Лунный модуль (или лунный корабль, или лунный отсек, англ. Lunar Module, LM; раннее название англ. LEM — Lunar Excursion Module) — составная часть корабля «Аполлон», предназначена для доставки двух астронавтов на поверхность Луны с лунной орбиты и их возвращения на лунную орбиту с последующей стыковкой с орбитальным кораблем. Фактически представлял собой отдельный двухместный двухступенчатый корабль.
Во время старта к Луне с помощью ракеты «Сатурн-5» лунный модуль находился внутри адаптера, на пути к Луне производилась перестыковка: орбитальный корабль отделялся от адаптера, стыковался с лунным модулем и извлекал его из адаптера, после чего связка продолжала полет к Луне в состыкованном состоянии. На окололунной орбите модуль с двумя астронавтами (находившимися внутри взлетной ступени) отстыковывался, производил посадку на поверхность с помощью двигателя посадочной ступени. По окончании работы на поверхности астронавты возвращались во взлетную ступень, которая, оставив посадочную ступень на Луне, стартовала на окололунную орбиту. При этом посадочная ступень использовалась в качестве стартового стола. На орбите взлетная ступень стыковалась с орбитальным кораблем, и астронавты возвращались в командный модуль. Перед отлетом к Земле взлетная ступень снова отстыковывалась и в дальнейшем падала на Луну.
Темы, связанные с лунным модулем
Основные данные
| Производитель: | Grumman Aircraft Engineering |
| Высота: | 6,37 м |
| Диаметр: | 4,27 м |
| Ширина по диагональным стойкам шасси: | 9,07 м |
| Полная масса: | до 16,5 тонн (в последних экспедициях «Аполлон-15, -16, -17»; в первых от 14,0 тонн — «Аполлон-12») |
| Масса посадочной ступени: | около 11,7 тонн1 |
| Масса взлетной ступени: | около 4,5 тонн2 |
| Двигатели: | |
| Посадочная ступень: | тяга 476 кгс — 4760 кгс, удельный импульс около 300 с |
| Взлетная ступень: | тяга 1590 кгс, удельный импульс ок. 300 с |
| Система управления: | 16 двигателей (в 4 блоках), тяга по 45,5 кгс, удельный импульс около 240 с |
| Топливо: | горючее — аэрозин-50 (смесь 50/50 гидразина и несимметричного диметилгидразина), окислитель — четырехокись азота (N2O4) |
| $\Delta V$: | 4700 м/с |
| Экипаж: | 2 человека |
| Жилой объем: | 6,6 куб. м |
| Атмосфера: | чистый кислород, давление 1/3 атм. |
| Время автономной работы: | до 72 часов (в последних экспедициях) |
Конструкция
Лунный модуль состоит из двух ступеней: посадочной и взлетной. Жилой является только взлетная ступень, она также содержит все системы управления и большую часть других систем. Посадочная ступень служит для торможения корабля при сходе с окололунной орбиты, для обеспечения его посадки, а также содержит научные приборы и другое оборудование, основная часть которого остается на Луне после отлета экипажа.
Посадочная ступень
Основная статья: посадочная ступень
Посадочная ступень представляет собой негерметичную восьмиугольную раму (высота 3,2 м, диаметр 4,3 м), снабженную складывающимся четырехногим шасси для мягкой посадки на поверхность. В центре посадочной ступени находится двигатель с регулируемой тягой (в диапазоне 10 % — 100 %). В боковых отсеках расположены баки с топливом, посадочный радар, электробатареи, баки с водой, гелием для наддува и кислородом. Там же находятся отсеки с научным оборудованием и приборами (в последних трех экспедициях также лунный ровер в сложенном виде). Ступень окружена тепловым и микрометеорным защитным экраном из многослойного майлара и алюминия.
Взлетная ступень
Основная статья: взлетная ступень
Взлетная ступень состоит из 3 основных отсеков: герметичные отсек экипажа и центральный отсек, а также негерметичный задний отсек оборудования. Высота взлетной ступени 3,4 м, диаметр 4,3 м. На боковой поверхности на выносных фермах находятся 4 блока двигателей реактивной системы управления по 4 двигателя в каждом блоке. Сверху располагаются антенны системы связи (S-диапазон и УКВ). Снаружи ступень покрыта тепловым и микрометеорным экранами. Отсек экипажа представляет собой лежащий на боку цилиндр диаметром 2,35 м и длиной 1,07 м (объем 4,6 м3). Отдельно располагаются баки с топливом и окислителем, с баллоны с газом наддува (гелий), баки с жидким кислородом, емкости с водой и другое оборудование.
Два рабочих места для астронавтов снабжены пультами управления и приборными досками. Кресел нет, вместо них имеется система привязи астронавтов. Перед каждым астронавтом располагается треугольное окно переднего обзора. В крыше имеется прямоугольное окно для наблюдения за процессом стыковки и телескопом для ориентирования по звездам. В передней стенке отсека экипажа имеется квадратный люк, открывающийся внутрь, размером 0,81 м х 0,81 м. В нижней части ступени расположен взлетный ЖРД. В верхней части располагается туннельное кольцо, которое соединяется со стыковочным кольцом командного отсека. Ступень окружена тепловым и микрометеорным защитным экраном из многослойного майлара, покрытого снаружи одним тонким слоем алюминия. [3]
Взлетная ступень прикреплена в четырех точках к посадочной ступени с помощью пирозамков, разрывающихся при разделении ступеней. Имеется также канал, через которые проходят электрические и другие коммуникации, связывающие ступени.
Схема
1 Люк стыковочного узла отсека экипажа и лунной кабины.
2 Люк для входа в герметизированную кабину.
3 Две антенны метрового диапазона.
4 Бак окислителя для двигателей системы ориентации (N2O4).
5 Блок автоматики.
6 Бачок с водой.
7 Баллон с гелием для вытеснительной системы подачи топлива в двигатели системы ориентации.
8 Бак горючего для двигателей системы ориентации.
9 Бак горючего для основного двигателя взлетной ступени.
10 Блок двигателей системы ориентации.
11 Радиоизотопная энергетическая установка.
12 Телескопическая стойка посадочного шасси.
13 Тарельчатая опора посадочного шасси.
14 Поперечный элемент шасси.
15 Бак горючего основного двигателя посадочной ступени (2 шт.).
16 Двигатель посадочной ступени с регулируемой тягой.
17 Бак с окислителем двигателя посадочной ступени (2 шт.).
18 Выдвижная антенна диапазона S (используется на поверхности Луны).
19 Посадочная ступень.
20 Лестница для спуска астронавтов на поверхность Луны.
21 Теплоизоляция.
22 Площадка с поручнями.
23 Основной двигатель взлетной ступени.
24 Автономная ранцевая система жизнеобеспечения.
25 Дефлекторы для отклонения истекающих газов из сопла.
26 Вентилятор для обеспечения циркуляции кислорода в кабине.
27 Проблесковый источник света.
28 Пульт управления лунной кабиной.
29 Антенна диапазона S, используемая во время полета.
30 Антенна радиолокатора, обеспечивающего встречу на орбите.
31 Поворотная антенна диапазона S.
[4]
История
Необходимость в отдельном корабле для посадки на Луну возникла после того, как было принято решение об однопусковой схеме полета со встречей на лунной орбите. Первоначальное название лунного модуля (англ. Lunar Module, LM) было «лунный экскурсионный модуль», (англ. Lunar Excursion Module, LEM), нынешнее название появилось позже. Тем не менее, аббревиатура «LEM» до сих пор встречается в литературе.
Лунный модуль был разработан и сконструирован фирмой «Грумман» (Grumman Aircraft Engineering), которая получила контракт на разработку в сентябре 1962 года. Субподрядчиками выступили Bell Aerosystems (двигатель взлетной ступени), Hamilton Standard (системы жизнеобеспечения и контроля внутренней), Marquardt (двигатели системы управления) и «Рокетдайн» (Rocketdyne) (двигатель посадочной ступени). Параллельно в 1963 году двигатель посадочной ступени был заказан у Space Technology Laboratories, в 1965 году контракт с «Рокетдайном» был расторгнут. Система управления, навигации и контроля разрабатывалась Инструментальной лабораторией Мичиганского технического университета, компьютер был изготовлен фирмой Raytheon. Резервная навигационная система разрабатывалась в TRW.
В первоначальных проектах конструкции присутствовали большие окна и сиденья для астронавтов. Современный вид модуль приобрел в начале 1963 года, когда были определены конструкции взлетного и посадочного двигателя. Впоследствии для уменьшения массы и повышения безопасности конструкция несколько раз пересматривалась. Сиденья были удалены, окна были уменьшены, конструкция облегчена. Первоначально предполагалось, что источником электропитания будут топливные элементы разработки Pratt and Whitney, однако в начале 1965 года они были заменены батареями. Также первоначальные варианты шасси предполагали три ноги; впоследствии их число увеличили до пяти (чтобы повысить устойчивость в случае повреждения одной из ног), однако ради уменьшения веса число ног в окончательном варианте свелось к четырем.
Чтобы обучиться летать и совершать посадку на лунном модуле, астронавты упражнялись на специально построенных для этого аппаратах вертикального взлета и посадки, система управления которых была подобна системе управления модуля. В исследовательском центре Лэнгли был сооружен портальный кран высотой около 60 метров и длиной около 120 метров. Испытательный аппарат подвешивался под этим краном и мог управляться посредством движения крана.
После беспилотных и пилотируемых испытаний (см. следующий раздел) лунный модуль совершил первую посадку на Луну в полете «Аполлона-11», астронавты выполнили один краткосрочный выход на поверхность. «Аполлон-12» и «Аполлон-14» совершили точную посадку с помощью усовершенствованных компьютеров и улучшенной техники управления. В апреле 1970 года лунный модуль сыграл роль «спасательной шлюпки» для астронавтов «Аполлона-13», когда на пути к Луне произошел взрыв кислородного бачка в служебном модуле. Астронавты воспользовались системой жизнеобеспечения и энергетическими ресурсами лунного модуля, а также корректировали траекторию с помощью двигателя посадочной ступени. В экспедициях «Аполлона-15, -16, -17» лунный модуль был значительно доработан, чтобы обеспечить работу астронавтов на поверхности Луны в течение трех суток с тремя выходами на поверхность. Сопло посадочного двигателя было снабжено 254-миллиметровым насадком для увеличения удельного импульса, возрос объем баков посадочной ступени, время маневрирования также возросло за счет изменения схемы посадки. Научного оборудования стало больше. Был добавлен электрический автомобиль («ровер»), который находился в сложенном состоянии в грузовом отсеке посадочной ступени; после посадки астронавты извлекали его и раскладывали. [1]
Испытания
«Аполлон-5»
Основная статья: «Аполлон-5»
Первым беспилотным испытанием лунного модуля был полет «Аполлон-5» 22 января 1968 года.
«Аполлон-9»
Основная статья: «Аполлон-9»
Первым пилотируемым испытанием лунного модуля был полет «Аполлон-9» 3 марта 1969 года. Корабль «Аполлон-9», включавший в себя орбитальный корабль и лунный модуль, был запущен на околоземную орбиту ракетой «Сатурн-5». Программа полета предусматривала испытания всех систем лунного модуля на околоземной орбите, маневрирование и перестроение орбитального корабля и лунного модуля, отработку навигации и управления при встрече и стыковке лунного модуля с орбитальным кораблем.
После старта на втором витке было произведено перестроение кораблей: орбитальный корабль отделился от адаптера и пристыковался к лунному модулю, а затем извлек его из адаптера. 4 марта с помощью колебаний (специально возбуждаемых двигателем орбитального корабля) была проверена прочность стыковочного узла. Было выпущено посадочное шасси лунного модуля. Затем примерно на 6 минут был включен двигатель посадочной ступени, в результате чего лунный модуль получил приращение скорости около 0,5 км/с. Переход астронавта из лунного модуля в орбитальный корабль через открытый космос (для проверки возможности аварийного возвращения в орбитальный корабль после взлета с Луны, если не удастся состыковать лунный корабль и основной блок или если после стыковки не удастся открыть внутренний люк в туннеле перехода) был заменен на выход в открытый космос через люк лунного модуля.
7 марта было осуществлено отделение лунного модуля от орбитального корабля, модуль с двумя астронавтами осуществил самостоятельный полет, была сброшена посадочная ступень, а взлетная ступень, управляемая астронавтами, осуществила встречу и стыковку с орбитальным кораблем. Лунный модуль находился в самостоятельном полете около 6,5 часов. В ходе эксперимента несколько раз включались двигатели посадочной и взлетной ступени. После стыковки взлетная ступень была отделена от орбитального корабля. Орбитальный корабль был отведен примерно на 1 километр, после чего по команде с Земли был включен двигатель взлетной ступени примерно на 6 минут до полного израсходования топлива для имитации взлета с Луны; приращение скорости взлетной ступени составило около 2,3 км/с.
По программе командный модуль должен был произвести посадку в Атлантическом океане на 370 км юго-западнее Бермудских островов, но вследствие неблагоприятной погоды место посадки было перенесено на несколько сот километров.
Полет «Аполлона-9» длился около 10 дней. [3]
«Аполлон-10»
Основная статья: «Аполлон-10»
Первым полетом к Луне и лунного модуля был полет «Аполлона-10» 18 мая 1969 года; это было последнее испытание модуля перед посадкой. Корабль «Аполлон», включавший в себя орбитальный корабль и лунный модуль, был запущен на околоземную орбиту ракетой «Сатурн-5». Программа полета предусматривала испытания всех этапов экспедиции с высадкой на Луну, за исключением этапа торможения и посадки на Луну и взлета с Луны. Программа испытаний модуля включала в себя проведение всех маневров на орбите спутника Луны с проведением всех маневров, необходимых для посадки на Луну и снижения до высоты 15 км над поверхностью Луны, проверку управления лунным кораблем основной и аварийной системами навигации и управления; испытания радиолокатора встречи на орбите на дальности около 600 км; испытания посадочного радиолокатора в течение 800 сек, модуль дважды проходил над будущим местом посадки «Аполлона-11»; осмотр и фотографирование места будущей посадки «Аполлона-11», изучение ориентиров на подходе к месту посадки.
Через 3 дня после старта на ракете «Сатурн-5» орбитальный корабль с пристыкованным лунным модулем вышли (с помощью двигателя орбитального корабля) на окололунную орбиту с параметрами примерно 310 км х 110 км. После двух витков орбита была скруглена, итоговая высота составила около 110 км. 22 мая лунный модуль отстыковался от орбитального корабля и начал самостоятельное маневрирование. Астронавты включили двигатель посадочной ступени и перевели модуль на эллиптическую траекторию снижения 113 км х 14 км. Вблизи периселения были проведены испытания посадочного радиолокатора, а также наблюдения места будущей посадки «Аполлона-11». Из-за гравитационных аномалий поля Луны лунный модуль не прошел точно над местом посадки, как планировалось, а отклонился к югу на несколько километров.
После прохождения периселения двигатель посадочной ступени перевел модуль на фазирующую орбиту 360 км х 22 км. Когда модуль вторично проходил над местом посадки «Аполлона-11», то он оказался позади орбитального корабля в положении, соответствующем имитации взлета с поверхности Луны после посадки. На высоте 22 км над местом посадки «Аполлона-11» была сброшена посадочная ступень, а взлетная ступень была уведена на безопасное расстояние. Внезапно ступень начало бросать в разные стороны, поворачивать по крену и тангажу. Командир лунного модуля Стаффорд выключил автопилот и с помощью ручного управления стабилизировал взлетную ступень. Наиболее вероятной причиной произошедшего было ошибочное положение тумблера управления.
После стабилизации взлетной ступени начались операции по сближению и встрече с орбитальным кораблем. После нескольких маневров взлетная ступень перешла на концентрическую орбиту с постоянной разностью высот 28 км ниже орбиты корабля. Затем было произведено сближение кораблей. Через 8 часов после начала самостоятельных маневров взлетная ступень состыковалась с орбитальным кораблем. После возвращения астронавтов из взлетной ступени в командный модуль взлетная ступень была отстыкована от корабля. По команде с Земли был включен двигатель взлетной ступени до полного израсходования топлива, чтобы перевести ее на гелиоцентрическую орбиту. Еще через сутки орбитальный корабль стартовал к Земле. Посадка произошла 26 мая в Тихом океане вблизи авианосца «Принстон».
В полете успешно прошли испытания всех систем лунного модуля — двигательных установок, посадочной и взлетной ступеней, основной и аварийной системы навигации и управления и радиооборудования, астронавты приобрели опыт навигации и управления модулем на лунной орбите.
Полет «Аполлона-10» длился около 8 дней. [3]
Экземпляры
| Номер | Название | Использование | Дата пуска | Текущее местонахождение |
| LM-1 | «Аполлон-5» | 22 января 1968 года | сгорел в атмосфере | |
| LM-2 | не летал | экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики, Вашингтон | ||
| LM-3 | Spider («Паук») | «Аполлон-9» | 3 марта 1969 года | сгорел в атмосфере |
| LM-4 | Snoopy («Любопытный») | «Аполлон-10» | 18 мая 1969 года | посадочная ступень упала на Луну, взлетная, после неудачной попытки перевести на гелиоцентрическую орбиту, оставлена на окололунной орбите и упала на Луну |
| LM-5 | Eagle («Орел») | «Аполлон-11» | 16 июля 1969 года | посадочная ступень на Луне, взлетная оставлена на окололунной орбите и упала на Луну |
| LM-6 | Intrepid («Неустрашимый») | «Аполлон-12» | 14 ноября 1969 года | посадочная ступень на Луне, взлетная упала на Луну по команде в определенном месте |
| LM-7 | Aquarius («Водолей») | «Аполлон-13» | 11 апреля 1970 года | сгорел в атмосфере |
| LM-8 | Antares («Антарес») | «Аполлон-14» | 31 января 1971 года | посадочная ступень на Луне, взлетная упала на Луну по команде в определенном месте |
| LM-9 | не летал | экспонируется в Космическом центре им. Кеннеди, мыс Канаверал | ||
| LM-10 | Falcon («Сокол») | «Аполлон-15» | 26 июля 1971 года | посадочная ступень на Луне, взлетная упала на Луну по команде в определенном месте |
| LM-11 | Orion («Орион») | «Аполлон-16» | 16 апреля 1972 года | посадочная ступень на Луне, взлетная оставлена на окололунной орбите и упала на Луну |
| LM-12 | Challenger («Вызывающий») | «Аполлон-17» | 7 декабря 1972 года | посадочная ступень на Луне, взлетная упала на Луну по команде в определенном месте |
| LM-13 | не летал (экспедиция отменена) | не достроен; восстановлен и экспонируется в музее «Колыбель авиации», Нью-Йорк | ||
| LM-14 | не летал (экспедиция отменена) | не достроен; возможно, детали включены в экземпляр модуля, экспонируемого в музее им. Франклина, Филадельфия | ||
| LM-15 | не летал (экспедиция отменена) | уничтожен |
