Полёт "Аполло-15": этапы спуска и взлёта с Луны.

Введение

Протокол четвертой пилотируемой посадки на Луну НАСА до взлета.

Лунные операции "Аполлона-15" проводились с 30 июля по 2 августа 1971 года командиром "Аполлона-15" Дэвидом Скоттом и пилотом лунного модуля Джеймсом Ирвином. Они использовали первый лунный ровер для совершения трех исследовательских выездов от места посадки у подножия Апеннинских гор, вблизи Хэдли-Рилль. За 18 с половиной часов, проведенных за пределами лунного модуля "Сокол", они собрали в общей сложности образцы лунного грунта.

Посадка

В 104 часа 30 минут и 12 секунд двигатель спуска "Сокола" запустился. Горение на уровне около 10% в течение первых 26 секунд, чтобы компьютер управления мог отклонять двигатель и направлять тягу через центр тяжести посадочного модуля (LM), после чего тяга увеличилась до 100%. Ирвин подтвердил, что Система аварийного управления (AGS) согласуется с Основной системой управления и навигации (PGNS) в показаниях высоты и скорости снижения. Через три минуты компьютер развернул корабль, чтобы они оказались "вверх ногами", окнами от лунной поверхности. Это было необходимо для захвата сигнала от посадочного радара. Скотт объявил о включении индикаторов высоты и скорости, подтверждающих получение компьютером приемлемых данных от радара. Через шесть минут после начала работы двигателя они находились на высоте 9000 метров над поверхностью. В Центре управления полётами директор полётов узнал, что данные слежения указывают на то, что посадка произойдет в 900 метрах к югу от запланированной площадки. Сначала он решил не сообщать об этом экипажу, но Эд Митчелл, руководитель связи, убедил его в обратном. В это время Скотт пытался увидеть рельеф через окно. Он считал, что посадка возможна, пока видна гора Хэдли Дельта. Он не смог увидеть ригель – структуру, которую можно было наблюдать в симуляторах. Через 9 минут и 10 секунд после начала работы двигателя на компьютере запустилась программа 64, и посадочный модуль наклонился вперед, открыв экипажу обзор поверхности. Используя метки на окне и углы, которые ему называл Ирвин, Скотт определил точку, которую компьютер предсказывал как место посадки, и затем с помощью ручного управления скорректировал эту точку. Он повторил это 18 раз во время посадки, сместив прогнозируемое место посадки в общей сложности на 338 метров вверх по траектории и на 409 метров к северу. Основной проблемой для Скотта было отсутствие деталей на поверхности. Лучшие изображения площадки имели разрешение всего 20 метров, а специалисты по фотоанализу чрезмерно усилили контрастность изображений. Основная проблема заключалась в переоценке глубины кратеров, что приводило к появлению теней при более высоких углах солнца. К счастью, он смог увидеть четыре кратера: Матфея, Марка, Луку и Индекс (кратер был назван Индексом, а не Иоанном из-за Мадалин Мюррей О’Хейр, известного атеиста, которая подала в суд на НАСА из-за чтения отрывка из книги Бытия во время миссии "Аполлон-8". Хотя она проиграла дело, НАСА оставалась осторожной в отношении открыто религиозных объявлений во время последующих полётов). Ирвин начал зачитывать показания высоты, скорости снижения и прогнозируемого места посадки. На высоте 120 метров компьютер был переключен на программу 66, предназначенную для финальной фазы посадки. С этого момента Скотт управлял кораблем вручную. Ирвин прекратил зачитывать прогноз места посадки. Проходя через высоту 37 метров, Скотт сообщил, что поднимается пыль. К тому времени, когда они достигли высоты от 18 до 15 метров, обзор снаружи полностью закрылся пылью. Затем Ирвин объявил о загорании индикатора касания, что указывало на то, что один из посадочных щупов на опорах посадочного модуля коснулся поверхности. Скотт немедленно выключил двигатель. Существовал риск, что расширенный сопловой колокол двигателя может коснуться поверхности и вызвать попадание выхлопных газов обратно в двигатель. По оценкам, скорость при касании составляла 2 метра в секунду, что вдвое превышало скорость при посадках предыдущих миссий. Через несколько секунд Скотт доложил на Землю: "Хорошо, Хьюстон. "Сокол" на Равнине Хэдли". "Сокол" был наклонен почти на 10 градусов назад, что на 5 градусов меньше максимально допустимого угла. Он приземлился на краю кратера, в результате чего сопловой колокол двигателя был поврежден, а одна из опор оказалась внутри кратера. Они находились примерно в 600 метрах к северу и в 175 метрах к западу от запланированной площадки. Однако это не вызывало особой обеспокоенности благодаря возможностям лунного ровера.

At 104 hours, 30 minutes and 12 seconds GET the descent engine of Falcon ignited. Burning at about 10% for the first 26 seconds so that the guidance computer could gimbal the engine to direct the thrust through the center of gravity of the LM, it then thrust up to 100%. Irwin confirmed that the Abort Guidance System (AGS) agreed with the Primary Guidance and Navigation System (PGNS) on their height and rate of descent. At three minutes the computer rolled the spacecraft so that they were now on their back, with the windows facing away from the lunar surface. This was so the landing radar could acquire the surface. Scott then announced the altitude and velocity lights, indicating the computer was getting acceptable data from the radar. Six minutes into the burn they were 30,000 feet (9000 m) above the surface. In Mission Control, the Flight Director learned that tracking data indicated they were going to land 3000 feet (900 m) south of the targeted landing site. Although at first he decided not to tell the crew, Ed Mitchell, the CapCom, convinced him otherwise. During this time Scott was trying to see the ground through his window. He thought they were going to land as long as he could see Mount Hadley Delta. He was unable to see the Rille, something that had been possible in the simulators. Nine minutes and ten seconds into the burn, Program 64 started on the computer and the LM pitched forward and the crew could see the ground. Using scribe marks on the window and angles read to him by Irwin, Scott found where the computer was predicting the landing site to be and then used a hand controller to move the predicted location. He did this 18 times during the landing, moving the target site a total of 338 meters (1110 feet) uprange and 409 meters (1341 feet) north. Scott's main problem was that there was very little detail on the surface. The best images of the site only had 66 ft (20 m) resolution and photoanalysers had overenhanced the images. The main problem was overestimating the depth of craters, so as to make them have shadows at higher sun angles. Fortunately he was able to see four craters, Matthew, Mark, Luke and Index (the reason it was called Index and not John was due to Madalyn Murray O'Hair, an outspoken atheist who had sued NASA over the reading of Genesis during Apollo 8. Although she lost the case, NASA remained squeamish on overtly religious announcements on later flights). Irwin began reading the altitude, rate of descent and the projected landing site. At 400 ft (120 m), the computer was switched to Program 66, designed for the landing phase. From now on Scott was flying manually. Irwin stopped reading out the projected landing site. Passing through 120 ft (37 m) Scott said he was picking up some dust. By the time they got to between 60 and 50 ft (18 to 15 m) the view outside would be completely obscured by dust. Irwin then announced that the contact light had illuminated, indicating one of the landing probes on the LM's feet had contacted the ground. Immediately Scott cut the engine. With the extended engine bell there was a fear that it could touch the ground and cause exhaust to travel back into the engine. It is estimated that they were travelling 6.8 ft/s (2 m/s) when they hit, twice as fast as previous missions. A few seconds later, Scott informed the ground that "Okay, Houston. The Falcon is on the Plain at Hadley." Falcon was tilted nearly 10 degrees to its back left, just 5° below the maximum acceptable angle. It set down on the rim of a crater such that its engine bell was damaged, and with one of the legs in the crater. They were about 600 meters north and about 175 meters west of the targeted landing site. This was of little concern though thanks to the capabilities of the rover.

Встающий EVA

Прежде чем впервые выйти наружу, Скотт и Ирвин засыпали. Оба поняли, что для того, чтобы быть в лучшей форме во время семичасовой работы в открытом космосе, им необходимо отдохнуть. Но Скотт также осознал необходимость получить общее представление о новом районе обследования перед выходом. Поэтому он убедил планировщиков миссии разрешить им провести короткий выход в открытый космос перед первым сном. Это также дало им устойчивую платформу для использования 500-мм телеобъектива, который был доставлен на эту миссию впервые. Добиться включения этого объектива в состав космического корабля, где экономия веса измерялась фунтами, было непросто. Через два часа после посадки они выровняли давление в лунном модуле, сняли верхний люк и стыковочный механизм. Затем Скотт встал на крышку двигателя и высунул голову. Оглядевшись, Скотт хорошо ориентировался на местности, так как месяцами изучал карты этого района. Он легко узнал гору Монс-Хадли, дельту Монс-Хадли, хребет Лебедя, Серебряный шпор, холм Беннетта, холм 305 и Северный комплекс. Первой задачей Скотта было сделать стереопанораму из 22 снимков местности с помощью 60-мм объектива. Затем он сфотографировал интересующие объекты с помощью телеобъектива, а после этого – цветную панораму местности с 60-мм объективом. Он развеял все дальнейшие опасения относительно использования лунного ровера. Радарные наблюдения с Земли создали впечатление, что местность усеяна крупными валунами, которые сделают передвижение на ровере невозможным. Скотт увидел, что рядом с ними не было камней больше 15-20 см в диаметре. Затем он описал видимые вокруг него объекты, чтобы дать общее представление о местности и убедиться в отсутствии неожиданностей. Через 30 минут после открытия люка Скотт вернулся внутрь, люк закрыли, и лунный модуль был вновь герметизирован.

ЭВА-2

Целью второй высадки в открытый космос снова был Дельта горы Хэдли, но экипаж проехал по более прямому маршруту и к месту восточнее того, где они передвигались накануне. Двигаясь со скоростью 9 км/ч, они быстро преодолели равнину. Первая остановка дня, станция 4, была отменена, чтобы дать им больше времени на завершение бурения скважин для эксперимента по тепловому потоку. Это происходило в кратере Дюна, на западной окраине Южного скопления. Однако астронавты ненадолго посетили Дюну во время возвращения к лунному модулю. После остановки они начали движение вдоль подножия Дельты в сторону кратеров Пряник и Мороз; Мороз должен был стать местом расположения станции 5. Скотт заметил небольшие изменения в окружающей местности и решил, что Мороз не предоставит существенной разницы, поэтому было решено остановиться на участке примерно в 3 км от Сент-Джорджа и на 100 м выше по склону Дельты. Работа была интересной, с уклоном около 10 градусов. Не достигнув Мороза, станция 5 была отменена и перенесена на станцию 6. Сначала они взяли образцы из свежего 1-метрового кратера, который был частью вала более старого 3-метрового кратера. Дополнительные образцы были собраны над местом парковки ровера. Большинство из них были брекчиями, но они обнаружили один порфиритовый базальт. Скотт решил спуститься к кратеру, который был самым большим поблизости. Он спустился внутрь, чтобы взять образцы, но обнаружил, что большинство камней слишком велики. Центр управления полетами попросил экипаж выкопать траншею для изучения механики грунта и взять керн. Ирвин выкопал траншею, которую Скотт сфотографировал. Затем изнутри кратера был взят керн (15009). Вернувшись к роверу, они проехали 200 метров до большого валуна (станция 6А). Даже короткие пешие переходы по склону занимали много времени, поэтому было проще использовать ровер. Валун имел диаметр 3 метра. Один член экипажа должен был оставаться рядом с ровером, удерживая его, чтобы он не скатился вниз по склону, который теперь имел уклон 15 градусов. Поскольку время на остановке подходило к концу, Скотт смог подтвердить то, что Ирвин заметил ранее — у камня был зеленоватый оттенок. Цвет оказался вызван оксидом магния. Вернувшись на ровер, они продолжили путь к кратеру Спар (станция 7), который был шириной 100 метров и глубиной 20 метров. Достигнув края кратера, они обнаружили небольшие фрагменты, в том числе с белой жилой. Сначала Ирвин подумал, что поднял зеленую почву, но Скотт обнаружил, что это было вызвано визорами шлемов, покрытыми золотом. Именно тогда они увидели образец лунного грунта 15415, который стал самым известным образцом, собранным во время всей программы «Аполлон», или, как его окрестили СМИ, «Камень Бытия». Сначала он выглядел как частично кристаллический камень, но при ближайшем рассмотрении они поняли, что это почти чистый плагиоклаз, то есть анортозит. Первоначально предполагалось, что они нашли кусок первичной коры Луны, но последующий анализ показал, что возраст породы составляет всего 4,1 ± 0,1 миллиарда лет, что моложе самой Луны, и она образовалась после затвердевания лунной коры. Однако это был очень старый образец, относящийся к доимбрийскому периоду. Скотт быстро подошел к большому валуну на северо-западном краю кратера и сфотографировал его с разных углов. Он собрал образец рядом с ним (15445), который, по его мнению, откололся от него. Валун был определен как крупный ударный расплавленный брекчия. Затем он присоединился к Ирвину, который готовился собрать навеску грабем ближе к роверу. Поскольку время подходило к концу, а приближалось время возвращения, геологическая группа решила, что астронавты должны собрать как можно больше мелких фрагментов из этой области. Ирвин хотел взять образец большой брекчии, но после того, как он потратил так много времени на образце 15415, на месте осталось мало времени. Они также взяли несколько навесок грабем, собрав 78 фрагментов из реголита. Всего за три минуты до того, как им пришлось двигаться дальше, Ирвин ударил лопатой по большому камню, разбив его вдоль одной из трещин. Отколотый фрагмент, который они собрали, стал вторым по величине камнем, собранным в ходе миссии. Они вернулись к «Falcon» по тому же пути, по которому прибыли. Проехав мимо Южного скопления и Дюны, Скотт решил остановиться и собрать несколько образцов. Джо Аллен, руководитель группы связи, предупредил их, что у них есть всего 10 минут. Камера Ирвина заклинила после получения панорамы местности, поэтому Скотту пришлось сделать все оставшиеся документальные фотографии. Работая быстро, они собрали образцы, в том числе несколько с большого базальтового валуна на краю Дюны. Вернувшись к лунному модулю, Скотт предпринял еще одну попытку бурения скважин для эксперимента по тепловому потоку. Ирвин взял несколько кернов вручную вокруг места расположения станции ALSEP. Как и накануне, бур продолжал заклинивать, не продвигаясь дальше. Скотту удалось продвинуть его на несколько сантиметров, поднимая бур, чтобы очистить канавки на сверле, а затем позволяя буру продвигаться только под собственным весом. Однако этот процесс приводил к тому, что секции сверла разваливались, то есть Скотт фактически создавал новое препятствие под поверхностью, не осознавая этого. Когда он попытался установить зонды, они вошли только на 1 метр. Послеполетный анализ показал, что конструкция бура была ошибочной, канавки были расположены слишком близко друг к другу в месте соединения секций штанги. Был проведен эксперимент по механике грунта путем выкапывания траншеи и использования пенетрометра для измерения прочности реголита. Скотт начал бурить еще одну скважину, на этот раз для глубокого керна. Достигнув глубины 2,4 метра, Скотт решил, что этого достаточно, поскольку они уже находились ниже глубины расположения зондов теплового потока, основной причины взятия керна. Не желая терять время на следующий день, возвращаясь, чтобы извлечь керн, он начал вытаскивать его. Ему удалось поднять его на 20 см, но затем он перестал двигаться. Последней задачей дня было установить флаг Соединенных Штатов. Они находились снаружи «Falcon» 7 часов и 12 минут.

The target of the second EVA was Mount Hadley Delta again, but the crew drove via a more direct route and to a site east of where they had travelled the previous day. Travelling at 5.5 mph (9 km/h) they made good time across the plain. The first stop of the day, Station 4 was cancelled to give them more time to finish the drilling the holes for the heat flow experiment. This was at Dune crater, on the western edge of the South Cluster. The astronauts would, however, briefly visit Dune on the return trip to the LM. After making a navigation stop, they started to travel the 1.9 mi (3 km) along the base of the Delta towards Dandelion and Frost craters; Frost was to be the location of Station 5. Scott found there was little variation in the surroundings and decided that Frost was going to offer little difference, so it was decided to stop at a site about 1.9 mi (3 km) from St George and 320 ft (100 m) up to the Delta. It was interesting work, with the slope being about 10 degrees. Not reaching Frost cancelled Station 5, placing them instead at Station 6. They first sampled a fresh looking 1 meter crater, that was part of the rim of the older 3 meter crater. More samples were made above the area where they had parked the Rover. Most were breccias, but they did find one porphyritic basalt. Scott decided to move down to a 40 ft (12 m) crater, which was the largest one nearby. He went down inside it to sample, but found most of the rocks to be too large. Mission Control called up and said they would like the crew to dig a trench to study the soil mechanics and take a core sample. Irwin dug the trench, which Scott photographed. Then the core sample (15009) was taken from inside the crater. Returning to the Rover, they drove 650 ft (200 m) to a large boulder (Station 6A). Even walking short distances on the slope was time consuming so it was easier to just have the crew use the Rover to get there. The boulder was 10 ft (3 m) across. It was necessary for one crewmember to stay by the Rover, holding it to make sure it did not slide down the hill, which now had a 15 degree slope. With time running out on the stop, Scott was able to confirm what Irwin had seen earlier — the rock had a greenish tinge. The color was found to come from magnesium oxide. Back on the Rover, they traveled onward to Spur crater (Station 7), which was 320 ft (100 m) across and 66 ft (20 m) deep. Reaching the crater's rim they found small fragments, including one with a white vein. At first Irwin thought he had kicked up some green soil, but Scott found it was just caused by the visors of the helmets which were coated gold. It was then that they saw what would become the most famous lunar sample collected during the entire Apollo program — sample 15415 or as it was dubbed by the media, the "Genesis Rock". It looked at first just like a partially crystalline rock, but the closer they looked they realized it was almost pure plagioclase, meaning it was anorthosite. It was originally thought they had found a piece of the Moon's primordial crust, but later analysis would show that the rock was only 4.1 ± 0.1 billion years old, which is younger than the Moon itself, and was formed after the Moon's crust solidified. But it was still an extremely old sample, and was from the pre Imbrian era. Scott quickly went to a large boulder on the northwest rim of the crater and took photos of it from many angles. He collected a sample next to it (15445) which he assumed had broken off of it. The boulder was determined to be a large impact melt breccia. He then joined Irwin who was preparing to collect a rake sample closer to the rover. With time running out, and the walk back constraint approaching, the geology backroom decided that they wanted the astronauts to collect as many small fragments as they could from the area. Irwin had wanted to sample a large breccia but after spending so much time on #15415, there was little time left at the site. They also took some rake samples, netting 78 fragments from the regolith. With only three minutes before they had to move on, Irwin hit a large rock with his scoop, breaking it along one of its fracture lines. The chip they collected would be the second largest rock collected on the mission. They returned to Falcon along essentially the same path as they came. Passing the South Cluster and Dune, Scott decided to stop and collect some samples. Joe Allen, the CapCom, warned them that they only had ten minutes to spend here. Irwin's camera jammed after acquiring a panorama of the area, forcing Scott to take all the remaining documentation photography. Working quickly, they collected samples, including several from a large basalt boulder on the rim of Dune. On returning to the LM, Scott began another attempt at drilling holes for the heat flow experiment. Irwin took some manual core samples from around the ALSEP site. Again like the previous day the drill continued to get stuck, refusing to go any further. Scott was able to advance a few centimeters by pulling the drill up to clear the flutes on the drill bit and then letting the drill advance only using its own weight. This process however would cause the drill bit sections to come apart, meaning that what Scott was really doing was creating a new obstruction below the surface without realizing it. When he tried to emplace the probes they only went in 3 ft (1 m). Post flight analysis would find that the drill design was flawed, with the flutes too close together at the joint joining the sections of the stem. A soil mechanics experiment was undertaken by digging a trench and using a penetrometer to measure the strength of the regolith. Scott began drilling another hole, this time for a deep core sample. At 2.4 meters, Scott decided that this was far enough as they were well below the depth of the heat flow probes, the main reason for taking the core sample. Not wanting to lose time the next day returning to remove the core, he started to pull it out. He managed to get it up 20 cm but then it refused to move any further. The last task of the day was to set up the flag of the United States. They were outside Falcon for 7 hours and 12 minutes.

Планиметрические карты геологических станций

Это карты из предварительного научного отчета миссии "Аполлон-15", немного измененные. На всех изображениях X обозначает места отбора образцов, 5-значные числа – номера образцов LRL, прямоугольник – лунный ровер (точка указывает положение телекамеры), черные точки – крупные валуны, штриховые линии – края кратеров или другие элементы рельефа, а треугольники – панорамные точки.