Текст книги "Пилотируемые полеты на Луну"

Автор книги: Иван Шунейко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 21 страниц)

Apollo-14

31 января 1971 г. в 21 ч 03 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель Saturn V и корабль Apollo-14 с экипажем в составе: Алан Шепард (командир корабля), Стюарт Руса (пилот командного отсека) и Эдгар Митчелл (пилот лунного корабля).

Программой полета Apollo-14 предусматривалось следующее.

1. Выполнение посадки лунного корабля примерно в 48 км севернее кратера Фра Мауро (координаты центра участка посадки 3°40'19" ю. ш., 17°27'46"з. д.), там где не удалось совершить посадку корабля Apollo-13.

2. Проведение исследований лунной поверхности до кратера Коун в 120 м от места посадки.

3. Сбор 34 кг образцов лунных пород.

4. Установка на Луне научной аппаратуры: пассивных сейсмометров; трех активных сейсмометров и приборов для регистрации подрыва 21 пиротехнического заряда; четырех пусковых устройств с гранатами, которые будут через полгода подорваны с Земли (колебания грунта будут регистрироваться геофонами); детектора ионов для измерения состава и энергии заряженных частиц; ионизационного манометра для измерения плотности нейтронной атмосферы на Луне в диапазоне 10-6…10-12 мм рт. ст., оценки температуры и вариаций плотности; детектора заряженных частиц для регистрации протонов и электронов солнечного происхождения; лазерного отражателя.

5. Проведение научных экспериментов. Измерение напряженности и размеров магнитного поля локальных лунных структур. Измерение прибором механических свойств лунного грунта. Получение снимков в темноте с целью обнаружения источников света в конусе с углом 20° вдоль линии Земля – Солнце, с противоположной от Солнца стороны Земли.

6. Установка рулона алюминиевой фольги-ловушки ядер инертных газов в солнечном ветре.

7. Проведение научных исследований в командном отсеке. Измерение электромагнитных свойств лунной поверхности путем регистрации отраженных электромагнитных волн. Исследование вариаций гравитационного поля Луны вдоль траектории полета основного блока путем регистрации допплеровского смещения сигналов. Фотографирование областей Луны, интересных для селенологов, и участков посадки для будущих полетов кораблей Apollo. Уточнение координат ориентиров на Луне сканирующим телескопом.

8. Проведение сеансов телевидения.

9. Проведение на траектории полета к Луне экспериментов в невесомости и передача их по телевидению; электрофорез биологических соединений в жидкой среде; изучение теплопередачи; изучение поведения в невесомости жидкости; изучение процесса литья.

10. Продолжение наблюдения фосфенов – зрительных ощущений, вызываемых необычными для глаза раздражителями.

11. Изучение сейсмических колебаний, вызванных падением ступени S-IVB. Колебания должны регистрироваться пассивным сейсмометром, установленным на Луне астронавтами Apollo-12. Вес ступени при падении 11,3 т, скорость 2,5 км/сек.

12. Изучение сейсмических колебаний, вызванных падением взлетной ступени лунного корабля.

Программа была рассчитана на пребывание астронавтов на Луне вне лунного корабля в течение 8 ч 35 мин; общая продолжительность пребывания на Луне 33 ч 31 мин; общая продолжительность полета по программе 216 ч 38 мин.

Весовые характеристики Ароllо-14(кг)

В соответствии с рекомендацией комиссии по расследованию аварии Apollo-13, служебный отсек был модернизирован, вес его увеличился на 290 кг. Расходы на модернизацию составили 15 млн. долл.

Была подвергнута модернизации и вторая ступень S-II ракеты-носителя, чтобы исключить возможность возникновения продольных колебаний типа Pogo.

С этой целью в трубопроводе подачи жидкого кислорода в центральный ЖРД ступени S-II была установлена сферическая емкость, наполненная гелием, выполняющая роль демпфера колебаний. Установлены датчики, выключающие центральный ЖРД в случае возникновения колебаний большой амплитуды. Электроклапаны системы регулирования состава смеси всех пяти ЖРД были заменены двухпозиционными клапанами с пневматическим приводом.

Перед стартом ракеты-носителя Saturn V с кораблем Apollo-14 над м. Кеннеди прошел грозовой фронт, задержавший старт на 40 мин. Вывод на орбиту ожидания прошел нормально, ступень S-IVB с кораблем Apollo-14 вышла на эллиптическую орбиту 186/192 км (расчетная орбита – круговая высотой 191 км). Через 1,5 оборота по орбите ожидания в To +2 ч 28 мин 49 сек был вторично включен ЖРД J-2 ступени S-IVB; он проработал 5 мин 52 сек. и третья ступень ракеты вместе с кораблем Apollo-14 вышла на траекторию полета к Луне с начальной скоростью 10 833 м/сек. Эта траектория обеспечивает свободное возвращение на Землю после облета Луны на минимальном расстоянии от ее поверхности 4000 км.

В момент времени To +3 ч 03 мин начались операции по перестроению отсеков. Однако, 5 попыток произвести стыковку основного блока с лунным кораблем оказались неудачными, так как не утапливались защелки стыковочного штыря. А. Шепард обратился в Центр управления полетом с предложением разгерметизировать кабину командного отсека, открыть люк, выйти в открытый космос и осмотреть головку и защелки штыря. Однако Центр управления полетом не разрешил этой операции, а рекомендовал сделать еще одну попытку стыковки, но со втянутым штырем, чтобы обеспечить непосредственный контакт корпусов основного блока и лунного корабля. Пока производилась шестая попытка стыковки, NASA рассматривал вопрос об аварийном прекращений полета Apollo-14, так как кончался ресурс аккумуляторов на ступени S-IVB, обеспечивавших работу системы навигации и, управления. Последняя попытка оказалась успешной, и стыковка была произведена в момент времени To +6 ч 03 мин. После стыковки астронавты наполнили переходной туннель кислородом, открыли верхний люк кабины командного отсека, демонтировали стыковочный штырь и приемный конус и внесли их в командный отсек. Осмотр показал, что пружинные защелки штыря работают нормально, и по мнению специалистов на орбите ИСЛ трудности со стыковкой не должны повториться.

После отделения ступени S-IVB от корабля Apollo траектория S-IVB была откорректирована с расчетом попадания в Луну 4 февраля в момент времени To +82 ч 38 мин.

В ходе полета к Луне Apollo-14 наблюдался ряд неполадок. 2 февраля обнаружилось, что при выбрасывании отходов за борт происходит утечка кислорода из кабины командного отсека; астронавты проверили и отрегулировали клапан. 3 февраля экипажу сообщили из Центра управления полетом, что в одном из аккумуляторов взлетной ступени лунного корабля по данным телеметрической информации напряжение ниже номинального значения 37 в на 0,3 в. Астронавты подтвердили эти телеметрические данные, однако дальнейшего падения напряжения не наблюдалось. Для обеспечения всех операций при старте с Луны достаточно одного аккумулятора, второй является резервным, но по инструкции, посадка на Луну разрешается только при исправности обоих аккумуляторов.

Первая коррекция траектории по плану полета Apollo-14 не производилась, так как в ней не было необходимости. Вторая коррекция была произведена в момент времени To +30 ч 36 мин; ЖРД служебного отсека проработал 10,3 сек, скорость была увеличена на 22 м/сек и корабль Apollo-14 перешел на гибридную траекторию. Эта коррекция позволила компенсировать 40-мин задержку на старте и обеспечила минимальное расстояние при пролете Луны 124 км. Третья коррекция не производилась, а четвертая была выполнена 4 февраля; ЖРД служебного отсека проработал 0,6 сек и увеличил скорость полета корабля на 1,15 м/сек. В момент времени To +82 ч 36 мин 42,7 сек был включен ЖРД служебного отсека; он проработал 6 мин 12,23 сек, скорость корабля уменьшилась на 921,8 м/сек и он перешел на начальную эллиптическую орбиту ИСЛ высотой 106,5/311 км.

В момент To +82 ч 57 мин на Луну упала ступень S-IVB примерно в 165 км к юго-западу от места установки пассивного сейсмометра, ближе, чем предполагалось. Координаты точки падения 7°72' ю. ш., 26°03' з. д.; сейсмометр регистрировал колебания поверхности Луны в течение ~3 ч. После двух витков Apollo-14 по орбите ИСЛ вновь был включен ЖРД служебного отсека; он проработал 21,38 сек, скорость уменьшилась на 62,97 м/сек и корабль перешел на эллиптическую орбиту с высотой периселения 17,2 км и высотой апоселения 109 км. На втором витке по этой орбите С. Руса фотографировал район вблизи кратера Декатр – предполагаемое место посадки корабля Apollo-16.

В момент времени To +103 ч 27 мин лунный корабль с астронавтами А. Шепардом и Э. Митчеллом отделился от основного блока, а С. Руса с помощью ЖРД служебного отсека перевел основной блок на орбиту ИСЛ высотой 94/119 км. За 1,5 ч до расчетного времени включения ЖРД посадочной ступени лунного корабля для посадки на Луну на пульте управления лунного корабля появился сигнал о том, что в бортовую ЭЦВМ введена программа Р-70 (аварийное прекращение посадки) и Р-71 (аварийное возвращение к основному блоку). Это произошло в результате замыкания тумблера, вводящего в бортовую ЭЦВМ эти программы. Отработка программы аварийного прекращения посадки началась бы автоматически через 26 сек после включения посадочного ЖРД. Приборная лаборатория Массачусетского технологического института срочно разработала программу, которая должна была исключить автоматическую отработку программ Р-70 и Р-71. Программа была введена в бортовую ЭЦВМ лунного корабля и проверки показали, что она обеспечивает поставленные перед ней задачи. Эти операции были закончены всего за 10 мин до расчетного момента включения ЖРД посадочной ступени. В момент времени To +108 ч 42 мин был включен ЖРД посадочной ступени и в соответствии с требованиями новой программы им управлял А. Шепард, вручную дросселированием поддерживая тягу на уровне 477 кг. Далее он перевел ЖРД на режим максимальной тяги, после чего началась отработка ЦАП лунного корабля штатной программы Р-63. На высоте 9140 м должен был произойти захват лунной поверхности посадочным радиолокатором, но захвата не произошло. Если бы захвата не произошло до высоты 3 км, то по инструкции пришлось бы отказаться от посадки. Э. Митчелл несколько раз включал и выключал радиолокатор, но захват произошел лишь спустя 2,5 мин на высоте ~8 км. При входе в дальний коридор на высоте 2,3 км над лунной поверхностью скорость корабля относительно Луны была 493 км/ч. А. Шепард и Э. Митчелл увидели кратер Коун, являющийся для них ориентиром. Перед входом в ближний коридор А. Шепард включил модифицированную полуавтоматическую программу Р-66, а на высоте 200 м перешел на полностью ручное управление посадкой. Когда корабль снизился до высоты 30 м, поднялось облако лунной пыли. Когда щупы коснулись поверхности Луны, вертикальная скорость равнялась 0,9 м/сек. В момент посадки в баках посадочной ступени оставалось топлива на 60 сек полета.

Посадка произошла в момент времени To +108 ч 55 мин на 75 сек позже расчетного времени. Лунный корабль Apollo-14 совершил посадку между группой кратеров Триплет и группой кратеров Дуплет на площадке с уклоном 8° в точке с координатами 3°40'27" ю. ш., 17°27'58" з. д. в 26,5 м от расчетного места посадки.

На Луне

После посадки астронавты в течение 3 мин находились в готовности совершить аварийный старт с Луны, затем они получили из Центра управления полетом разрешение оставаться на Луне. А. Шепард и Э. Митчелл стравили остатки топлива из баков посадочной ступени, выключили бортовые системы, которые не должны работать на Луне и начали подготовку к выходу на Луну. Выход задержался на 1 ч, так как пришлось устранять неисправность в системе радиосвязи, расположенной в ранцевой системе скафандра А. Шепарда. В момент времени To +114 ч 17 мин кабина лунного корабля была разгерметизирована. В момент To +114 ч 31 мин А. Шепард вышел на Луну первым, через 5 мин за ним вышел Э. Митчелл. Астронавты сняли с корпуса посадочной ступени 2-колесную тележку весом 9 кг, предназначенную для перевозки научных приборов, пород лунного грунта и изучения динамики движения колесной установки по поверхности Луны. Каркас тележки алюминиевый, шины колес из полиэфирного корда, рассчитанного на работу в диапазоне температур от -65 до +121°C; камеры шин надуваются до давления 0,07…0,14 ат.

Э. Митчелл собрал аварийный комплект образцов лунных пород, А. Шепард перенес и установил телевизионную камеру в 15 м от лунного корабля. Астронавты погрузили на тележку комплект научного оборудования и направились к месту установки приборов на расстоянии 100 м от лунного корабля. Катить тележку было легко, но астронавты трижды останавливались, Э. Митчелл тяжело дышал и вынужден был отдыхать. Используя лунную карту, они с трудом ориентировались на пути к цели. На расчетном месте от корабля оказалась впадина и они прошли к западу еще 10 м, чтобы разместить приборы на возвышенности. К моменту времени To +116 ч 37 мин астронавты пользовались ранцевой системой жизнеобеспечения уже 2 ч 18 мин; когда они приступили к установке научных приборов у А. Шепарда пульс был 90…100, а у Э. Митчелла 100…120 ударов в 1 мин. В момент времени To +117 ч 47 мин установка приборов была закончена и Э. Митчелл пошел вдоль кабеля с геофонами, подрывая ударником пиротехнические заряды. Из 21 заряда ему удалось привести в действие 13. Когда прошло 3 ч 56 мин с момента перехода астронавтов на ранцевую систему жизнеобеспечения, Центр управления полетом продлил на 30 мин пребывание на Луне, но предупредил, что им потребуется 18 мин на возвращение к кораблю.

На обратном пути к кораблю, когда астронавты собирали образцы лунных пород, они получили предупреждение Центра управления полетом, что у них осталось мало времени до завершения первого выхода, надо торопиться. Астронавты подошли к лунному кораблю в момент времени To +118 ч 56 мин; Э. Митчелл, а затем А. Шепард поднялись в кабину, в To +119 ч 07 мин люк был закрыт и кабина наполнена кислородом. Первый выход на Луну продолжался 4 ч 44 мин. Энергетические затраты астронавтов на поверхности Луны были на 20% ниже ожидавшихся. Система водяного охлаждения работала на режиме низкого расхода, лишь на короткое время Э. Митчелл переключал свою систему на средний расход при установке комплекта приборов. Средняя величина тепловыделения у А. Шепарда составляла 210 ккал1 ч, у Э. Митчелла 220 ккал/ч. Из общего запаса воды в системе охлаждения (3,85 кг} А. Шепард израсходовал 2,13 кг, Э. Митчелл 2,54 кг. После возвращения в корабль в ранцевой системе жизнеобеспечения А. Шепарда осталось запаса кислорода на 1 ч, у Э. Митчелла на 0,5 ч. 6 февраля астронавты предприняли второй выход на Луну. Перед этим они 2 раза принимали пищу, зарядили ранцевые системы жизнеобеспечения, спали 4,5 ч. При подготовке ко второму выходу они тщательно проверили скафандр Э. Митчелла, у которого обнаружилась утечка кислорода в соединениях скафандра с гермошлемом и перчатками. Основная задача второго выхода – путешествие к вершине кратера Коун, исследование лунной поверхности, сбор образцов лунных пород, измерение магнитного поля. По просьбе астронавтов второй выход начался раньше запланированного времени. Люк был открыт в момент времени To +131 ч 52 мин, через 5 мин на Луну вышел А. Шепард, за ним через 3 мин вышел Э. Митчелл. Астронавты погрузили на тележку оборудование и направились на восток к кратеру Коун. Первая остановка была сделана на расстоянии 75 м от лунного корабля; астронавты произвели измерение напряженности магнитного поля, зарегистрировав около 100 гамма, что превышает величины, полученные при измерении с орбиты ИСЛ. По мнению специалистов, это свидетельствует о наличии пространственных вариаций напряженности лунного магнитного поля. Астронавты прошли поле, усеянное камнями диаметром 60…90 см, и в центре площадки между тремя кратерами диаметром ~20 м приступили к сбору образцов лунных пород. Была взята колонка лунного грунта с глубины 45 см; глубже проникнуть не удалось, мешали твердые породы.

После остановки астронавты начали подъем к кратеру Коун. Крутизна подъема по их оценке составляла 18°, по мере приближения к кратеру начало попадаться все больше камней размером 1,2…1,5 м. Местность была усеяна кратерами, а ровные площадки между ними не превышали 3 м в поперечнике.

Астронавты с трудом ориентировались на местности и разошлись во мнениях, где находится кратер Уэйрд и где они должны сделать вторую остановку для взятия пробы грунта. Из центра управления полетом им сообщили, что точное место остановки не имеет значения, они находятся вблизи этого-места, поэтому следует сделать остановку для отдыха и взять пробу грунта. После непродолжительной остановки они продолжили подъем, но через несколько минут в To +133 ч 34 мин снова остановились, чтобы определить свое местонахождение. Э. Митчелл сообщил, что у них возникли серьезные сомнения в правильности маршрута, которым они идут. Он переключил систему охлаждения с низкого на средний расход воды.

После короткой остановки они продолжали подъем в направлении, как они считали, кратера Флэнк. Через несколько минут они снова должны были остановиться, чтобы сориентироваться и отдохнуть. Когда они снова начали подъем, частота пульса у обоих достигла 120 ударов в 1 мин. Подъем стал заметно круче, они уже не катили тележку, а несли ее на руках. В момент времени To +133 ч 45 мин они снова остановились отдохнуть, частота пульса у А. Шепарда достигла 150, у Э. Митчелла 128 ударов в 1 мин. В Центре управления полетом при разговоре с астронавтами слышали их тяжелое дыхание. Астронавты сообщили, что, по грубой оценке, они находятся недалеко от вершины кратера Коун, высота которого 90…100 м над поверхностью в месте посадки лунного корабля; но, по мнению астронавтов, им потребуется не менее 30 мин, чтобы добраться до края кратера. Командир корабля А. Шепард сообщил Центру управления полетом, что он считает целесообразным возвращаться к лунному кораблю, так как у них не останется времени на сбор документированных образцов. Центр управления полетом согласился с А. Шепардом и предложил им собрать образцы в месте их последней остановки. К началу возвращения в ранцевой системе жизнеобеспечения А. Шепарда оставалось 45% кислорода, у Э. Митчелла 40%.

На обратном пути, не доходя до кратера Уэйрд, астронавты вышли на участок, покрытый небольшими белыми камнями. У астронавтов повысилась температура в скафандрах, а в скафандре А. Шепарда обнаружилась небольшая утечка кислорода. Центр управления полетом приказал взять образцы пород на участке белых камней и немедленно возвращаться.

Сделав краткую остановку у кратера Уэйрд, астронавты стали спускаться к группе кратеров Триплет. К моменту времени To +135 ч 22 мин астронавты уже в течение 3 ч 33 мин пользовались ранцевыми системами жизнеобеспечения.

На следующей остановке у группы кратеров Триплет Э. Митчелл пытался взять колонку грунта, но проба высыпалась из пробоотборника. В ранцевых системах жизнеобеспечения оставалось менее 30% кислорода и Центр управления полетом дал указание закончить эксперименты и возвратиться на корабль. Когда астронавты достигли лунного корабля,, А. Шепард проверил положение телеметрической антенны у центрального блока научного оборудования, а Э. Митчелл занимался сбором образцов. Затем астронавты погрузили в лунный корабль образцы пород, рулон алюминиевой фольги, фотопленку. Люк кабины был закрыт в момент времени To +136 ч 21 мин; второй выход продолжался ~4 ч 45 мин. В общей сложности А. Шепард находился на поверхности Луны 9 ч 29 мин и прошел путь по Луне 2,75 км. Астронавты собрали 42,64 кг лунных пород.

Возвращение на Землю. Взлетная ступень лунного корабля Apollo-14 стартовала с Луны в момент времени To +142 ч 25 мин 42 сек 6 февраля. Схема встречи на орбите ИСЛ взлетной ступени с основным блоком Apollo-14 существенно отличалась от схемы встречи на орбите ИСЛ, применявшейся в предыдущих полетах. В полетах Apollo-11 и 12 взлетная ступень выводилась на концентрическую фазирующую орбиту, затем на коэллиптическую орбиту, встреча и стыковка продолжалась 3,5 ч и требовала около двух витков. В полете Apollo-14 была осуществлена прямая встреча на первом витке.

ЖРД взлетной ступени проработал 7 мин 12 сек, и вывел ступень на начальную селеноцентрическую орбиту; спустя 1 мин после выключения ЖРД взлетной ступени были включены ЖРД РСУ для триммерной регулировки; скорость возросла на 4,6 м/сек и взлетная ступень, минуя концентрическую орбиту и коэллиптическую, перешла к заключительному этапу встречи. В момент T0143 ч 09 мин была произведена первая коррекция, ЖРД взлетной ступени сообщил приращение скорости 28,4 м/сек. Стыковка произведена с первой попытки в момент To +144 ч 12 мин на 2 мин позже расчетного времени. Забрав все необходимое из лунного корабля, А. Шепард и Э. Митчелл вернулись в кабину командного отсека и взлетная ступень была отделена от основного блока. В момент To +146 ч 23 мин был включен ЖРД, затормозивший взлетную ступень и она упала на Луну в точке с координатами 3°30' ю. ш., 19°16' з. д. на расстоянии 70 км от пассивного сейсмометра, установленного на Луне экипажем Apollo-14.

В момент времени To +149 ч 14 мин был включен ЖРД служебного отсека, он проработал 147 сек, скорость полетав увеличилась на 1051 м/сек и корабль Apollo-14 перешел на траекторию возвращения к Земле.

На траектории возвращения после длительного отдыха экипаж провел запланированные технологические эксперименты в условиях невесомости. В момент To +165 ч 37 мин была проведена единственная (из трех запланированных) коррекция траектории, потребовавшая включения ЖРД служебного отсека на 3 сек. Командный отсек отделился от служебного отсека перед входом в атмосферу в момент To +215 ч 32 мин; вход в атмосферу произошел в момент To +215 ч 48 мин и 9 февраля командный отсек корабля Apollo-14 произвел посадку в Тихом океане в момент To +216 ч 02 мин, в точке с координатами 27°02' ю. ш., 172°40'з. д. в 1400 км южнее о. Самоа. Полет корабля Apollo-14 продолжался 216 ч 02 мин. Общие затраты на полет Apollo-14 составили 445 млн. долл.

Фактическое и расчетное время выполнения операции в полете Apollo-14 дано в табл. 26.

Таблица 26