Program Apollo: Letovi bez ljudske posade - četvrti dio

Ponedjeljak, 21. travnja 2008. u 08:34 sati

Nakon što su su, kako smo opisali u prošlom dijelu, uspješno razvijeni sigurnosni sustavi za program Apollo, na red su došla ispitivanja lansirnih sustava za rakete koje će ponijeti astronaute na Mjesec. Slijedećih šest predviđenih letova bez ljudske posade serije Apollo/Saturn su izvedeni kako bi se ustanovila kvaliteta svih lansirnih sustava rakete Saturn IB i Saturn V te preostalih sustava (zapovjednog i servisnog modula te mjesečevog modula) za letove s ljudskom posadom. Svi su se ovi letovi oslanjali na pokuse s prijašnjih letova. Naposljetku su ova ispitivanja trebala dokazati učinkovitost operativnih sustava na površini zemlje, lansirnih sustava, komunikacijske mreže i ljudske podrške na zemlji.
Izvorni planovi su predviđali letove s ljudskom posadom nakon trećeg leta ove serije, međutim, prvi let s ljudskom posadom se ostvario tek nakon 6 letova bez ljudske posade.

Misija AS-201
U ovoj misiji je po drugi puta korišten razvojni tip letjelice Apollo Block 1 koja je ustvari bila prvi let pravog produkcijskog tipa letjelice zapovjedno-servisnog modula, a po prvi puta lansirna letjelica Saturn IB koja se sastojala od dva stupnja S-IB i S-IVB i jedinice za mjerenje. Dakle drugi let Block I letjelice, iako su sve misije s ljudskom posadom koristile tip Block II. Osnovna razlika između prijašnjeg Saturna I i Saturna IB je bila u potisku. Prethodna je stvarala 5,8 milijuna N, a posljednja 7,1 milijuna N. Imala je također novi drugi stupanj S-IVB, koji je poslije korišten kao treći stupanj na letjelici Saturn V. Stupanj S-IVB se mogao ponovo aktivirati u svemiru, a imao je J2 motor na gorivi vodik.

Misijom se željelo ustanoviti kompatibilnost i strukturni integritet kombinacije ove dvije letjelice, nosača Saturn IB, koji se dakle sastojao od dva stupnja i Apolla Block 1. Ujedno su se pokušala ustanoviti toplinska opterećenja tijekom povratka zapovjedno-servisnog modula na Zemlju. Apollo se sastojao od zapovjednog modula, servisnog, adaptera i sustava za spašavanje.
Letjelica je poletjela dana 25.02.1966. godine u 11 sati, 12 minuta i 01 sekundi, nakon nekoliko problema s računalom za dijagnostiku letjelice i nekoliko odgoda. Prvi stupanj je podigao raketu na visinu od 57 kilometara, a tada se aktivirao drugi stupanj S-IVB letjelice i podigao zapovjedno-servisni modul (CSM) na visinu od 425 kilometara. Zapovjedno-servisni modul se odvojio i nastavio penjati do visine od 488 kilometara. Tada se okrenuo prema Zemlji i aktivirao svoje motore. Prvi puta motor je izgarao 184 sekunde, a potom, nakon 10 sekundi stanke, ponovo je aktiviran na 10 sekundi. Time se željelo testirati prekid rada motora u svemirskim uvjetima i njegovo ponovo aktiviranje. CSM je nakon toga ušao u atmosferu brzinom od 8300 metara u sekundi. Zapovjedni modul je sletio uspješno nakon 37 minuta leta. Iako je tijekom leta zakazao jedan motor servisnog modula, letjelica je uspješno postigla zadanu visinu i kontrolu. Drugi problem se pojavio s električnim sustavom na CSM-u, uzrokujući gubitak kontrole pri ulasku u atmosferu. Treći se problem također pojavio pri ulasku u atmosferu, a odnosio se na mjerenja tijekom ulaska. Oba su uzrokovana kratkim spojem na žičanim vodovima.

Let je bio poseban i po tome što je prvi puta korišten pogon na servisno-zapovjednom modulu. Iako su postojale određene poteškoće s njegovim radom, sustav je uspješno funkcionirao tijekom prvih 80 sekundi od 184 potrebnih za test. Tijekom leta je zakazala komunikacija od 1580 sekunde, koja je trajala sve do 1695 sekunde. Pored toga, uređaji su očitali manjak napajanja u zapovjednom modulu te se letjelica prilikom povratka počela nekontrolirano vrtjeti, međutim poslije se sustav ustabilio. Toplinska zaštita je tijekom ulaska u atmosferu funkcionirala besprijekorno, sustav padobrana također. Letjelica je naposljetku sletjela nakon 2239,7 sekundi. Iako je misija u cijelosti bila uspješna, neki sustavi su bili podvrgnuti temeljitom provjeravanju radi poboljšanja za buduće letove.


Misija AS-201

AS-203
Ovom misijom su se željela provesti daljnja ispitivanja Saturn IB letjelice. Cilj misije je ustanoviti rad ventila za tekući vodik, procijeniti hlađenje motora stupnja S-IVB, odrediti pokretljivost tekućina u spremnicima za stupanj S-IVB, dakle podatke koji će izravno utjecati na program Saturn V, obzirom da će se stupanj S-IVB koristiti kao treći stupanj Saturna V. Tijekom leta se ujedno pokušao aktivirati treći stupanj letjelice u orbiti Zemlje.
Međutim, najvažniji cilj je bio ustanoviti kako će se utjecaj bez sile teže odraziti na stupanj S-IVB. Inženjeri su željeli vidjeti kako će se tekući vodik ponašati u takvim uvjetima. S-IVB stupanj je zbog toga opremljen s 83 senzora i dvije TV kamere. Obzirom da se radilo o probnom letu za inženjere, na letjelici nije bio smješten model CSM-a. Ujedno je ovo bio prvi let nove instrumentalne jedinice koja je kontrolirala letjelicu Saturn tijekom lansiranja i prvo lansiranje sa lansirnog kompleksa 37B.

Tijekom proljeća 1966. godine odlučeno je da će se prvo lansirati AS-203 prije lansiranja AS-202. Razlog za takvu odluku NASA-e je u tome što CSM koji je trebao biti postavljen na letu AS202 nije bio pripremljen te se taj let morao odgoditi za kasnije.
Misija je predstavljala drugo lansiranje Saturn IB rakete. Telemetrija i dvije 16 milimetarske kamere su bile smještene u spremniku za tekući vodik na stupnju S-IVB radi ustanovljavanja potrebnog pritiska.
Letjelica je lansirana dana 05.07.1966. godine u 9 sati, 53 minute i 17 sekundi te su stupanj S-IVB, jedinica za mjerenje podataka i gornji dio u obliku stošca umjesto zapovjedno-servisnog modula, izbačeni u orbitu na visinu od 188 kilometara kružne orbite. Tijekom leta je ustanovljeno da se stupanj može ponovo aktivirati u svemirskim uvjetima. Za vrijeme 4. orbite pritisak u stupnju S-IVB je povećan do krajnjih granica kako bi se ustanovilo koliki nivo pritiska može stupanj izdržati. Nakon pokusa stupanj se raspao. Usprkos tomu misija je proglašena uspješnom.


AS-203 tijekom lansiranja

AS-202
Radi daljnjeg ispitivanja letjelice Saturn IB i Apollo letjelice, uslijedila je misija AS-202 (ili SA-202). Saturn IB je prevozio treći razvojni tip zapovjedno-servisnog modula (Apollo-Block 1). Taj model je već bio do te mjere razvijen da je mogao nositi i ljudsku posadu. Po prvi su puta postavljene i ćelije za električnu energiju na zapovjedno-servisnom modulu (CSM-u). Pokušao se postići let na većoj visini od prethodne misije, koji bi trajao dva puta duže. Također se željelo isprobati aktiviranje motora na zapovjedno-servisnom modulu (CSM-11) na način da se motor aktivirao četiri puta tijekom leta. Ciljevi AS-202 su bili utvrđivanje strukturnog integriteta i kompatibilnosti ove dvije komponente, provjera faze odvajanja, funkcionalnosti podsustava i sustava za rano otkrivanje opasnosti te procjena zaštite od pregrijavanja na zapovjednom modulu tijekom ulaska u atmosferu brzinom od 8500 metara u sekundi. Saturn IB je bio po prvi puta opremljen sustavom za komunikaciju, navigacijskim sustavom, sustavom za kontrolu okoliša, radijatorima za električnu energiju.

Letjelica je lansirana dana 25.08.1966. godine u 12 sati, 55 minuta i 32 sekunde, a let se pokazao vrlo uspješnim. Prvi stupanj je podigao letjelicu na visinu od 56 kilometara te ju postavio na balističku putanju s maksimalnom visinom od 216 kilometara. Uspješno su se koristili motori CSM-a, koji su s četiri aktiviranja postigli brzinu CSM-a od 8900 metara u sekundi. Letjelica je ušla u atmosferu s visine od 122 kilometara, da bi se spustila na 66 kilometara i potom ponovo digla na 81 kilometara visine. Sustav padobrana se aktivirao na nekih 7000 metara visine.
Sustav napajanja električnom energijom, sustav navođenja, komunikacije, sustav pogona, sustav za kontrolu uvjeta okoliša u letjelici i sustav za otkrivanje opasnosti su radili zadovoljavajuće.


AS-202

Apollo 4
Apollo 4 se naziva misija leta letjelice Apollo – razvojni tip Block 1 i trostupanjske rakete Saturn V. Prvi i drugi stupanj Saturna V (S-IC i S-II) do sada nisu korišteni. Za treći stupanj se koristio drugi stupanj S-IVB Saturna IB, koji se po prvi puta restartao u orbiti. Ova misija je bila prva od onih koja će polijetati sa lansirnog kompleksa 39, posebno građenog sa Saturn V. Ujedno je let bio prvi od svih letova s doktrinom all-up, koja je podrazumijevala ispitivanja svakog djela letjelice tijekom jednog leta, što se razlikovalo od ispitivanja svakog djela letjelice zasebno, koje je provodio Wernher von Braun tijekom 2. svjetskog rata. Takva vrsta ispitivanja imala je velike posljedice u smanjenju pokusnih letova i smanjenju vremena određenog od Predsjednika Kennedya za slijetanje na Mjesec prije 1970. godine. Saturn V je nosio dvije letjelice: zapovjedno-servisni modul (CSM-17) koji će prevesti ljude do Mjeseca i LTA-10R, model mjesečevog modula (LM) koji je korišten samo kao balast, s istom masom kao i budući LM.

I ova misija je imala nekoliko ciljeva; ustanoviti strukturna i termalna opterećenja i kompatibilnost Saturna V i Apolla, utvrditi učinkovitost potisnog pogona na letjelici za lansiranje, navigacijskog i električnog sustava, izvesti odvajanje stupnjeva kod Saturna V, provjeriti adekvatnost termalne zaštite zapovjednog modula nakon polijetanja s Mjeseca u simuliranim orbitalnim uvjetima te ustanoviti efikasnost pogona prilikom lansiranja u uvjetima sa smanjenom masom.
Apollo 4 se sastojao od sigurnosnog sustava za spašavanje, zapovjedno-servisnog modula te adaptera. Zapovjedni modul je bio opremljen toplinskim štitom koji još nije bio ispitan. Letjelica je lansirana 09.11.1967. godine, u 7 sati i 1 sekundu.

Lansiranje je prošlo prema očekivanom planu. Letjelica je lansirana u kružnu orbitu na visinu od 185 kilometara. Pri kraju druge orbite S-IVB je ponovo bio aktiviran kako bi se postigla simulirana putanja prema Mjesecu s apogejom od 17000 kilometara.  Izvedeno je i uspješno odvajanje Apolla od stupnja S-IVB, a potom je aktiviran motor na servisnom modulu koji je trebao demonstrirati mogućnost aktiviranja pri uvjetima gdje nema gravitacije. CSM je postigao najveću udaljenost od Zemlje od 18000 kilometara. Nakon toga letjelica se postavila u položaj da joj bočna vrata budu okrenuta izravno prema Suncu, u kojem je ostala 4 sata i 30 minuta kako bi se prikupili termički podaci. Prije nego je izvedeno odvajanje servisnog od zapovjednog modula izveden je još jedan manevar. Potisni motori su se još jednom aktivirali kako bi se simulirali uvjeti povratka s Mjeseca. Servisni modul je potom brzinom od 11000 kilometara u sekundi ušao u gornje slojeve Zemljine atmosfere, brzinom nešto većom od predviđene, zbog dužeg rada pogonskog motora.
Misija se smatra uspješnom.


Apollo 4 na lansirnoj rampi


Lansiranje Apolla 4

Apollo 5
Apollo 5 je bio prvi let mjesečevog modula i četvrti Saturn IB lansirne rakete. Letjelica se sastojala od stupnja S-IB, S-IVB, mjerne jedinice, lunarnog modula i gornjeg dijela u obliku stošca. Osnovni cilj misije je bio potvrditi efikasnost pogonskog sustava mjesečevog modula prilikom slijetanja i polijetanja.
Letjelica je lansirana 22.01.1968. godine u 5 sati, 48 minuta i 08 sekundi. Ubačena je u Zemljinu orbitu nakon 10 minuta i 3 sekunde od polijetanja. Lunarni modul se odvojio od stupnja S-IVB putem reakcijskih upravljačkih motora. Lunarni modul je postigao željenu visinu tijekom treće revolucije, a da bi se zadržala potrebna visina potrebna su bila minimalna podešavanja.

Tijekom treće revolucije (ophoda oko Zemlje) prvo paljenje motora za slijetanje je aktivirano. Planirao se rad motora tijekom 38 sekundi, međutim, nakon 4 sekunde navigacijski sustav je motor ugasio. Sustavi su radili ispravno, međutim rano gašenje motora je izazvano pogrešnim postavkama koje su se koristile u softwareu sustava za navođenje. Nakon preranog gašenja prešlo se na alternativni cilj misije. Nakon 6 sati i 10 minuta leta automatski sustav je aktivirao drugo i treće paljenje motora za slijetanje, fazu prekida i paljenje motora za uzlijetanje. Raketni sustavi su bili precizni tijekom rada, iako zahvaljujući kratkom trajanju, nije se mogla u cijelosti ustanoviti funkcionalnost tlačnog ustava za helij. Testovi prekida su zadovoljavajuće izvedeni.

Primarni program dakle nije izvršen, što je uzrokovalo okolnost da računalni program nije ustanovio promjenu mase letjelice tijekom leta. Zbog ovog razloga računanje reakcijske kontrole paljenja moralo je biti oslonjeno na masu dvostupanjske letjelice što je rezultiralo maksimalnim potiskom motora. Takva opterećenja pogonskih sustava su mogla izazvati nepoželjne posljedice, međutim, one se ipak nisu dogodile. Kontrolni sustav je u tim abnormalnim uvjetima detektirao tri pogreške u sustavu, međutim niti jedna nije bila od presudnog utjecaja na misiju.
Drugo paljenje motora za uzlijetanje je počelo nakon 7 sati, 44 minute i 13 sekundi. Potisak je trajao 5 minuta i 47 sekundi. Tijekom sagorijevanja goriva iz potisnog motora detektiran je problem u automatskom podešavajućem sustavu, koji je preusmjerio usisni ventil na prazan spremnik goriva. Time je izostala kontrola letjelice te je ona počela ponirati dok je motor još bio aktivan. Veza s letjelicom je bila izgubljena tijekom 2 minute nakon gašenja rada potisnih motora, da bi letjelica pala u Pacifik oko 400 milja dalje od predviđene točke slijetanja.
Iako su tijekom leta postojale poteškoće, ova misija se smatra uspješnom u svakom pogledu.


Apollo 5

Apollo 6
Letjelica je poletjela 04.04.1968. godine u 7 sati i 01 sekundi iz svemirskog centra Kennedy, kompleks 39A. Ovo je bio drugi let letjelice Saturn V s blokom 1 (zapovjedno-servisni modul) i lunarnim modulom. Uzlijetanje je proteklo u redu, međutim, veće strukturne anomalije su se pojavile na adapteru tijekom sagorijevanja prvog stupnja. 2 minute i 13 sekundi nakon polijetanja uočene su žestoke promjene na mjernim instrumentima u vidu naprezanja, vibracija te ubrzavanja, frekvencije 5 hertza (5 titraja u sekundi), koje su bile veliko opterećenje za dizajn letjelice. Vibracije su se smirile nakon što je aktiviran drugi stupanj S-II. Da bi se dostigla predviđena brzina, svi ostali stupnjevi su morali raditi duže od očekivanog vremena. Ponovni pokušaj paljenja motora S-IVB da bi se postigla simulirana Mjesečeva putanja nije uspjela. Prešlo se na alternativnu fazu misije; aktivnost motora servisnog modula tijekom 442 sekunde da bi se postigao apogej (najudaljenija točka na putanji oko Zemlje) od 392 kilometara.
Letjelica je ušla u atmosferu brzinom od preko 10000 metara u sekundi pod kutom od -5,85 stupnjeva, što je predstavljalo niže vrijednosti jer se stupanj S-IVB nije ponovno upalio. Sletjela je nekih 60 kilometara dalje od predviđene točke slijetanja.
Svi dosadašnji ciljevi sa ovim letovima su postignuti. Oni su bili osnova za početak slijedeće faze misije; letova s ljudskom posadom i pripremama za letove s ljudskom posadom do Mjeseca.


Apollo 6, odvajanje međustupnjeva


lansiranje Apolla 6

Nakon što su uspješno završeni letovi bez ljudske posade, u idućem nastavku opisat ćemo kako su protekli letovi s ljudskim posadama, jer bez njih, program ne bi imao smisla.