Utente:Harlock81/Prova4

Svolgimento di una missione lunare tipo

Schema dello svolgimento di Apollo 15, una missione lunare tipo.

Finestra di lancio e sito di allunaggio

Le sei missioni lunari Apollo furono pianificate in modo tale che gli astronauti tentassero l'allunaggio nelle prime fasi del giorno lunare (che ha una durata di 28 giorni terrestri). Avrebbero così beneficiato di una luce ottimale per individuare il campo di atterraggio (tra 10 e 15 gradi di elevazione sopra l'orizzonte, a seconda della missione) e di temperature relativamente moderate. Per rispettare queste condizioni, la finestra di lancio da Terra risultava essere ridotta ad un unico giorno al mese per ogni sito di allunaggio.

I siti prescelti si trovarono sempre sulla faccia rivolta verso la Terra, in modo che non si verificasse l'interruzione delle comunicazioni con il centro di controllo, ma mai troppo lontani dalla fascia equatoriale della Luna al fine di ridurre il consumo di carburante.

Lancio e inserimento in orbita terrestre

Lancio di Apollo 12

Il razzo sarebbe decollato dal complesso di lancio 39 del Kennedy Space Center. Il lancio del razzo di 3000 tonnellate sarebbe stato uno spettacolo particolarmente impressionante: i cinque motori del primo stadio sarebbero stati accesi quasi contemporaneamente e avrebbero consumato circa 15 tonnellate di carburante al secondo. Dopo che il computer avesse verificato che il motore avesse raggiunto la potenza nominale, il razzo sarebbe stato rilasciato dalla rampa di lancio, grazie a dei bulloni esplosivi. La prima fase di ascesa sarebbe stata molto lenta, si pensi che per lasciare completamente la rampa si sarebbero impiegati quasi dieci secondi. La separazione del primo stadio S1-C sarebbe avvenuta dopo 2 minuti e mezzo dal lancio, ad una altitudine di 56 km e ad una velocità di Mach 8 (10.000 km/h). Poco dopo sarebbero stati accesi i motori del secondo stadio S-II e successivamente espulsa la torre di salvataggio (LES) in quanto non sarebbe più servita, poiché il veicolo spaziale si sarebbe trovato sufficientemente alto per poter abbandonare il razzo vettore senza il suo utilizzo.

Il secondo stadio sarebbe stato rilasciato a sua volta ad una quota di 185 km e quando avesse raggiunto una velocità di 24.000 km/h. Il terzo stadio, S-IVB, starebbe stato messo quindi in funzione per 10 secondi al fine di raggiungere un'orbita circolare. L'orbita di percheggio dunque sarebbe stata raggiunta undici minuti e mezzo dopo il decollo.

Viaggio verso la Luna

Il modulo di comando ruota di 180°, si aggancia al LEM e lo estrae dal suo alloggiamento.

Raggiunta l'orbita bassa, la navicella Apollo (CSM e LEM) avrebbe compiuto un giro e mezzo intorno alla Terra, ancora agganciata al terzo stadio del razzo; quindi, una nuova accensione del motore avrebbe inserito il complesso in un'orbita di trasferimento verso la Luna. All'accensione avrebbe corrisposto un incremento della velocità di 3,040 m/s (10.000 km/h). Poco dopo la fine dell'accensione, il Modulo di Comando e Servizio (CSM) si sarebbe staccato dal resto del complesso, avrebbe compiuto una rotazione di 180° ed agganciato il modulo lunare (LEM), ancora situato nel suo alloggiamento ricavato nel razzo. Controllato l'allineamento e pressurizzato il LEM, lo si sarebbe estratto, ad una velocità di 30 cm/s, grazie a delle molle pirotecniche situate sulla sua carenatura. Il terzo stadio, ormai vuoto, avrebbe quindi iniziato una traiettoria differente, andando, a seconda della missione, in orbita solare o a schiantarsi contro la Luna

Durante il viaggio di 70 ore verso la Luna, avrebbero potuto essere effettuate delle modifiche alla traiettoria al fine di ottimizzare il consumo finale di propellente. Sul veicolo sarebbe stata immagazzinata una quantità relativamente elevata di combustibile, superiore a quanto sarebbe stato necessario per compiere tali manovre. Soltanto il 5% del quantitativo presente a bordo, infatti, sarebbe stato effettivamente impiegato per le correzioni di rotta. La navetta, inoltre, sarebbe stata posta in lenta rotazione intorno al proprio asse longitudinale, in modo da limitare il riscaldamento, riducendo il periodo di esposizione diretta verso il Sole.

In prossimità della Luna, sarebbe stato acceso il motore del modulo di servizio per frenare la navetta e metterla in orbita lunare. Nel caso in cui l'accensione non fosse riuscita, la navetta, dopo aver compiuto una orbita intorno alla Luna, avrebbe ripreso autonomamente la via della Terra, senza dover utilizzare i motori. La scelta di questa traiettoria di sicurezza contribuì alla salvezza della missione Apollo 13. Poco dopo il motore del modulo di comando-servizio sarebbe stato azionato ulteriormente per posizionare il complesso su un'orbita circolare a 110 km di altezza.

Discesa e atterraggio sulla Luna

Lo schema rappresenta le ultime fasi della discesa del LEM sulla Luna.

La discesa verso la Luna sarebbe avvenuta in gran parte grazie al sistema di guida, navigazione e controllo (PGNCS) controllato dal computer di bordo (LGC). Questo dispositivo sarebbe stato in grado sia di determinare posizione e traiettoria della navetta grazie ad un sistema inerziale e ad un sistema radar (funzione navigazione) e, calcolando il percorso da seguire mediante i suoi programmi pilota, dirigere la spinta e la potenza del motore (funzione guida). Il pilota del modulo lunare avrebbe potuto, tuttavia, agire in qualsiasi momento correggendo la rotta e al limite anche prendere pieno controllo della navetta. Tuttavia solo il sistema di navigazione sarebbe stato in grado di ottimizzare il consumo di propellente, che altrimenti sarebbe finto prima di aver toccato il suolo lunare.

L'abbassamento dell'orbita

In una prima fase la quota del LEM si sarebbe ridotta da 110 a 15 km dalla superficie lunare, attraverso la trasformazione dell'orbita da circolare ad ellittica, con perilunio di 15 km ed apolunio di 110 km. Si avrebbe avuto così il vantaggio di riuscire a ridurre la distanza dalla superficie lunare attraverso un solo breve impulso del motore, con un basso consumo del propellente. Il limite dei 15 km era stato scelto per evitare che la traiettoria finale si avvicinasse troppo al suolo.

La fase avrebbe avuto inizio quando due dei tre astronauti dell'equipaggio avrebbero preso posto nel modulo lunare per scendere sulla Luna. Per prima cosa avrebbero inizializzato il sistema di navigazione e, una volta fatto, il modulo lunare e il modulo di comando-servizio si sarebbero separati. Quando la distanza tra i due avesse raggiunto alcune centinaia di metri, sarebbero stati azionati i motori del controllo di assetto del modulo lunare per orientare nella direzione del moto l'ugello del motore principale, che quando acceso, avrebbe impresso una decelerazione che avrebbe portato il LEM ad una velocità di circa 25 m/s.

Dalla missione dell'Apollo 14, al fine di preservare ulteriore propellente del modulo lunare, il modulo di comando accompagnò il LEM nella sua orbita ellittica e lo sganciava appena prima dell'inizio della fase di discesa frenata.

La discesa frenata

Raggiunta la quota di 15 km, avrebbe avuto inizio la fase di discesa frenata, caratterizzata dalla continua azione del motore di discesa del modulo lunare. Essa era ulteriormente decomposta in 3 fasi: la fase di frenata, la fase di approccio e la fase di atterraggio sulla superficie lunare.

La fase di frenata

Buzz Aldrin nel modulo lunare.

La fase di frenata sarebbe stato il momento in cui si sarebbe cercato di ridurre la velocità della nave spaziale nella maniera più efficace possibile: si sarebbe passati infatti da 1.695 m/s a 150 m/s. Il motore sarebbe stato acceso al 10% della potenza per 26 secondi, per favorire l'allineamento della sospensione cardanica del sistema di propulsione con il centro di gravità del modulo lunare; dopodiché sarebbe stato spinto alla massima potenza. La traiettoria del modulo lunare, all'inizio della spinta, sarebbe stata quasi parallela al terreno, per poi gradualmente aumentare la velocità verticale di discesa da zero fino ai 45 m/s raggiunti al termine della fase.

Ad una quota inferiore ai 12-13 km dalla superficie lunare, sarebbe stato attivato il radar di terra al fine di ricevere alcune informazioni (altitudine, velocità) che avrebbero consentito di verificare che il percorso fosse corretto. Fino a quel momento, infatti, la traiettoria sarebbe stata estrapolata utilizzando soltanto l'accelerazione misurata dal sistema inerziale. Un'eccessiva differenza tra le misure indicate dal radar e il percorso pianificato o il non funzionamento del radar stesso, sarebbero stati motivi per l'annullamento dell'allunaggio.

Fase di avvicinamento

La fase di avvicinamento sarebbe iniziata a 7 km dal sito preventivato di allunaggio, mentre il modulo lunare si sarebbe trovata ad una altitudine di 700 metri dal suolo. Questa fase avrebbe dovuto permettere al pilota di individuare con precisione la zona dove atterrare e di scegliere il percorso più adatto, evitando i terreni più pericolosi (ad esempio cercando di evitare crateri). Il punto di partenza di questa fase era designato come "high gate", un termine in uso comune in aeronautica.

Il modulo lunare, quindi, sarebbe stato gradualmente portato in posizione verticale, dando modo al pilota di avere una migliore visione del terreno. Sarebbe stato possibile individuare il punto di atterraggio a seconda del percorso intrapreso, grazie ad una scala graduata (Landing Point Designator, LPD) incisa su di un finestrino. Se il pilota avesse ritenuto che il terreno non fosse favorevole per l'atterraggio o corrispondente al punto previsto, avrebbe potuto correggere l'angolo di approccio, agendo sui comandi di assetto con incrementi di 0,5° in verticale o 2° in laterale.

Atterraggio sul suolo lunare

Alan Bean esce dal LEM

Quando il modulo lunare fosse sceso ad una altitudine di 150 metri, che lo avrebbe posizionato teoricamente ad una distanza di 700 metri all'esatto punto scelto, sarebbe iniziata la fase di atterraggio. Se la traiettoria fosse stata seguita correttamente, la velocità orizzontale e verticale sarebbero state rispettivamente di 55 km/h e 18 km/h. Era previsto che il pilota potesse pilotare il LEM in manuale oppure che ne lasciasse il controllo al computer di bordo, che disponeva di un programma relativo proprio a quest'ultima fase del volo. In funzione del propellente rimasto, il pilota avrebbe potuto avere circa 32 secondi aggiuntivi per far eseguire al LEM ulteriori manovre, come cambiare il punto di allunaggio. Durante quest'ultima fase del volo, il modulo lunare avrebbe potuto volare a punto fisso come un elicottero allo scopo di identificare meglio il sito. A 1,3 metri dal suolo, le sonde sotto le "zampe" di atterraggio del LEM avrebbero toccato il terreno e trasmesso l'informazione al pilota, che avrebbe dovuto portare al minimo il motore per evitare che il LEM potesse rimbalzare o ribaltarsi (l'ugello avrebbe quasi toccato il terreno).

La permanenza sulla Luna

La permanenza sulla Luna sarebbe stata caratterizzata dallo svolgimento di alcune attività extraveicolari: una sola per la missione Apollo 11 ma fino a tre per le ultime missione. Prima di ogni uscita dal modulo lunare, i due astronauti presenti a bordo avrebbero rifornito d'acqua e ossigeno il loro sistema portatile di supporto vitale (il Primary Life Support System) che sarebbe poi stato inserito nella loro tuta spaziale. Dopo aver creato il vuoto all'interno del modulo lunare, sarebbe stato aperto il portellone che avrebbe dava alla scala esterna.

Gli attrezzi e gli esperimenti scientifici che sarebbero stati utilizzati dagli astronauti durante la loro attività extraveicolare erano stivati nel modulo di discesa del LEM e da qui sarebbero stati estratti per essere piazzati attorno alla zona di allunaggio. A partire da Apollo 15, gli astronauti disposero anche di un rover lunare, un veicolo che gli permise di allontanarsi fino ad una dozzina di miglia dal LEM e di trasportare carichi pesanti. Il rover fu anch'esso stivato nella base del modulo lunare di discesa, ripiegato su di un pallet. Grazie ad un sistema di molle e pulegge veniva dispiegato e reso pronto all'uso.

Prima di lasciare la Luna, i campioni geologici collocati in contenitori, sarebbero stati issati, grazie all'utilizzo di un paranco, sul modulo di salita del LEM. Apparecchiature che non sarebbero state più necessarie (sistema portatile di sopravvivenza, telecamere, strumenti geologici, ecc..) sarebbero state abbandonate per alleggerire la navetta durante la fase di risalita.

L'ascesa e il rendezvous in orbita lunare

Schema di come avveniva il rendez-vous tra il LEM e il modulo di comando-servizio.

Rendezvous, in orbita lunare, del LEM e del CSM nella missione Apollo 10.

Nella fase di ascesa il LEM avrebbe raggiunto il modulo di comando che era rimasto ad attenderlo in orbita lunare con a bordo un astronauta. L'obbiettivo sarebbe stato realizzato in due sottofasi: la prima sarebbe consistita nel decollo dal suolo lunare e nell'immissione in orbita lunare bassa; da qui sarebbe inziata la seconda che, utilizzando accensioni ripetute del motore a razzo e il sistema di controllo di assetto, avrebbe portato il LEM ad allinearsi e agganciarsi al modulo di comando.

Prima del decollo, al fine di determinare la traiettoria migliore sarebbe stata inserita nel computer di bordo la posizione precisa del LEM sulla superficie lunare. La base del LEM, ovvero il modulo di discesa, sarebbe rimasto sulla Luna e avrebbe funto da rampa di lancio per il modulo superiore che, con a bordo gli astronauti, sarebbe decollato. La separazione sarebbe avvenuta grazie a delle piccole cariche pirotecniche che avrebbero tagliato i quattro punti in cui i due moduli erano collegati, tranciando anche i cavi e i tubi.

Dopo essere decollato, il modulo di ascesa avrebbe compiuto prima una traiettoria verticale per poi gradualmente inclinarsi al fine di raggiungere una orbita ellittica di 15×67 km.

Dopo l'aggancio tra le due navette, sarebbe iniziato il trasferimento delle rocce lunari e degli astronauti dal LEM al modulo di comando-servizio. Dopo che ciò fosse stato concluso, il LEM, sarebbe stato sganciato e immesso in una traiettoria che lo avrebbe portato a schiantarsi sulla Luna. La navicella composta da modulo di comando e di servizio, con a bordo i tre astronauti, avrebbe iniziato quindi il suo viaggio di ritorno verso la Terra. Apollo 16 e Apollo 17 rimasero in orbita lunare un giorno in più al fine di compiere alcuni esperimenti scientifici e di rilasciare un piccolo satellite, anch'esso per esperimenti, di 36 kg.

Ritorno sulla Terra

Per lasciare l'orbita lunare e immettere il veicolo spaziale su una traiettoria di ritorno verso la Terra, il motore principale del modulo di servizio avrebbe dovuto essere accesso per due minuti e mezzo e fornire un delta-v di circa 1.000 m/s. Questa era considerata una delle fasi più critiche, in quanto un malfunzionamento del motore o uno scorretto orientamento della spinta avrebbero condannato gli astronauti a morte certa. L'accensione del motore sarebbe avvenuta quando la navetta si fosse trovava sul lato della Luna opposto alla Terra. Poco dopo essersi immessi nella corretta traiettoria di rientro, sarebbe stata eseguita un'attività extraveicolare per recuperare le pellicole fotografiche dalle fotocamere poste sull'esterno del modulo di servizio.

Il viaggio di ritorno durava circa tre giorni, durante i quali sarebbero state eseguite alcune correzioni di rotta per ottimizzare l'angolo di ingresso in atmosfera e il punto di ammaraggio.

Recupero della navetta di Apollo 8 nelle acque dell'Oceano Pacifico.

Il modulo di servizio sarebbe stato sganciato ed abbandonato poco prima dell'ingresso in atmosfera, portando con sé il motore principale e la maggior parte delle forniture residue di ossigeno e energia elettrica. Il rientro sarebbe avvenuto con un angolo ben preciso, fissato a 6,5° con una tolleranza massima di 1°. Se l'angolo di ingresso fosse risultato essere troppo grande, lo scudo termico, che era progettato per resistere a temperature di 3.000 °C, avrebbe subito un riscaldamento eccessivo e ciò avrebbe condotto al suo cedimento ed alla distruzione del veicolo. Se, viceversa, l'angolo fosse stato troppo basso, la navetta sarebbe rimbalzata sul'atmosfera portandosi in una lunga orbita ellittica che avrebbe condannato l'equipaggio a non poter fare più ritorno a Terra.

Entrato in atmosfera, il modulo di comando avrebbe subito una decelerazione di 4 g, perdendo tutta la sua velocità orizzontale e scendendo con una traiettoria quasi verticale. A 7000 metri di altitudine, la protezione finale conica della navetta sarebbe stata espulsa e due piccoli paracadute sarebbero stati dispiegati per stabilizzarla e ridurre la sua velocità da 480 a 280 km/h. A 3000 metri, tre piccoli paracadute pilota sarebbero stati espulsi lateralmente per permettere di estrarre i tre principali che avrebbero permesso di completare dolcemente la discesa. La navetta sarebbe ammarata nell' oceano ad una velocità di 35 km/h. Subito i paracadute sarebbero stati rilasciati e sarebbero stati gonfiati tre palloni per impedire che la nave si girasse a portare la punta sotto l'acqua. Nei pressi del punto di ammaraggio avrebbero stazionato delle navi da recupero che provviste di elicotteri avrebbero raggiunto l'equipaggio e lo avrebbero trasportato a bordo. Successivamente sarebbe stato recuperato anche il modulo di comando e issato sul ponte di una portaerei.