Programma Apollo
Il programma Apollo fu un programma spaziale americano che ha portato allo sbarco dei primi uomini sulla Luna. Concepito durante la presidenza di Dwight Eisenhower e condotto dalla NASA, Apollo iniziò veramente dopo che il presidente John Kennedy dichiarò, durante una sessione congiunta al Congresso avvenuta il 25 maggio 1961, obbiettivo nazionale il far "atterrare un uomo sulla Luna" entro la fine del decennio[1][2].
Questo obiettivo è stato raggiunto durante la la missione Apollo 11 quando, il 20 luglio 1969, gli astronauti Neil Armstrong e Buzz Aldrin sbarcarono sulla Luna, mentre Michael Collins rimase in orbita lunare. Apollo 11 fu seguita da ulteriori sei missioni, l'ultima nel dicembre 1972, che portarono un totale di dodici uomini a camminare sul nostro "satellite naturale". Fino ad oggi questi sono stati gli unici uomini a mettere piede su un altro corpo celeste[3].
Il programma Apollo si è svolto tra il 1961 e il 1975 e fu il terzo programma spaziale di voli umani (dopo Mercury e Gemini) sviluppato dall'agenzia spaziale civile degli Stati Uniti. Il programma ha utilizzato la navicella spaziale Apollo e il razzo vettore Saturn, utilizzati successivamente anche per il programma Skylab e per la missione congiunta americana-sovietica Apollo-Soyuz Test Project. Questi programmi successivi sono spesso considerati facente parte delle missioni Apollo.
Il programma è stato realizzato con soltanto due grosse battute di arresto: la prima quando un incendio sulla rampa di lancio di Apollo 1, durante una simulazione, causò la morte degli astronauti Gus Grissom, Ed White e Roger Chaffee, la seconda durante la fase di viaggio verso la luna di Apollo 13 quando si verificò un'esplosione sul modulo di servizio che impedì agli astronauti la discesa sulla luna e li costrinse ad un rischioso rientro sulla terra, avvenuto grazie alle loro competenze e agli sforzi di controllori di volo, tecnici e membri degli equipaggi di riserva.
Apollo segnò alcune pietre miliari nella storia del volo spaziale umano che fino ad allora si era limitato a missioni in orbita bassa terrestre. Il programma ha stimoltato progressi in molti settori delle scienze e delle tecnologie, tra cui avionica, informatica, telecomunicazioni...
Molti oggetti e manfatti del programma sono ora esposti in luoghi e musei di tutto il mondo, in particolare presso il National Air and Space Museum di Washington.
Motivazioni e lancio del programma
Contesto storico
Nel corso degli anni 50 del novecento, tra le due superpotenze, gli Stati Uniti e l'Unione Sovietica, era in pieno svolgimento la cosiddetta guerra fredda. Questa si concretizzava in interventi militari indiretti (guerra di Corea) e a una corsa ad armamenti sempre più efficienti e in particolar modo allo sviluppo di missili intercontinentali capaci di trasportare testate nucleari sul territorio nazionale avversario. Il primo successo in questo campo si è avuto con il razzo R-7 Semyorka dell'Unione Sovietica, lanciato per la prima volta nel 1956. Gli Stati Uniti si adoperarono allora per cercare di colmare questo divario nel campo missilistico, impiegando grandi risorse umane ed economiche. I primi successi americani arrivarono con i razzi Redstone e Atlas[4]
La corsa allo spazio
Parallelamente agli sviluppi militari, l'Unione Sovietica colse anche i primi grandi successi nell'esplorazione dello spazio. È infatti del 4 ottobre 1957 la messa in orbita del primo satellite artificiale della storia: lo Sputnik 1. Gli americani dovettero aspettare il 1 febbraio 1958 lanciare in orbita l'Explorer 1. Per rispondere al meglio ai successi sovietici, il presidente Dwight D. Eisenhower, fonda, il 29 luglio 1958, un’agenzia spaziale civile: la NASA; nello stesso anno inizia il programma Mercury. La corsa allo spazio ha inizio.
Il 12 aprile 1961 l'Unione Sovietica sorprende il mondo, mandando in orbita il primo uomo: il cosmonauta Jurij Alekseevič Gagarin. Dopo il volo di Gagarin con la Vostok 1, i russi continuano a mietere successi: nel 1964 mandano nello spazio 3 cosmonauti (a bordo della Voskhod 1) e nel 1965 realizzano la prima attività extraveicolare (Voskhod 2).
Nel frattempo gli statunitensi iniziano ad avvicinarsi alle prestazioni sovietiche, grazie ai primi successi della missioni Mercury. Ma sarà grazie al successo del programma Apollo che gli americani potranno aggiudicarsi questa corsa allo spazio.
Annuncio del programma
Il programma Apollo fu il secondo progetto di lanci spaziali umani intrapreso dagli Stati Uniti, benché i relativi voli seguissero sia il primo programma (Mercury) che il terzo (Gemini). L'Apollo originalmente è stato concepito in ritardo dalla amministrazione Eisenhower come un seguito al programma Mercury per le missioni avanzate terra-orbitali. È stato completamente riconvertito verso l'obiettivo risoluto di allunaggio dal presidente John F. Kennedy con il suo annuncio a una sessione speciale del Congresso il 25 maggio del 1961:
«…credo che questo paese debba impegnarsi a realizzare l'obiettivo, prima che finisca questo decennio, di far atterrare un uomo sulla Luna e farlo tornare sano e salvo sulla Terra. Non c'è mai stato nessun progetto spaziale più impressionante per l'umanità, o più importante per l'esplorazione dello spazio; e nessuno è stato così difficile e costoso da realizzare…»
Nel suo discorso che diede inizio all'Apollo, Kennedy dichiarò che nessun altro programma avrebbe avuto un effetto così grande sulle mire a lungo raggio del programma spaziale americano. Il progetto fu studiato, naturalmente, sia dalla NASA che dalle altre principali aziende partecipanti. La "serie di estensioni dell'Apollo", chiamata in seguito "programma di applicazioni dell'Apollo", propose almeno 10 voli. Molti di questi avrebbero usato lo spazio occupato dal modulo lunare nel Saturn per il trasporto di apparecchiatura scientifica.
È stato progettato per utilizzare il Saturn IB e per portare il CSM in una varietà di orbite terrestri basse per missioni di non più di 45 giorni. Alcune missioni prevedevano l'aggancio di due CSM per il trasferimento di rifornimenti. Il Saturn V sarebbe stato necessario per portare il CSM in orbita polare e perfino in orbita quasi geostazionaria come quella del Syncom 3. Il Syncom 3 fu il primo satellite per comunicazioni arrivato a così grande distanza dalla Terra. Fu utilizzato perché era abbastanza piccolo per trasportarlo e, una volta tornato sulla Terra, fu studiato per capire le conseguenze delle radiazioni sui suoi componenti elettronici.
Ma nulla di tutto ciò fu effettivamente fatto. Il progetto del Apollo Telescope Mount, basato sul LM e destinato a voli con il CSM su razzi Saturn IB, fu successivamente utilizzato come componente dello Skylab. Questo è risultato essere l'unico sviluppo del programma di applicazioni dell'Apollo. A differenza della navicella sovietica Sojuz, che fu riutilizzata per tutto il XX secolo e che originariamente era stata progettata per entrare in orbita lunare, tutte le apparecchiature dell'Apollo non vennero più riutilizzate.
Sviluppo del programma
Scelta del tipo di missione
Essendosi posti come obiettivo la Luna, i pianificatori della missione Apollo hanno dovuto affrontare il difficile compito imposto da Kennedy cercando di minimizzare il rischio per la vita umana considerando il livello tecnologico dell'epoca e le abilità dell'astronauta.
Vennero considerate tre diverse strade:
- Ascesa diretta: Prevedeva un lancio diretto verso la Luna. Ciò avrebbe richiesto un razzo Nova molto più potente di quelli dell'epoca. Secondo questo progetto l'intera navicella sarebbe atterrata sulla Luna e poi sarebbe ripartita verso la Terra.
- Rendez-vous in orbita terrestre: La seconda, nota come EOR (Earth orbit rendezvous), avrebbe richiesto il lancio di due razzi Saturn V, uno contenente la navicella, l'altro destinato interamente al propellente. La navicella sarebbe entrata in orbita e poi rifornita del propellente che le avrebbe permesso di raggiungere la Luna e tornare indietro. Anche in questo caso sarebbe atterrata l'intera navicella.
- Rendez-vous in orbita lunare: Fu il piano che venne realmente usato, fu ideato da John Houbolt ed è chiamato tecnicamente LOR (Lunar orbit rendezvous). La navicella era composta da due moduli: il CSM (modulo di comando-servizio) e LM (modulo lunare) o anche LEM (Lunar Excursion Module, il suo nome iniziale). Il CSM era costituito da una capsula per la sopravvivenza dei tre astronauti munita di scudo termico per il rientro nell'atmosfera terrestre (modulo di comando) e dalla parte elettronica e di sostentamento energetico per il modulo di comando, cosiddetta modulo di servizio. L'LM, una volta separato dal CSM, doveva garantire la sopravvivenza ai due astronauti che sarebbero scesi sulla superficie lunare.
Il modulo lunare doveva svolgere una funzione di ascesa e di discesa sul suolo lunare. Terminata questa fase avrebbe dovuto agganciarsi con il CSM, in orbita lunare, per il ritorno sulla Terra. Questo piano presentava il vantaggio che l'LM, dopo essersi staccato dal CSM, era molto leggero, quindi più manovrabile. Inoltre sarebbe stato possibile utilizzare un solo razzo Saturn V. Nonostante questo, quando la scelta definitiva ricadde sul LOR, non tutti i tecnici erano concordi, specialmente per le difficoltà che presentavano i numerosi agganci e sganci che avrebbero dovuto fare i moduli.
Per imparare le tecniche di atterraggio sulla Luna, gli astronauti si sono esercitati nel veicolo di atterraggio lunare di ricerca (Lunar Landing Research Vehicle, LLRV), un velivolo che ha simulato il modulo lunare sulla Terra.
Un cambio di scala
Il 5 maggio 1961, pochi giorni prima dell'avvio del programma Apollo, l'astronauta Alan Shepard compie il primo volo nello spazio degli Stati Uniti (missione Mercury-Redstone 3). In realtà si tratta solo di un volo suborbitale. Il razzo utilizzato non è in grado di mandare in orbita una nave spaziale di un peso maggiore di una tonnellata. Per realizzare il programma lunare sarà invece necessario mettere in orbita bassa almeno 120 tonnellate. Questo paragone può far capire quale sia il cambiamento di scala che è stato richiesto ai progettisti della NASA che doverono sviluppare un razzo vettore dalle potenze mai raggiunte fino ad allora. Per realizzare l'obbiettivo è stato necessario sviluppare pertanto nuove e complesse tecnologie, tra cui l'utilizzo dell'idrogeno liquido come combustibile.
Il personale impiegato nel programma spaziale civile crescerà in proporzione. Tra il 1960 e il 1963, il numero di dipendenti della NASA passerà da 10.000 a 36.000. Per accogliere il nuovo personale e per sviluppare le adeguate attrezzature dedicate al programma Apollo, la NASA istituì tre nuovi centri:
- Il Manned Spacecraft Center (MSC)[5], costruito nel 1962 vicino a Houston, in Texas. Esso fu dedicato alla progettazione e alla verifica del veicolo spaziale (CSM e LM), alla formazione degli astronauti e al monitoraggio e gestione del volo. Tra i servizi presenti: il centro di controllo missione, simulatori di volo e svariate attrezzature destinate a simulare le condizioni nello spazio. Il centro era diretto da Robert Gilruth, un ex ingegnere presso la NACA, che svolse un ruolo di primo piano riguardo alla gestione delle attività per il volo spaziale. Questa struttura era già presente per il programma Gemini. Nel 1964 erano qui impiegate 15.000 persone, comprese le 10.000 dipendenti delle varie società aerospaziali[6] · [7].
- Il Marshall Space Flight Center (George C. Marshall Space Flight Center MSFC) situato in un vecchio impianto dell'esercito (un arsenale di razzi Redstone) vicino a Huntsville in Alabama. Esso fu assegnato alla NASA a partire dal 1960 insieme alla maggior parte degli specialisti che qui vi lavoravano. In particolare qui era presente la squadra tedesca diretta da Wernher von Braun specializzata in missili balistici. Von Braun rimarrà in carica fino al 1970. Il centro era dedicato alla progettazione e alla qualificazione della famiglia di veicoli di lancio Saturn. Erano presenti banchi di prova, uffici di progettazione e impianti di assemblaggio. Qui vennero impiegate fino a 20.000 persone[6][8]
- Il Kennedy Space Center (KSC), situato sulla Merritt Island in Florida. È il sito dove venivano lanciati i giganteschi razzi del programma Apollo. La NASA costruì il suo centro per il lancio a Cape Canaveral, vicino a quello utilizzato dall'aeronautica militare. Il centro si occupava dell'assemblaggio e controllo del razzo vettore nonché delle operazioni di controllo del programma di avvio per il lancio. Qui, nel 1956, vi erano impiegato 20.000 persone. Il cuore del centro spaziale è costituito dal Launch Complex 39 dotato di due rampe di lancio e di un enorme edificio di assemblaggio: il Vehicle Assembly Building (altezza 140 metri), in cui potevano essere assemblati più razzi Saturn V contemporaneamente. Il primo lancio da questo centro è avvenuto per Apollo 4 nel 1967. Ora, tutto il complesso, viene utilizzato per il lancio della navetta spaziale[6][9].
Altri centri della NASA hanno avuto un ruolo più marginale o temporaneo sul lavoro svolto per il programma Apollo. Nel 1961, il Centro Spaziale John C. Stennis è stato costruito nello stato del Mississippi. Questo comprendeva nuovi banchi di prova utilizzati per testare motori a razzo sviluppati per il programma[10]. Il Centro di ricerca Ames, risalente al 1939 e situato in California, era dotato di gallerie del vento utilizzate per sviluppare la forma della navicella Apollo adeguata alle problematiche del rientro nell'atmosfera terrestre. Il Langley Research Center (1914), con sede a Hampton (Virginia), disponeva anch'esso di ulteriori gallerie del vento. Il Jet Propulsion Laboratory (1936), vicino a Los Angeles (California), è specializzato nello sviluppo di sonde spaziali. È in questo centro che sono progettate le famiglie di veicoli spaziali automatici che hanno consentito lo studio e la conoscenza dell'ambiente lunare e della sua mappatura, dati indispensabili per rendere possibile il programma Apollo[6][11] .
Il ruolo dell'industria aeronatica
La realizzazione di un programma così ambizioso ha reso necessario una decisiva crescita del settore dell'industria aeronautica, sia per quanto riguarda il personale addetto (nella NASA è passato da 36.500 addetti a 376.500) sia nella realizzazione d’impianti di grandi dimensioni.
La società californiana North American Aviation, produttrice del famoso B-25 Mustang protagonista dei combattimenti aerei della seconda guerra mondiale, distintasi già nel programma X-15, assunse un ruolo di primaria importanza. Dopo aver visto fallire i suoi progetti per il trasporto aereo civile, la società dedicò tutte le sue risorse al programma Apollo fornendo in pratica tutti i componenti principali del progetto, ad eccezione del modulo lunare che venne progettato e realizzato dalla Grumman.
La North American realizzò, tramite la sua divisione Rocketdyne, i motori principali del razzo principale J-2 e F-1 presso l'impianto a Canoga Park, mentre il Saturno V era prodotto a Seal Beach e il modulo di comando e di servizio a Downey. In seguito all'incendio di Apollo 1 e ad alcuni problemi incontrati nello sviluppo, si fonderà con la Rockwell International nel 1967. Il nuovo gruppo svilupperà poi, negli anni 1970-1980 lo space shuttle.
L'azienda McDonnell Douglas si è invece occupata di produrre il terzo stadio del Saturn V presso i suoi stabilimenti di Huntington Beach in California, mentre il primo stadio è stato costruito nello stabilimento Michoud (Louisiana) dalla Chrysler Corporation. Tra i principali fornitori di strumenti di laboratorio si deve annoverare il Massachusetts Institute of Technology (MIT) che progettò i sistemi di navigazione.
Le risorse organizzative e economiche
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Il progetto Apollo ha rappresentato una sfida senza precedenti in termini di tecnologia e capacità organizzative. Una delle parti del progetto che ha richiesto più impegno è stata quella relativa allo sviluppo del razzo vettore. Le specifiche della missione richiedevano lo sviluppo di motori in grado di fornire una grande potenza per il primo stadio (motori F-1), mentre per quelli del secondo e terzo fu necessario realizzarli con un'elevata complessità tecnologica, in quanto dovevano essere in grado di garantire più accensioni (motori J-2). Ad aumentare le difficoltà della progettazione va aggiunta la richiesta di un alto livello di affidabilità (probabilità di perdita dell'equipaggio di meno 0,1%) e il relativo poco tempo a disposizione (8 anni, tra avviare il programma Apollo e la scadenza fissata dal presidente Kennedy per il primo allunaggio di una missione con equipaggio).
Nonostante alcune battute di arresto durante le fasi dello sviluppo, grazie anche alle ingenti risorse finanziarie messe a disposizione (con un picco nel 1966 con il 5,5% del budget federale assegnato alla NASA), si è riusciti a far fronte alle numerose problematiche mai affrontate prima per una missione spaziale. Lo sviluppo di tecniche organizzative per la gestione del progetto (pianificazione, gestione delle crisi, project management) hanno fatto più tardi scuola nel mondo del business.
| Anno | 1959 | 1960 | 1961 | 1962 | 1963 | 1964 | 1965 | 1966 | 1967 | 1968 | 1969 | 1970 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Budget per il programma Apollo | 0,535 | 1,285 | 2,27 | 2,51 | 2,97 | 2,91 | 2,556 | 2,025 | 1,75 | |||
| Budget totale della NASA | 0,145 | 0,401 | 0,744 | 1,257 | 2,552 | 4,171 | 5,093 | 5,933 | 5,426 | 4,724 | 4,253 | 3,755 |
| Percentuale del budget della NASA sul budget dello stato federale | 0,2 | 0,5 | 0,9 | 1,4 | 2,8 | 4,3 | 5,3 | 5,5 | 3,1 | 2,4 | 2,1 | 1,7 |
Lo sviluppo del motore F-1, dotato di una architettura convenzionale ma di un potere eccezionale (2,5 tonnellate di propellente bruciato al secondo), è stato molto lungo a causa di problemi di instabilità nella camera di combustione che sono stati corretti mediante la combinazione di studi empirici (ad esempio l'utilizzo di piccole cariche esplosive in camera di combustione) e la pura ricerca[14]. Ma le sfide più significative hanno coinvolto i due moduli principali del programma: il modulo di comando/servizio e il modulo lunare. Lo sviluppo del modulo lunare è avvenuto con un anno di ritardo sui tempi previsti a causa di modifiche nello scenario di atterraggio. Il suo motore è stato concettualmente completamente nuovo e ha richiesto grandi sforzi progettuali. La massa complessiva superiore alla previsioni, la difficoltà dello sviluppo del software e la mancanza di esperienza nella realizzazione di motori adatti allo scopo, hanno comportato ritardi così importanti da mettere, ad un certo punto, in pericolo la realizzazione del programma[15][16][17][18].
I test sono stati una parte importante nel programma, poiché essi hanno rappresentano quasi il 50% del carico di lavoro totale. Il progresso della tecnologia dell'informatica ha permesso, per la prima volta in un programma di astronautica, di inserire automaticamente una sequenza di test e di salvare le misure di centinaia di parametri (fino a 1000 per ogni prova del Saturn V). Ciò ha consentito agli ingegneri di concentrarsi sulla interpretazione dei risultati e riducendo la durata delle fasi di qualificazione. Ogni stadio del razzo Saturn V ha subito quattro fasi di prova: un test sul sito del produttore, due in loco presso il MSFC ed infine un test di integrazione al Kennedy Space Center, una volta che il razzo era stato assemblato[19].
La scelta e il ruolo degli astronauti
Il primo gruppo di sette astronauti selezionati per il programma Mercury (chiamati Mercury Seven) era stato scelto tra piloti collaudatori militari, aventi un discreto livello di conoscenza nei settori connessi alla progettazione, con un'età inferiore ai 40 anni e aventi delle caratteristiche che soddisfacevano i restrittivi requisiti psicologici e fisici.
Le successive assunzioni, effettuate nel 1962 (nove astronauti del gruppo 2), 1963 (quattordici astronauti del gruppo 3) e 1966 (quindici astronauti del gruppo 4) usarono dei criteri di selezione simili, abbassando l'età a 35 e 34 anni, diminuendo le ore minime di volo richieste e estendendo il numero di titoli accettati. Parallelamente furono selezionati due astronauti scienziati possedenti un dottorato di ricerca: uno nel gruppo 4 e uno nel gruppo 6[20].
Durante la loro preparazione, gli astronauti, passarono molto tempo nei simulatori del modulo di comando e del modulo lunare, ma si sottoposero anche a delle lezioni di astronomia per la navigazione celeste, di geologia per prepararli alla identificazione delle rocce lunari e di fotografia. Inoltre trascorsero molte ore sul velivolo jet da addestramento T-38 al fine di mantenere il loro addestramento da pilota (tre astronauti del gruppo 3 morirono durante questi voli sul T-38).
Gli astronauti furono coinvolti anche nelle primissime fasi della progettazione e sviluppo dei veicoli spaziali[21]. Ad essi fu inoltre richiesto di dedicare parte del loro tempo alle pubbliche relazioni e alla visita delle società coinvolte nel progetto.
L'astronauta Deke Slayton (selezionato per il programma Mercury ma successivamente non ritenuto idoneo al volo a causa di una problema cardiaco) assunse il ruolo di leader informale ma efficace del corpo astronauti occupandosi della selezione degli equipaggi per ogni missione e facendo da portavoce negli interessi degli stessi durante lo sviluppo del progetto[22].
La navicella Apollo era stata originariamente progettata per dare una piena autonomia di azione all'equipaggio in caso che si fosse verificata una perdita delle comunicazioni con il centro di controllo di terra. Questa autonomia prevista dai software del sistema di navigazione e controlla sarebbe tuttavia stata significativamente ridotta, nel caso si fosse reso necessario una modifica sostanziale delle procedure di una missione. Infatti era il centro di controllo di Houston che forniva i parametri essenziali, quali la posizione della navetta nello spazio e i valori corretti della spinta necessaria per ogni accensione del motore principale. Nel momento in cui si realizzavano i primi voli sulla luna, solamente il centro di controllo a terra possedeva una sufficiente potenza di calcolo per poter elaborare i dati telemetrici per stabilire la posizione della navetta. Tuttavia, durante il volo, era il computer di bordo ad applicare le dovute correzioni in base ai suoi sensori. Inoltre, il computer, fu essenziale nel controllo del motore (grazie alla funzione di pilota automatico) e nel gestire numerosi sottosistemi[23]. Senza il computer, gli astronauti non avrebbero potuto far scendere il modulo lunare sulla Luna, perché solo con esso era possibile ottimizzare il consumo di carburante al fine di soddisfare i bassi margini disponibili[24].
La ricerca dell'affidabilità
Fin dall'avvio del programma, la NASA si è dovuta dimostrare molto attenta al problema dell'affidabilità dei sistemi che doveva progettare. Inviare degli astronauti sul suolo lunare è infatti un'operazione assai più rischiosa di un volo in orbita terrestre dove, in caso di problemi, il rientro verso la terra può essere attuato in tempi brevi grazie ai retrorazzi. Diversamente, una volta che la navetta spaziale ha lasciato l'orbita, la possibilità di poter far ritorno a terra è strettamente vincolata al corretto funzionamento di tutti i principali sottosistemi. In maniera empirica, la NASA, aveva stabilito che le missioni avrebbero dovuto avere una probabilità di successo del 99% e che la possibile perdita dell'equipaggio dovesse essere inferiore allo 0,1%. Questi valori non tenevano però conto dei possibili impatti con micro - meteoriti e gli effetti dei raggi cosmici, allora poco conosciuti. La progettazione dei sottosistemi e dei componenti di base dei vari veicoli utilizzati per il programma, necessitava di raggiungere pertanto tali obbiettivi.
Tali requisiti furono raggiunti grazie a diverse opzioni tecniche che furono scelte. Ad esempio, uno dei sistemi più critici era quello relativo ai sistemi di propulsione primari. Se il motore principale (sia del modulo lunare che del modulo di comando) si fosse reso inutilizzabile, la nave spaziale non avrebbe potuto lasciare la luna o correggere la rotta verso la terra, con la conseguente perdita certa dell'equipaggio. Per rendere i motori affidabili, fu scelto di utilizzare propellenti ipergolici in cui la combustione avveniva in maniera spontanea una volta messi a contatto e non grazie ad un sistema di accensione che poteva non funzionare. Inoltre, la pressurizzazione dei combustibili avveniva grazie a dei serbatoi di elio e questo permetteva di eliminare l'uso di fragili e complesse turbopompe.
Inizialmente la NASA aveva inoltre previsto di dare agli astronauti la possibilità di effettuare riparazioni. Questa scelta fu abbandonata nel 1964 in quanto comportava sia la formazione degli astronauti in sistemi particolarmente complessi sia il dover rendere facilmente accessibili i sistemi esponendoli di fatto a possibili contaminazioni.
Una strategia adottata per rendere la navetta il più affidabile possibile è stata quella di fare largo uso della cosiddetta ridondanza. Infatti erano stati previsti numerosi sottosistemi di backup in grado di sostituire eventuali componenti danneggiati. Ad esempio, il sistema di navigazione (computer e sistema inerziale) del modulo lunare era raddoppiato da un altro sviluppato da un altro produttore per garantire che non ci fosse lo stesso difetto che potesse rendere entrambi i sistemi inoperativi. I motori di controllo di assetto (RCS) erano indipendenti e realizzati a coppie, ognuna delle quali in grado di funzionare indipendentemente. Il sistema di controllo termico e i circuiti di potenza erano a loro volta doppi mentre l'antenna di telecomunicazione in banda S poteva essere sostituita da due antenne più piccole in caso di guasto.
Non vi era, tuttavia, alcuna possibile soluzione nello sfortunato caso di un guasto ai motori principali (sia del modulo lunare che del modulo di servizio/comando): solo dei test approfonditi e realizzati con un massimo di realismo hanno potuto permettere il raggiungimento del livello di affidabilità voluta.
I componenti del programma
Il razzo vettore Saturno
Uno dei punti centrali dello sviluppo del programma Apollo era quello relativo al razzo vettore. Furono perciò realizzati tre razzi appartenenti alla famiglia Saturn: Saturn I che permetterà di testare il sistema di controllo e la miscela di ossigeno liquido e idrogeno liquido utilizzati come propellenti, Saturn IB che svolgerà i primi test della navicella Apollo in orbita terrestre e, infine, l'imponente Saturn V che peremtterà di avere una sufficiente spinta per raggiungere la luna e di cui il rendimento eccezionale e non è mai stato superato.
Gli inizi dello sviluppo della famiglia di lanciatori Saturn, sono anteriori al programma e alla creazione della NASA. A partire dal 1957, il Dipartimento della Difesa (DOD) degli Stati Uniti individuava la necessità di un lanciatore pesante in grado di mandare in orbita satelliti per ricognizioni e telecomiunicazioni pesanti fino a 18 tonnellate. Nel 1957 a Wernher von Braun e il suo team di ingegneri provenienti dalla Germania, fu commissionato un lanciatore che arrivasse a tali prestazioni.
Nel 1958 la NASA, che era stata appena creata, individua nei lancitori la chiave per il suo programma. L'anno successivo, il team di Von Braun, viene trasferito nel neonato ente spaziale civile prendendo le redini del Marshall Space Flight Center.
Quando il presidente Kennedy arrivò alla casa bianca all'inizio del 1961, le configurazioni del veicolo di lancio Saturn erano ancora in definizione, ciò rifletteva l'incertezza sulle future missioni. Tuttavia, nel luglio dell'anno successivo, l'azienda Rocketdyne iniziò gli studi per il motore ad idrogeno e ossigeno J-2 capace di una spinta 89 tonellate. Contemporanemate si continuano i progetti per lo sviluppo del motore F-1 che avvrebbe fornito ben 677 tonnellate di spinta necessari per il primo stadio del razzo.
Alla fine del 1961 il progetto per il lanciatore definitivo Saturno V era ormai definito. Il primo stadio del vettore avrebbe disposto della propulsione di cinque F-1 (alimentati a ossigeno liquido e cherosene superraffinato RP1), il seconodo da altrettanti motori J-2 e il terzo da un ulteriore J-2, che aveva la caratteristica (unica per gli endoreattori dell'epoca) di potere essere riacceso. Il lanciatore, nel suo complesso, era in grado di inserire 113 tonellate in orbita bassa e inviarne 41 in direzione della luna.
Oltre al Saturn V furono sviluppati due modelli più piccoli necessari per i primi test del progetto:
- C-1 (o Saturn I) usato per testare i modelli della navicella Apollo, si compone di un primo stadio alimentato da otto motori H-1 e da un secondo con sei RL-10;
- C-1B (o Saturn IB), utilizzato per i test della navicella Apollo in orbita terrestre, costituito al primo stadiodal primo piano della S-1 coronato il terzo piano del C-5.
Alla fine del 1962 con la scelta dello scenario di rendez-vous in orbita lunare (LOR), venne confermato definitivamente il ruolo del Saturn V e terminarono gli studi di programmi alternativi (come quelli sul razzo Nova)[25].
| Lanciatore | Saturn I | Saturn IB | Saturn V |
|---|---|---|---|
| Carico utile in orbita bassa (LEO) traiettoria verso la luna (TLI) |
9 t (LEO) | 18,6 t (LEO) | 118 t (LEO) 47 t (TLI) |
| 1º stadio | S-I (spinta 670 t.) 8 motori H-1 (LOX/Cherosene) |
S-IB (spinta 670 t.) 8 motori H-1 (LOX/Cherosene) |
S-IC (spinta 3402 t.) 5 motori F-1 (LOX/Cherosene) |
| 2º stadio | S-IV (spinta 40 t.) 6 RL-10 (LOX/LH2) |
S-IVB (spinta 89 t.) 1 motore J-2 (LOX/LH2) |
S-II (spinta 500 t.) 5 motori J-2 (LOX/LH2) |
| 3º stadio | - | - | S-IVB (spinta 100 t.) 1 motore J-2 (LOX/LH2) |
| Voli | 10 (1961-1965) Satellite Pegasus, test su modelli del CSM |
9 (1966-1975) Qualificazione del CSM, Skylab, volo Apollo-Soyouz |
13 (1967-1973) missioni lunari lancio dello Skylab |
La Navicella spaziale Apollo
La navicella spaziale Apollo (o Modulo di Comando e Servizio, abbreviato CSM) aveva il compito di trasportare l'equipaggio sia all'andata che al ritorno e garantirgli tutto il necessario per il supporto vitale e per il controllo del volo. Di peso poco superiore a 30 tonnellate era quasi dieci volte più pesante del veicolo spaziale Gemini. La massa extra (21,5 tonnellate) era in gran parte rappresentata dal motore a propellente in grado di fornire un delta-v di 2800 m / s consentendo alla navicella di posizionarsi in orbita lunare e quindi di poter abbandonare tale orbita per fare ritorno a terra.
La navicella spaziale Apollo presentava una disposizione simile a quella già utilizzata nel veicolo spaziale Gemini: un modulo di comando (CM) che ospita l'equipaggio ed è dotato dello scudo termico necessario al rientro nell'atmosfera e da un modulo di servizio (CS) che contiene il motore principale di propulsione, le principali fonti di energia e la attrezzature necessarie per la sopravvivenza degli astronauti. Il modulo di servizio veniva sganciato poco prima del rientro nell'atmosfera terrestre[26].
Al modulo di comando veniva poi agganciato in orbita il modulo lunare (LM), che ospitava due astronauti e permetteva di scendere sulla luna. Il LM era a sua volta costituito in due parti separate, quella inferiore disponeva del motore necessario alla discesa, mentre quella superiore ospitava gli astronauti e permetteva di abbandonare la superficie lunare per riagganciarsi con il modulo di comando che lo aspettava in orbita intorno alla luna.
Il modulo di comando e di servizio
Il modulo di comando Apollo è la zona della navicella dove i tre astronauti trovavano alloggio durante la missione, fatta eccezione per il periodo in cui due di loro scendono sulla luna con il modulo lunare. Esso ha un peso di 6,5 tonnellate e una forma conica, la sua struttura esterna comprende una doppia parete, all'interno un guscio in lamiera e alluminio realizzato a nido d'ape e che ospita la cabina pressurizzata e una parte più esterna che costituisce lo scudo termico di diverso spessore in base all'esposizione a cui è sottoposto durante il rientro. Lo scudo termico, di tipo ablativo, è realizzato con un materiale composito costituito da fibre di silice in una matrice di resina epossidica. Questo materiale è inserito in un nido d'ape di acciaio.
Lo spazio pressurizzato rappresenta un volume di 6,5 m3. Gli astronauti sono posizionati su tre lati su seggiolini paralleli con il fondo del cono. Di fronte a loro è posto un pannello di 2 metri di larghezza e 1 di altezza con i comandi e gli interruttori principali. Le strumentazioni sono distribuite a seconda del ruolo che l'astronauta ha nella missione. Sulle pareti sono posti gli strumenti per la navigazione, pannelli di controllo più specifici e le aree per lo stoccaggio degli alimenti e dei rifuti. Per la navigazione gli astronauti utilizzavano un telescopio e un computer che analizzava i dati provenienti da una piattaforma inerziale.
La navetta disponeva di due portelli, uno situato sulla punta del cono e raggiungibile con un tunnel ed utilizzato per trasferire gli astronauti nel modulo lunare qando questo era agganciato e l'altro posto di fianco e utilizzato per entrare e uscire dalla navetta sualla terra nonché per permettere le attività extraveicolari nello spazio (per farlo era necessario creare il vuoto in tutta la cabina Gli astronauti avevano inoltre a disposizione 5 finestrini utilizati per le osservazioni e per le manovre di rendezvous con il modulo lunare.
Nonostante che il modulo di comando dipendesse da quello di servizio sia per l'energia che per le manovre importanti[27], esso possedeva comunque un sistema di controllo RCS autonomo (comprendete 4 gruppi di piccoli motori ipergolici) e di un proprio sistema di supporto vitali, entrambi utilizzati quando il modulo di servizio era abbandonato poco prima del rientro.
Il Modulo di Servizio (SM o "Service module" in inglese) era un cilindro di 5 metri di lunghezza pe 3,9 metri di diametro, del peso di 24 tonnellate, non pressurizzato e realizzato in alluminio. Alla base era presente il motore princiaple in grado di fornire oltre 9 milioni di libbre di spinta. Accoppiato dal lato opposto con il modulo di comando, all'interno conteneva i serbatio di elio (utilizzato per pressurizzare i serbatoi dei propellenti), tre celle a combustibile, serbatoi di ossigeno e di propellente.
Disponeva inoltre di apparecchiature per le comunicazioni, strumenti scientifici (a secondo della missione), un piccolo satellite, macchine fotografiche e un serbatoio di ossigeno supplementare. Dissponeva infine dei radiatori utilizzati per disperdere il calore in eccesso scaturito dalle apparecchiature elettriche e regolare la temperatura della cabina. Tra le apparecchiature per le comunicazioni, una antenna in banda S che garantiva le trasmissioni anche quando la navetta era molto lontana dalla terra[28].
Sopra il complesso modulo di servizio/comando era posto, durnate il lancio, il launch Escape System (LES o toorre di salvataggio) che permetteva di separare la cabina dove vi erano gli astronauti dal razzo vettore se dovesse essersi verificato qualche problema durnate il lancio. Una volta in orbita, terminata la sua utilità, il LES veniva espulso[29][30].
Il modulo lunare
Il modulo lunare Apollo era suddiviso su due stadi: quello verso il basso serviva per far atterrare il complesso sulla luna e come piataforma di lancio per il secondo stadio che aveva il compito di ospitare i due astronauti e che poi gli avrebbe accompagnati nella fase di ascesa verso il modulo di comando al termine della loro permanenza sulla luna.
La sua struttura era realizzata sostanzialmente in una lega di alluminio scelta per la sua leggerezza. I pezzi sono per lo più saldati ma in certi casi anche uniti per mezzo di rivetti.
Stadio di discesa
Lo stadio di discesa del modulo lunare pesava oltre 10 tonnellate ed era di forma ottagonale con un diamentro di 4,12 metri e una altezza di 1,65 metri. La sua funzione principale era quella di portare il modulo sulla luna. Per fare questo, nel pavimento è presente un motore a razzo pilotabile e dalla spinta variabile. La modulazione della spinta era necessaia per ottimizzare il percorso di discesa, risparmiare propellente e principalmente permettere un atterraggio dolce.
L'ossidante del propellente era costituito da tetraossido di diazoto (5 tonnellate) e da idrazina (3 tonnellate) stoccati in quattro serbatoi collocati in scomparti quadrati situati intorno alla struttura. Il vano motore si trovava in posizione centrale.[31].
Stadio di ascesa
Lo stadio di ascesa pesava circa 4,5 tonnellate. La sua forma era complessa e inusuale per un velivolo, ma essa era studiata per l'ottimizzazione dello spazio occupato e non richiedeva alcuna caratteristica aerodinamica in quanto era progettato per volare solamente nel vuoto dello spazio. Era composto principalmente da una cabina pressurizzata che ospitava, in un volume di 4,5 metri3 due astronati e di un motore utilizzato durante l'ascensione con i suoi serbatoi di propellente.
Gli astronauti, il pilota a sinistra verso la parte anteriore, lo pilotavano in piedi, tenuti in posizione da delle bretelle. Sulla paratia anteriore ogni astronauta aveva davanti a se una piccola finestra trangolare inclinata verso il basso che peremetteva di osservare il suolo lunare con una buona angolazione. Davanti a se e in centro gli astronauti avevano gli strumenti di controllo e nevaigazione, alcuni raddoppiati per entrambe le postazioni mentre altri controlli erano suddivisi a seconda del ruolo e dei compiti assegnati all'astronauta. Altri pannelli di controllo e i pannelli dei fusibili si trovavano su entrambe le pareti laterali.[31].
Il pilota aveva, inoltre, solla propria testa un piccolo oblò che gli consentiva di controllare la manovra di aggancio con il modulo di comando. La parte posteriore della cabina pressurizzata era molto più piccola (1,37 x 1,42 m per 1,52 m di altezza) con le pareti laterali occupate da armadi e con a sinistra sinistra il sistema di controllo ambientale. La botola posta sul soffitto era utilizzata per passare nel modulo di comando mediante un breve tunnel (80 cm di diametro 46 centimetri di lunghezza). Le forze che si sviluppavano al momento della docking e che potevano distorcere il tunnel erano smorzate da travi che interessavano l'intera struttura[32].
Quando gli astronauti dovevano lasciare il LEM per scendere sulla superficie lunare depressurizzavano la cabina creando il vuoto e una volta rientrati lo ripressurizzavano mediante le riserve di ossigeno. Questo perché implementare un airlock avrebbe aggiunto un peso eccessivo. Per scendere sulla luna di doveva scivolare in una botola che si affaccaiva su una piccola piattaforma orizzontale che portava alla scaletta[33].
Strumenti scientifici, veicoli e equipaggiamenti
Per il programma spaziale Apollo, la NASA aveva sviluppato alcuni strumenti scientifici, attrezzature e veicoli da utilizzare sulla superficie lunare. Alcuni dei principali sono:
- Il Rover lunare, utilizzato a partire dalla missione Apollo 15 era un veicolo a propulsione elettrica, alimentato a batterie, in grado di raggiungere la velocità di 14 chilometri all'ora. La sua autonomia gli peremtteva di percorrere circa dieci chilometri ed aveva un carico utile di 490 kg[34].
- L' ALSEP era un insieme di strumenti scientifici installati dagli astronauti intorno ad ogni sito di atterraggio a partire da Apollo 12. Era elettrico ed era alimentato da un generatore termoelettrico radioisotopo (RTG). All'interno vi erano diversi strumenti sceintifici, tra cui: sismometro attivo o passivo, spettrometria di massa, laser riflettore, ecc. Questi strumenti hanno fornito continuamente, fino al loro arresto nel 1977, le informazioni sul clima, sul suolo e sottosuolo lunare, sismicità, vento solare, temperatura, composizione dell'atmosfera, campo magnetico, ecc[35].
- La tuta spaziale (modello Apollo A7L) indossata dagli astronauti aveva un peso di 111 kg compreso il sistema di supporto vitale. Essa era stata appositamente progettata per le lunghe escursioni sul suolo lunare (più di sette ore per gli equipaggi di Apollo 15, 16 e 17) durante il quale gli astronauti si muovevano in un ambiente ostile, con temperature estreme, possibili micrometeoriti, presenza di polvere lunare, ecc. e nonostate ciò dovevano compiere molti lavori che richiedevano anche una certa flessibilità[36].
Le missioni
Il programma Apollo incluse undici voli con esseri umani a bordo, quelli tra la missione Apollo 7 e l'Apollo 17, tutti lanciati dal John F. Kennedy Space Center, in Florida. Tutti questi lanci ad eccezione di Apollo 10 che partì dalla rampa 39B, furono effettuati dalla rampa (PAD) 39A.
La preparazione
Gli americani iniziarono il loro programma di spaziale umano con il programma Mercury. Il suo obbiettivo era però limitato a portare in orbita un uomo e senza aver la possibilità di compiere manovre. Il 12 giugno 1963 il programma era stato dichiarato terminato a favore di un nuovo programma che sarebbe servito per mettere a punto alcune tecniche necessarie per poter raggiungere l'obbiettivo della discesa sulla luna: il programma Gemini. Esso, nonostante si stato annunciato dopo il programma Apollo, si può considerare come "propedeutico" a esso. Gemini prevedeva infatti di raggiungere tre obbiettivi da realizzarsi in orbita terrestre:
- Mettere a punto i sistemi di manovra, localizzazione e rendezvous nello spazio
- Realizzare delle attività extraveicolari
- Studiare le conseguenze sulla fisiologia umana della lunga permanenza nello spazio.
Grazie ai successi di questo programma, la NASA poté quindi dotarsi delle necessarie conoscenze per poter effettuare missioni sempre più complesse nello spazio. Tutto questo mentre la progettazione e i primi test del programma Apollo avevano inizio.
Parallelamente allo sviluppo delle tecniche di volo spaziale umano, si procedette allo studio della Luna grazie a dei programmi di sonde automatiche. Il primo programma in tal senso fu il programma Ranger. Esso consisteva in una sonda senza equipaggio, dotata di strumenti per poter ottenere immagini della superficie lunare ad alta risoluzione. Le nove sonde Ranger furono lanciate tra il 1961 e il 1965.
Successivamente fu intrapreso il programma Surveyor che consistette nel lancio di sette lander lunari allo scopo di dimostrare la fattibilità di un allunaggio morbido. Il primo allunaggio fu realizzato il 2 giugno 1966 e poté dare delle informazioni essenziali e precise sul suolo lunare.
Tra il 1966 e il 1967 la mappatura della superficie lunare fu completata per il 99% grazie al programma Lunar Orbiter. Oltre a ciò questo programma servì per ricavare alcuni dati essenziali per una futura missione lunare, come ad esempio lo studio della frequenza ed entità d’impatti di micro meteoriti, e del campo gravitazionale lunare.
I primi test
I primi test realizzati all'interno del programma Apollo, vertevano sul collaudo del Saturn I e in particolare del suo primo stadio. La prima missione in assoluto è stata la SA-1. Il 7 novembre 1963 fu effettuata la prima missione di collaudo del Launch Escape System (missione Pad Abort Test-1 (Apollo)), sistema che permetteva di separare, durante il lancio, la navetta contenete l'equipaggio dal resto del razzo se si fosse presentata una situazione di pericolo. Durante la missione AS-201 fu utilizzato per la prima volta il Saturn IB, versione migliorata del Saturn I e capace di portare in orbita terrestre la navetta Apollo.
La tragedia dell'Apollo 1
Il programma subì un brusco rallentamento durante i preparativi della missione AS-204. Questa doveva essere la prima missione, in orbita terrestre, con equipaggio del programma Apollo che utilizzava un razzo Saturno IB. Il 27 gennaio 1967, gli astronauti erano entrati nella navetta posta in cima al razzo, sulla rampa di lancio 34 del KSC, al fine di compiere un'esercitazione. Probabilmente a causa di una scintilla originata da un cavo elettrico scoperto fece si che la navetta prendesse velocemente fuoco, facilitato dall'atmosfera densa di ossigeno. Per l'equipaggio, composto dal pilota comandante Virgil I. Grissom, dal pilota maggiore Edward White e dal pilota Roger B. Chaffee, non ci fu scampo. A seguito di questo incidente la NASA e la North American Aviation (responsabile della fabbricazione del modulo di comando) intrapresero una serie di modifiche al progetto. In particolare:
- Fu stabilito che l'atmosfera non sarebbe più stata pressurizzata a 14kPa sopra la pressione atmosferica
- Il portellone si sarebbe aperto dall'esterno, e molto più velocemente
- I materiali infiammabili sarebbero stati sostituiti con materiali non infiammabili
- Gli impianti idraulici e i cavi sarebbero stati coperti con isolanti
- 1407 problemi con i cavi sarebbero stati risolti
La NASA decise in seguito di rinominare la missione in Apollo 1, in memoria del volo che gli astronauti avrebbero dovuto svolgere e non fecero mai.
Dopo questa tragedia la NASA intraprese la missione, priva di equipaggio, Apollo 4 (ufficialmente non esistono missioni Apollo 2 e Apollo 3) in cui per la prima volta fu utilizzato il razzo Saturno V. Successivamente venne la volta di Apollo 5 (razzo Saturn IB) e di Apollo 6 (di nuovo Saturn V), sempre prive di equipaggio. Queste missioni si conclusero con grande successo dimostrando la potenza e l'affidabilità del nuovo vettore Saturno V, il primo in grado di avere una potenza sufficiente per portare la navetta spaziale sulla Luna.
La prima missione del programma Apollo a portare in orbita terrestre un equipaggio di astronauti si ebbe con l'Apollo 7, lanciato l'11 ottobre 1968. Gli astronauti Walter Schirra (comandante), Donn Eisele e Walter Cunningham rimasero per più di undici giorni in orbita, testando il modulo di comando e di servizio. Nonostante alcuni problemi, la missione fu considerata un pieno successo. Gli ultimi incoraggianti risultati e la necessità di raggiungere il traguardo della Luna entro la fine del decennio, spinsero la NASA a pianificare il raggiungimento dell’'orbita lunare nella prossima missione.
Le missioni lunari
Alla fine del 1968, la NASA, riuscì a portare a compimento una missione di grande successo. Infatti, il 21 dicembre fu lanciata la missione Apollo 8 che per la prima volta raggiunse l'orbita lunare. La missione, svolta dagli astronauti Frank Borman (comandante), James Lovell e William Anders, inizialmente doveva essere soltanto un test del modulo lunare in orbita terreste. Essendo la realizzazione di quest'ultimo in ritardo, i vertici della NASA decisero di cambiare i piani. Il 1968, per gli Stati Uniti d'America, era stato un anno molto difficile: la guerra del Vietnam e la protesta studentesca, gli assassini di Martin Luther King e Robert Kennedy avevano minato l'opinione pubblica, il successo di questa missione significò per la popolazione americana la conclusione dell'anno con un'esperienza positiva.
Il programma originario di Apollo 8 fu svolto da Apollo 9 (lanciata il 3 marzo 1969) che per la prima volta trasportò il modulo lunare e lo testò in condizioni reali, cioè nell'orbita terrestre. Durante la missione vennero eseguite la manovra rendezvous nonché di aggancio tra modulo di comando e modulo lunare. La missione fu un pieno successo e permise di testare ulteriori sottosistemi necessari per l'allunaggio, come ad esempio la tuta spaziale. Il modulo lunare Spider venne poi abbandonato in orbita terrestre, dove rimase fino al 1981 quando si disintegrò al rientro nell'atmosfera terrestre.
La missione successiva, Apollo 10, fu nuovamente una missione in orbita lunare. Lanciata il 18 maggio 1969 ebbe lo scopo di ripetere i test di Apollo 9, ma in orbita lunare. Vennero eseguite manovre di discesa, di risalita, di rendezvous e d'aggancio. Il modulo arrivò fino a 15,6 km dalla superficie lunare. Tutte le manovre previste furono correttamente compiute, anche se si rilevarono alcuni problemi giudicati facilmente risolvibili e che non avrebbero precluso l'allunaggio previsto con la missione successiva.
Il 16 luglio 1969, decolla la missione che passerà alla storia: Apollo 11. Quattro giorni dopo il lancio, il modulo lunare, con a bordo il comandate Neil Armstrong e il pilota Buzz Aldrin (Michael Collins rimarrà per tutto il tempo nel modulo di comando) atterrerà sul suolo lunare. Quasi sette ore più tardi, il 21 luglio, Armstrong uscì dal LEM e divenne il primo essere umano a camminare sulla Luna. Toccò il suolo lunare alle ore 2:56 UTC con lo scarpone sinistro. Prima del contatto pronunciò la celebre frase :
«Questo è un piccolo passo per un uomo, ma un grande balzo per l'umanità»
Oltre che essere la concretizzazione del sogno di John F. Kennedy di vedere un uomo sulla Luna prima della fine degli anni sessanta, l'Apollo 11 fu un test per tutte le successive missioni Apollo; quindi Armstrong scattò le foto che sarebbero servite ai tecnici sulla Terra a verificare le condizioni del modulo lunare dopo l'allunaggio. Successivamente raccolse il primo campione di terreno lunare, lo pose in una busta che mise nell'apposita tasca della sua tuta. Apollo 11 si concluse senza problemi, con il rientro avvenuto il 24 luglio 1969.
Apollo 12, lanciata il 14 novembre 1969, fu la seconda missione del programma ad allunare. Poco dopo il lancio, il razzo Saturno V, fu colpito per due volte da un fulmine. Gli strumenti andarono off-line ma ripresero a funzionare poco dopo e i danni furono limitati al guasto di 9 sensori di minore importanza e ciò non influenzò la missione in quanto tutto il resto era a posto e funzionava alla perfezione. A differenza di Apollo 11, questa missione allunò con altissima precisione, vicino alla sonda Surveyor 3 che gli astronauti riuscirono a raggiungere.
La missione Apollo 13 fu funestata da un'esplosione che compromise l'obbiettivo dell'allunaggio. Decollata l'11 aprile 1970, dopo 55 ore di volo, il comandante James Lovell comunicò con il centro di controllo con la frase "Houston, we've had a problem" ("Houston, abbiamo un problema"). In seguito di un rimescolamento programmato di uno dei quattro serbatoi dell'ossigeno presenti nel modulo di servizi, causò una esplosione del medesimo con la conseguente perdita del prezioso gas. Il risultato fu che gli astronauti dovettero rinunciare a scendere sulla luna e di iniziare un difficile e imprevedibile rientro sulla terra, utilizzando i sistemi di sopravvivenza che equipaggiavano il modulo lunare. La luna fu comunque raggiunta per poter utilizzare il suo campo gravitazionale per far invertire la rotta alla navetta (in quanto l'unico motore in grado di farlo, quello del modulo di servizio, era considerato danneggiato). Grazie alla bravura degli astronauti e dei tecnici del centro di controllo a terra, Apollo 13, riuscì, non senza ulteriori problemi, a fare ritorno sulla terra il 17 aprile. La missione fu considerata un "fallimento di grande successo"[37] in quanto l'obbiettivo della missione non fu raggiunto, ma la NASA si mise in luce per le capacità dimostrate nell'affrontare una situazione tanto critica.
A seguito della missione di Apollo 13 ci fu una lunga indagine sulle cause dell'incidente che portò a una revisione completa della navicella Apollo.
Fu l'Apollo 14 a riprendere il programma di esplorazione lunare. La missione iniziò non troppo bene quando la delicata manovra di aggancio tra modulo di comando e modulo lunare, effettuata in orbita lunare, dovette essere ripetuta sei volte. Il resto della missione si svolse senza particolari problemi e fu possibile effettuare l'allunaggio nei pressi del cratere di Fra-Mauro, meta originaria di Apollo 13. Qui l'equipaggio svolse numerosi esperimenti scientifici. Per la prima volta fu portato sulla luna il Modular Equipment Transporter che però si dimostrò un vero e proprio fallimento in quanto non fu quasi possibile muovere il veicolo che sprofondava continuamente nella polvere lunare. Questo compromise la seconda passeggiata lunare che dovette essere interrotta prematuramente.
Il 26 luglio 1971 fu lanciata la missione Apollo 15 che introdusse un nuovo livello nell'esplorazione lunare, grazie a un modulo lunare più duraturo e l'introduzione di un rover lunare. Sulla luna David Scott e James Irwin realizzarono ben tre uscite, con la seconda lunga 7 ore e 12 minuti. Questa portò gli astronauti fino al Mount Hadley che si trova a circa 5 km di distanza dal punto di allunaggio. Un trapano decisamente migliorato in confronto a quelli delle precedenti missioni, consentì di prelevare dei campioni di roccia da oltre due metri di profondità. Durante la terza attività extraveicolare ci fu una breve commemorazione in onore degli astronauti deceduti e venne lasciata sul suolo lunare una statuetta di metallo denominata Fallen Astronaut.
Apollo 16 fu la prima missione ad atterrare negli altopiani lunari. Durante le tre attività extraveicolari effettuate durante queste missione furono compiuti rispettivamente 4,2 km, 11 km e 11,4 km con il rover lunare portato a una velocità di punta di 17,7 km/h. Vennero raccolti diversi campioni di rocce lunari, di cui uno da 11,3 kg, che rappresenta il più pesante campione mai raccolto dagli astronauti dell'Apollo.
Apollo 17, lanciato il 17 dicembre 1972, fu la missione con cui si chiuse il programma. Fu caratterizzata dall'inedita presenza di uno scienziato-astronauta: Harrison Schmitt.
La fine del programma
Originariamente erano state pianificate altre 3 missioni, le Apollo 18, 19 e 20. Ma a fronte dei tagli al budget della NASA, e della decisione di non produrre una seconda serie di missili Saturn V, queste missioni vennero cancellate, e i loro fondi ridistribuiti per lo sviluppo dello Space Shuttle e per rendere disponibili i Saturn V al programma Skylab anziché a quello Apollo. In realtà solo un Saturn V fu riutilizzato, gli altri sono in mostra in musei.
Recentemente sono emersi alcuni video che ipotizzavano possibili lanci segreti relativi ad alcune missioni effettuate dalla Nasa (Apollo 19 e 20) per recuperare un'astronave extraterrestre sulla Luna. Molti esperti ritengono che questo sia un falso montato ad arte.[38]
Significato del programma Apollo
Il programma Apollo è stato motivato almeno parzialmente dalle considerazioni psico-politiche, in risposta alle percezioni persistenti di inferiorità americana nella corsa allo spazio nei confronti dei sovietici, nel contesto della guerra fredda. Da questo punto di vista, è stato un brillante successo. Infatti gli Stati Uniti avevano superato i rivali nei voli spaziali con equipaggio umano già con il programma Gemini.
Il programma Apollo ha stimolato molti settori tecnologici. Il progetto dei computer di bordo usati negli Apollo fu infatti la forza trainante dietro le prime ricerche sui circuiti integrati. La cellula combustibile utilizzata nel programma fu di fatto la prima in assoluto.
Molti astronauti e cosmonauti hanno commentato come il vedere la terra dallo spazio abbia avuto su di loro un effetto molto profondo. Una delle eredità più importanti del programma Apollo è stata quella di dare alla Terra una visione (ora comune) di pianeta fragile e piccolo, impresso nelle fotografie fatte dagli astronauti durante le missioni lunari. La più famosa di queste fotografie, è stata scattata dagli astronauti dell'Apollo 17, la cosiddetta Blue Marble (biglia blu). Queste immagini hanno inoltre motivato molte persone nella corsa alla colonizzazione dello spazio.
Il programma è costato agli Stati Uniti d'America miliardi di dollari ma si stima che le ricadute tecnologiche abbiano prodotto almeno 30 000 oggetti e che per ogni dollaro speso dalla NASA ne siano stati prodotti tre dalle ricadute tecnologiche. Inoltre la quasi totalità degli appalti venne vinta da imprese statunitensi e quindi il denaro speso dal governo rimase all'interno dell'economia statunitense. Quindi dal punto di vista economico il programma fu un successo.[39]
Campioni lunari riporati
| Missione lunare | Pietre riportate | Esempio |
|---|---|---|
| Apollo 11 | 22 kg |  |
| Apollo 12 | 34 kg |  |
| Apollo 14 | 43 kg |  |
| Apollo 15 | 77 kg |  |
| Apollo 16 | 95 kg |  |
| Apollo 17 | 111 kg |  |
Il programma Apollo ha riportato a terra 381,7 kg di pietre e altro materiale dalla Luna, molte di queste sono conservate (841,5 £), di pietre e altro materiale dalla Luna, molte delle quali sono conservati al lunar Receiving Laboratory di Houston.
Grazie alla datazione radiometrica, si è appreso che le rocce raccolte sulla luna sono risultate molto più vecchie rispetto alle rocce trovate sulla terra. Si va dall'età di circa 3,2 miliardi di anni per i campioni basaltici prelevati nei mari lunari ai circa 4,6 miliardi per i campioni provenienti dagli altopiani.[40]. Esse rappresentano campioni provenineti da un periodo molto precoce dello sviluppo del Sistema Solare e che sono in gran parte mancanti sulla terra.
Un'interessante roccia raccolta durante la missione Apollo 15 è una anortosite (chiamata Genesis Rock) composta quasi esclusivamente da calcio (elemento chimico) e si crede che sia rappresentativo della superficie degli altopiani.
Quasi tutte le rocce mostrano i segni di impatti. Ad esempio molti campioni sembrano essere stati sbriciolati da micrometeoriti, una cosa mai notata sulla terra a causa della sua atmosfera spessa. L'analisi della composizione dei campioni lunari ha sostenuto l'ipotesi che la Luna si sia formata in seguito ad un impatto tra la Terra e un corpo astronomico molto grande[41].
Teorie del complotto
In seguito al programma Apollo, sono nate alcune teorie la cui tesi è che l'uomo non avrebbe mai raggiunto il suolo lunare e che la NASA avrebbe falsificato le prove degli allunaggi, in una cospirazione organizzata assieme al governo degli Stati Uniti, riuscendo a convincere tutto il mondo scientifico, tecnico e giornalistico, nonché il mondo sovietico, all'epoca diretto rivale nella corsa sulla Luna.
Queste teorie sul complotto dell'allunaggio dell'Apollo (dette anche Moon Hoax in inglese)[42] hanno riguardato una enorme mole di dati scientifici e tecnici, materiale riportato sulla Terra, video, audio e fotografico, ma non sono mai riusciti a dimostrarne la veridicità. Inoltre esistono prove indipendenti sull'allunaggio dell'Apollo.
La teoria del complotto, che gode di una certa popolarità negli Stati Uniti a partire dal 1976, sostiene che i vari allunaggi presentati all'opinione pubblica mondiale sarebbero stati messi in scena in uno studio televisivo con l'aiuto degli effetti speciali. Questa teoria viene perorata da dubbi, osservazioni, ipotesi, sui fatti intercorsi durante le missioni Apollo. Ne scaturiscono argomentazioni, deduzioni e controdeduzioni. Nessun autorevole scienziato o tecnico ha mai aderito a questa teoria.
Informazioni varie
- Il costo dell'intero programma fu di 25,4 miliardi di $ del 1969 (circa 120 miliardi di dollari oggi). Le navicelle Apollo costarono circa 28 miliardi $ del 1994 (17 miliardi per il CSM e 11 miliardi per l'LM), i razzi Saturn costarono circa 35 miliardi $ del 1994.[senza fonte]
- L'ammontare di tutto il materiale lunare portato sulla terra dal programma Apollo è di 381,7 kg.[senza fonte]
- Il presidente americano Richard Nixon aveva preparato un messaggio alla nazione qualora vi fosse stato un incidente durante una missione. Tale discorso è rimasto coperto dal segreto di stato per trenta anni. Il testo, ora disponibile, inizia dicendo "Il destino ha voluto che gli uomini che sono andati ad esplorare la Luna, rimangano sulla Luna a riposare in pace...".[43]
Riassunto delle missioni
Il programma Apollo ha utilizzato quattro tipi di razzi vettori:
- Little Joe II per voli sub-orbitali senza equipaggio
- Saturn I per voli sub-orbitali e orbitali senza equipaggio
- Saturn IB per voli su orbite terrestri con e senza equipaggio
- Saturn V per voli su orbite terrestri con e senza equipaggio e missioni lunari
Saturn I senza equipaggio
| Missione | Lancio | Tipologia | Risultato della missione |
|---|---|---|---|
| SA-1 | 27 ottobre 1961 | Volo suborbitale | Test per il razzo S-1 |
| SA-2 | 25 aprile 1962 | Volo suborbitale | Test per il razzo S-1 e trasporto di 109 m³ d'acqua nell'atmosfera superiore per investigare gli effetti delle trasmissioni radio |
| SA-3 | 16 novembre 1962 | Volo suborbitale | Come l'SA-2 |
| SA-4 | 28 marzo 1963 | Volo suborbitale | Verifica degli effetti dell'arresto prematuro del motore |
| SA-5 | 30 aprile 1966 | Volo orbitale | Primo volo del secondo stadio |
| A-101 | 28 maggio 1964 | Volo orbitale | Testata l'integrità delle strutture del CSM |
| A-102 | 18 settembre 1964 | Volo orbitale | Trasporto del primo computer programmabile su un razzo Saturn I; ultimo test di volo |
| A-103 | 16 febbraio 1965 | Volo orbitale | Trasporto del satellite Pegasus A |
| A-104 | 25 maggio 1965 | Volo orbitale | Trasporto del satellite Pegasus B |
| A-105 | 30 luglio 1965 | Volo orbitale | Trasporto del satellite Pegasus C |
Little Joe II senza equipaggio
| Missione | Lancio | Tipologia | Risultato della missione |
|---|---|---|---|
| QTV | 28 agosto 1963 | Volo suborbitale | Primo test per Little Joe II |
| A-001 | 13 maggio 1964 | Volo suborbitale | Test fallito per il LES (Launch Escape System) |
| A-002 | 8 dicembre 1964 | Volo suborbitale | Test fallito per il Max-Q |
| A-003 | 19 maggio 1965 | Volo suborbitale | LES: test per la massima altitudine |
| A-004 | 20 gennaio 1966 | Volo suborbitale | LES: test per il peso massimo |
Apollo-Saturn IB e Saturn V senza equipaggio
| Missione | Lancio | Tipologia | Risultato della missione |
|---|---|---|---|
| AS-201 | 26 febbraio 1966 | Volo suborbitale | primo test di lancio del razzo Saturn IB |
| AS-203 | 5 luglio 1966 | Volo orbitale | Studi sul peso dei serbatoi |
| AS-202 | 25 agosto 1966 | Volo suborbitale | Test di volo sub-orbitale del CSM |
| Apollo 4 | 9 novembre 1967 | Volo orbitale | Primo test dei propulsori del Saturn V |
| Apollo 5 | 22 gennaio 1968 | Volo orbitale | Test dei propulsori del Saturn IB |
| Apollo 6 | 4 aprile 1968 | Volo orbitale | Test dei propulsori del Saturn V |
Voli con equipaggio
| Patch | Missione | Lancio | Equipaggio | Vettore | Tipologia | Risultato della missione |
|---|---|---|---|---|---|---|
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AS-204/Apollo 1 | Lancio cancellato | Virgil Grissom, Edward White, Roger Chaffee | Saturn IB | Orbita terrestra | Fallimento. mai lanciato: il modulo di comando è andato distrutto in seguito ad un incendio che ha portato alla morte dei tre astronauti, avvenuto il 27 gennaio 1967, durante un test di esercitazione. A seguito della sciagura la missione è stata rinominata Apollo 1. |
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Apollo 7 | 11 ottobre 1968 | Walter Schirra, Donn Eisele, Walter Cunningham | Saturn V | Orbita terrestra | Successo. Primo volo umano dell'Apollo e del Saturn IB |
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Apollo 8 | 21 dicembre 1968 | Frank Borman, James Lovell, William Anders | Saturn V | Orbita lunare | Successo. Primo volo umano attorno alla Luna e primo con il Saturn V |
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Apollo 9 | 3 marzo 1969 | James McDivitt, David Scott, Russell Schweickart | Saturn V | Orbita terrestra | Successo. Primo volo umano con il Modulo Lunare (LM) |
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Apollo 10 | 18 maggio 1969 | Thomas Stafford, John Young, Eugene Cernan | Saturn V | Orbita lunare | Successo. Primo volo umano con il Modulo Lunare (LM) attorno alla Luna |
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Apollo 11 | 16 luglio 1969 | Neil Armstrong, Michael Collins, Edwin Aldrin | Saturn V | Allunaggio | Successo. Primo volo umano atterrato sulla Luna |
| File:AP12goodship.png | Apollo 12 | 14 novembre 1969 | Charles Conrad, Richard Gordon, Alan Bean | Saturn V | Allunaggio | Successo. Primo atterraggio preciso sulla Luna |
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Apollo 13 | 11 aprile 1970 | Jim Lovell, Jack Swigert, Fred Haise | Saturn V | Allunaggio | Parziale successo[37]. Serbatoio dell'ossigeno esploso durante la rotta per la Luna, allunaggio cancellato, equipaggio salvo |
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Apollo 14 | 31 gennaio 1971 | Alan Shepard, Stuart Roosa, Edgar Mitchell | Saturn V | Allunaggio | Successo. Alan Shepard diventa l'unico astronauta del Mercury a camminare sulla Luna |
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Apollo 15 | 26 luglio 1971 | David Scott, Alfred Worden, James Irwin | Saturn V | Allunaggio | Successo. Prima missione con il veicolo Rover lunare |
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Apollo 16 | 16 aprile 1972 | John Young, Ken Mattingly, Charles Duke | Saturn V | Allunaggio | Successo. Primo atterraggio sugli altipiani lunari |
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Apollo 17 | 7 dicembre 1972 | Eugene Cernan, Ronald Evans, Harrison H. "Jack" Schmitt | Saturn V | Allunaggio | Successo. Ultima missione Apollo verso la Luna, prima missione a cui ha partecipato un astronauta scienziato. |
Note
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Bibliografia
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Voci correlate
Altri progetti
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Collegamenti esterni
- Sito web ufficiale del Programma Apollo
- Chariots for Apollo: A History of Manned Lunar Spacecraft By Courtney G Brooks, James M. Grimwood, Loyd S. Swenson
- NASA SP-4009 The Apollo Spacecraft: A Chronology
- SP-4029 Apollo by the Numbers: A Statistical Reference by Richard W. Orloff
- The Apollo Lunar Surface Journal
- Archivio del Progetto Apollo
- Progetto Apollo (Kennedy Space Center)
- Il programma Apollo (National Air and Space Museum)
- Project Apollo Drawings and Technical Diagrams
- Technical Diagrams and Drawings
- OMWorld's ASTP Docking Trainer Page
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