De eerste maanlanding

De eerte maanlanding Op 25 mei 1961 deed president John F. Kennedy zijn landgenoten een belofte: voor 1970 zouden er Amerikanen een landing maken op de maan en veilig op de aarde terugkeren. Acht jaar later werd deze belofte ingelost door de astronaut Neil Armstrong, die op 21 juli als eerste mens een voet zet op de maan, gevolgt door Edwin Aldrin. Het tweetal maakte een maanlanding van 2 uur en 24 minuten en verbleven in toaal 21 uur en 36 minuten op de maan. De vlucht was begonnen met een lancering van de Apollo 11-raket. Wij zullen eerst uitgebreid ingaan op de verschillende stadia waaruit de reis naar de maan bestond. De drie principes De Amerikanen hadden besloten dat ze naar de maan wilden. Alleen was de vraag voor hen nog onduidelijk hoe dit het beste kon gebeuren. Er waren drie mogelijkheden: - Direct Acsent: Zeer grote raket stijgt op van de aarde, vliegt rechtstreeks naar de maan en ook weer terug. - Earth Orbital Rendezvous: Grote raket gaat in baan om aarde. Kleine raket vliegt naar de maan en terug naar de aard-omloopbaan, waar weer wordt gekoppeld en afgedaald. - Lunar Orbital Rendezvous: Grote raket vliegt naar de maan waarna een kleine raket ontkoppelt, afdaalt en later weer koppelt met het moederschip dat daarna terug naar de aarde vliegt. De derde mogelijkheid werd om verschillende redenen, zoals bijvoorbeeld brandstofverbruik en de mogelijkheid van kleine koerscorrecties, door de NASA toegepast. Door middel van de Mercury- het Gemini-vluchten had men ervaring opgedaan in het lanceren, koppelen en laten landen van bemande ruimteschepen.
Het zevenstappenplan De NASA ontwierp zeven missietypes die de functionaliteit en de veiligheid van de Apollo-Saturnus V moest bewijzen. Deze zeven stappen kregen de letter A tot en met G: A. Onbemande vluchten van Saturnus 1B en Saturnus 5 om de lanceervoertuigen en de commando/service-module te testen. B. Een onbemande vlucht met de maanlander, eveneens om de ontwerpeisen te testen. C. Een bemande vlucht met de maanlander ook om weer de ontwerpeisen te testen. D. Een bemande vlucht met de maanlander in een aardomloopbaan om de werking te testen en vliegervaring te krijgen. Ook een complete simulatie en rendezvous. E. Een bemande vlucht met het complete Apollo-Saturnus V ruimteschip tot een grote afstand van de aarde om de vlucht naar de maan te stimuleren en de hoge-snelheid binnenkomst van de commandomodule in de atmosfeer van de aarde. F. Een complete maanlandingmissie behalve de laatste 15 kilometer afdaling naar het maanoppervlak. G. De daadwerkelijke maanlanding. Bemanning Het Apollo ruimteschip heeft een bemanning van drie personen die elk een andere functie hebben. Namelijk de functie van commandant, maanlander-piloot en commandant-piloot. De maanlanderpiloot is de navigator. Tijdens de reis tussen aarde en maan bewaakt hij de subsystemen zoals de brandstofcellen en de klimaatbeheersing. De commandomodule-piloot is de specialist in detail manoeuvres van het ruimteschip die uitgevoerd worden met de stuurraketten. Hij landt niet op de maan maar blijft in een baan om de maan in de commandomodule. De commandant tenslotte is behalve de "kapitein" van Apollo en stuurman van de maanlander, ook de bewaker van de algehele koers die gevlogen wordt. Navigatie De reis van de aarde naar de maan duurt ongeveer drie dagen. Tijdens die reis wordt de route van Apollo voortdurend gevolgd door middel van 3 strategisch over de aarde verdeelde radar-volg-stations. In de commando-module, dat het controle-centrum van het ruimteschip is, bevind zich een van de twee guidance-computers, (de andere zit in de maanlander) om alle fases van de vlucht te sturen en te controleren. De computer wordt gevoed met gegevens van o.a. het inertieaal platform, de grondradar, rendezvous radar, optische instrumenten en gegevens die de radar-volg-stations in Spanje, Australië en Californië doorseinen naar Houston. De uitgangssignalen lopen onder andere naar een beeldscherm met uitlezing, de stuwmotor en naar het RCS (Reaction Control System). Hoewel in theorie met behulp van de computer en andere apparatuur de bemanning zelfstandig de missie uit kan voeren, is in de praktijk de hulp vanuit Houston noodzakelijk. Met name omdat door de beperkte hoeveelheid brandstof en dus tijd er weinig ruimte is om dingen goed te maken mocht er iets mis zijn. De reis tussen de omloopbaan om de aarde naar de omloopbaan om de maan wordt gedaan met slechts enkele precies berekende vuurstoten, afhankelijk van seconden tot minuten lengte. Stap 2 van aarde naar maandag
Trans Lunar Injection Als er een steen weggegooid wordt, dan valt die steen met een boog terug naar de grond. Hoe harder en verder de steen weggegooid wordt des te minder steil de val van de steen. De Saturnus 5 heeft het Apollo ruimteschip zo’n hoge snelheid gegeven dat de valboog gelijk is aan de kromming van het aardoppervlak. De hoogte ten opzichte van de grond blijft dus gelijk. Als er nog meer snelheid wordt toegevoegd gebeurt hetzelfde als op het moment dat de steen nog omhoog ging. De hoogte vanaf de grond neemt toe, terwijl de snelheid afneemt. Hetzelfde gebeurt tijdens de Trans Lunar Injection (TLI), een hele grote versnelling en als het ware omhoog vallen, totdat de snelheid er uit is. Transpose Een raket die vanaf de aarde gelanceerd wordt is altijd mooi glad en puntig gemaakt. Daarom dat de hoekige maanlander tijdens de lancering stevig opgebouwd zit in de adaptor.
Free Trajectory De TLI vuurstoot heeft Apollo in een baan naar de maan geplaatst die op een dus danige manier is gekozen is dat, als er niets meer gedaan wordt, ruim om de maan loopt en in een vloeiende lijn terug naar aarde. Als de koppeling zou mislukken of als er een ander probleem is waardoor niet geland kan worden wordt de free trajectory ofwel de gratis retour-koers aangehouden. Om in een baan om de maan te kunnen komen, die ook nog eens laag genoeg is, wordt tussen aarde en maan koers en de snelheid bij gesteld door een speciale motor enkele minuten te laten branden. Stap 3 landen op de maan De Apollo maanlander is een van de vreemdste vliegmachines die ooit gebouwd is. Het is dan ook een uniek apparaat. Speciaal gemaakt om mensen daarin te vervoeren naar een planeet. Het ontwerpen en het maken van de maanlander was een van de meest interessante, maar ook een van de moeilijke opgaven van het Apollo project. Hoewel er niet mee gevlogen was veranderde het toestel in zeven jaar vele keren. Ook aan de binnenkant, waardoor de astronauten steeds opnieuw moesten trainen en achter liepen op schema. De astronauten waren wel betrokken bij het ontwerp. Lunar Orbit Insertion Als de koers en de snelheid waarmee Apollo van de aarde afkomt correct is dan buigt de maan-gravitatie de baan om naar een parabool die terug naar aarde loopt. Als Apollo achter de maan verdwijnt valt de radioverbinding met de aarde weg. "LOS", Loss of signal. Dat is het moment om af te gaan tellen voor de LOI. Na LOI-1 volgt aan de voorzijde LOI-2. Dit dient om in een cirkelvormige omloopbaan te komen op een hoogte van 100 km en met een snelheid van 6000 km/uur. LM power-up Het bereiken van de maan orbit vormt een rustpunt van een dag in de missie, tijd om het oppervlak te fotograferen, een enorme lijst af te werken, te slapen en voorbereidingen klaar maken voor de afdaling. Het luik naar de LM wordt dan geopend zodat deze ingeschakeld kan worden en de poten van de daaltrap worden uitgeklapt. Ook het inertiaal platform van de LM moet uitgericht worden ten behoeve van de guidance-computer. Dan is het tijd voor de commandant en de maanlanderpiloot om zich in de maanpakken te hijsen en hun posities in de LM in te nemen. Het echte vliegwerk wordt trouwens door de commandant gedaan en niet door de maanlanderpiloot. High Gate-Low Gate Bij het bereiken van High Gate is de snelheid teruggelopen tot onder de 700 km/uur, wat tot gevolg heeft dat de valsnelheid hoger is als de kromming van de maanbol. Om niet op de maan te pletter te vallen wordt de straalpijp nu naar de grond gericht, om met stuwkracht de verticale snelheid af te remmen. Als alles volgens plan gaat, duurt deze automatische daalvlucht tot het bereiken van de Low Gate op 200 meter.
Contactlight Op deze hoogte begint het zoeken naar een geschikte landingsplaats. De maanlanderpiloot leest voortdurend de hoogte, voorwaartse en daalsnelheid op en de commandant probeert door middel van de stand en de stuwkracht de voorziene landingsplek te bereiken. Dit moet vooral een vlakke plek zijn, zodat de LM niet om kan vallen. Op 2 meter hoogte raken de voelsprieten aan de landingsvoeten de grond en gaat het contactlight branden. De daalmotor wordt dan uitgezet en door de lage zwaartekracht maakt de LM een redelijk zachte landing. Stap 4 terug naar de aarde Om naar de aarde te kunnen moesten de twee astronauten op de maan in ieder geval eerst weer terug naar de commando-module. In 1962, toen de NASA besloot dat de Lunar Orbital Rendezvous de beste manier was om een maanvlucht te maken, waarschuwden de tegenstanders van deze methode vooral voor de problemen die het onderscheppen en koppelen van twee ruimteschepen, zo ver van de aarde, zou kunnen geven. Een extra probleem was bovendien dat er voor verschillende technische systemen in de maanlander geen plaats was om ze dubbel uit te voeren. Alles moest in een keer goed werken. Veel aandacht bij de ontwikkeling van de LM is dan ook uitgegaan naar de bedrijfszekerheid van de daal- en de stijgmotor. Stijgvlucht Na het starten van de motor stijgt de LM zo'n 75 meter loodrecht op zodat hij vlak daarna plotseling kan kantelen om naast hoogte ook omloopsnelheid te winnen. Het kantelen (de Pitch-over) dat ongeveer 15 seconden na de lancering gebeurt was voor de astronauten de bevestiging dat het computerprogramma ontving. De eerste zeven minuten doet het guidance- en navigatiesysteem zijn werk. De snelheid loopt daarbij op naar 6500 km/uur. Daarna is de stijgmotor uitgewerkt en draait de LM in een baan van 15 bij 75 km hoogte boven de maan. Alle andere manoeuvres worden vervolgens uitgevoerd met de stuurraketten, het Reaction Control System (RCS). Rendezvous Het naderen van de commando/service-module gebeurt via een hele precieze methode. Allereerst moet de baan van de LM omgezet worden in een cirkelvormige. Dit gaat door op het hoogste punt (dus op 75 km) via het RCS 55 km/uur aan de snelheid toe te voegen. De orbit is dan nog wel ongeveer 30 km lager dan de baan die de CSM volgt. Een ideale situatie; in een mloopbaan heeft diegene met de minste hoogte de kortste weg en loopt dus in op het object op grotere hoogte. In het begin wordt er dus snel ingelopen. Als de LM en de CSM elkaar meer naderen wordt de snelheid weer iets verder opgevoerd. Dit heeft een dubbel effect, het hoogteverschil wordt overbrugd en de snelheid van naderen wordt lager. Hitteschild De puntigevorm van de commandomodule is niet alleen handig als top van een raket, in feite is de vorm bepaald om de hitte van de wrijving met de lucht te kunnen weerstaan. Bij het zoeken naar de ideale vorm van de capsule bleek dat de vorm van een meteoriet die in de aardse luchtlaag verbrandt de oplossing van dit probleem. Het principe is dat de stompe zijde het meest opvangt, waardoor de rest van de CM "uit de wind" blijft. Het hitteschild aan de stompe zijde houdt stand doordat de stukken die verbrand zijn er af vallen.
De reis nader uitgelegt: De reis naar de maan duurde 8 dagen, het begon op 16 juli 1969 en het eindigde op 24 juli. Op 20 juli om 21.05 uur begon de afdaling naar de maan. De astronauten daalden af naar het voorgenomen landingspunt. Het bleek geen vlak gebied te zijn, maar een terrein bezaaid met rotsblokken. Armstrong besloot de besturing van de maanlander over te nemen van de computer. Om 21.18 uur staat het ruimtevaartuig Eagle op de maan. Om 23.00 uur bevonde de astronauten zich nog in de maanlander. Armstrong was van plan vroeger te beginnen aan de wandeling op de maan. Op 21 juli om 3.39 uur opende Armstrong het luik van de maanlander. Met een “levenspak” op zijn rug daalde hij voorzichtig over een ladder af naar de maanbodem. De hele wereld was getuige van deze gebuertenis. Armstrong beschreef het maanoppervlak zoals hij het zag. De astronauten keerde op 22 juli terug naar de aarde en ze kwamen op 24 juli aan. Op de eerste maanlanding werden er drie instrumenten op de maan geplaatst, waaronder een seismometer om trillingen van de maanbodem te registreren. De seismometer werd gevoed met energie die werd geleverd door zonnecellen. Verder was er een detector voor maanstof en een reflector voor laserstralen. Bij de landing van de Apollo 11 werden er vele voorwerpen op de maanbodem achtergelaten. In de eerste plaats de bovengenoemde instrumenten en de daaltrap van de maanlander. Verder een vlag een van de VS . Op 22 juli om 0.42 uur wordt de maanlader afgestoten en om 5.56 uur brengt de raketmotor van het bedieningscompartiment de astronauten op weg naar de aarde. Op 23 juli om 20.56 uur bereikt het ruimtevaartuig het punt halverwege de terugreis de aarde. Op 24 juli om 11.47 uur wordt de Apollo 11-bemanning voor de laatste keer op de ruimtereis gewekt en werd begonnen aan de voorbereiding voor de landing. Om 17.21 uur wordt het bedieningscompartiment afgestoten. Om 17.35 uur dringt de Apollocapsule de atmosfeer van de aarde. Om 17.51 uur plonst de Apollo 11-capsule in de oceaan. De vlucht die de eerste mens op de maan bracht was geëindigd. Met de Apollo 11 lost Amerika de belofte in: de eerste mens stapt op de maan en daarmee was voor de wereld het bewijs geleverd dat de VS de Russen ook in de verovering konden verslaan. Dat was het doel van het Apollo-project en met de vlucht van de Apollo 11 was dit doel bereikt. Een bijkomend effect van de maanreizen was dat de astronauten grote hoeveelheden bodemmonsters van de maan mee terug naar de aarde konden nemen. Bron http://www.universal.nl/users/smallstep/