TEMA BROJA

Dragan Lazarević

Ljudi na Mesecu / Moduli kosmičkog broda „apolo“

Snupi izgubljen u svemiru

Pošto je NASA 1962. prihvatila koncepciju susreta u orbiti oko Meseca i okvirno projektovani kosmički brod sa odvojenim odsecima nazvan „apolo“, započet je put detaljne razrade svih funkcionalnih sistema, ugovoranja proizvodnje sa kompanijama proizvođačima aerokosmičke tehnike (kontakti su uspostavljeni od 1961), ispitivanja i provera u simuliranim kosmičkim uslovima... sve do izrade prototipova i prvih probnih lansiranja. Posao je podeljen tako da je, po projektu NASA-e, izrada kapsule za povratak u Zemljinu atmosferu, tj.komandnog modula poverena kompaniji „North American Aviation“, servisnog modula kompaniji „McDonnel Douglas“ a lunarnog modula kompaniji „Grumman“.      

Osnova od koje se polazi pri projektovanju i konstrukciji kosmičke letelice je kabina za posadu koja je i kapsula za povratak u Zemljinu atmosferu. Ona je funcionalno povezana sa servisnim odsekom, na kome su: osnovni pogonski raketni sistem, manevarski raketni sistem, elektroenergetski sistemi, sistem veze i naučni instrumenti. Kabina za tri člana posade, komandni modul (CM) oblika konusa sa prednje stane sa zaobljenom zadnjom površinom, ima prečnik 3,9 m a visinu 3,8 m.Unutrašnji prostor u kome su smešteni astronauti ima zapreminu od oko 6 m3 a masa CM je 5,6 t. Kostrukcija je izrađena od tri sloja, spoljnog - od nerđajućeg čelika saćaste strukture, srednjeg - od toplotno- izolacionog materijala Q-felt, i unutrašnjeg sloja od saćastog aluminijuma sa Al oplatom. Spoljni sloj je obložen isparavajućim ablativnim omotačem različite debljine, od staklenih vlakana i fenolno epoksidne smole koji isparavanjem štiti kapsulu pri povratku u atmosferu kada je izložena temperaturi od preko 3000ºC.
Podeljen je u tri sekcije: nosnu, kabinu i zadnju sekciju. Nosna sadrži sistem za spajanje sa lunarnim modulom, dva mala manevarska motora i padobranski sitem za završno kočenje i spuštanje. Kabina sadrži, pored tri ležaja za astronaute, sa amortizerima opterećenja u sva tri pravca, instrument tablu sa 24 instrumenta, 566 prekidača i 71 svetlom upozorenja. Glavna bočna vrata kabine dimenzije su 74x86 cm i mase od 102 kg - a gornja vrata tunela ka LM imaju prečnik od 76 cm i masu 36 kg. Posada za posmatranje ima na raspolaganju 5 prozora, dva bočna - prečnika 33 cm, dva prema napred i jedan na glavnim vratima. Svi su sa tri sloja stakla.

U slučaju kvara...

Električni sistem kapsule ima masi od 680 kg i snabdeva sve druge sisteme za upravljanje celim kompleksom CM-SM i kapsulom pojedinačno i sisteme radio-veze sa kontrolnim centrom.U kabini su i sistemi za održavanje temperature, tankovi za održavanje pritiska u kabini od oko 0,37 bara atmosfere čistog kiseonika, filteri za hemijsko uklanjanje CO2. Zadnja sekcija sadrži 10 malih raketnih motora potiska po 413 N (na hipergolično gorivo ukupne mase 120 kg) za upravljanje nagibom kapsule prilikom ulaska u atmosferu brzinom od 11,2 km/s, čime se kontroliše ulazna putanja i smanjuje opterećenje za astronaute koje inače može da dostigne 11 ge.
U prvoj fazi leta na CM se nalazi i konični aerodinamički štit sa kulom za spasavanje (Excape Tower) mase oko 4 t, visine 9,9 m, u kojoj su tri raketna motora na čvrsto gorivo: glavni - potiska 653 kN i dva manja - za upravljanje i odbacivanje kule. U slučaju otkaza rakete nosača prilikom lansiranja, paljenjem sopstvenog raketnog motora, kula za spasavanje odvaja kapsulu CM od SM i rakete nosača na sigurnu udaljenost, gde bi aerodinamički usporila i, otvaranjem padobrana, bezbedno se spustila na površinu okeana. Pri normalnom poletanju ET se odbacuje pre paljenja trećeg stepena „s5“.
Servisni modul (SM) je oblika valjka, prečnika 3,9 m i dužine 4,8 m. Izrađen je od aluminijumske legure saćaste strukture. Na njega se nadovezuje mlaznica glavnog motora SPS dužine 2,7 m.
Ukupna masa SM (varijanta „apola 11“) iznosi 23,25 t a masa goriva za glavni pogonski i manevarski sistem iznosi  oko 17 t.
Unutrašnjost SM-a je podeljena pregradama po osnim presecima na 6 odeljaka u kojima su smešteni rezervoari za gorivo glavnog motora i manevarskog sistema, 3 gorivne ćelije za dobijanje električne energije sa rezervoarima za tečni kiseonik i vodonik koji koriste, rezervoari za helijum koji popunjava rezervoare za gorivo i sistem za hlađenje elektrosistema. Elektrosistem SM-a omogućava rad pogonskih raketnih sistema i sistema za vezu a snabdeva enegijom i CM.
Na prednjoj strani SM-a je sistem za spajanje sa CM (odnosno pirotehničko odvajanje na kraju misije) a na spoljnoj strani su postavljena 4 bloka sa po 4 raketna motora RCS sistema za manevrisanje, svaki potiska 445 N. Koriste gorivo MMH i oksidator azot-tetraoksid, ukupne mase 720 kg. RCS sistem je, u stvari, dupliran radi sigurnosti; omogućava okretanje oko tri ose kao i manja aksijalna ubrzanja pri manevru spajanja i razdvajanja sa LM. Glavni motor SPS (kompanije „Aerojet“, oznaka AJ10-37) ima potisak 91 kN. Postavljen je u kardansko ležište sa sistemom ugaonog pomeranja oko dve ose. Sa raspoloživim gorivom „aerozine 50“ i oksidatorom N2O4 može da ostvari ukupni „delta v“ manevar od 2,8 km/s, što je više nego što je potrebno za ulazak sa putanje ka Mesecu u orbitu oko njega i obrnut manevar, izbacivanje sa orbite oko Meseca na putanju ka Zemlji.
Na zadnjem delu SM-a nalaze se četiri tanjiraste antene za vezu sa Zemljom.

Kobna probna vožnja

Razvoj komandnog i servisnog modula je bio vrlo težak i išao je kroz brojna ispitivanja, sa razaranjem konstrukcije i probnim lansiranjem. Prva varijanta „block 1“ je bila eksperimentalna. Proizvedeno je 13 CSM primeraka koji nisu imali sistem spajanja sa LM. Pet primeraka je lansirano u kosmos i potom bili vraćeni na Zemlju. Poslednji iz te serije je bio „as 204-apolo 1“ u kome je stradala posada prilikom probne vežbe na lansirnom poligonu. CM je potom, na osnovu analize nesreće, rekonstruisan a uzroci požara su uklonjeni.
Nastala je varijanta „block 2“ koja je imala sistem za spajanje sa LM. I ova varijanta je prošla kroz ispitivanja do razaranja strukture, akustička i termodinamička ispitivanja u vakuum komori.

U velikoj vakuum-termičkoj komori u Hjustonu, CSM je bio sa jedne strane zagrevan ksenonskim lampama, čime je simulirano Sunčevo zračenje dok je bio obrtan oko ose; Ustanovljeno je da treba da se obrće 1 do 2 puta na sat da bi toplotno opterećenje bilo ravnomerno raspoređeno.
Pri nekim eksperimentima, tehničari su bili u kabini u skafanderima i isprobavali su sve sisteme znatno pre leta astronauta. CSM varijante „block 2“ je proizvedeno 23 primerka od kojih je 15 bilo lansirano u kosmos sa posadom - od toga 9 ka Mesecu.

Brod za spuštanje na Mesec

Poseban modul, namenjen za spuštanje sa orbite oko Meseca na njegovu površinu i obrnuto, nastao je razvojem dugim 6 godina od usvajanja koncepcije LOR. U početnoj fazi, smatralo se da će biti kupastog oblika, mase oko 12 t. Pošto se ulazilo u sagledavanje svih tokova misije iz ugla pilota takve letelice (u početnoj fazi, zbog vertikalnog sletanja, kabina helikoptera je bila uzor) koncepcija se postepeno menjala. Vođa tima stručnjaka koji su razvijali LM je bio Tom Kelly, vodeći inženjer kompanije „Grumman“, a glavni naučni savetnik Dr Joseph F. Snea. Ispitivanja modela „lta 8“ su vršena u vakuum-termičkoj komori SESL, u Hjustonu a tehničari (jedan od tehničara, Irvin, će kasnije i leteti na Mesec) u skafanderima su isprobavali sve operacije izlaska i ulaska koje će se kasnije obaviti u kosmosu i na Mesecu. U tim eksperimentima se pokazala efikasna toplotna zaštita od aluminiziranog milara kojom su obloženi neki delovi spoljne površine LM-a.Na osnovu svih ispitivanja, napravljeni su lunarni moduli koji će biti lansirani - prvo na probne letove u Zemljinu orbitu a potom i na Mesec. LM je jedina kosmička letilica sa astronautima do sada projektovana da funkcioniše u uslovima gravitacije Meseca, šest puta slabijoj od Zemljine.

Složena postrojenja za nasloženiji let

Ukupna visina oba stepena LM-a (H serije „apola 11“) je 7 m, masa oko 15 t sa gorivom.
Sletni stepen (descent stage)je oblika osmougaone prizme širine 3,9 m sa četiri amortizujuće stajne noge raspona, u opruženom položaju, 9m, ukupne visine 2,62 m. Na krajevima sletnih nogu su  kružne stope prečnika 94 cm. Ispod stopa su postavljene 1,72 m duge fleksibilne sonde sa senzorima.
U unutrašnjosti sletnog odseka su rezervoari za hipergolično gorivo „aerozine 50“ i oksidator N2H4 (masa obe komponente iznosi 8,2t) kao i tank za helijum za ispunu rezervoara za gorivo, rezervoar za 151 kg vode, sistema za hlađenje i baterije Ag-Zn, ukupne mase oko 244 kg i izlaznog napona 28-32V.
Na dnu sletnog odseka LM je raketni motor kompanije „Rocketdyne“ sa ugaono pomerljivim mlaznikom i mogućnošću promene potiska u granicama 4,7kN-30 kN i maksimalnim kratkotrajnim potiskom od 49kN. Radom ovog motora obavlja se poništavanje orbitalne brzine od 1,66 km/s, prilaz površini sa trajanjem lebdenja od 2 min i, konačno, spuštanje na Mesec. Na osnovu ukupne količine goriva, sletni odsek može lunarnom modulu da omogući delta v manevar oko 2,5 km/s. Sa spoljne strane sletnog stepena je i odeljak za naučne instrumente. Ukupna masa ovog stepena je 10,2 t.
Uzletni stepen (ascent stage) je složenog blago nesimetričnog  oblika, visine 2,83 m sa 4,29x4 m. U njemu je kabina zapremine 6,7 m3, u kojoj astronauti stoje pred upravljačko-instrumentalnim pultovima. Prilikom sletanja i uzletanja, njihovi skafandri su povezani elastičnim vezama sa zidovima kabine. Na prednjoj kabine strani su dva trougaona prozora a sa gornje strane je mali prozor za kontrolu približavanja i spajanja sa CSM. Na dnu kabine su izlazno-ulazna vrata dimenzija 0,8x0,8 m, koja mogu da se otvore tek po ispuštanju kiseonika i anuliranjem unutrašnjeg pritiska od 0,35 bara.
Na gornjoj strani kabine su vrata prelaznog tunela koji vodi ka CSM (ako su moduli spojeni). Sa gornje strane su i antene za vezu sa kontrolom na Zemlji i CSM i antena radara.

Ostatak od 15 modula na Zemlji

Masa uzletnog stepena je 4,8 t a masa bez goriva je 2,18 t. Njegov elektrosistem takođe koristi srebro-cink baterije. Sa donje strane uzletnog stepena je uzletni raketni motor kompanije „Rocketdyne“, potiska 16 kN a komora sagorevanja je smeštena u težište stepena. Motor koristi gorivo „aerozine 50“ i „oksidator N204“, smeštene u dva rezervoara na bočnim stranama uzletnog modula.
Motor je na kraju boravka na Mesecu podigao ovaj stepen, ubrzao ga do brzine 1,63 km/s i podigao do100 km visine orbite oko Meseca. Ako bi potrošio svo raspoloživo gorivo, postigao bi brzinu od 2,22 km/s (nedovoljnu da izađe iz Mesečevog gravitacionog polja).
Manevarski sistem uzletnog odseka se sastoji od 4 bloka po 4 manja raketna motora, istih kao RCS servisnog modula, i sa istim gorivom. Manevarski sistem, paljenjem ovih motora, može da uzletni stepen obrće oko sve tri ose. Ukupna količina goriva i oksidatora kojom ovaj sistem raspolaže je 287 kg.
Manevre približavanja i spajanja u orbiti oko Meseca ipak obavlja CSM, na kome je i aktivni deo sistema za spajanje.
Proizvedeno je ukupno 15 lunarnih modula „apolo“. Šest je spušteno na Mesec, dva su bila u misijama oko njega a dva su letela smo oko Zemlje. Jedan je uništen, tj. poslužio je za misiju „skajlab“, a preostali su na Zemlji kao eksponati u aerokosmičkim muzejima.

Misije kao priprema za spuštanje na Mesec

Prvi „CSM block 2“ lansiran je kao „Apolo 4“ u Zemljinu orbitu, novembra 1967. raketom „s5“. Pri tome je apogej podignut na 18.000 km pa je, radom motora, ubrzan ka Zemlji do brzine 11,2 km/s, tj.one kojom bi se vratio sa Meseca. Kapsula, tj.komandni modul, uspešno je izdržala aerokočenje, otvaranje padobrana i sletanje na Tihi okean.
Prvo lansiranje samo lunarnog modula (ali bez stajnih nogu i prozora) u nisku orbitu oko Zemlje bilo je pod oznakom „Apolo 5“, obavljeno je 22. januara 1968. Tada su isprobani motori LM i to i sletnog i uzletnog stepena.
Sledeći probni let je bio „Apolo 6“, 4. aprila 1968. kada je CSM ušao u orbitu oko Zemlje a mesto LM je bio model LTA-2R. CM je uspešno spušten na Tihi okean.a
Prva misija sa posadom CSM-a brodom „apolo7“ u Zemljinoj orbiti obavljena je 11-22. oktobra 1968. Astronauti Šira, Kanigem i Aisel su isprobali manevarski sistem CSM-a i obavili 8 paljenja glavnog motora. Nosili su skafandere za Mesec, ali su imali problema sa zamagljenim prozorima i sistemom grejanja.
Krajem 1968. lansiran je CSM „apolo 8“ (bez LM-a) ka Mesecu. Astronauti Borman,Lovel i Anders su obavili ulazak u orbitu oko Meseca radom glavnog raketnog motora i obavili 10 obletanja oko njega. Oni su bili prvi ljudi koji su videli izlazak Zemlje nad Mesečevim horizontom i Mesec sa rastojanja od oko100 km. Ponovnim startom motora prešli su na putanju ka Zemlji i, na kraju, uspešno izdržali ulazak CM-a u atmosferu drugom kosmičkom brzinom, aerokočenje, otvaranje padobrana i spušanje na vodu. Tokom misije i u CM broda „apolo  8“ prozori su, osim jednog, bili zamagljeni.

Prva misije u kojoj su lansirani svi moduli „apola“ obavljena je 3-13. marta 1969. pod oznakom „Apolo 9“. Raketa S5 je podigla ceo kompleks modula na nisku orbitu oko Zemlje. CSM je, uspešnim manevrom, spojen sa LM pa su astronauti Mekdivit  i Švejkart prešli u LM, dok je  Dejvid Skot ostao u CM. Glavni motor CSM-a je paljen 8 puta, a njegov manevarski sistem je omogućio spajanje i odvajanje od lunarnog modula. Sletni motor LMa je paljen i u poziciji kada je bio spojen sa CSM. Posle prvog odvajanja LM-a i udaljavanja, posada je tri puta palila njegov sletni motor i menjala orbitu da bi, konačno, odbacili sletni stepen.
Posle spajanja uzletnog stepena LM sa CSM, Švejkart je izašao iz kabine LM i isprobao skafander sa sopstvenim napajenjem kiseonika iz leđnog ranca i kratko lebdeo - ali vezan za LM. Skot je otvorio glavna vrata CM-a i sa tog položaja snimao Švejkarta koji se potom vratio u LM. Posada LM-a je kroz prelazni tunel prešla u CM a uzletni stepen LM. Trećim paljenjem njegovog motora, apogej njegove putanje je podignut je na visinu 6934 km i tek je 1983. ušao u Zemljinu atmosferu. CM je uspešno odbacio SM i obavio spuštanje na okean. Misija je proverila sve sisteme oba modula sa više operacija nego što zahteva let na Mesec ali je ipak odlučeno da se napravi još jedna proba i to sa lunarnim modulom u Mesečevoj orbiti.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"