Посадки на луну

Траектория полёта корабля «Аполлон-11». Инфографика

16 июля 2019 года исполняется 50 лет со дня старта американского космического корабля серии «Аполлон» с экипажем, который впервые в истории человечества совершил посадку на Луну. Старт ракеты-носителя «Сатурн-5» с кораблем «Аполлон-11» состоялся 16 июля 1969 года с мыса Кеннеди. Он вызвал огромный ажиотаж не только на мировом уровне: еще за день до начала исторического полета на мысе Канаверал собралось более миллиона человек, желавших наблюдать за историческим событием. В Космическом центре имени Кеннеди за стартом наблюдали 5000 почетных гостей, включая 36-го президента США Линдона Джонсона и вице-президента Спиро Агню. Почти 3500 журналистов вели репортаж с места событий, а прямую телевизионную трансляцию запуска ракеты смогли увидеть в 33 странах мира.

В состав экипажа космического корабля входили три астронавта — командир Нил Армстронг, пилот лунного модуля Эдвин Олдрин и пилот командного модуля Майкл Коллинз. Их главной целью было выполнение задачи, поставленной еще президентом Джоном Кеннеди 25 мая 1961 года — высадки на Луну и успешного возвращения на Землю.

Выход «Аполлона-11» на окололунную орбиту состоялся на четвертый день полета. 20 июля произошла расстыковка командного и лунного модулей. В командном модуле остался Коллинз, а в лунный перешли Армстронг и Олдрин. Затем экипаж включил двигатель посадочной ступени лунного модуля, и кабина полетела к Луне.

Первоначально посадка на поверхность Луны предполагалась в автоматическом режиме, однако в последний момент командир экспедиции решил сажать лунный модуль в полуавтоматическом режиме. В дальнейшем Армстронг объяснял это действие тем, что выбранная автоматикой площадка была небезопасной. Подготовка к прилунению не прошла гладко: в лунном модуле пять раз срабатывала аварийная сигнализация бортового компьютера, что отвлекало астронавтов, а в дальнейшем корабль по неизвестной причине начало отбрасывать в разные стороны. Тем не менее, аппарату удалось прилуниться в Море Спокойствия 20 июля. После этого астронавты проверили бортовые системы и произвели имитацию старта с Луны на случай, если придется экстренно начать обратный полет на Землю. Затем экипаж надел скафандры, проверил их герметичность и работу системы жизнеобеспечения. 20 июля Армстронг первым в истории человечества ступил на Луну, произнеся: «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для человечества». Примерно через 20 минут лунный модуль покинул и Олдрин.

Айфон вместо Моря Спокойствия. Почему земляне покинули Луну? Подробнее

Во время нахождения на Луне астронавты собрали образцы лунных пород, разместили сейсмометр и лазерный отражатель, а также установили на спутнике Земли национальный флаг США. Кроме того, первые люди на Луне оставили несколько памятных медалей. В общей сложности выход на поверхность Луны продолжался чуть более двух с половиной часов. Всего астронавты собрали 21,55 кг образцов лунного грунта.

Завершив выход на Луну, экипаж проверил бортовые системы и отправился отдыхать. После сна астронавты начали готовиться к обратному полету. Они пробыли на Луне 21 час 36 минут. Совершив операцию по сближению и стыковке командного и лунного модулей, астронавты перешли в командный отсек «Аполлона». Его приводнение состоялось 24 июля в Тихом океане к юго-западу от Гавайских островов. На палубу авианосца экипаж доставили на вертолете. Астронавтам пришлось пройти 18-дневный карантин, причиной которого стало предположение о существовании небезопасных для людей лунных организмов. Карантин завершился 11 августа 1969 года. С этого дня астронавты не раз становились участниками торжественных встреч в различных городах США.

Нажимите для увеличения

Разъединение и сближение на окололунной орбите

Идея выхода космического корабля на окололунную орбиту с последующим отделением от него посадочного отсека с целью получения энергетического выигрыша была впервые выдвинута советским ученым Ю.В.Кондратюком. Изложенный им вариант лунной экспедиции был положен в основу американской программы «Аполлон». По этой программе было совершено шесть удачных экспедиций и одна неудачная, которые стартовали: «Аполлон-11» — 16 июля 1969 г., «Аполлон-12» — 14 ноября 1969 г., «Аполлон-13» — 11 апреля 1970 г. (неудачная), «Аполлон-14» — 31 января 1971 г., «Аполлон-15» — 26 июля 1971 г., «Аполлон-16» — 16 апреля 1972 г., «Аполлон-17» — 7 декабря 1972 г. Осуществление программы стало возможным после создания ракеты-носителя «Сатурн-5», первый запуск которой состоялся в 1967 г.

а) структура системы в целом, б) компоновка корабля «Аполлон». S-IC — первая ступень, S-II — вторая ступень, S-IVB — третья ступень; 1 — бак горючего первой ступени, 2 — бак окислителя первой ступени, 3 — переходник между первой и второй ступенями, 4 — бак окислителя второй ступени, 5 — бак горючего, 6 — переходник между второй и третьей ступенями, 7 — бак окислителя третьей ступени, 8 — бак горючего третьей ступени, 9 — приборный отсек IU, 10 — лунный отсек, 11 — переходник LMA, 12 — служебный отсек, 13 — командный отсек, 14 — система аварийного спасения (САС), 15 — маршевый двигатель служебного отсека, 16 — блоки двигателей системы ориентации и стабилизации, 17 — теплозащитный экран, 18 — ферма САС, 19 — основной РДТТ САС, 20 — РДТТ для отбрасывания САС, 21 — вспомогательный РДТТ, 22 — аэродинамические рули САС.

Ракетно-космическая система «Сатурн-5-Аполлон»: схема строения и размеры

Общая длина ракетно-космической системы «Сатурн-5-Аполлон» составляет 111 м, а начальная масса примерно 2950 т. На схеме ракеты указаны некоторые размеры частей системы. Первая ступень ракеты «Сатурн-5», имеющая обозначение S-IC, имеет массу 2280 т, причем масса топлива равна 2149 т. На ступени установлены пять двигателей F-1: четыре — в кардановых подвесах, способные отклоняться на угол 7°, и один, фиксированный — в центре, направление тяги которого всегда совпадает с продольной осью ракеты. Двигатели F-1 рассчитаны на однократное включение и действуют в течение примерно 150 с. Кроме того, на корпусе ступени S-IC установлены восемь тормозных РДТТ тягой 39 тс каждый, предназначенных для отделения первой ступени после расцепки.
Вторая ступень S-II имеет массу 485 т (с переходником), в том числе 444 т топлива (жидкий водород и жидкий кислород). На ней установлены пять двигателей J-2 (четыре — по периферии в кардановых подвесах, пятый, неподвижный — в центре). Двигатели работают в течение 370 с. На ступени установлены также пять РДТТ (каждый тягой 10,2 тс), сообщающих ступени после некоторого периода невесомости искусственную тяжесть на период 4 с для осадки топлива, и четыре тормозных РДТТ (17 тс) для отделения ступени.
Третья ступень S-IVB имеет массу 122 т (с переходником), в том числе 107 т топлива (жидкий водород и жидкий кислород). Она содержит один двигатель J-2, включающийся примерно на 160 с при выведении корабля «Аполлон» на околоземную орбиту ожидания и на 320 с при выведении его на траекторию полета к Луне. Имеются также два двигателя для осадки топлива (тягой по 1,45 тс). К верхней части ступени жестко прикреплен приборный отсек IU (Instrumental Unit) массой 1,95 т, который содержит аппаратуру инерциальной системы управления, счетно-решающее устройство, телеметрическую систему, радиоаппаратуру для траекторных измерений, источники электроэнергии, а также систему терморегулирования. Полезная нагрузка ракеты состоит из трех отсеков космического корабля «Аполлон», переходника и системы аварийного спасения. Ее масса при полете корабля «Аполлон-11» составляла 49,7 т, при полете «Аполлона-15» — 53,5 т.
Командный отсек CM (Command Module) массой 5561,5 кг, в том числе 111 кг топлива, является той частью всей ракетно-космической системы, которая после завершения экспедиции должна благополучно возвратиться на Землю. Кабина имеет объем 6 м3. На конической части отсека расположены 12 двигателей (каждый тягой 42,2 тс) системы управления ориентацией, которые используются только при входе в атмосферу. С их помощью регулируется подъемная сила (путем изменения угла крена), возникающая из-за отклонения центра масс отсека от продольной оси. Служебный (двигательный) отсек SM (Service Module) имел массу 23 264,3 кг, в том числе 18,5 т топлива для маршевого двигателя (горючее — 50% смесь безводного гидразина с несимметричным диметилгидразином, окислитель — четырехокись азота) и 608 кг топлива для вспомогательных двигателей. Маршевый двигатель может отклоняться на 8°, рассчитан на 50 включений, тяга его равна 9,3 тс (не регулируется), удельный импульс 308 с, запас зарактеристической скорости 2,5 км/с. Он используется для маневров на пути к Луне, вблизи Луны и возвращении на Землю. Вокруг отсека расположены 16 двигателей системы управления ориентацией и стабилизацией, собранных в четыре блока (45,4 кгс). Они используются также при операциях стыковки, так как могут сообщать и поступательное движение.
Командный и служебный отсеки вместе образуют основной блок корабля «Аполлон». Он существует как одно целое до момента, предшествующего входу в земную атмосферу. Лунный отсек LM (Lunar Module), или лунный корабль, предназначен для высадки двух космонавтов на Луну и возвращения их на окололунную орбиту. Масса отсека 15 075,1 кг, в том числе 10,5 т топлива (того же, что и в служебном отсеке). Расстояние между противоположными пятами выпущенного шасси 9,5 м. Отсек состоит из посадочной ступени массой около 10 т и взлетной ступени массой около 4 т; каждая ступень имеет свои двигатели и топливные баки. Хрупкая конструкция отсека рассчитана на слабое лунное притяжение. Посадочная ступень (сухая масса 2035,3 кг) снабжена шарнирно подвешенным двигателем с регулируемой тягой, максимальная величина которой равна примерно 4,5 тс. При двух различных режимах работы двигателя тяга составляет 10-65% и 95-100% максимальной тяги. Удельный импульс двигателя 313 с, максимальная продолжительность работы 1000 с, характеристическая скорость 2,3 км/с (запас топлива 8217 кг).
Взлетная ступень (сухая масса без космонавтов 2181,0 кг) содержит кабину (объем 6,7 м3, в том числе 4,53 м3 — свободный объем для двух космонавтов), основную часть системы жизнеобеспечения, системы навигации и управления, источники электроэнергии. Кабина лишена кресел; космонавты поддерживаются ременной системой. Основной двигатель взлетной ступени имеет постоянную тягу 1,59 тс и не поворачивается; характеристическая скорость равна 2,3 км/с (запас топлива 2367,2 кг). 16 вспомогательных двигателей собраны в четыре блока (тяга каждого двигателя 45,4 кгс) и служат для ориентации и стабилизации всего лунного отсека или взлетной ступени, а также для отделения лунного отсека от основного блока, горизонтальных перемещений при висении над лунной поверхностью и т.д.
Начальная масса корабля «Аполлон-11», складывающаяся из перечисленных выше трех отсеков корабля, равнялась 43 900,9 кг. По мере осуществления программы «Аполлон» корабль подвергался некоторым модификациям. Увеличилась масса основного блока. В нем стал размещаться комплект научных приборов и «субспутник», выводившийся на самостоятельную орбиту вокруг Луны. Расширение программы пребывания космонавтов на Луне привело к увеличению массы лунного отсека. Масса корабля «Аполлон-15» уже составляла 48 760 кг.

Лунный отсек корабля «Аполлон»: 1 — стыковочный люк, 2 — антенна метрового диапазона волн, 3 — стыковочная мишень, 4 — хвостовая секция взлетной ступени для размещения оборудования, 5 — блок вспомогательных двигателей, 6 — антенна, работающая в диапазоне частот С, 7 — источник света, 8 — посадочное шасси, 9 — тарельчатая пята ноги шасси, 10 — антенна радиолокатора системы управления посадкой, 11 — средняя секция взлетной ступени, 12 — двигатель посадочной ступени, 13 — площадка у переднего люка, 14 — лестница для спуска на поверхность Луны, 15 — передний люк для выхода на поверхность, 16 — треугольное окно для командира корабля, 17 — импульсный источник света, 18 — серповидная антенна приемника метрового диапазона, 19 — фиксированная антенна, работающая в диапазоне частот S, 20 — антенна радиолокатора для встречи на орбите, 21 — герметичная кабина космонавтов, 22 — поворотная антенна, работающая в диапазоне частот S, 23 — инерциальный измерительный блок, 24 — окно в потолке для наблюдения при встрече и стыковке с основным блоком.

Ракетно-космическая система «Сатурн-5-Аполлон»: Лунный отсек корабля Аполлон

Лунный отсек при старте с Земли помещен внутри переходника LMA (Lunar Module Adapter) массой 1816 кг, который предохраняет отсек от аэродинамических нагрузок при прохождении плотных слоев атмосферы. К переходнику (а не к лунному отсеку!) пристыкован основной блок. На самом верху системы «Сатурн-5-Аполлон» крепится система аварийного спасения LES (Launch Escape Tower) массой 4045 кг. Ее ферма укреплена на теплозащитном экране, предохраняющем командный отсек на участке подъема в атмосфере. Система состоит из трех РДТТ: в случае угрозы аварии одновременно включаются два РДТТ, и командный отсек, отделившись от служебного, уносится в море. В верхней точке включается третий РДТТ, отбрасывающий систему спасения, после чего раскрываются парашюты. Если аварии не произошло, этот двигатель отбрасывает систему спасения вместе с теплозащитным экраном на высоте 70-80 км.
Перейдем теперь к последовательному изложению операций, которыми сопровождается экспедиция на Луну. В соответствии с программой в момент Т+2 мин 15 с (Т — момент отрыва от стартового стола) должен быть выключен центральный двигатель первой ступени, а в момент Т+2 мин 40,8 с — остальные. Еще через 2,4 с включаются двигатели второй ступени S-II, а через 25 с после этого сбрасывается система аварийного спасения вместе с теплозащитным экраном. Двигатели второй ступени выключаются в момент Т+9 мин 11,4 с на высоте 185,9 км при дальности 1640 км и скорости 6,94 км/с. В момент Т+9 мин 15,4 с включается двигатель J-2 третьей ступени S-IVB, который, не выработав всего топлива, выключается в момент Т+11 мин 40,1 с. В результате третья ступень вместе с приборным отсеком IU и кораблем «Аполлон» (масса 136 т) достигает скорости 7,79 км/с на расстоянии 2713 км от мыса Канаверал и выходит на орбиту высотой 188 км и наклонением 32,6°.
В момент Т+2 ч 44 мин 14,8 с на втором витке повторно включается двигатель J-2 ступени S-IVB и через 5 мин 48,3 с сообщает приращение скорости 3041,2 м/с. В результате третья ступень с кораблем «Аполлон» (общая масса 63 т) выходит на траекторию полета к Луне на высоте 322,7 км с начальной скоростью 10 846,7 м/с. На пути к Луне производится перестроение отсеков корабля. После этого корабль принимает конфигурацию, показанную на схеме этапов полета по программе «Аполлон», (б), повторно разворачивается на 180° и после получения слабого импульса (6 м/с при полете «Аполлона-11») удаляется от ступени S-IVB. Ступени S-IVB при полетах кораблей «Аполлон-11» и «Аполлон-12» затем получали небольшой импульс путем слива остатков топлива и, перейдя на новую орбиту, разгонялись потом в сфере действия Луны и покидали сферу действия Земли. Во всех последующих полетах ступени направлялись на Луну для искусственного возбуждения сейсмических колебаний лунной коры, эквивалентных последствиям взрыва 11 т тринитротолуола (скорость удара при падении порядка 2,5 км/с). На фотоснимках, сделанных с окололунной орбиты в ходе операций программы «Аполлон», были обнаружены кратеры диаметром несколько десятков метров, образовавшиеся на Луне при падении ступеней S-IVB.
При первой экспедиции на Луну траектория корабля «Аполлон-11» являлась траекторией свободного возвращения: в случае отказа маршевого двигателя служебного отсека корабль, обогнув Луну на расстоянии 110 км от поверхности, вернулся бы полого в атмосферу Земли и и в момент Т+145 ч 04 мин приводнился в запасном районе Тихого океана, причем необходимые корекции могли быть совершены с помощью маломощных двигателей ориентации и стабилизации командного отсека. Благодаря уверенности в том, что маршевый двигатель «не подведет», последующие полеты к Луне проходили иначе. Сначала корабль двигался по траектории, отстоящей на 3000 км от лунной поверхности. Без дополнительных импульсов корабль при этом, выйдя из сферы действия Луны, стал бы двигаться по геоцентрической траектории и, пройдя на расстоянии 82 000 км от Земли, вышел бы из сферы действия Земли. Для входа в атмосферу понадобились бы коррекции, производимые с помощью маршевого двигателя или или вспомогательных двигателей основного блока, или двигателей лунного отсека. При невозможности их осуществить корабль обречен на вечное движение по орбите вокруг Солнца… Однако в действительности обязательная вторая коррекция, производимая после 31 часа полета к Луне (из четырех возможных на пути к Луне), переводит посредством импульса 19,5 м/с корабль на «гибридную» траекторию, проходящую на растоянии примерно 120 км от Луны. Преимущество «гибридной» траектории — в экономии топлива и в лучших условиях управления и слежения с Земли на начальном участке и в момент посадки на Луну.

Некоторые этапы полета по программе «Аполлон»: а) перестроение отсеков на пути к Луне (отход основного блока от третьей ступени, поворот на 180°, отделение и отход перестроенного корабля от третьей ступени); б) корабль вблизи Луны (шасси в рабочем положении); в) отделение лунного отсека от основного блока; г) сход лунного отсека с окололунной орбиты; д) посадка лунного отсека; е) старт взлетной ступени лунного отсека; ж) стыковка взлетной ступени с основным блоком; з) вход командного отсека в земную атмосферу (AA — продольная ось отсека, v, X, Y — направления векторов скорости, силы лобового сопротивления и подъемной силы).

Ракетно-космическая система «Сатурн-5-Аполлон»: перестройка при полете на Луну

Около ближайшей к Луне точки траектории (над обратной стороной Луны) включается примерно на 6 мин маршевый двигатель основного блока, уменьшающий селеноцентрическую скорость примерно с 2,5 км/с до 1,7 км/с и корабль переходит на эллиптическую окололунную орбиту с апоселением на высоте примерно 315 км. При полетах кораблей «Аполлон-11, -12» далее с помощью нового тормозного импульса маршевого двигателя корабль переводился на слабоэллиптическую орбиту высотой от 100 до 120 км, которая вследствие возмущений из-за нецентральности поля тяготения Луны сама затем по расчетам должна была превратиться в круговую высотой 111 км. С этой «базовой» орбиты и совершается переход отделившегося лунного отсека с двумя космонавтами на эллиптическую орбиту снижения с периселением на высоте примерно 15 км вблизи избранного места посадки. Тормозной импульс сообщается двигателем посадочной ступени.
По более позднему варианту плана (начиная с полета «Аполлона-13») на орбиту снижения с высотой периселения 15 км с помощью маршевого двигателя основного блока должен был переводиться весь корабль «Аполлон» прямо с начальной эллиптической орбиты, и отделение лунного отсека производится уже после этого. Основной блок затем с помощью разгонного импульса переходит на базовую орбиту ожидания высотой 111 км. Этот маневр позволял экономить топливо посадочной ступени лунного отсека для увеличения времени зависания над Луной в конце посадки. Заключительный этап посадки начинается включением двигателя посадочной ступени вблизи периселения, на высоте 15 км и расстоянии 480 км от места посадки. Через 26 с тяга двигателя делается максимальной. Еще через 4 мин бортовой радиолокатор начинает сообщать высоту, а через 2 мин после этого — скорость корабля относительно поверхности. При этом тяга уменьшается до 60% от максимальной. Через 8 мин 24 с торможения на высоте 2,35 км и расстоянии 8,2 км от места посадки, при горизонтальной скорости 152 м/с и вертикальной 45,7 м/с начинается этап дальнего подхода с возможностью ручного управления. Наконец, через 10 мин 6 с после начала торможения начинается этап ближнего подхода — до места посадки 550 м, высота 159 м, горизонтальная составляющая скорости 16,8 м/с, спуск почти вертикален. Вертикальное снижение начинается на высоте 46 м, причем автоматически поддерживается постоянной скорость 0,9 м/с. Предусмотрена возможность зависания над Луной, для чего тяга должна уменьшаться в точном соответствии с массой корабля, чтобы не начался подъем. Двигатель выключается космонавтами через 1 с после того, как получен сигнал о касании поверхности одним из щупов (стержни длиной 170 см) на пятах посадочных опор. Такова расчетная схема посадки корабля «Аполлон-11».
Пребывание двух космонавтов на Луне сопровождалось в каждой экспедиции их двух-трехкратным выходом на поверхность для установки научной аппаратуры, проведения экспериментов, прогулок к заданным объектам (например, при полете «Аполлона-12» — к аппарату «Сервейер-3», совершившему посадку на расстоянии 180 м в 1967 г.), сбора образцов минералов. При полете «Аполлона-14» в распоряжении космонавтов была ручная тележка, а начиная с полета «Аполлона-15» — вездеход массой 208 кг (рис. 108), способный развивать максимальную скорость 13 км/ч (рекордная скорость 17 км/ч на небольшом склоне при полете «Аполлона-16»), обладающий ходом до 92 км и выдерживающий нагрузку до 490 кг. Шесть экспедиций доставили на Землю около 400 кг лунных образцов. Из доставлявшихся на Луну каждой экспедицией комплектов «Алсеп» — приборов, предназначенных для многолетних послеполетных экспериментов, — особо должны быть отмечены сейсмометры и лазерные отражатели (все они были выключены лишь в сентябре 1977 г. из-за истощения источников энергии и, главным образом, сокращения ассигнований на наземное обслуживание). В полетах кораблей «Аполлон-15, -16, 17» большой комплект научной аппаратуры находился в одной из секций служебного отсека. Необходимые материалы забирались отсюда при выходе в космос пилота командного отсека.
Возвращение двух космонавтов (РИС. 1) с Луны начинается вертикальным стартом взлетной ступени с помощью основного двигателя. Затем ступень отклоняется от вертикали и через 7 мин после старта выходит (в точке 2, рис. 1) на начальную орбиту с периселением на высоте 16,7 км и апоселением на высоте 83,3 км. Последующее сложное маневрирование производится с помощью двигателей системы ориентации и стабилизации. Взлетные ступени при первых двух экспедициях на Луну сначала посредством импульса 15,07 м/с в апоселении 3 выходили на круговую орбиту, затем, после исправления, если было необходимо, плоскости орбиты в точке 4, переводились в точке 5 импульсом 1,37 м/с на близкую к круговой эллиптическую орбиту, имеющую ту же линию апсид, что и орбита ожидания основного блока (разность выот орбит была повсюду почти одинакова — около 28 км). Теперь космонавты могли ждать подходящего момента для начала заключительного маневра сближения с основным блоком (нестрашно было его и пропустить и дождаться следующего). После импульса 7,5 м/с начала маневра в точке 6 и коррекций 7 и 8 взлетная ступень, находясь в точке 9 ниже и впереди нагонявшего ее основного блока, начинала разгон (13,7 м/с), чтобы в точке 10 выйти на орбиту основного блока. (Это выравнивание скоростей воспринималось с борта основного блока как торможение приближающейся взлетной ступени. Указанные выше значения импульсов и параметры орбит — расчетные, фактические значения от них несколько отличались.) Групповой полет заканчивался сближением с помощью вспомогательных двигателей основного блока и стыковкой в точке 11 (через 3 ч 37 мин после старта). Маневры были рассчитаны так, что происходили при удобных условиях связи взлетной ступени с основным блоком и освещенности на последнем этапе сближения. Их сложность обеспечивала высокий уровень безопасности, за которую, правда, платилось лишней затратой топлива и большой длительностью всей операции.

Начиная с полета «Аполлона-14», после выхода в точке 2 (рис. 2) на начальную орбиту и увеличения в точке 3 скорости на 4,6 м/с осуществлялся переход в точке 4 на траекторию перехвата, затем следовали коррекции 5, 6, разгон 7, выход 8 на орбиту основного блока и стыковка; вся операция от старта до стыковки занимала лишь 1 ч 45 мин. Переход к ней объяснялся возросшей уверенностью в надежности двигательных систем лунного корабля. После перехода двух космонавтов в основной блок, взлетная ступень лунного корабля отделялась. Начиная с полета «Аполлона-12», она затем с помощью тормозного импульса основного двигателя по очень пологой траектории сбрасывалась на Луну. Скорость удара 1,68 км/с позволяла провести сейсмический эксперимент.
Основной блок после некоторого периода обращения вокруг Луны разгонялся с помошью маршевого двигателя на 0,9-:-1,0 км/с, что доводило его селеноцентрическую скорость до примерно 2,5 км/с. Перед входом в атмосферу Земли, через 2,5-3 сут, отделялся служебный отсек, а командный отсек совершал спуск с аэродинамическим качеством до 0,4 (возможны маневры по дальности от 100 до 5000 км), завершавшийся приводнением на парашютах в Тихом океане со скоростью 10 м/с. Минимальная продолжительность экспедиции («Аполлон-11») составила 195 ч 17 мин 53 с, максимальная («Аполлон-17») — 301 ч 51 мин 5 с. После трех первых возвращений космонавтов с Луны они проходили карантин в виду возможности занесения на Землю чужеродных микроорганизмов. Эта мера была отменена с «Аполлона-15».
Чуть было не закончился трагически полет корабля «Аполлон-13». 14 апреля 1970 г. в 3 часа по Гринвичу на пути к Луне при расстоянии от Земли 330 000 км вследствие неисправности электропроводки в служебном отсеке произошел взрыв кислородного бака, который питал водородно-кислородные топливные элементы и систему жизнеобеспечения. вышли из строя все три топливных элемента, расположенных в служебном отсеке и служивших источником электроэнергии для основного блока и питьевой воды для космонавтов, а следовательно, и все двигатели служебного отсека; отказала система жизнеобеспечения командного отсека. В запасе остались лишь батареи командного отсека и запас кислорода в нем, предназначенные для этапа спуска в атмосфере. Лунный отсек стал играть роль спасательной шлюпки. В режиме крайней экономии использовались его ресурсы электроэнергии, воды и кислорода. Ориентация и коррекция траектории осуществлялись с помощью двигателей системы ориентации лунного отсека и посадочного двигателя. Ориентация часто нарушалась истечением газов из служебного отсека. Корабль был окружен в полете роем осколков.


Рис 1. Немасштабная схема встречи взлетной ступени с основным блоком в ходе полетов кораблей «Аполлон-11,-12». Рис 2. Немасштабная схема встречи взлетной ступени с основным блоком в ходе полетов кораблей «Аполлон-14-17».

Ракетно-космическая система «Сатурн-5-Аполлон»: схемы встречи на орбите Луны

Корректирующий импульс 11,3 м/с перевел в 8 ч 43 мин корабль на траекторию облета Луны с возвращением в атмосферу. После облета Луны (минимальное расстояние — 250 км) 15 апреля в 02 ч 40 мин был сообщен корректирующий импульс 265 м/с (посадочный двигатель работал 4 мин 24 с), что сократило на 10 ч полет до Земли и обеспечило приводнение в Тихом океане. 17 апреля в 12 ч 53 мин на расстоянии 72 000 км от Земли с помощью двигателей системы ориентации лунного отсека была проведена последняя коррекция, увеличившая угол входа в атмосферу до 6,85°. В 13 ч 16 мин был отделен служебный отсек, а в 16 ч 43 мин на расстоянии 21 000 км от Земли — лунный (до этого двое космонавтов помещались в лунном отсеке, а один — в переходном туннеле). Благополучное приводнение командного отсека с космонавтами произошло 17 апреля в 18 ч 08 мин в расчетной точке юго-восточнее островов Самоа (время всюду по Гринвичу).
Затраты на каждую лунную экспедицию составляли около 400 млн. долл. (в том числе 185 млн. долл. — стоимость ракеты-носителя и 95 млн. долл. — корабля «Аполлон»). Стоимость всей программы «Аполлон» с учетом теоретических и экспериментальных разработок, отработки различных систем, экспериментальных полетов вокруг Земли и вокруг Луны оценивается в 25-26 млрд. долл. В.И.Левантовский Экспедиции по программе Аполлон

Ракетостроение т3

ПОЛЕТ КОРАБЛЯ APOLLO-11
ПОСАДКА НА ЛУНУ И ВОЗВРАЩЕНИЕ НА ЗЕМЛЮ

16 июля 1969 г. в 13 ч 32 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель Saturn V и корабль Apollo-11 с экипажем: Нейл Армстронг (командир корабля), Майкл Коллинз (пилот командного отсека) и Эдвин Олдрин (пилот лунного корабля).

Цель полета — посадка лунного корабля на Луну в районе Моря Спокойствия, в 190 км западнее кратера Маскелини, в точке с координатами 0°42’50» с. ш. и 23°42’28» з. д., выход на поверхность Луны Н. Армстронга и Э. Олдрина, сбор 60 кг лунного грунта, установка аппаратуры для исследования Луны, продолжительность пребывания на поверхности Луны вне корабля около 3 ч, старт с поверхности Луны и возвращение на Землю.

Общая расчетная продолжительность полета 195 ч 19 мин.

Вес Saturn V Apollo-11.

Начальный вес Saturn V Apollo-11, т
Ракета-носитель Saturn V
Первая ступень (S-IC)
Сухой вес ступени, т
Стартовый вес, т
Вторая ступень (S-II)
Сухой вес ступени, т
Стартовый вес, т
Третья ступень (S-IVB)
Сухой вес ступени, т
Стартовый вес, т
Переходник, т
Вес лунного корабля Apollo-11, кг
Взлетная ступень, сухая,кг
2943
131,4
2287,0
42,7
486,419
11,360
119,0
3,680
15075,07
2181,016
без экипажа
Посадочная ступень, сухая, кг
Топливо для РСУ, кг
Топливо для ЖРД посадочной ступени, кг
Топливо для ЖРД взлетной ступени, кг
Командный отсек
Служебный отсек
2035,282
274,216
8217,400
2367,156
5561,5 кг,
в том числе
111 кг топлива
23264,3 кг,
в том числе
18 500 кг
топлива.

Ниже дана расчетная и фактическая программа вывода корабля Apollo-11 на траекторию полета к Луне.

Номинальная траектория старта и последовательность операций Apollo-11 дана в табл. 21.

Таблица 2

Старт

Корабль Apollo-11 стартовал 16 июля 1969 г. в 13 ч 32 мин по Гринвичу с азимутом 72° в начале открытия стартового окна (рис. 43.1, а, б, в).

Такой старт давал возможность произвести посадку на Луне в расчетном месте № 2 при угле возвышения Солнца около 10°, при общей продолжительности полета 8 сут 3 ч, обеспечивал резерв топлива для ЖРД служебного отсека, соответствующий изменению скорости 52 м/сек. Первая ступень ракеты Saturn V закончила работу на дальности 93,5 км, подняла аппарат на высоту 67 км и увеличила его скорость до 2760 м/сек.

Вторая ступень S-II закончила работу на дальности 1640,2 км, подняла аппарат на 187 км и увеличила его скорость до 6935,6 м/сек. Двигаясь по баллистической траектории через 20 мин после отделения, вторая ступень упала в Атлантический океан на расстоянии 4250 км от места старта.

Третья ступень ракеты Saturn V начала работать сразу после отделения ступени S-II. ЖРД J-2 проработал 145 сек, увеличил скорость кораблч Apollo до 7791,4 м/сек и вывел его на орбиту ожидания 184,2/190,3 км с наклоном к экватору 32,51°.

Экипаж имел возможность управлять ракетой-носителем Saturn V в случае неисправности инерциальной платформы основной системы управления и навигации приборного отсека. На участке работы ступени S-1C экипаж мог переключить управление ракетой-носителем с системы управления приборного отсека на систему управления и навигации, действующую из командного отсека. При отказе автоматической системы во время работы второй и третьей ступеней ракеты экипаж переходит на ручное управление, посылая с помощью рукояток управления через бортовую ЭЦВМ сигналы в приборный отсек.

Орбита ожидания.

Apollo-11 оставался на орбите ожидания в течение полутора оборотов, сохраняя постоянную ориентацию отноcительно местной горизонтали в течение одного оборота.

После проверки всех систем корабля и подготовки к полету на Луну экипажу из Центра управления полетом через радиостанцию в Карнарвоне (Австралия) было передано разрешение на старт к Луне.

Выход на траекторию полета к Луне

Через полтора оборота по орбите ожидания в момент времени T0+02 ч 44 мин 22 сек над Тихим океаном, чуть южнее экватора, был вторично включен ЖРД J-2 ступени S-IVB; он проработал 348 сек и увеличил скорость аппарата до 10 839,2 м/сек с запасом скорости в 1,83 м/сек для компенсации последующего маневра расстыковки Apollo и ступени-S-IVB.


Рис. 43.2. Выход корабля Apollo-11 на траекторию
свободного возвращения и маневр перехода на гибридную
траекторию полета к Луне

Корабль Apollo-11 вышел на траекторию свободного возвращения; после 145 ч 04 мин полета по ней, облетев Луну, он мог произвести посадку 22 июля в океане в точке с координатами 14,9° ю. ш. и 174,9° в. д. (рис. 43.2).

Перестроение корабля Apollo-11

Через 25 мин после выхода на траекторию полета к Луне экипаж приступил к маневру перестроения, осуществив его с той же последовательностью операций, как и в полете Apollo-10

В момент времени Т0+04 ч 09 мин корабль Apollo-11 был отброшен четырьмя пружинами от S-IVB со скоростью около 0,3 м/сек.

После отделения корабля был включен ЖРД служебного отсека на 2,9 сек, сообщивший приращение скорости 6 м/сек, чтобы отвести корабль на безопасное расстояние перед сливом топлива из баков S-IVB. Слив остатков топлива через камеру ЖРД J-2 вывел ступень S-IVB на траекторию, по которой, пройдя мимо задней кромки диска Луны, ступень вышла на орбиту вокруг Солнца.

Пассивная траектория полета к Луне

Вместо четырех запланированных коррекций траектории полета к Луне была сделана лишь одна, в момент времени Т0+26 ч 45 мин, когда корабль Apollo-11 находился на расстоянии 202 136 км от Земли; корабль двигался со скоростью 1535 м/сек и вес его был равен 43 748 кг. ЖРД служебного, отсека был включен на 3 сек, приращение скорости составило 6,4 м/сек. Остальные 3 коррекции не производились, по-видимому, в результате этого корабль Арollо-11 прибыл к Луне на 4 мин раньше расчетного времени.

В течение всего пассивного полета к Луне корабль был освещен Солнцем, и чтобы обеспечить пассивное терморегулирование, он медленно вращался относительно продольной оси.

Вывод на траекторию искусственного спутника Луны

19 июля в момент времени То+75 ч 49 мин 28 сек на 4 мин раньше расчетного времени, когда корабль находился за Луной, был включен ЖРД служебного отсека; он проработал 357 сек и перевел корабль на эллиптическую орбиту ИСЛ с высотой в апоселении 313,8 км и в периселении 112,7 км. По этой орбите Apollo-11 сделал 2 оборота вокруг Луны и в То+80 ч 04 мин 51 сек, на 4 мин 39 сек раньше расчетного времени, был вторично включен ЖРД служебного отсека на 16,4 сек, в результате чего корабль перешел на орбиту, близкую к круговой, с высотой в апоселении 121,5 км и в периселении 99,4 км (рис. 43.3). Эта орбита очень близка к номинальной орбите 120×100 км, которая под влиянием аномалий гравитационного поля Луны должна была перейти в круговую орбиту высотой 111 км. Примерно за 1 ч до полуночи Э. Олдрин на 2 ч перешел в лунный корабль для подготовки систем корабля к самостоятельному полету.


Рис. 43.3. Выход корабля Apollo-11 на орбиту искусственного спутника Луны
Снижение лунного корабля и посадка на Луну

20 июля после отдыха астронавты начали подготовку к посадке на Луну. Э. Олдрин в легком комбинезоне, а за ним Н. Армстронг в скафандре, но без гермошлема и перчаток переходят в лунный корабль и начинают подготовку бортовых систем к автономному полету. Затем Э. Олдрин возвращается в командный отсек, надевает скафандр и переходит в лунный корабль.

В момент времени То+100 ч 05 мин, на 4 мин 50 сек раньше расчетного времени, когда Apollo-11 находился за Луной, М. Коллинз произвел расстыковку, Н. Армстронг отвел лунный корабль на 12-15 м, повернул его по тангажу и рысканию, а М. Коллинз из командного отсека осмотрел лунный корабль и убедился в отсутствии у него повреждений.

Затем М. Коллинз включил ЖРД РСУ на 6,9 сек, основной блок получил приращение скорости 7,6 м/сек и перешел на эквипериодическую орбиту с максимальным удалением на 4,07 км от лунного корабля через полоборота.

Астронавты в лунном корабле проводят последние подготовительные операции: проверяют работу радиолокатора встречи, вводят данные в бортовую ЭЦВМ, проверяют согласование гироплатформ лунного корабля и командного отсека.

В момент времени То+101 ч 36 мин 14,07 сек (на 2 мин 34 сек раньше расчетного времени), когда лунный корабль находился за Луной, был включен ЖРД посадочной ступени; он проработал 15 сек на тяге 10% номинальной, 0,8 сек на переходном режиме и 13 сек на тяге 40% номинальной, в результате чего скорость лунного корабля уменьшилась на 22,6 м/сек и он перешел на снижение по орбите с высотой в периселении 15,8 км и в апоселении 106 км (рис. 43.4).


Рис. 43.4. Снижение лунного корабля с орбиты искусственного спутника
на поверхность Луны

В момент времени То+102 ч 29 мин через основной блок, выполнявший роль ретранслятора, Н. Армстронгу было передано специальное разрешение Центра управления полетом на выполнение посадки на Луну.

Посадка осуществлялась в 3 этапа: торможение, приближение к точке посадки, вертикальная посадка.

В момент времени То+102 ч 33 мин 04 сек на расстоянии 424,7 км от места посадки № 2 начался этап торможения, был включен ЖРД посадочной ступени, он работал 26 сек на тяге 10% номинальной и 358 сек на номинальной тяге 4472 кг. Далее, в течение 2 мин тяга уменьшалась с 59 до 55% номинальной. На этапе торможения лунный корабль был повернут окнами вниз и астронавты заметили, что время пролета кратера Маскелини не совпало с необходимым. Пройдя кратер, лунный корабль развернулся по крену на 180° окнами вверх (рис 43.5).

На входе в первый коридор на расстоянии 7,5 км от точки посадки (высота над поверхностью Луны Н=2,3 км, скорость V=550 км/ч, вертикальная скорость снижения Vy=45 м/сек) начался этап приближения к точке посадки (рис 43.6)

На этапах торможения и приближения к точке посадки лунный корабль управлялся цифровым автопилотом, работавшим по программе Р-63


Рис. 43.5. Торможение лунного корабля Apollo-11 перед посадкой на Луну
Рис 43.6. Вход лунного корабля Apollo-11 в контрольный коридор № 1

Когда астронавты смогли видеть лунный горизонт и район посадки, до которого оставалось 5,8 км, Н. Армстронг переключил автопилот на программу Р-64. В соответствии с этой программой управление посадочным ЖРД и ЖРД РСУ лунного корабля производится автоматически по командам бортовой ЭЦВМ и посадочного радиолокатора, астронавты вручную могут корректировать лишь ориентацию.

Во второй коридор лунный корабль вошел на высоте H=150 м с горизонтальной скоростью V=74 км/ч, на расстоянии 600 м от точки посадки (рис. 43.7).


Рис. 43.7. Вход лунного корабля Apollo-11 в контрольный коридор № 2
и посадка на Луну

Когда лунный корабль, снизился до высоты H=140 м, Н. Армстронг увидел, что автопилот ведет корабль на посадку в кратер размерами с футбольное поле, усеянный крупными камнями до 3 м в поперечнике. Н. Армстронг выключил автоматическую программу Р-64 и перевел бортовую ЭЦВМ на полуавтоматическую программу Р-66; в соответствии с этой программой ЖРД посадочной ступени управляется автоматически, чтобы вертикальная скорость снижения была 1 м/сек, а ЖРД РСУ управляются полностью вручную, что обеспечивает необходимую величину горизонтальной составляющей скорости. С помощью ЖРД РСУ Н. Армстронг обеспечил горизонтальную составляющую скорости 3-4,5 м/сек и лунный корабль благополучно перелетел опасный для посадки кратер.

Н. Армстронг имел возможность переключить бортовую ЭЦВМ на программу Р-67. В этом случае управление вектором тяги посадочного ЖРД и ЖРД РСУ полностью производится вручную, а бортовая ЭЦВМ лишь поддерживает вертикальную скорость снижения на уровне 0,3 м/сек. Н. Армстронг не воспользовался программой Р-67, так как она затягивает процесс посадки.

Перелетев опасный кратер и выбрав для посадки подходящее место, Н. Армстронг затормозил горизонтальную скорость, одновременно осуществляя вертикальное снижение корабля; от струи посадочного ЖРД поднялось облако лунной пыли на высоту до 20 м, которое мешало визуальному определению высоты и скорости. Сигнальная лампочка, свидетельствующая о контакте щупов посадочных опор с поверхностью Луны, загорелась в момент времени То+102 ч 45 мин 04 сек, через 0,9 сек был выключен ЖРД посадочной ступени, все четыре ноги шасси встали на лунный грунт в То+102 ч 45 мин 40,197 сек. 20 июля 1969 г. в 20 ч 17 мин 40,197 сек впервые корабль, пилотируемый человеком, совершил посадку на Луну (рис. 43.8а).

Вертикальная скорость в момент посадки была ~ 0,3 м/сек, горизонтальная скорость полностью не была погашена, на что указывал характер изгиба щупов на посадочных пятах. На грунт лунный корабль встал с наклоном 4,5° относительно лунной вертикали, ось рыскания составляла 13° с плоскостью траектории полета, ЖРД посадочной ступени проработал на 38 сек дольше расчетного времени.

После посадки вес лунного корабля был равен 7211 кг, остаток топлива в баках посадочной ступени составлял 1,85% (на 18 сек полета на номинальной тяге); при имитации посадки на Земле на моделирующих стендах, как правило, оставалось 5,5-6% топлива.

Н. Армстронг и Э. Олдрин на поверхности Луны

21 июля в 2 ч 57 мин по Гринвичу Н. Армстронг спустился на поверхность Луны. Спуск Н. Армстронга на поверхность Луны Э. Олдрин снимал кинокамерой из верхнего люка. На поверхности Луны Н. Армстронг быстро собрал ~ 1 кг образцов лунного грунта на случай аварийного возвращения в лунный корабль. Э. Олдрин начал выход на поверхность Луны в 3 ч 14 мин по Гринвичу.

Астронавты перенесли телекамеру на 20 м от точки посадки, установили государственный флаг США, по радио доложили Президенту США о благополучной посадке на Луну; развернули рулон алюминиевой фольги и, установили его на шесте вблизи корабля для регистрации частиц инертных газов в солнечном ветре; на расстоянии 20 м установили лазерный отражатель, на расстоянии 25 м — пассивный сейсмометр. Затем Н. Армстронг и Э. Олдрин собрали около 28 кг образцов лунного грунта.

Э. Олдрин вернулся в лунный корабль в 5 ч 00 мин, Н. Армстронг-в 5 ч 10 мин. Таким образом Н. Армстронг находился на поверхности Луны 2 ч 21 мин 16 сек.

После отдыха астронавты начали подготовку к старту с Луны.

ЖРД взлетной ступени лунного корабля был запущен в То+124 ч 23 мин, точно в расчетное время, проработал на полной тяге 435 сек, на 3 сек меньше расчетного номинального времени (так как тяговооруженность оказалась несколько выше номинальной) и сообщил взлетной ступени скорость 1690 м/сек. Активный участок траектории взлета состоял из двух фаз: взлета по вертикали, чтобы обеспечить прохождение траектории над лунными горами, и фазы выхода на орбиту искусственного спутника Луны. Через 10 сек взлета по вертикали при скорости 18,3 м/сек, на высоте около 76,3 м начался маневр поворота по тангажу одновременно с выходом на требуемый для встречи азимут. В конце маневра угол тангажа равнялся 52°.

ЖРД взлетной ступени выключился на расстоянии 307км западнее места посадки лунного корабля и вывел ее на орбиту искусственного, спутника Луны 17,57/87,6 км (рис. 43.9, 43.10., 43.11).


Рис. 43.9. Траектория вертикального старта взлет-
ной ступени лунного корабля Apollo-11 с поверхности Луны.
Рис. 43.10. Активный участок траектории выхода взлетной
ступени лунного корабля Apollo-11 на орбиту искусственного
спутника Луны
Рис. 43.11. Выход взлетной ступени лунного корабля Apollo-11
на орбиту искусственного спутника Луны.

Таблица 22

Этапы полета Время, мин: сек
расчетное фактическое
Конец взлета по вертикали 0:10 0:10
Конец активного участка вывода на траекторию ИСЛ 7:18 7:15
Начало коррекции остатка скорости 7:33
Коррекция остатка скорости выполнена 8:37

Параметры активного участка траектории взлета

Прицельные параметры взлета
Радиальная скорость, м/ceк
Горизонтальная скорость, м/сек
Поперечная дальность (сводится к нулю), км
Высота в конце активного участка, км
Остаточная скорость в координатах лунного корабля, м/сек
Vgx
Vgу
Vgz
Окончательная орбита после коррекции остаточной
скорости
Высота в апоселении, км
Высота в периселении, км
9,8
1690
3,24
18,3
-0,64
-0,035
0,549
87,6
17,57

В табл. 22 и 23 даны фактические характеристики взлета взлетной ступени лунного корабля Apollo-11 и характеристики, рассчитанные до полёта.

Сравнение показывает хорошее совпадение фактических характеристик с расчетными и отсутствие аномалий.

Дальше экипаж начал вести расчет четырех главных маневров, обеспечивающих встречу с основным блоком, находившимся на орбите ИСЛ впереди взлетной ступени на расстоянии ~500 км.

Таблица 23

Тип системы измерений Высота, м Радиальная
скорость
м/сек
Горизонтальная
скорость,
м/сек
Расчет до полета 18 326 9,8 1688,9
Основная система навигации и управления 18 484 10,1 1689,3
Аварийная система навигации управления 18 306 9,2 1689,5
Наземная радиолокационная сеть 18 681 10,7 1690,4
Расчет после полета 18 392 9,8 1689,3

Все маневры в необходимой для встречи последовательности совершались с использованием ЖРД РСУ лунного корабля.

В первом апоселении в Т0+125 ч 21 мин 20 сек ЖРД РСУ сообщил приращение скорости 14,95 м/сек и через 20 мин радиолокатор встречи на взлетной ступени лунного корабля захватил основной блок и на нем с помощью УКВ дальномера и секстанта велись навигационные расчеты (рис. 43.12).

На активном участке в первом апоселении одновременно вводилась поправка, устраняющая угол смещения плоскостей орбит, возникающий вследствие ошибки в выборе азимута старта.

Совмещение двух аппаратов по фазе началось на концентрических орбитах и взлетная ступень догоняла основной блок с большей угловой скоростью на 0,072 град/мин.

Следующая проверка и коррекция плоскости орбиты проводилась через 29 мин после первого апоселения с таким расчетом, чтобы обе орбиты имели общий узел при переходе на постоянную разность высот в момент Т0+126 ч 19 мин 40сек.
Окончательное фазирование и сближение началось в Т0+126 ч 58 мин 26 сек, когда линия визирования основного блока с местной горизонталью составляла угол 26,6°; вдоль линии визирования было сообщено приращение скорости 7,5 м/сек.


Рис. 43.12. Переход взлетной ступени лунного корабля
Apollo-11 на фазирующую орбиту и постоянную разность высот

Взлетная ступень перешла на орбиту 113/80 км, ее угловая скорость уменьшилась и превышение над орбитальной угловой скоростью основного блока стало равным 0,032 град/мин (рис. 43.13).


Рис. 43.13. Маневр постоянной разности высот, окончательное фазирование,
коррекция траектории встречи взлетной ступени с основным блоком
корабля Apollo-11.

В момент времени T0+127 ч 52 мин М. Коллинз начал маневрирование с целью осуществить причаливание и стыковку. При первом касании элементов стыковочного узла, внезапно включились ЖРД РСУ взлетной ступени и она начала вращаться относительно продольной оси, вращение удалось быстро остановить и стыковка была успешно завершена в Т0+128 ч 03 мин, на 3 мин позже расчетного времени. На осуществление всех этапов встречи и стыковки потребовалось 3 ч 33 мин.

После стыковки и герметизации туннеля Н. Армстронг и Э. Олдрин, взяв образцы лунного грунта, вернулись в командный отсек (рис. 43.14).


Рис. 43.14. Герметизация туннеля после стыковки взлетной ступени лунного
корабля с командным отсеком:

1 — закрыть редукционный клапан взлетной ступени; 2 — редукционный клапан пе-
реднего люка взлетной ступени поставить на автоматический режим; 3 — в команд-
ном отсеке открыть клапан управления кислородом, отрегулировать давление боль-
ше, чем во взлетной ступени; 4-открыть на туннельном люке клапан, уравниваю-
щий давления; 5 — отрегулировать в командном отсеке расход кислорода 0,364 кг/ч;
6 — открыть люк туннеля

Астронавты сбросили взлетную ступень раньше расчетного времени, так как услышали шум в туннеле и в верхней части ступени.

Рис. 43.15. Выход на траекторию
возвращения к Земле (ЖРД вклю-
чен на 149 сек, когда корабль был
за диском Луны, приращение
скорости полета 1003 м/сек)

Выход на траекторию возвращения к Земле

М. Коллинз включил ЖРД служебного отсека в То+135 ч 25 мин, когда корабль Apollo-11 находился за Луной; ЖРД проработал 149 сек, сообщил приращение скорости 1003 м/сек и перевел корабль на траекторию возвращения к Земле продолжительностью 59,5 ч (рис. 43.15).

Вход в атмосферу и посадка на Землю

24 июля корабль Apollo-11 приблизился к Земле, в То +194 ч 48 мин командный отсек отделился от служебного отсека и через 15 мин вошел в атмосферу Земли на высоте 122 км со скоростью 11 025,5 м/сек на расстоянии 2380 км от расчетной точки посадки.


Рис. 43.16. Ориентация командного отсека корабля Apollo при входе в
атмосферу, процесс раскрытия парашютов и посадка в Тихом океане
Рис. 43.17. Траектория входа в атмосферу командного отсека корабля
Apollo-11 (отметки времени через 1/2 мин)
Рис. 43.18 Место посадки командного отсека корабля Apollo-11

Таблица 24

С Земли на Луну. История и математика. Часть 2

Продолжение. Первая часть .

Решение задачи

Отношение к полетам на Луну стало меняться в конце 1953 года, когда руководитель отдела прикладной математики Математического института АН СССР Мстислав Келдыш вызвал к себе аспиранта Всеволода Егорова и поручил ему просчитать траектории перелета на Луну. Причем как можно ближе к реальности. Когда Егоров спросил его о сроках, Келдыш ответил: «Побыстрее. Результаты нужны уже сегодня».
Отдел был создан изначально для расчета термоядерной боеголовки. Потом Келдыш получит «Героя соцтруда» за эту работу. Но как раз в 1953 году его выделили в отдельную организацию. Это позволило Келдышу более широко варьировать задачи, которые он мог ставить перед своими сотрудниками и аспирантами. Благо, кроме расчета термоядерных боеприпасов и ядерных реакторов, институт также решал вопросы по баллистическому обеспечению полета ракет, помогая ракетчикам решать на первый взгляд малозначительные, но для на самом деле важные задачи вроде оценки гарантийных запасов топлива.
Также хотел бы отметить, что коллектив тогда был как очень сильный, так и очень молодой. Сотрудников в воспоминаниях часто называли «мальчиками Келдыша». И не удивительно, он практически полностью сформировался в 1952-1955 годах из студентов близких курсов мехмата МГУ. В результате практически всем в этом коллективе было от 20 до 30 лет. Если выделить только коллектив, что занимался ракетно-космическими проблемами, то старше 30 лет было всего два человека: Собственно, Мстислав Келдыш и Дмитрий Охоцимский.
Коллектив был молодой. Космос будоражил кровь, а задачи, не решенные за столетия, казались легкими и понятными. Кроме всего прочего, как раз в 1953 году Егоров также организовал в институте постоянный семинар, посвященный космосу.
В результате, согласно статьям, Егоров в 1953-1955 годах успешно решил «плоскую» задачу полета на Луну, а в 1956-1957 — пространственную.
Конечно, вряд ли он бы справился за такое короткое время, если бы Келдыш не передал в его распоряжение так называемую специализированную цифровую машину – СЦМ. Собственно, уже сам этот факт весьма примечателен, так как начало 50-х – это заря цифровой техники. В частности, наша первая ЭВМ МЭСМ официально была запущенна в регулярную эксплуатацию только 25 декабря 1951 года. Но любые специалисты понимали, что подобную задачу без ЭВМ не решить.
Здесь было бы очень уместно поставить фотографию этой ЭВМ. Но, увы, я ее так и не нашел. Хорошо еще, что ее характеристики были указанны в статье посвященной облету Луны. Быстродействие ~ 100 операций в секунду, с оперативной памятью 64 ячейки, постоянная память на магнитных барабанах. Современный поиск по сайтам позволяет также сказать, что ее разработала СКБ-245, а в ее разработке принимал участие, в начале 1952 года, Малиновский.
Хотя, возможно, и в этих характеристиках кроется ответ, почему ее передали на расчет траекторий полета к Луне и почему сейчас ее так сложно найти.
Просто 100 операций в секунду — это и по тем временам слабый результат. Например, у БЭСМ-1 была скорость 8 000-10 000 операций в секунду, с оперативной памятью 2047 ячейки, а у Стрелы-1 – 2000 операций в секунду, оперативная память 2048 слов.
Серьезные ЭВМ стали решать серьезные задачи, а вот такие середнячки были переданы для решения разных дополнительных задач, а потом и вовсе забыты.
Но в любом случае, ЭВМ тогда были на острие технологий, требовались для решения многих проблем, и передача ЭВМ на такую задачу говорит о многом.

Серебряные лауреаты

Хронологически работа Егорова была, действительно, первой. Причем, что особенно важно, это было не просто теоретическое исследование. Именно благодаря этой работе проложили свой путь к нашему естественному спутнику «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3» в 1959 году.
Но, как часто бывает, близкие идеи приходят разным людям приблизительно в одно время. Так и здесь: в рамках 50-х годов задача о полете к Луне была решена еще несколькими людьми.
В СССР это был профессор Глеб Чеботарев. Тогда он работал (а в 1964 году стал его директором) в Институте теоретической астрономии АН СССР. Это был специализированный институт, созданный для изучения небесной механики. Точного текста его работы у меня, увы, нет; судя по упоминаниям в других материалах, он тогда рассмотрел несколько частных случаев. Но его работа все равно интересна, так как ЭВМ у него, скорее всего, не было. Впрочем, также возможно, что в его распоряжении были специализированные электромеханические дифференциальные анализаторы. Тогда они использовались для подобных целей.
Так как работа Егорова тогда была «закрытой», а Чеботарев, напротив, работал в совершенно открытом гражданском институте, то работа последнего в 1955-1957 стала куда более известной. О ней писали в научно-популярной литературе, а впоследствии утверждали, что именно она повлияла на траекторию «Луны-3» и многое другое.
Например, когда в США после запуска спутника бросились анализировать советские СМИ, там решили, что СССР ведет аж три разных проекта, связанных с полетом на Луну. Причем первый проект ведет профессор Чеботарев, а второй аспирант Егоров. Вот статья по этому поводу:
andreyplumer.livejournal.com/227077.html
Так ситуация обстояла в СССР, но и в США шли работы над полетами к Луне.

США

Первая ласточка точного математического исследования была в 1956 году. В начале этого года Роберт Бурхем из «RAND corporation» предложил использовать разрабатываемую тогда ракету «Тор-Айбл» для лунной миссии. 28 мая 1956 года был выпущен секретный отчет «Общий отчет о носителе лунных зондов». В нем рассматривались возможности запуска к Луне при помощи РН «Атлас». Занятно, но этого отчета на сайте «RANDcorporation» нет до сих пор. Зато есть два следующих, от июня 1956 года. Собственно, именно эта организация в 1956-1958 занималась лунными траекториями, пока после создания НАСА это не было поручено JPL. И именно они детально проработали идею лунных спутников, которые впоследствии превратились в первые зонды «Пионер».
Также нужно упомянуть Эрике Краффта (1917-1984). Он был одним из специалистов, работавших во время Второй Мировой в Пенемюнде. Как и многие другие немецкие специалисты, он потом попал в США. Краффт больше всего известен, как автор РБ «Центавр». Но он проводил и очень серьезные теоретические исследования. Его многотомник «Космический полет» в 60-х годах выпустили и у нас. Считается, что он не участвовал в программе «Аполлон» только потому, что в свое время разругался с фон Брауном. Так вот он тоже в период 1955-1957 г. явно получил доступ к ЭВМ и проанализировал многие особенности «лунных» траекторий. Также он один из тех немногих людей, кто был похоронен в космосе.

Так что же стало понятно при помощи ЭВМ?

Для начала, стал очевиден весьма неожиданный факт: никакого захвата Луной для объекта, запущенного с Земли, в сфере ее действия быть не может. По крайней мере, на первом витке. Скорости пролета внутри сферы Луны оказались больше местной параболической. Другими словами, аппарат, запущенный к Луне, может либо попасть в Луну, либо пролететь мимо нее с гиперболической (относительно Луны) скоростью, после чего либо вернуться к Земле, либо стать спутником Солнца.
Второй факт касался анализа возможных траекторий полета. Посмотрите на схему
Это условный вид сверху на плоскость движения Луны. Стрелками обозначены вращение Земли вокруг своей оси (О) и орбитальное движение Луны. Теоретически все указанные траектории перелета возможны. В том числе и прямой перелет АБ, при достаточной скорости. Вот только он самый неоптимальный из всех. Самая энергетически выгодная траектория на схеме – это ВГ. Просто потому, что она максимально использует вращение Земли. Ведь угловая скорость вращения Земли не так и мала. На экваторе она составляет 460 м/с. В плоскости Луны несколько меньше. Но все равно, 300-400 м/с – совсем не лишняя добавка в начальную скорость, так как при полете к Луне даже десятки метров в секунду порой меняют картину полета. Для примера опять можно вспомнить «схему» Жюля Верна. По расчетам Гарсе, самая минимально возможная скорость полета к Луне, при достаточно серьезном допущении, составляет 11051 м/с. При этом вторая космическая скорость (то есть скорость, при которой снаряд улетит бесконечно далеко) при тех условиях составляла бы 11 188 м/с. Разность всего 137 м/с.
Если перевести сказанное выше на язык математики, то более оптимальная траектория – это та, у которой больше угол между точкой старта, центром Земли и направлением на Луну. То есть угол ВОА на схеме.
Выше рассмотрена так называемая плоская задача полета к Луне. То есть та задача, которая рассматривает перелеты в плоскости движения Луны. Так как она требует несколько более простых расчетов, то она была решена первой. Причем сразу после решения стало очевидно, что шансов на реальный полет внутри плоскости орбиты Луны достаточно мало. Просто потому, что для этого нужно, чтобы космодром находились на этой самой плоскости. При этом плоскость Луны меняет наклон к земному экватору с 18 градусов 18 минут до 28 градусов 36 минут с периодом 18,6 года.

Но любой космодром, расположенный на территории СССР, будет гарантировано вне плоскости орбиты Луны. Значит, придется лететь за пределами ее плоскости. Опять же, с точки зрения математики, для этого нужно, чтобы плоскость движения аппарата просто пересекала в нужной точке плоскость движения Луны.
Ниже, для примера, схема перелета станции «Луна-2»
Как часто бывает, такая схема имела свои проблемы. В частности, она более требовательная к энергетике. Но, что хуже всего, при прямом перелете самый оптимальный фазовый угол просто не достижим.
Вот схема. Для ее упрощения была выбрана полярная орбита корабля на пути к Луне, а сечение рисунка проходит через ось вращения Земли и плоскость орбиты Луны. Так вот предположим, что космодром располагается на широте АБ. Теоретически летать можно и по кривой БС, но благодаря вращению Земли всегда можно подгадать момент запуска под кривую АС. Вот только, увы, как можно видеть, даже в этом случае фазовый угол АОВ далек от оптимального. Более того, так как Луна с вращается вокруг Земли с периодом примерно 28 дней, в некоторые моменты ее расположение позволяет летать только по кривой БД. И энергетически кривые АС и БД очень сильно отличаются.
Например, согласно баллистическому отчету, подготовленному к полету «Луны-3», при запуске 4-6 октября 1959 года весовые потери в нагрузке относительно идеального случая были всего 6-26 кг. А вот при запуске 17-19 октября потери составили уже 418-444 кг. В случае «Луны-3» (запуск 4 октября 1959 года), суммарный вес всей полезной нагрузки составил 435 кг. Так что в определенные дни третья ступень «семерки» могла бы не вывести к Луне даже саму себя. Другими словами, оптимальная дата старта в этом методе – раз в месяц.
Еще более неприятный нюанс заключался в том, что, как уже сказано выше, угол между плоскостью вращения Луны и земным экватором постоянно меняется, с периодом в 18 лет. И при таком перелете самые оптимальные даты старта будут только раз в 18 лет.
Достаточно занятен тот факт, что как раз 1959 год был самым «плохим» для запуска с Байконура и благоприятным для запуска с мыса Канаверал. Но так как у нас тогда были достаточно мощные ракеты, этот факт остался практически незамеченным.
Также при расчете подобных орбит оказалось, что нужно учитывать еще и влияние Солнца, а не только Луны. Уже при первых расчетах стала очевидна важность наклона орбиты. А также то, почему орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости (плоскость эклиптики). Просто только данные орбиты стабильны. Например, Лидов провел такой расчет. Представим, что Луна находится на орбите с тем же размером большой полуоси, эксцентриситетом, периодом обращения и т. д., только под наклоном 90 градусов к плоскости движения Земли. И что тогда с ней будет? Оказалось, что она очень и очень скоро упадет на Землю. Всего через 55 месяцев. Этот результат тогда очень и очень удивил как астрономов, так и математиков. Но уже в 1959-1960 году «Луна-3» подтвердила правоту расчетов, упав на Землю под действием данного эффекта.
Именно по таким траекториям летали к Луне в 1958-1960 годах. Но достаточно быстро был предложен новый метод, который одновременно позволял максимизировать полезную нагрузку, причем при любой широте космодрома, и сильно уменьшить время ожидания стартового окна. Если при прямом «пушечном» перелете нужно было ждать 18 лет, а при прямом запуске с космодрома окно открывалось раз в месяц, то при новом методе можно было запускать ракеты хоть каждый день. Даже два раза в день.
Причем с точки зрения математики он очень прост. Нужно просто не пытаться сразу при старте с Земли выйти на траекторию полета к Луне. Можно сначала выйти на орбиту Земли, дождаться, когда фазовый угол станет оптимальным, после чего уже отправиться к Луне.
Вот схема. Точка А – момент запуска. АБ – выход на низкую орбиту спутника Земли. БВ – свободный полет по орбите. И в точке В переход на траекторию полета к Луне. Видно, что угол ВОС идеальный, а значит метод обеспечивает максимум полезной нагрузки. Собственно, сейчас именно так и летают практически все аппараты к Луне.
Этот метод у нас предложил Энеев. И он был детально разработан в конце 1959 года.
Несмотря на свою красоту с точки зрения математики, он требовал достаточно сложных технических решений. Нужно было разработать ракетный блок, который мог стартовать в невесомости, вакууме и после десятков минут свободного полета по орбите Земли. Причем все это время он должен был сохранять строго определенную ориентацию.
Чтобы аккуратно донести важность метода до ракетчиков, был даже разработан небольшой план. Вот как вспоминает ту историю Платонов:
Доклад по новой схеме полета должен был вести Охоцимский применительно к стартам к Венере и Марсу.
«Дмитрий Евгеньевич блестяще, и по-своему, решил проблему постепенного внедрения в сознание С.П. Королева и главных конструкторов понимания неотвратимости требуемых конструкторских разработок. К совещанию у Келдыша был подготовлен плакат с большим количеством (около 8-ми) просчитанных „плохих“ вариантов полетов к Венере и Марсу с негодными весами полезного груза этих вариантов и в конце — с двумя приемлемыми вариантами отмеченными звездочкой. Надо сказать, что плакат этот был выполнен в чисто академическом стиле — черной тушью на полу выпрямленном и так загибающимся листе ватмана, что эти „хорошие“ варианты, отмеченные звездочкой, были сидящим в мягких креслах „главным“ даже не очень видны.
Дмитрий Евгеньевич не был бы самим собой, если бы он сразу перешел к двум последним вариантам. Вместо этого он стал по очереди, один за другим, подробно описывать сверху вниз все просчитанные краевые задачи и объяснять все баллистические недостатки непрерывного способа разгона КА. В принципе присутствующим все стало понятным уже после разбора второго из вариантов, и где-то в середине рассказа о третьем, уж очень не подходящем варианте полета, Сергей Павлович спросил: „Дмитрий Евгеньевич! А что у Вас там внизу, со звездочкой?“ на что получил очень вежливый ответ: „Сергей Павлович, я об этом скажу обязательно чуть позже“, и рассказ обстоятельств очередного варианта продолжился. Спустя еще один или два варианта ситуация повторилась, повторилась она и в третий раз. На этот раз Сергей Павлович уже не просил, а очень раздражено (он просто взорвался) потребовал: „Дмитрий Евгеньевич! Да скажите, наконец, что у Вас там внизу, со звездочкой“?». Атмосфера весьма накалилась, и в наступившей тишине раздался тихий и спокойный голос Мстислава Всеволодовича: «Дмитрий Евгеньевич! Ну, выполните же, пожалуйста, просьбу Сергея Павловича!» Последовал подробный рассказ о «звездочке». И тогда после некоторого молчания произошло подробное обсуждение, и было принято чисто эпохальное решение -звездочку делать!»
И снова нужно уточнить один момент. До сих пор время от времени возникают идеи о сборке лунных миссий на орбите Земли (например, на МКС). Во многом это – наследие идей 50-х годов (Вернера фон Брауна и прочих), которые оценивали такой полет, еще толком не зная особенности лунных траекторий. Либо, как вариант, говорят о запуске лунных станций на орбиту Земли попутным грузом, с последующим запуском к Луне. Как можно видеть, запуск на первом витке к Луне возможен только при очень аккуратном фазировании плоскости орбиты спутника Земли с траекторией перелета к Луне. Практически нет шансов, что орбита, предназначенная для другого аппарата, позволит сделать это. Значит, нужно ожидать на орбите нужного момента времени. С учетом траектории Луны, подобное окно открывается только два раза в месяц. А с учетом требований по освещенности Луны – даже раз в месяц. Более того, подобное окно может оказаться тоже не оптимальным, так как вполне может случиться, что в момент совпадения плоскостей станция окажется не в требуемой точке В, а в Б или вообще с другой стороны Земли. А это очень сильно изменит фазовый угол и увеличит энергетику.
В результате, требуемый момент старта можно будет ожидать в течении нескольких месяцев. И необходимо, чтобы аппарат был рассчитан на подобные режимы работы. При том, что до Луны, по сути, лететь всего несколько дней.
Другими словами, запуск к Луне с произвольной орбиты спутника Земли совсем не лучшее решение. Конечно, если на орбите Земли ждет буксир с ЯРД или ЭРД, который может компенсировать многие ошибки при выведении, этот вариант допустим 🙂 Но во всех других случаях лучше стартовать с Земли.

Что-то вроде послесловия

Я уверен, что очерк выше достаточно точно описывает подход, который был в то время к полетам на Луну. Для этого пришлось проанализировать много документов на разных языках, и общая картина была именно такой. До 50-х годов большая часть авторов оценивала полет именно по схеме Жюля Верна. А после 50-х годов все уже начали ссылаться на расчеты вышеприведенных авторов. Но все-таки. Ведь постановка задачи была известна и до 50-х. Были известны численные методы решения дифференциальных уравнений, существовали самые разные приборы для ускорения вычислений. От арифмометров до специализированных дифференциальных вычислителей. Значит, теоретически мог быть и человек, который решил положить годы своей жизни на подобные вычисления. И узнал правду о подобных полетах задолго до появления ЭВМ. Вот только был ли он в реальности?
Очень может быть. История, как обычно, куда сложнее чем сначала представляется.
Читая статью Фридриха Цандера «Теория межпланетных путешествий» 1922-1925 года из вот этого сборника, я заметил достаточно занятную сноску под словами «Аппарат, предоставленный самому себе, опишет сложную кривую», посвященными траектории облета Луны.
«Эти кривые отчасти исследованы Стрёмгреном в Копенгагене механической квадратурой. Его исследования длятся уже 12 лет».
Так как нет слов «Прим. редактора» — это явно примечание Цандера от тех лет. Речь про шведско-датского астронома Сванте Стрёмгрена (1870-1947). Он был профессором астрономии в Копенгагенском университете и директором Копенгагенской обсерватории.
Увы, каких-либо подобных его трудов я так и не нашел. Только скромные упоминания в других работах. Возможно, если он и сделал подобную работу, то не опубликовал. Может, издать ее помешала война, а потом смерть. Ну, или опубликовал в совершенно неизвестном журнале. В любом случае, следует признать, что если работа и была, то никак не повлияла на представления тех лет о полетах на Луну.
Собственно этот материал написан на базе моей книге посвященной Луне. И я очень благодарен
lozga и Zelenyikot за поддержку. Если понравилось, постараюсь опубликовать на этом ресурсе посты по поводу посадки на Луну и по разным частным вопросам.

50 лет лунной экспедиции «Аполлона-11»

Программа пилотируемых космических полетов NASA «Аполлон» была принята в 1961 году. Ее целью была первая пилотируемая высадка человека на Луну. Первая попытка пилотируемого пуска состоялась в 1967 году и закончилась трагедией — на космическом корабле во время испытаний вспыхнул пожар, унесший жизни трех астронавтов.

Реклама

Пилотируемый полет состоялся только через год. Астронавты провели в космосе 11 суток. Испытания основного блока корабля были признаны успешными, подорванное доверие общества и конгресса США к программе «Аполлон» начало восстанавливаться. В NASA пришли к выводу, что корабль готов для полета к Луне.

Изначально отправиться в эпохальный полет должна была другая команда астронавтов под руководством Фрэнка Бормана, в предыдущих миссиях облетевшего Луну. Однако он отказался, пообещав своей семье больше не выходить в космос. Об этом он сообщил на пресс-конференции 9 января 1969 года, тогда же было объявлено, что на Луну отправятся Базз Олдрин и Майкл Коллинз во главе с Нилом Армстронгом.

Все члены экипажа были опытными летчиками-испытателями.

Армстронг служил в авиации ВМС США, но ко времени полета вышел в отставку и был гражданским сотрудником NASA. Коллинз и Олдрин были офицерами ВВС США. Армстронг и Олдрин участвовали в Корейской войне.

Астронавты провели сотни часов на тренажерах, отрабатывая штатные и внештатные ситуации. Миссия подразумевала посадку на Луну в западной части Моря Спокойствия, сбор образцов лунного грунта, фотографирование на поверхности Луны, установку на Луне научных приборов, проведение телевизионных сеансов с борта корабля и с поверхности Луны.

За шесть дней до расчетной даты старта была обнаружена течь в одном из баллонов со сжатым гелием, размещенных в баке окислителя первой ступени ракеты-носителя. Два техника забрались в бак и, затянув гайку на баллоне, ликвидировали течь. Далее предстартовая подготовка протекала без происшествий и даже более гладко, чем у всех предыдущих пилотируемых кораблей «Аполлон».

Дата старта была объявлена в СМИ — 16 июля 1969 года.

Накануне запуска туристы наводнили все прилегающие к космодрому на мысе Канаверал окрестности. Только автомобилей насчитывалось около 300 тысяч, а общее количество желающих увидеть исторический момент своими глазами перевалило за миллион.

Старт «Аполлона-11» состоялся точно по графику. Среди 5000 почетных гостей в Космическом центре имени Кеннеди присутствовали 36-й президент США Линдон Джонсон и действующий вице-президент Спиро Агню. Событие напрямую транслировалось по телевидению в 33 странах мира на шести континентах.

Двигатели всех трех ступеней ракеты-носителя отработали в соответствии с расчетной программой, корабль был выведен на геоцентрическую орбиту, близкую к расчетной.

На лунной орбите корабль оказался примерно через 76 часов после старта. За это время астронавты провели полуторачасовой секанс видеосвязи с Землей, Армстрон и Олдрин проверили бортовые системы в лунном модуле. Затем они начали готовиться к отстыковке. Она состоялась спустя около 100 часов после старта.

20 июля 1969 года «Аполлон-11» с первыми астронавтами был в считанных километрах от поверхности Луны, когда сработали аварийные устройства. В стыковочной радарной системе непроизвольно обновился счетчик, из-за чего компьютер получил запрос на выполнение большего числа операций, чем он мог обработать.

Перегрузка компьютера входящими данными могла бы сорвать всю миссию, однако благодаря предусмотрительности программистки Маргарет Гамильтон, участвовавшей в разработке кода для бортового компьютера этого не произошло.

При разработке кода она использовала так называемое асинхронное программирование — принцип, когда определенные операции выполняются независимо от основного потока данных. Гамильтон была одной из тех, кто стоял у истоков развития этого метода. Благодаря такому подходу бортовой компьютер смог «сконцентрироваться» на основной своей задаче — посадке корабля на Луну и игнорировать неприоритетные задачи. «Аполлон» успешно прилунился.

Вскоре после получения разрешения на выход на поверхность Луны Олдрин произнес в эфир: «Говорит пилот лунного модуля. Я бы хотел воспользоваться этой возможностью и попросить каждого человека, слушающего меня, кем бы он ни был и где бы ни находился, на минуту отвлечься, поразмышлять над событиями последних нескольких часов и по-своему воздать благодарность».

Далее, воспользовавшись перерывом в связи, Олдрин, как старейшина пресвитерианской церкви, провел краткую частную церковную службу, совершив таинство причастия.

21 июля 1969 года наступил звездный час Армстронга. В качестве командира экипажа «Аполлона-11» он первым ступил на Луну и произнес ставшие историческими слова:

«Это один маленький шаг для человека, но огромный скачок для человечества».

Через пятнадцать минут к Армстронгу присоединился Олдрин.

Астронавты провели на Луне двухминутный сеанс связи с президентом Ричардом Никсоном, сделали фото ландшафта, установили на поверхности Луны сейсмометр и отражатель лазерного излучения, а также собрали образцы лунного грунта. Олдрин пробыл на поверхности Луны немногим более 1,5 часа, Армстронг — примерно 2,5 часа.

На 125 часу миссии состоялся старт с Луны взлетной ступени лунного модуля. На оставшейся на поверхности Луны посадочной ступени лунного модуля укреплена табличка с выгравированными на ней картой полушарий Земли и словами «Здесь люди с планеты Земля впервые ступили на Луну. Июль 1969 г. новой эры. Мы пришли с миром от имени всего Человечества». Под этими словами выгравированы подписи всех трех астронавтов корабля «Аполлон-11» и президента Никсона.

Полет от Луны до Земли прошел без происшествий. 24 июля 1969 года спускаемый аппарат «Аполлона-11» благополучно приводнился в Тихом океане.

Эвакуация астронавтов проходила с максимальными предосторожностями. Сначала специальная группа аквалангистов обработала люк дезинфицирующим раствором, затем экипажу передали новые скафандры. После того, как астронавты переоделись, их посадили в надувную лодку, с которой затем забрали при помощи вертолета, чтобы сразу поместить в мобильный карантинный фургон на борту авианосца «Хорнет». Специалисты боялись того, что вместе с астронавтами на Землю могут попасть агрессивные лунные микроорганизмы.

После карантина и отпуска 13 августа 1969 года были организованы торжественные встречи астронавтов в Нью-Йорке, Чикаго и Лос-Анжелесе.

К 50-летию миссии была произведена историческая реконструкция Центра управления полетами программы «Аполлон» в Хьюстоне на время полета. На сайте LRO появилась интерактивная карта всех перемещений Олдрина и Армстронга по поверхности Луны, сопровождаемая всеми их переговорами. В интернете также создана интерактивная трансляция всей экспедиции со множеством видео-, аудио-, фотоматериалов и стенограмм.