Utente:Adert/SandBox3
Svolgimento di una missione lunare tipo
Finestra di lancio e sito di allunaggio
Le sei missioni lunari Apollo erano pianificate in modo tale che gli astronauti fossero scesi sulla luna nelle prime fasi del giorno lunare (che ha una durata di 28 giorni terrestri). In questo modo gli astronauti potevano beneficiare di una luce ottimale per individuare il campo di atterraggio (tra il 10 e 15 gradi di elevazione sopra l'orizzonte, a seconda della missione) e di temperature relativamente moderate. Per rispettare queste condizioni, la finestra di lancio del razzo era ridotta ad un unico giorno al mese per ogni luogo di allunaggio[1].
Il luogo prescelto per l’allunaggio si trovava sempre sulla faccia rivolta verso la terra, in modo tale che non si verificasse l’interruzione delle comunicazioni con il centro di controllo ed inoltre non si trovava mai troppo lontano dalla fascia equatoriale della luna al fine di ridurre il consumo di carburante.
Lancio e inserimento in orbita terrestre
Il razzo era decollato Pad 39 del Kennedy Space Center. Il lancio del razzo di 3000 tonnellate di razzo è particolarmente impressionante: i cinque motori del primo stadio venivano accesi contemporaneamente e consumavano circa 15 tonnellate di carburante al secondo. Appena che il computer aveva verificato che il motore aveva raggiunto la sua corretta potenza nominale, il razzo veniva rilasciato, grazie a dei bulloni esplosivi, dalla rampa. La prima fase di ascesa era molto lenta, si pensi ceh per lasciare completamente la rampa di lancio si impiegavano quasi dieci secondi. La separazione del primo stadio S1-C avveniva dopo 2 minuti e mezzo dopo il lancio, ad una altitudine di 56 km e ad una velocità di Mach 8 (10.000 km/h). Poco dopo venivano accesi i motori del secondo stadio S-II e successivamente veniva espulsa la torre di salvataggio (LES) in quanto non serviva più, poiché il veicolo spaziale si trovava sufficientemente alto per poter abbandonare il razzo vettore senza il suo utilizzo.
Il secondo stadio era a sua volta rilasciato ad una quota di 185 km e quando aveva raggiunto una velocità di 24.000 km/h. Il terzo stadio, S-IVB, veniva quindi messo in funzione per 10 secondi al fine di raggiungere un’orbita circolare. L’orbita era dunque raggiunta undici minuti e mezzo dopo il decollo.
Viaggio verso la Luna
Una volta messa in orbita bassa, la navicella Apollo (LEM e modulo di comando e di servizio), il terzo stadio del razzo compieva un giro e mezzo intorno alla Terra per poi riaccendere il motore e inserire il complesso in un orbita di trasferimento verso la luna. Questa accensione portava ad un incremento della velocità di 3.040 m / s (10 000 km / h). Poco dopo la fine della accensione, il Modulo di Comando e Servizio (CSM) si staccava dal resto del complesso per poi girare di 180 gradi per andare ad agganciarsi al LEM situato nel suo alloggiamento. Una volta controllato l’allineamento e pressurizzato il LEM lo si estraeva, ad una velocità di 30 cm/s, grazie a delle molle pirotecniche situate sulla sua carenatura. Il terzo stadio, ormai privo del LEM e del modulo di comando/servizio, iniziava una traiettoria differente andando, a seconda della missione, in orbita solare o schiantandosi contro la luna[2].
Durante il viaggio del LEM e del CSM di 70 ore verso la Luna, potevano essere effettuate delle modifiche alla traiettoria al fine di ottimizzare il consumo finale di propellente. Inizialmente veniva immagazzinata una quantità relativamente elevata di combustibile per compiere tali manovre. Nella pratica, soltanto il 5% di tale quantitativo veniva effettivamente impiegato per le correzioni di rotta. La navetta, inoltre, ruotava lentamente introno a se stessa in modo da limitare il riscaldamento riducendo il periodo di esposizione verso il sole[3].
Una volta arrivato vicino alla Luna, veniva acceso il motore del modulo di servizio per frenare la nave e metterla in orbita lunare. Nel caso che l’accensione per la frenata non fosse riuscita, la traiettoria era tale che dopo aver compiuto una orbita intorno alla luna, la navetta sarebbe rientrata autonomamente verso la terra, senza dover utilizzare i motori. Questa impostazione contribuì alla salvezza della missione Apollo 13. Poco dopo il motore del CSM veniva azionato ulteriormente per posizionare il complesso su un orbita circolare a 110 km di altezza[4].
Discesa e atterraggio sulla luna
La discesa verso la Luna avveniva in gran parte grazie al sistema di guida, navigazione e controllo (PGNCS) controllato dal computer di bordo (LGC). Questo dispositivo era in grado sia di determinare posizione e traiettoria della navetta grazie ad un sistema inerziale e ad un sistema radar (funzione navigazione) e, calcolando il percorso da seguire mediante i suoi programmi pilota, dirigere la spinta e la potenza del motore (funzione guida). Il pilota del modulo lunare poteva, tuttavia, agire in qualsiasi momento correggendo la rotta e al limite anche prendere pieno controllo della navetta. Tuttavia solo il sistema di navigazione era in grado di ottimizzare il consumo di propellente, che altrimenti sarebbe finto prima di aver toccato il suolo lunare[5].
L'abbassamento dell'orbita
L'obiettivo di questa fase era quello di abbassare la quota del LEM da 110 km a 15 km sopra la superficie lunare. A tal fine, l'orbita circolare si trasformava in un'orbita ellittica di 15 km x 110 km. Questo riduceva la distanza dalla superficie lunare con un basso consumo di propellente, si richiedeva infatti un solo breve impulso del motore. Il limite di 15 km era stato scelto per evitare che la traiettoria finale si avvicinasse troppo al terreno.
La fase iniziava con due dei tre astronauti dell'equipaggio che prendevano posto nel modulo lunare per iniziare la discesa sulla Luna. Per prima cosa essi inizializzavano il sistema di navigazione e una volta fatto il LEM e il CSM si separavano. Una volta che la distanza tra LEM e CSM era abbastanza ampia (alcune centinaia di metri), venivano azionati i motori di controllo di assetto del modulo lunare per spostarlo con l'ugello del motore principale di discesa in direzione del moto, veniva quindi quest'ultimo acceso per imprimere una decellerazione che portava il LEM ad una velocità di circa 25 m/s (90 mph).[6].
Da Apollo 14, al fine di preservare i propellenti della fase di discesa, il modulo di comando accompagnava il LEM nella sua orbita elittica e lo sganciava appena prima dell'inizio della fase di discesa frenata.
La discesa frenata
Questa fase è caratterizzata dalla continua azione del motore di discesa del modulo lunare. Essa inizia quando il LEM ha raggiunto il punto più basso della sua orbita ellittic e si decompone in 3 fasi: la fase di frenata, la fase di approccio e la fase di atterraggio sulla superficie lunare.
La fase di frenata
La fase di frenata è il momento in cui si cercava di ridurre la velocità della nave spaziale nella maniera più efficace possibile: si passava da 1.695 m/s (6.000 km/h) a 150 m/s (550 mph). Il motore veniva acceso al 10% della potenza per 26 secondi, mentre esso era allineato con la sospensione cardanica del centro di gravità del modulo lunare, veniva spinto alla sua potenza massima. La traiettoria del modulo lunare, all'inizio della spinta, era quasi parallela al terreno, per poi gradualmente aumentare la velocità verticale di discesa da zero fino a 45 m/s raggiunti al termine della fase[7].
Quando il LEM arrivava ad una altitudine inferiore ai 12-13 km rispetto alla superficie lunare, veniva messo in funzione il radar di terra al fine di ricevere alcune informazioni (altitudine, velocità) che consentivano di verificare che il percorso fosse corretto, fino a qual momento, la traiettoria, era estrapolata utilizzando come dati soltanto l'accellerazione misurata dal sistema inerziale. L'eccessiva differenza dei dati forniti dal radar e il percorso pianificato o il non funzionamento del radar stesso, erano motivi per l'annullamento dell'allunaggio.[8].
Fase di avvicinamento
La fase di avvicinamento iniziava a 7 km dal sito preventivato di allunaggio, mentre il modulo lunare si trovava ad una altitudine di 700 metri dal suolo. Questa fase doveva peremttere al pilota di individuare con precisione la zona dove atterrare e di sceglere il percorso più adatto, evitando i tereni più pericolosi (ad esempio cercando di evitare crateri). Il punto di partenza di questa fase, era designato come "high gate", un termine in uso comune in aeronautica.
Il modulo lunare veniva, quindi, gradulamente portato in posizione verticale, dando modo al pilota di avere una migliore visione del terreno. Era possibile individuare il punto di atterraggio a seconda del percorso intrapreso, grazie ad una scala graduata (Landing Point Designator, LPD) incisa su di un finestrino. Se il pilota riteneva che il terrreno non era favorevole per l'atterraggio o non era corrispondente al punto previsto, poteva correggere l'angolo di approccio, agendo sui comandi di assetto con incrementi di 0,5° in verticale o 2° in laterale.[9]
Atterraggio sul suolo lunare
Quando il modulo lunare è sceso ad una altitudine di 150 metri, che lo osiziona teoricamente ad una distanza di 700 metri all'esatto punto scelto, inizia la fase di atterrraggio. Se la traiettoria è stata seguita correttamente la velocità orizzontale e verticale saranno rispoettivamente di 55 km/h e 18 km/h. Questa fase prevede che il pilota possa pilotare il LEM in manuale oppure che lo lasci il controllo al computer di bordo che dispone di un programma realtivo proprio a quest'ultima fase del volo. Considerando il propellente rimasto, in questa fase, il pilota ha a disposizione circa 32 secondi aggiuntivi per far fare al LEM ulteriori manovre, come cmabiare il punto di allunaggio. In quest parte del volo, il modulo lunare, è pilotabile come un elicottero e ciò permette di annullare tutte le componenti della velocità e rimanere fermo per identificare meglio il sito. Quando il LEM si trova a 1,3 metri dal sulo lunare, le sonde poste sotto le "zampe" di atterraggio toccano il terreno e trasmettono l'informazione al pilota. Si deve, quindi, portare al minimo il motore per evitare che il LEM rimbalzi o si ribalti (l'ugello quasi tocca il terreno).[10]
La permanenza sulla Luna
La permanenza sulla Luna degli astronauti era caratterizzata dallo svolgimento di alcune attività extraveicolari: una sola per la missione Apollo 11 ma fino anche a tre per le ultime missione. Prima di ogni uscita dal modulo lunare, i due astronauti scesi sulla Luna riforniscono d'acqua e ossigeno il loro sistema portatile di supporto vitale (il Primary Life Support System) che viene poi inserito nella loro tuta spaziale. Viene quindi creato il vuoto all'interno del modulo lunare, prima di aprire il portellone che dà accesso alla scala esterna.
Gli attrezzi e gli esperimenti sceintifici che venivano utilizzati dagli astronauti durante la loro attività extraveicolare, sono stivati nel modulo di discesa del LEM e da qui vengono estratti per essere piazzati intorno alla zona di allunaggio. A partire da Apollo 15, gli astroanuti, disponevano anche di rover lunare, un veicolo che gli permetteva di allontanarsi fino ad una dozzina di miglia dal LEM e di trasportare carichi pesanti. Il lover era anch'esso stivato nella base del modulo lunare di discesa, ripiegato su di un pallet. Grazie ad un sistema di molle e pulegge veniva dispiegato e reso pronto all'uso.
Prima di lasciare la Luna, i campioni geologici collocati in contenitori, venivano issati, grazie all'utilizzo di un paranco, sul modulo di salita del LEM. Apparecchiature che non erano più necessarie (sistema portatile di sopravvivenza, telecamere, strumenti geologici, ecc..) venivano abbandonati per alleggerire la navetta durante la fase di ascesa.[11][12].
L'ascesa e il randevouz in orbita lunare
La fase di crescita deve consentire al LEM ad aderire al modulo di comando sono rimasti in orbita. Questo obiettivo viene raggiunto in 2 fasi: al primo piano fuori dal suolo lunare LEM da mettere in orbita bassa e quindi utilizzando il bagliore occasionale di un motore a razzo, è passato al modulo di comando.
Prima del decollo, la posizione precisa del terreno LEM inseriti nel computer per determinare il percorso migliore. Il momento della partenza è calcolato per ottimizzare la traiettoria di un appuntamento con il modulo di controllo. La fase di discesa resta a terra e serve come piattaforma di lancio. La separazione delle due fasi viene attivato prima del decollo da piccole cariche pirotecniche che tagliano i quattro punti che collega i due piani oltre a cavi e tubi.
Il primo Lunar Module seguendo una traiettoria verticale, ad una altitudine di circa 75 metri per raggiungere il terreno lunare e piste gradualmente per raggiungere infine il perilune orizzontale (punto più basso) di un'orbita ellittica 15 km a 67 km.
Un appuntamento è quindi tra le MSC (controllata dal terzo membro dell'equipaggio, la missione non solo per andare sulla luna) e l'orbita lunare LEM. Dopo le rocce lunari sono stati trasferiti, il LEM è liberato e ha lanciato su una traiettoria che lo ha portato a schiantarsi sulla Luna. La navicella può quindi iniziare il suo ritorno sulla Terra. Apollo 16 e Apollo 17 rimarrà in orbita un giorno in più per effettuare esperimenti scientifici e rilasciare un piccolo satellite scientifico di 36 kg [75].
Ritorno sulla terra
A lasciare l'orbita lunare e mettere il veicolo spaziale nel percorso di ritorno verso la Terra, il modulo di controllo del motore e il servizio è richiesto per due minuti e mezzo dopo aver attentamente guidato la nave e fornisce un delta-v di circa 1000 m / s che dovrebbe consentire al veicolo di raggiungere l'orbita terrestre. Questo è uno dei momenti critici della missione a causa della rottura del motore o di una scarsa precisione di orientamento condannerebbe gli astronauti. Il motore è acceso, mentre la nave si trova sul lato opposto alla Terra in modo che la nuova traiettoria, un'orbita molto ellittica di trasferimento, si avvicina la superficie della Terra a 40 km di quota in posizione che mantenne per l'arrivo della nave. Il viaggio di ritorno dura circa tre giorni, ma può essere accorciato un po ', scegliendo un percorso più tesa. Poco dopo l'iniezione durante il viaggio di ritorno (Trans-Terra iniezione, TEI), una passeggiata nello spazio è effettuata per recuperare le fotocamere a pellicola fotografica inserito nel modulo di servizio di essere lasciati prima di entrare nell'atmosfera terrestre [76]. Recupero della capsula dell'Apollo 8 dalla USS Yorktown (CV-10).
Piccole correzioni sono fatte durante il viaggio per ottimizzare l'angolo di ingresso in atmosfera e il punto di caduta. A poco a poco, mentre la nave si avvicina alla Terra, la velocità della nave, che era caduto a 850 m / s per limitare l'influenza dei campi gravitazionali della Terra e la Luna cresce 'raggiungere 11 km / s quando la nave entra negli strati densi dell'atmosfera, si sentivano la loro influenza a partire da 120 km di altitudine. Poco prima di entrare nell'atmosfera, il modulo di servizio è gettato dalle navi che utilizzano sistemi pirotecnici, portando con sé il motore principale e la maggior parte della fornitura di ossigeno e di energia elettrica. Il rientro è fatto in un angolo molto preciso fissato a 6,5 ° con una tolleranza di 1 °. Se l'angolo di penetrazione è troppo grande, lo scudo termico, che normalmente viene eseguita ad una temperatura di 3000 ° C durante il rientro nell'atmosfera, subisce una temperatura superiore a quella per cui è destinato e la decelerazione è più importante e questi due fenomeni può portare alla morte dell'equipaggio. Con un angolo più basso, la sonda può rimbalzare sullo strato atmosferico e partire per una lunga orbita ellittica condannando l'equipaggio in grado di manovrare e lo fa con riserve molto poco di aria [77].
Dopo una fase di rallentamento è di 4 g, la nave ha perso la sua velocità orizzontale e scende quasi verticalmente. A 7000 metri, la protezione si trova alla fine conica della nave viene espulso e due paracadute di piccole dimensioni sono dispiegati per stabilizzare la vettura e ridurre la sua velocità di 480-280 km / h. A 3000 metri, tre piccoli paracadute pilota viene distribuito lateralmente da mortaio per estrarre i tre paracadute principale di impedire loro di rimanere impigliati. La nave ha colpito la superficie dell'oceano ad una velocità di 35 km / h. Parachutes sono abbandonato subito e tre palloni sono gonfiati in modo da impedire che la nave rimane la punta sotto l'acqua. Una flotta composta da un vettore, un vettore elicottero è posizionato davanti alla zona di atterraggio dove il modulo di comando. Gli aerei sono responsabili per localizzare il punto di collasso, mentre gli elicotteri stanno portando in sub-sito, che, montati su piccole imbarcazioni, recuperando gli astronauti e colpire i colpi a bordo della nave in modo che possa essere issata sul ponte della aeromobili [78], [79].
Note
- ^ W.David Woods, p. 57-58.
- ^ W.David Woods, p. 103-127.
- ^ W.David Woods, p. 139-140.
- ^ (EN) Apollo 11 press kit, su hq.nasa.gov, NASA, 1969, p. 26-33. URL consultato il 10-10-2009.
- ^ David A. Mindell, p.189.
- ^ F. V. Bennett, p .2.
- ^ F. V. Bennett, p. 7-9.
- ^ David A. Mindellp. 01, DIG.
- ^ F. V. Bennett, p. 5.
- ^ F. V. Bennett, p. 10-12.
- ^ Una dozzina di telecamere Hasselblad in buone condizioni si trovano (al momento) sparse sulla superficie lunare
- ^ (EN) Apollo 11 press kit, su hq.nasa.gov, NASA, 1969, 42-48. URL consultato il 10-10-2009.