogen anvendelige resultater. Endelig blev der forsøgt at genskabe månens tyngdekraft ved at give specielt bygget landingsuddannelsesudstyr, LLTV'erne , et boost ved hjælp af yderligere motorer . Men da løfte- og kontroldyserne påvirkede hinanden, var LLTV'erne ikke særlig stabile, og der var flere nedbrud, hvor piloter, inklusive Neil Armstrong , var i stand til at redde sig selv med ejektorsædet . Som et resultat blev brugen af ​​LLTV'er reduceret, og kun missionscheferne fik lov. En speciel konstruktion var LLRF til at øve den sidste landingssekvens indtil touchdown. Især blev simulatorer brugt i et tidligere ukendt omfang.

Tekniske specifikationer

Lunar Module Eagle on the Moon (1969)

Når den blev drevet, havde landeren en nominel totalvægt på 14.696 kg, som dog adskilte sig fra mission til mission, en samlet højde på 6,40 m og en diameter på 4,30 m (9,50 m med forlængede landingsben). Den bestod af omkring en million dele, havde redundant designet radio- og radarudstyr , den førnævnte livsstøtte- og navigationscomputer . Denne kompleksitet gjorde nye processer i planlægning, produktion og kvalitetssikring nødvendige. Manglen på en atmosfære på månen krævede også beskyttelse mod mikrometeoritter og termisk beskyttelse i form af aluminium og guld fordampede Kapton-folier .

Månemodulet blev udviklet ud fra et rent funktionelt synspunkt. De aerodynamik spillet nogen rolle på grund af vakuum i rummet eller på månen. Systemet bestod af to trin: nedstigningsfasen (DS) og opstigningsfasen (Ascent Stage - AS), som hver var udstyret med sin egen motor. Denne struktur betyder, at tyngdepunktet ligger meget nøjagtigt på motoraksen, hvilket blev opnået gennem forskellige designforanstaltninger.

Niveau for nedrykning

Nedstigningstrinnet (DS for D escent S dage) var den nederste del og foruden motoren indeholdt tankene til brændstof, ilt , vand og helium . På ydersiden af ​​strukturen var de fire landingsben og udstyr til feltmissioner. En ikke ubetydelig del af scenens samlede masse blev i sidste ende tegnet af batterierne til levering af det indbyggede netværk på 28 V og 115 V. Disse batterier var i princippet genopladelige, men der var ikke noget system til genopladning om bord .

Landingsbenene gav køretøjet et edderkoplignende udseende, hvilket fik det tilnavnet “Spider” blandt astronauter. Trappen, inklusive landingsbenene, var 3,24 m høj. En stige var fastgjort til benet under lugen for at komme ind og ud. EASEP eller ALSEP og, i tilfælde af J-missioner, også Lunar Roving Vehicle blev indkvarteret på siderne og tilgængelige udefra . Efter udforskningen var afsluttet tjente nedstigningsfasen som startbase for opstigningsfasen. En eksplosiv mekanisme adskilt de to faser og efterlod nedstigningsfasen på månen. Hvis det er nødvendigt, kunne adskillelsen også udføres i nedstigningsfasen for at muliggøre, at en landing afbrydes med en sikker tilbagevenden til CSM.

struktur

Strukturelt bestod nedstigningstrinnet af et dobbeltkors med en central firkant og fire lige store boksstrukturer fastgjort til sidefladerne. De enkelte paneler bestod af formalede og kemisk behandlede aluminiumplader, der blev nittet sammen. Motoren var i midten, de to tanke til brændstoffet og oxidatoren var placeret symmetrisk på de fire sider . De ydre diagonaler på korset blev afstivet og klædt, så nedstigningstrinnet fik form af en ottekant. De andre faciliteter var anbragt i de fire trekantede segmenter. Landingsbenene blev bundet til de ydre hjørner med stivere. De blev konstrueret teleskopisk og indeholdt et deformerbart element, der tog en stor del af stødet, når man rørte ved det. Benet foran udgangslugen bar stigen, som astronauterne kunne bruge til at nå månegulvet, og de andre tre ben var udstyret med sensorer til at opdage touchdown. For at beskytte mod nedkøling på vej til månen var nedstigningsfasen for det meste beklædt med guldbelagt mylarfolie.

Nedstigningsmotor

Nedstigningen fremdriftssystem var drejelige og forudsat en stak af 10.500  lb _f (45 kN). Motoren kan styres af computeren eller manuelt i to områder ned til 1050 lbs (4,7 kN). En blanding af 50 procent hydrazin (N ₂ H ₄ ) og 50 procent asymmetrisk dimethyl hydrazin , kaldet Aerozin 50 , blev anvendt som brændsel. Sammenholdt med det oxiderende dinitrogentetroxid (N ₂ O ₄ ), blandingen er meget eksplosiv og hypergolske , dvs. den antænder automatisk ved kontakt uden behov for et tændingssystem. En anden tank indeholdt helium , som blev brugt som drivmiddel til at presse oxidatoren og brændstoffet ind i forbrændingskammeret.

specifikation

• Højde uden landingsben: 2,62 m
• Bredde uden landingsben: 3,91 m
• Bredde med udfoldede landingsben: 9,4 m
• Samlet masse, brændstof: 10.334 kg (specificeret, nøjagtig værdi afhængigt af missionen), betydeligt højere for J-missionerne
• Vand: en tank på 151 kg
• RCS : ingen, kontrol var baseret på forfremmelsesniveauet
• Brændstof i DPS (Descent Propulsion System): 8200 kg Aerozin 50 og nitrous tetroxide (N ₂ O ₄ ) som oxidator
• DPS-kraft: 45,0 kN, justerbar mellem 10% og 60%; drejelig dyse
• Udskrivning på DPS: en heliumtank på 22 kg under 10.700 kPa
• Specifik puls af DPS: 311 s
• DPS Delta v : 2500 m / s
• Batterier: fire (fem til J-missionerne) sølv-zink-batterier 28–32 volt, 415 Ah, hver med en vægt på 61 kg

Fremskridt niveau

Kontrolstråler til opstigningstrin

Opstigningstrinnets hytte

Opstigningsfasen (AS for A duft S dag) indeholdt den cylindriske kabine til to astronauter, der var i den forreste del (venstre kommandør, højre pilot, fra astronautens synspunkt), en midtersektion med alle kontrolelementer og opstigningen motor og en bageste del, der husede elektronikken. Tanke, antenner, holdningskontrol og den ydre skal blev bygget omkring cylinderen, hvilket gav opstigningsfasen sit karakteristiske udseende. For at spare vægt måtte de to astronauter stå ved landing. De blev holdt på plads af bælter og kabler. I det forreste fodområde mellem astronauterne var der en næsten firkantet luge på ca. 82 cm bred og høj, som blev brugt til at komme ud efter landing. En stor del af styrings-, kommunikations- og udskrivningssystemerne var placeret i den midterste sektion. Stenprøverne til returtransport blev også anbragt her. En anden luge på ca. 84 cm i diameter blev fastgjort i det øverste område af den centrale sektion og fungerede som en forbindelse mellem landeren og kommandomodulet. Opstigningsstadiet havde tre vinduer, to trekantede til fronten til observation af landingen (forsynet med et trådkæde i kommandantens vindue) og en lille rektangulær i toppen for at kontrollere tilgangen til moderskibet. Opstigningstrinnets position i rummet blev styret af 16 kontroldyser , der var arrangeret i fire grupper (såkaldte "quads"). Disse var identiske med quadsne i CSM - det vil sige havde et forholdsvis højt tryk - og blev monteret langt ude. De resulterende store øjeblikke , især når kampvogne var tomme, førte til det, astronauterne kaldte "kantet" flyveopførsel.

struktur

Opstigningsfasen blev bygget omkring en vandret cylinder, der danner den trykhytte. Cylinderen bestod igen af ​​slebne aluminiumsplader, fronten og bagsiden var specielt afstivet. I modsætning til pladestrukturen på nedstigningsfasen blev alle andre dele (tanke, holdningskontroldyser, antenner og det bageste instrumentpanel) forbundet med stivere. Igen måtte opmærksomheden rettes mod tyngdepunktets position; Da opstigningsfasen kun har to tanke, var den lettere brændstoftank (på venstre side set af astronauterne) placeret betydeligt længere ud end oxidationsmidlets. Støtten var skjult under det ydre panel.

Opstignings motor

Opstignings motor

Den permanent installerede - i modsætning til nedstigningsfasen, ikke-drejelig - motor til returstart fra månen genererede et ikke-kontrollerbart tryk på 3.500 lb _f (15,6 kN). Det var nok til at bringe opstigningsfasen, der vejer omkring 4,8 tons, tilbage i månens bane. Brændstofferne var de samme som i nedstigningsfasen. Motoren var designet til at være så enkel som muligt og havde bortset fra ventilerne ingen bevægelige dele for at opnå den højest mulige pålidelighed. Derfor blev der anvendt en gastilførsel under tryk . Motoren kunne tændes flere gange, så ændringer i kredsløb i månebanen efter opstigningen, især rendezvousmanøvren med CSM, var mulige. Kontrol under opstigningsfasen blev udført af en computer, der havde sit eget opstigningsprogram, der var uafhængig af hovednavigationen. Men manuel kontrol var også mulig.

specifikation

• Besætning: 2
• Beboelig volumen: 6,7 m ³
• Højde: 2,83 m
• Bredde: 4,29 m
• Dybde: 4,04 m
• Samlet masse, brændstof: afhængigt af missionen, ca. 4870–4990 kg
• Atmosfære: 100% ilt under 33 kPa
• Vand: to tanke på hver 19,3 kg
• Kølevæske: 11 kg ethylenglycol- vand-blanding (til elektronikken)
• Termisk styring: en aktiv fordamper
• Brændstof i RCS (reaktionskontrolsystem): 287 kg aerozin 50 og salpetersyre (N ₂ O ₄ ) som oxidationsmiddel
• RCS-konfiguration: 16 dyser med 45 N-tryk, arrangeret på stivere i fire "quads"
• Specifik puls af RCS: 290 s
• Brændstof i APS (Ascent Propulsion System): 2353 kg Aerozin 50 og nitrous tetroxide (N ₂ O ₄ ) som oxidationsmiddel
• APS-træk: 15.600 N, ikke justerbar
• Udskrivning på APS: to heliumtanke på 2,9 kg hver under 21.000 kPa
• Specifik puls af APS: 311 s
• APS Delta v : 2220 m / s
• Stød / vægt-forhold på månen: 2,1: 1
• Batterier: to sølv-zink-batterier 28–32 volt, 296 Ah, hver med en vægt på 57 kg
• Strømforsyning: 28 V DC, 115 V 400 Hz AC

Månebil

Som en del af Apollo-programmet var Apollo 15 den første af de tre såkaldte J-missioner, der sørgede for et længere ophold på månen. En batteridrevet månens roving køretøj, som blev foldet op og fastgøres til ydersiden af månens modul til transport, gjorde det muligt at bevæge sig mere frit over måneoverfladen og til at udforske et større område.

Klimasystem

Månemodulets klimasystem var så kompatibelt med astronauternes rumdragter, at de kunne genoplades op til seks gange på færgen.

Hvor månelanderen befinder sig

Fra Apollo 15 blev der anvendt et modificeret månemodul, som tillod et længere ophold og kunne bære en månebil .

Se også

• Primært vejlednings-, navigations- og kontrolsystem (PGNCS)
• Apollo Guidance Computer (AGC)
• Abort Guidance System (AGS)

litteratur

• Thomas J. Kelly: Moon Lander: Hvordan vi udviklede Apollo Lunar Module . Smithsonian Books, Washington, DC 2001, ISBN 1-56098-998-X .

Weblinks

• Apollo Lunar Module fremdrivningssystemer Oversigt (PDF)
• Lunar Module (NASA: Chariots for Apollo, Chapter 6 )
• Start af Apollo 17 fra månen (QuickTime-film; 998 kB)

Individuelle beviser

1. ↑ Lunnar-moduler i National Air and Space Museum .
2. ↑ Astronomer har måske fundet Apollo 10.s “Snoopy” -modul . Adgang til 15. februar 2020
3. ↑ James Meador: Langsigtet orbitstabilitet i Apollo 11 Eagle Lunar Module Ascent Stage. I: arXiv: 2105.10088 [physics.space-ph]. 21. maj 2021, adgang til 17. juli 2021 . 
4. ↑ Michael Khan: Ørnen kan stadig flyve. I: SciLogs - Science Blogs: Gå til lancering. 24. maj 2021, adgang til 17. juli 2021 .