Księżyc jest ciałem najbliższym Ziemi w przestrzeni kosmicznej, ze średnią odległością 238 857 mil (384 400 km). Pierwszą sondą, która przeleciała obok Księżyca, była rosyjska Luna 1, wystrzelona 2 stycznia 1959 r. Dziesięć lat i sześć miesięcy później misja Apollo 11 wylądowała Neil Armstrong i Edwin „Buzz” Aldrin na Morzu Spokoju 20 lipca 1969 r. Wyprawa na Księżyc to zadanie, które, parafrazując Johna F. Kennedy'ego, wymaga najlepszych sił i umiejętności.
Kroki
Część 1 z 3: Planowanie podróży
Krok 1. Planuj iść etapami
Pomimo popularnych w opowieściach science fiction statków rakietowych typu „wszystko w jednym”, wyprawa na Księżyc to misja, którą najlepiej podzielić na osobne części: osiągnięcie niskiej orbity okołoziemskiej, przeniesienie z Ziemi na orbitę księżycową, lądowanie na Księżycu i cofnięcie kroków wrócić na Ziemię.
- Niektóre historie science fiction, które przedstawiały bardziej realistyczne podejście do lądowania na Księżycu, przedstawiały astronautów udających się na orbitującą stację kosmiczną, gdzie zacumowane były mniejsze rakiety, które miały zabrać ich na Księżyc iz powrotem na stację. Ponieważ Stany Zjednoczone konkurowały ze Związkiem Radzieckim, takie podejście nie zostało przyjęte; stacje kosmiczne Skylab, Salut i Międzynarodowa Stacja Kosmiczna zostały zbudowane po zakończeniu projektu Apollo.
- W projekcie Apollo wykorzystano trzystopniową rakietę Saturn V. Najniższy pierwszy stopień podniósł zespół z wyrzutni na wysokość 42 mil (68 km), drugi stopień wystrzelił go prawie na niską orbitę okołoziemską, a trzeci zepchnął go na orbitę, a następnie w kierunku Księżyca.
- Projekt Constellation zaproponowany przez NASA na powrót na Księżyc w 2018 roku składa się z dwóch różnych dwustopniowych rakiet. Istnieją dwa różne projekty rakiet pierwszego stopnia: etap podnoszenia tylko dla załogi, składający się z pojedynczego pięciosegmentowego wzmacniacza rakietowego, Ares I, oraz etap podnoszenia z załogą i ładunkiem, składający się z pięciu silników rakietowych pod zewnętrznym zbiornikiem paliwa, uzupełniony o dwa pięciosegmentowe dopalacze rakietowe na paliwo stałe, Ares V. Drugi stopień dla obu wersji wykorzystuje silnik na paliwo jednociekłe. Ciężki zespół podnoszący przenosiłby księżycową kapsułę orbitalną i lądownik, do których astronauci byliby przeniesieni, gdy dwa systemy rakietowe zadokują.
Krok 2. Spakuj się na wycieczkę
Ponieważ księżyc nie ma atmosfery, musisz zabrać ze sobą własny tlen, aby mieć czym oddychać, gdy tam jesteś, a kiedy spacerujesz po powierzchni Księżyca, musisz mieć na sobie skafander kosmiczny, aby chronić się przed palącym skwarem dwutygodniowy dzień księżycowy czy otępiający chłód równie długiej księżycowej nocy – nie wspominając już o promieniowaniu i mikrometeoroidach, na które naraża powierzchnię brak atmosfery.
- Musisz też mieć coś do jedzenia. Większość żywności używanej przez astronautów w misjach kosmicznych musi być liofilizowana i zagęszczana, aby zmniejszyć ich wagę, a następnie odtwarzana przez dodanie wody po zjedzeniu. Muszą również być pokarmami wysokobiałkowymi, aby zminimalizować ilość odpadów ciała generowanych po jedzeniu. (Przynajmniej możesz je zmyć Tangiem.)
- Wszystko, co zabierasz ze sobą w kosmos, zwiększa wagę, co zwiększa ilość paliwa potrzebnego do podniesienia go i rakiety niosącej go w kosmos, więc nie będziesz w stanie zabrać w kosmos zbyt wielu rzeczy osobistych – a te księżycowe skały będą ważyć 6 razy więcej na Ziemi niż na Księżycu.
Krok 3. Określ okno uruchamiania
Okno startowe to przedział czasowy wystrzelenia rakiety z Ziemi, aby móc wylądować w żądanym obszarze księżyca w czasie, gdy będzie wystarczająco dużo światła do zbadania miejsca lądowania. Okno uruchamiania zostało właściwie zdefiniowane na dwa sposoby, jako okno miesięczne i okno dzienne.
- Comiesięczne okno startowe wykorzystuje miejsce planowanego lądowania względem Ziemi i Słońca. Ponieważ grawitacja Ziemi zmusza Księżyc do utrzymywania się tą samą stroną zwróconą w stronę Ziemi, misje eksploracyjne zostały wybrane w obszarach od strony Ziemi, aby umożliwić komunikację radiową między Ziemią a Księżycem. Czas należało również wybrać w momencie, gdy na lądowisku świeciło słońce.
- Codzienne okno startowe wykorzystuje warunki startu, takie jak kąt, pod jakim statek kosmiczny zostałby wystrzelony, osiągi rakiet wspomagających oraz obecność statku poniżej miejsca startu, aby śledzić postępy lotu rakiety. Na początku ważne były warunki oświetleniowe do startu, ponieważ światło dzienne ułatwiało nadzorowanie abortów na wyrzutni lub przed osiągnięciem orbity, a także możliwość dokumentowania abortów za pomocą fotografii. Ponieważ NASA zyskała więcej praktyki w nadzorowaniu misji, starty w świetle dziennym były mniej potrzebne; Apollo 17 został wystrzelony w nocy.
Część 2 z 3: Na księżyc lub biust
Krok 1. Ruszaj
Idealnie, rakieta skierowana na Księżyc powinna zostać wystrzelona pionowo, aby wykorzystać obrót Ziemi i pomóc jej osiągnąć prędkość orbitalną. Jednak w Projekcie Apollo NASA pozwoliła na możliwy zakres 18 stopni w obu kierunkach od pionu bez znaczącego narażania startu.
Krok 2. Osiągnij niską orbitę Ziemi
Unikając przyciągania ziemskiej grawitacji, należy wziąć pod uwagę dwie prędkości: prędkość ucieczki i prędkość orbitalną. Prędkość ucieczki to prędkość potrzebna do całkowitego uwolnienia się od grawitacji planety, podczas gdy prędkość orbitalna to prędkość potrzebna do wejścia na orbitę wokół planety. Prędkość ucieczki dla powierzchni Ziemi wynosi około 25 000 mph lub 7 mil na sekundę (40, 248 km/h lub 11,2 km/s), podczas gdy prędkość orbitalna na powierzchni wynosi. Prędkość orbitalna powierzchni Ziemi wynosi tylko około 18 000 mil na godzinę (7,9 km/s); osiągnięcie prędkości orbitalnej wymaga mniej energii niż prędkość ucieczki.
Co więcej, wartości prędkości orbitalnej i ucieczki spadają w miarę oddalania się od powierzchni Ziemi, przy czym prędkość ucieczki zawsze wynosi około 1,414 (pierwiastek kwadratowy z 2) razy prędkość orbitalna
Krok 3. Przejście na trajektorię trans-księżycową
Po osiągnięciu niskiej orbity okołoziemskiej i sprawdzeniu, czy wszystkie systemy statku działają, nadszedł czas na odpalenie silników i udanie się na Księżyc.
- W przypadku Projektu Apollo dokonano tego poprzez wystrzelenie silników trzeciego stopnia po raz ostatni, aby skierować statek kosmiczny w kierunku Księżyca. Po drodze moduł dowodzenia/obsługi (CSM) oddzielił się od trzeciego stopnia, zawrócił i zadokował z modułem wypraw księżycowych (LEM) przewożonym w górnej części trzeciego stopnia.
- W przypadku Projektu Constellation plan polega na tym, aby rakieta przenosiła załogę i jej dok kapsuł dowodzenia na niskiej orbicie okołoziemskiej, z etapem odlotu i lądownikiem księżycowym przyniesionym przez rakietę ładunkową. Następnie etap odlotu uruchomiłby swoje silniki i wysłałby statek kosmiczny na Księżyc.
Krok 4. Osiągnij orbitę księżycową
Gdy statek kosmiczny wejdzie w grawitację księżyca, odpal silniki, aby go spowolnić i umieścić na orbicie wokół księżyca.
Krok 5. Przenieś się do lądownika księżycowego
Zarówno Project Apollo, jak i Project Constellation zawierają oddzielne moduły orbitalne i lądujące. Moduł dowodzenia Apollo wymagał, aby jeden z trzech astronautów pozostał z tyłu, aby go pilotować, podczas gdy pozostali dwaj weszli na pokład modułu księżycowego. Kapsuła orbitalna Projektu Constellation została zaprojektowana do automatycznego uruchamiania, aby w razie potrzeby wszyscy czterej astronauci, których ma przewozić, mogli wejść na pokład lądownika księżycowego.
Krok 6. Zejdź na powierzchnię księżyca
Ponieważ księżyc nie ma atmosfery, konieczne jest użycie rakiet, aby spowolnić opadanie lądownika księżycowego do około 100 mil na godzinę (160 km/h), aby zapewnić nienaruszone lądowanie i jeszcze wolniej, aby zapewnić pasażerom miękkie lądowanie. Najlepiej byłoby, gdyby planowana powierzchnia lądowania była wolna od dużych głazów; dlatego jako miejsce lądowania Apollo 11 wybrano Morze Spokoju.
Krok 7. Eksploruj
Po wylądowaniu na Księżycu nadszedł czas, aby zrobić ten mały krok i zbadać powierzchnię Księżyca. Tam możesz zbierać księżycowe skały i pył do analizy na Ziemi, a jeśli zabrałeś ze sobą składany księżycowy łazik, tak jak robiły to misje Apollo 15, 16 i 17, możesz nawet hot-roda na powierzchni Księżyca z prędkością do 11,2 mph (18 km/h). (Nie zawracaj sobie jednak głowy obracaniem silnika; urządzenie jest zasilane z akumulatora, a i tak nie ma powietrza, które mogłoby przenosić dźwięk obracającego się silnika.)
Część 3 z 3: Powrót na Ziemię
Krok 1. Spakuj się i idź do domu
Po załatwieniu sprawy na Księżycu spakuj próbki i narzędzia i wejdź na pokład lądownika księżycowego na podróż powrotną.
Moduł księżycowy Apollo został zaprojektowany w dwóch etapach: opadania, aby sprowadzić go na Księżyc i wznoszenia, aby wynieść astronautów z powrotem na orbitę Księżyca. Etap zniżania został pozostawiony na Księżycu (podobnie jak łazik księżycowy)
Krok 2. Zadokuj do statku orbitującego
Moduł dowodzenia Apollo i kapsuła orbitalna Constellation zostały zaprojektowane, aby zabrać astronautów z Księżyca z powrotem na Ziemię. Zawartość lądowników księżycowych jest przesyłana do orbiterów, a lądowniki księżycowe są następnie odłączane, aby ostatecznie rozbić się z powrotem na Księżyc.
Krok 3. Wróć na Ziemię
Główny silnik w modułach serwisowych Apollo i Constellation zostaje wystrzelony, aby uciec od grawitacji Księżyca, a statek kosmiczny jest kierowany z powrotem na Ziemię. Po wejściu w ziemską grawitację, silnik serwisowy jest skierowany na Ziemię i ponownie wystrzelony, aby spowolnić kapsułę dowodzenia, zanim zostanie odrzucony.
Krok 4. Idź na lądowanie
Osłona termiczna modułu dowodzenia/kapsuły jest odsłonięta, aby chronić astronautów przed ciepłem ponownego wejścia. Gdy statek wchodzi w grubszą część ziemskiej atmosfery, uruchamiane są spadochrony, aby jeszcze bardziej spowolnić kapsułę.
- W przypadku Projektu Apollo moduł dowodzenia rozpłynął się w oceanie, podobnie jak poprzednie załogowe misje NASA, i został odzyskany przez statek marynarki wojennej. Moduły dowodzenia nie zostały ponownie użyte.
- W przypadku Projektu Constellation plan polega na wylądowaniu na lądzie, tak jak zrobiły to radzieckie załogowe misje kosmiczne, z opcją wodowania w oceanie, jeśli lądowanie na lądzie nie jest możliwe. Kapsuła poleceń jest przeznaczona do odnowienia, wymiany osłony termicznej na nową i ponownego użycia.