Введение
Маневр космического полета – встреча на лунной орбите (LOR) – это процесс высадки людей на Луну и их возвращения на Землю. Он использовался в миссиях программы «Аполлон» в 1960-х и 1970-х годах. В миссии LOR к лунной орбите отправляются основной космический корабль и меньший лунный посадочный модуль. Затем лунный посадочный модуль самостоятельно спускается на поверхность Луны, в то время как основной космический корабль остаётся на лунной орбите. После завершения миссии на Луне посадочный модуль возвращается на лунную орбиту для сближения и повторной стыковки с основным космическим кораблём, после чего сбрасывается после переноса экипажа и полезной нагрузки. Только основной космический корабль возвращается на Землю. Встреча на лунной орбите была впервые предложена в 1919 году украинским инженером Юрием Кондратьюком как наиболее экономичный способ отправки человека в кругосветное путешествие на Луну. Наиболее известный пример – командный и сервисный модули (CSM) и лунный модуль (LM) проекта «Аполлон», которые были отправлены в транслунарный полёт в едином ракетном блоке. Однако варианты, в которых посадочные модули и основные космические корабли летят раздельно, такие как планы лунных посадок, предложенные для Shuttle Derived Heavy Lift Launch Vehicle, Golden Spike и китайской пилотируемой программы 2029/2030 годов, также рассматриваются как встречи на лунной орбите.
Lunar orbit rendezvous (LOR) is a process for landing humans on the Moon and returning them to Earth. It was utilized for the Apollo program missions in the 1960s and 1970s. In a LOR mission, a main spacecraft and a smaller lunar lander travel to lunar orbit. The lunar lander then independently descends to the surface of the Moon, while the main spacecraft remains in lunar orbit. After completion of the mission there, the lander returns to lunar orbit to rendezvous and re dock with the main spacecraft, then is discarded after transfer of crew and payload. Only the main spacecraft returns to Earth. Lunar orbit rendezvous was first proposed in 1919 by Ukrainian engineer Yuri Kondratyuk, as the most economical way of sending a human on a round trip journey to the Moon. The most famous example involved Project Apollo's command and service module (CSM) and lunar module (LM), where they were both sent to a translunar flight in a single rocket stack. However, variants where the landers and main spacecraft travel separately, such as the lunar landing plans proposed for Shuttle Derived Heavy Lift Launch Vehicle, Golden Spike and the 2029/2030 Chinese crewed effort, are also considered to be lunar orbit rendezvous.
Преимущества
Основным преимуществом LOR является экономия полезной нагрузки космического аппарата, поскольку топливо, необходимое для возвращения с лунной орбиты на Землю, не нужно везти в виде балласта на Луну и обратно на лунную орбиту. Это оказывает мультипликативный эффект, так как каждый фунт этого "балластного" топлива, используемого позднее, требует больше топлива для разгона на более раннем этапе, а также потому, что увеличение количества топлива требует увеличения массы топливных баков. Возникающее увеличение веса также потребует большей тяги для лунной посадки, что означает более крупные и тяжелые двигатели. Другое преимущество заключается в том, что лунный посадочный модуль может быть разработан специально для этой цели, а не требовать адаптации основного космического аппарата для посадки на Луну. Наконец, второй комплект систем жизнеобеспечения, необходимый для лунного посадочного модуля, может служить резервной системой для систем основного космического аппарата.
Недостатки
Встреча на лунной орбите считалась рискованной в 1962 году, поскольку космические сближения еще не были осуществлены даже на околоземной орбите. Если лунный модуль (LM) не смог бы состыковаться с командным модулем (CSM), два астронавта остались бы в космосе без возможности вернуться на Землю или пережить вход в атмосферу. Сближение было успешно продемонстрировано в 1965 и 1966 годах в ходе шести миссий проекта "Джемини" с использованием радаров и бортовых компьютеров. Оно также успешно выполнялось каждый раз из восьми попыток во время миссий "Аполлон".
Выбор режима миссии "Аполлон"
Когда в 1961 году была начата программа пилотируемых полётов на Луну "Аполлон", предполагалось, что для взлёта с лунной поверхности и возвращения на Землю будет использоваться комбинированный командный и сервисный модуль (CSM). Следовательно, его пришлось бы посадить на Луну с помощью более мощной ракетной ступени с посадочными опорами, что привело бы к созданию очень большого космического аппарата (массой более ). Если бы это было сделано прямым подъёмом (с использованием одной ракеты-носителя), потребовалась бы чрезвычайно большая ракета, класса Nova. Альтернативой было бы сближение на околоземной орбите, при котором две или более ракет класса Saturn запускали бы части собранного космического корабля, которые затем состыковались бы на околоземной орбите перед отправлением к Луне. Это могло включать в себя отдельную стартовую ступень, запущенную на Землю, или требовало бы дозаправки пустой стартовой ступени на орбите. Вернер фон Браун и Хайнц Герман Коэль из Армейского баллистического ракетного агентства представили концепцию лунной орбитальной встречи (LOR) как вариант эффективного достижения Луны руководству NASA, включая Абе Сильверштейна, в декабре 1958 года. В 1959 году Конрад Лау из подразделения астронавтики Chance Vought руководил разработкой полного плана миссии с использованием лунной орбитальной встречи, который затем был отправлен Сильверштейну в NASA в январе 1960 года. Том Долан, работавший под руководством Лау, был направлен в феврале 1960 года для объяснения этого предложения инженерам и руководству NASA. Эта альтернатива была затем изучена и продвигалась Джимом Чемберлином и Оуэном Мейнардом в Группе оперативного планирования космических полётов в ходе ранних исследований осуществимости программы "Аполлон" в 1960-х годах. Этот подход позволял запускать CSM к Луне с помощью одной ракеты Saturn V и меньшего Лунного посадочного модуля (LEM). Когда собранный космический корабль достигает лунной орбиты, один из трёх астронавтов остаётся в CSM, в то время как двое других переходят в LEM, отстыковываются и спускаются на поверхность Луны. Затем они используют взлётную ступень LEM для повторного сближения с CSM на лунной орбите, после чего LEM отбрасывается, а CSM используется для возвращения на Землю. Этот метод был доведён до сведения заместителя администратора NASA Роберта Симанса инженером из Исследовательского центра Лэнгли Джоном К. Хоубольтом, который возглавлял команду разработчиков. Помимо меньшей требуемой массы полезного груза, ещё одним преимуществом подхода LOR была возможность использования лунного посадочного модуля, разработанного специально для этой цели. Конструкция LEM обеспечивала астронавтам чёткий обзор места посадки через смотровые окна, расположенные примерно в 5 метрах (15 футов) над поверхностью, в отличие от положения лёжа на спине в посадочном модуле командного модуля, находящемся на высоте не менее над поверхностью и позволяющем видеть её только через телевизионный экран. Разработка LEM как второго пилотируемого аппарата обеспечивала дополнительное преимущество в виде дублирования критически важных систем (электропитание, жизнеобеспечение и двигательная установка), что позволяло использовать его в качестве "спасательной шлюпки" для поддержания жизни астронавтов и их безопасного возвращения домой в случае критической неисправности систем CSM. Это рассматривалось как непредвиденная ситуация, но не было включено в технические требования к LEM. Как оказалось, эта возможность оказалась бесценной в 1970 году, когда она спасла жизни астронавтов "Аполлона-13" после взрыва кислородного баллона, который вывел из строя сервисный модуль.
Адвокация
Доктор Джон Хоуболт не допустил, чтобы преимущества LOR были проигнорированы. Будучи членом Руководящей группы лунной миссии, Хоуболт изучал различные технические аспекты сближения в космосе с 1959 года и был убежден, как и многие другие в Исследовательском центре Лэнгли, что LOR был не только наиболее реалистичным способом добраться до Луны до конца десятилетия, но и единственным возможным. Он неоднократно докладывал о своих выводах в НАСА, но считал, что внутренние рабочие группы (перед которыми он выступал с презентациями) руководствовались произвольно установленными "основными принципами". По мнению Хоуболта, эти принципы ограничивали ход мыслей НАСА относительно лунной миссии и приводили к преждевременному исключению LOR из рассмотрения.
Другие планы с использованием LOR
Предлагаемый советский план посадки на Луну с использованием ракеты-носителя Н1, лунного модуля ЛК и корабля «Союз-7К ЛОК» предусматривал использование схожего профиля миссии LOR. Программа «Созвездие» должна была использовать комбинацию EOR и LOR для высадки на Луну. Программа «Артемида» планирует использовать LOR для высадки людей в районе южного полюса Луны.
В популярной культуре
Эпизод 5 телевизионного мини-сериала "От Земли к Луне" 1998 года, "Паук", драматизирует первую попытку Джона Хубольта убедить НАСА использовать схему LOR для программы "Аполлон" в 1961 году и отслеживает разработку лунного модуля до его первого пилотируемого испытательного полёта, "Аполлон-9", в 1969 году. Эпизод назван в честь лунного модуля "Аполлон-9".