Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Начальная масса космического корабля «Аполлон-11», складывавшаяся из перечисленных выше масс трех отсеков корабля, равнялась 43 900,9 кг. По мере осуществления программы «Аполлон» корабль подвергался некоторым модификациям. Увеличилась масса основного блока. В нем стал размещаться комплект научных приборов и «субспутник», выводившийся на самостоятельную орбиту вокруг Луны. Расширение программы пребывания космонавтов на Луне (в частности, использование вездехода) привело к увеличению массы лунного отсека. Масса корабля «Аполлон-15» уже составляла 48 760 кг.
Лунный отсек при старте с Земли помещен внутри переходника LMA (Lunar Module Adapter) массой 1816 кг, который предохра-
х) Именно он стыковался в 1975 г. с кораблем «Союз». § 5. ЭКСПЕДИЦИИ ПО ПРОГРАММЕ «АПОЛЛОН»
283
няег отсек от аэродинамических нагрузок при прохождении плотных слоев атмосферы. К переходнику (а не к лунному отсеку!) пристыкован основной блок.
На самом верху системы «Сатурн-5 — Аполлон» крепится система аварийного спасения LES (Launch Escape Tower) массой 4045 кг. Ее ферма укреплена на теплозащитном экране, предохраняющем командный отсек на участке подъема в атмосфере. Система состоит из трех РДТТ: в случае угрозы аварии одновременно включаются два РДТТ, и командный отсек, отделившись от служебного, уносится в море. В верхней точке включается третий РДТТ, отбрасывающий систему спасения, после чего раскрываются парашюты. Если аварии не произошло, этот двигатель отбрасывает систему спасения вместе с теплозащитным экраном на высоте 70—80 км.
Перейдем теперь к последовательному изложению операций, которыми сопровождается экспедиция на Луну.
В соответствии с программой в момент 7+2 мин 15 с (Т — момент отрыва от стартового стола) должен быть выключен центральный двигатель первой ступени, а в момент 7*+2 мин 40,8 с — остальные. Еще через 2,4 с выключаются двигатели второй ступени S-II, а через 25 с после этого сбрасывается система аварийного спасения вместе с теплозащитным экраном. Двигатели второй ступени выключаются в момент Г+9 мин 11,4 с на высоте 185,9 км при дальности 1640 км и скорости 6,94 км/с. В момент Г+9 мин 15,4 с включается двигатель J-2 третьей ступени S-IVB, который, не выработав всего топлива, выключается в момент Г+11 мин 40,1 с. В результате третья ступень вместе с приборным отсеком IU и кораблем «Аполлон» (масса 136 т) достигает скорости 7,79 км/с на расстоянии 2713 км от мыса Канаверал и выходит на орбиту высотой 188 км и наклонением 32,6°.
В момент Г+2 ч 44 мин 14,8 с на втором витке, повторно включается двигатель J-2 ступени S-IVB и через 5 мин 48,3 с сообщает приращение скорости 3041,2 м/с. В результате третья ступень с кораблем «Аполлон» (общая масса 63 т) выходит на траекторию полета к Луне на высоте 322,7 км с начальной скоростью 10 846,7 м/с.
На пути к Луне производится перестроение отсеков корабля (рис. 107,а). После этого корабль принимает конфигурацию, показанную на рис. 107, б, повторно разворачивается на 180° и после получения слабого импульса (6 м/с при полете «Аполлона-11») удаляется от ступени S-IVB.
Ступени S-IVB при полетах кораблей «Аполлон-11» и «Аполлон-12» затем получали небольшой импульс путем слива остатков топлива и, перейдя на новую орбиту, разгонялись потом в сфере действия Луны и покидали сферу действия Земли. Во всех последующих полетах ступени направлялись на Луну для искусственного возбуждения сейсмических колебаний лунной коры, эквивалентных последствиям взрыва 11 т тринитротолуола (скорость удара при 284
ГЛ. 12. ЭКСПЕДИЦИЯ НА ЛУНУ
падении порядка 2,5 км/с). На фотоснимках, сделанных с окололунной орбиты в ходе операций программы «Аполлон», были
е) Sj
Рис. 107. Некоторые этапы полета по программе «Аполлон», а) перестроение отсеков на пути к Луне (отход основного блока от третьей ступени, поворот на 180°, отделение и отход перестроенного корабля от третьей ступени); б) корабль вблизи Луны (шасси в рабочем положении); в) отделение лунного отсека от основного блока; с;) сход лунного отсека с окололунной орбиты; д) посадка лунного отсека; е) старт взлетной ступени лунного отсека; ж) стыковка взлетной ступени с основным блоком; з) вход командного отсека в земную атмосферу (AA — продольная ось отсека, V, X, Y — направления векторов скорости, силы лобового сопротивления
и подъемной силы).
обнаружены кратеры диаметром несколько десятков метров, образовавшиеся на Луне при падении ступеней S-IVB.
При первой экспедиции на Луну траектория полета корабля «Аполлон-11» являлась траекторией свободного возвращения: в § 5. ЭКСПЕДИЦИИ ПО ПРОГРАММЕ «АПОЛЛОН»
285
случае выхода из строя маршевого двигателя служебного отсека корабль, обогнув Луну на расстоянии 110 км от поверхности, вернулся бы полого в атмосферу Земли и в момент Г+145 ч 04 мин приводнился в запасном районе Тихого океана, причем необходимые коррекции могли быть совершены с помощью маломощных двигателей ориентации и стабилизации командного отсека. Благодаря уверенности в том, что маршевый двигатель «не подведет», последующие полеты к Луне проходили иначе. Сначала корабль двигался по траектории, отстоящей на 3000 км от лунной поверхности. Без дополнительных импульсов корабль при этом, выйдя из сферы действия Луны, стал бы двигаться по геоцентрической гиперболе и, пройдя на расстоянии 82 000 км от Земли, вышел бы из сферы действия Земли. Для входа в атмосферу понадобились бы коррекции, производимые с помощью маршевого двигателя или вспомогательных двигателей основного блока, или двигателей лунного отсека. При невозможности их осуществить корабль обречен на вечное движение по орбите вокруг Солнца... Однако в действительности обязательная вторая коррекция, производимая после 31 ч полета к Луне (из четырех возможных на пути к Луне), переводит посредством импульса 19,5 м/с корабль на «гибридную» траекторию, проходящую на расстоянии примерно 120 км от Луны. Преимущество «гибридной» траектории — в экономии топлива и в лучших условиях управления и слежения с Земли на начальном участке и в момент посадки на Луну.
