«Аполлон-6» (англ. Apollo 6) — второе летное испытание ракеты «Сатурн-5», последний квалификационный полет перед пилотируемым пуском «Аполлона-8». Полезной нагрузкой ракеты были корабль «Аполлон» (версия «Блок I» c рядом усовершенствований «Блока I», в том числе новый люк) и габаритно-весовой макет «лунного модуля». Задача полета — испытание ракеты и корабля, включая вход в атмосферу на скорости, близкой ко второй космической.
Расчетная высота опорной орбиты — 185 км, расчетная высота апогея эллиптической орбиты после второго включения третьей ступени ракеты — 22 тыс. км, после чего предусматривался перевод третьей ступени на орбиту с апогеем 517 тыс. км.
Основные данные
| Название полета: | Apollo 6 |
| Обозначение: | AS-502 |
| Ракета: | «Сатурн-5» SA-502 |
| Командный модуль: | CM-020 |
| Служебный модуль: | SM-014 |
| Лунный модуль: | LTA-2R (макет) |
| Масса корабля: | 36,9 т, из них орбитальный корабль 25,1 тонны, макет лунного модуля 11,8 тонны |
| Пусковая площадка: | 39A |
| Дата и время пуска: | 4 апреля 1968 г., 12:00 UTC |
| Дата и время посадки: | 4 апреля 1968 г., 21:57 UTC |
| Продолжительность полета: | 9 ч 57 мин |
| Количество витков: | 3 |
| Опорная орбита: | 362 х 178 км, наклонение 32,5 градусов |
| Предыдущий полет: «Аполлон-5» | Следующий полет: «Аполлон-7» |
Полет
Через примерно 2 минуты посте старта ракета испытывала сильные колебания «пого» около полуминуты, до выключения двигателей первой ступени. После включения двигателей второй ступени на 6-й минуте двигатель № 2 частично потерял тягу и через полторы минуты выключился. Почти сразу выключился двигатель № 3. Чтобы компенсировать преждевременное выключение двух двигателей, оставшиеся три проработали на минуту дольше расчетного.
Двигатель третьей ступени при первом включении работал почти нормально (позже была выявлена небольшая потеря эффективности). Для компенсации недорабатывания второй ступени третья ступень проработала на полминуты дольше расчетного, чтобы вывести связку на низкую орбиту. В результате произошел перерасход топлива третьей ступени на 10 тонн. Это исключило запланированный перевод третьей ступени на высокоэллиптическую орбиту. Параметры опорной орбиты оказались 178 км х 362 км вместо запланированных 185 х 185 км.
После двух витков на низкой орбите, во время которых производились проверки систем ракеты и корабля, должен был повторно включиться двигатель третьей ступени. В лунных экспедициях это включение отправляло корабль с астронавтами к Луне. Однако двигатель повторно включить не удалось, и корабль был отделен от третьей ступени на низкой орбите. Для выполнения задач полета было решено отправить корабль на эллиптическую орбиту с высоким апогеем с помощью его собственного двигателя. Двигатель корабля был включен примерно на 7 мин. 20 секунд (дольше, чем требовалось в любой пилотируемой экспедиции к Луне), в результате апогей увеличился до 22,2 тыс. км. Однако при этом было израсходовано почти все топливо (его оставалось менее чем на полминуты работы двигателя), и это не позволило в дальнейшем разогнать корабль на нисходящей ветви до второй космической скорости. Скорость входа в атмосферу составила ~ 10,0 км/с, на 1,2 км/с меньше расчетной.
Место посадки отстояло на ~ 90 км от расчетной точки. Командный модуль корабля был спасен экипажем авианосца «Окинава». Модуль экспонируется в Научном центре Fernbank, пригород Атланты, штат Джорджия. [1, 2]
Съемки
Разделение первой и второй ступени ракеты было заснято специальными камерами. Лишь одна из них была спасена из-за проблем с радиомаяком у второй капсулы. Эти съемки фигурируют во многих фильмах о полетах «Аполлонов» к Луне (например, в фильме «Для всего человечества»). Кадры старта «Аполлона-6» легко можно отличить от кадров стартов других «Аполлонов» по цвету служебного модуля: у «Аполлона-6» он был белым, во всех остальных полетах — серебристым. [1]
Причины проблем и их устранение
«Пого» на первой ступени
Проблема колебаний первой ступени была ясна с самого начала: «пого». Эти низкочастотные продольные колебания связаны с совпадением частот неустойчивостей горения в камерах сгорания двигателей и собственных частот колебания топливных магистралей и ракетной ступени. Такое совпадение приводит к резонансному усилению колебаний. В предыдущем полете ракеты, на «Аполлоне-4», уровень колебаний был очень низким, даже ниже, чем в полетах «Джемини». Этот факт связали с тем, что в полете «Аполлона-6» габаритно-весовой макет лунного модуля лучше соответствовал настоящему модулю, кроме того, собственные частоты двух двигателей в этом полете способствовали усилению колебаний.
Исследования показали, что величина колебаний на «Аполлоне-6» была выше уровня, который приемлем в пилотируемом полете (если бы он оказался ниже, ракету можно было бы пускать с людьми и не решая проблему «пого»). Система обнаружения неполадок выдала один сигнал на автоматическое прекращение полета (если был бы выдан второй сигнал, полет был бы прекращен). Астронавты и руководители программы были против автоматического прекращения полета по причине «пого», поэтому для командира экипажа на пульт управления был установлен специальный индикатор продольных колебаний. При необходимости командир мог бы принять решение об аварийном прекращении полета.
Для борьбы с «пого» требуется исключить совпадение частот колебаний в камере сгорания и собственных частот магистралей. Для этого был применен впрыск гелия в трубопроводы подачи к двигателям жидкого кислорода (с расходом несколько грамм в секунду). Клапаны на соответствующих магистралях, расположенные непосредственно над двигателями, работали как аккумуляторы гелия и демпфировали колебания. Техническое решение было испытано на первой ракетной ступени на стенде в Космическом центре Маршалла и оказалось совершенно удовлетворительным: колебаний больше не наблюдалось. Затем оно было проверено также на двигательном стенде на базе Эдвардс. [1, 2, 3]
Проблема «пого» не была, однако, решена окончательно. Она возникала и в последующих полетах «Сатурна-5», в том числе на второй ступени (начиная с «Аполлона-8»). Для ее решения прибегали к более раннему выключению центрального двигателя второй ступени (впервые на «Аполлоне-10»), на «Аполлоне-13» из-за «пого» центральный двигатель второй ступени отключился преждевременно, на «Аполлоне-14» для центрального двигателя второй ступени был установлен специальный демпфер (который был разработан еще раньше, но его уже нельзя было поставить на готовую ракету).
Однако в целом после принятых по результатам полета «Аполлона-6» мер проблема «пого» уже не была столь серьезной.
Преждевременное выключение двигателей второй ступени и проблемы с третьей ступенью.
Преждевременное выключение двигателя № 2 второй ступени произошло из-за разрыва гибкого шланга подачи жидкого водорода во вспомогательное воспламенительное устройство. Оказалось, что при наземных испытаниях воздух, конденсировавшийся на охлажденном жидким водородом шланге, значительно демпфировал вибрацию шланга, а также дополнительно защищал магистрали от прогорания. При испытаниях в вакууме шланг очень сильно дрожал и прорывался вскоре после установления наивысшего уровня расхода через него. Исследование показало, что небольшое падение эффективности у двигателя третьей ступени тоже могло быть связано с повреждением шланга, оно же воспрепятствовало повторному запуску двигателя.
Проблема была решена путем замены гибкого шланга на более прочную стальную петлеобразную трубу.
Выключение двигателя № 3 почти сразу после двигателя № 2 было вызвано ошибкой монтажа, в результате которого команда на выключение двигателя № 2 привело к одновременному выключению двигателя № 3. Была введена более строгая система маркировки и контроля. [1, 2, 3]
Повреждение адаптера лунного модуля
Сразу после усиления колебаний «пого» обнаружилось, что один из лепестков адаптера лунного модуля отвалился. На аэросъемке, проведенной с самолета, были заметны отделяющиеся в районе адаптера обломки, разрушение было замечено и на съемках, сделанных кораблем после отделения на орбите от третьей ступени. Было обнаружено, что повреждение произошло из-за роста давления внутри сотовой структуры адаптера при нагреве во время полета: расширяющийся воздух не имел выхода и разрушил структуру. Для решения проблемы адаптер снаружи был покрыт слоем пробки в качестве теплозащиты, также прибегли к высверливанию отверстий для выравнивания давлений. [1, 2, 3]
Выполнение задач полета
Главные задачи
- Демонстрация структурной и температурной целостности и совместимости ракеты-носителя и корабля. Подтверждение нагрузок при запуске и динамических характеристик. (Выполнено частично.)
- Демонстрация отделения:
a) второй ступени от первой (по двум плоскостям) (Выполнено.)
b) третьей ступени от второй (Выполнено.) - Проверка работоспособности следующих подсистем ракеты-носителя: двигательной (включая повторный запуск третьей ступени), управления и наведения (оптимальный впрыск), электрической. (Выполнено частично.)
- Оценить работу системы обнаружения неполадок ракеты-носителя в замкнутом контуре. (Выполнено.)
- Продемонстрировать оборудование поддержки полета и операции, необходимые для пуска, проведения полета и спасения командного модуля. (Выполнено.)
Таким образом, из пяти главных задач полета три были выполнены полностью и две — частично.
В детальном расписании главных и обязательных задач:
Ракета-носитель: из 16 задач 9 выполнены, 6 выполнены частично, 1 не выполнена.
Корабль: из 15 задач 13 выполнены, 2 выполнены частично. [5]
Второстепенные задачи
Ракета-носитель: из 2 задач 2 выполнены.
Корабль: из 16 задач 16 выполнены. [5]
Документы и материалы о полете «Аполлона-6»
Saturn V Launch Vehicle Flight Evaluation Report-AS-502 Apollo 6 Mission — отчет о полете ракеты «Сатурн-5» AS-502, НАСА, 25 июня 1968 года.
«Аполлон-6» и конспирология
Основная статья: Претензии к надежности «Сатурна-5»
В теориях «лунного заговора» «Аполлон-6» нередко упоминается в связи с претензиями к якобы недостаточной испытанностью техники. Суть претензий состоит в том, после не вполне успешного полета ракеты «Аполлона-6» следующий полет «Сатурна-5» состоялся с людьми, причем к Луне (экспедиция «Аполлона-8»). Однако эти претензии большей частью не оправданы, поскольку ракета «Аполлона-6» хотя и имела ряд серьезных проблем, тем не менее, продемонстрировала свою живучесть, а главное, безопасность для людей. Ни одна из имевших место неисправностей не могла привести к гибели или серьезному ущербу для здоровья экипажа, а сама ракета, хотя и не смогла доставить корабль на заданную орбиту, тем не менее, вывела его на низкую околоземную орбиту без повреждений. Если бы в корабле находились люди — они остались бы живы, не пострадали бы из-за произошедших на ракете отказов и смогли бы безопасно вернуться на Землю. Кроме того, экипаж «Аполлона-8» имел возможность катапультироваться в случае критических отказов ракеты.
