Apolo (nave espacial)

La nave espacial Apolo estaba compuesta por tres partes diseñadas para cumplir con el objetivo del programa estadounidense Apolo de aterrizar astronautas en la Luna a finales de la década de 1960 y regresarlos sanos y salvos a la Tierra . La nave espacial desechable (de un solo uso) consistía en un módulo combinado de mando y servicio (CSM) y un módulo lunar Apolo (LM). Dos componentes adicionales complementaban la pila de la nave espacial para el montaje del vehículo espacial: un adaptador de nave espacial-LM (SLA) diseñado para proteger al LM de la tensión aerodinámica del lanzamiento y para conectar el CSM al vehículo de lanzamiento Saturno y un sistema de escape de lanzamiento (LES) para llevar a la tripulación en el módulo de mando de forma segura lejos del vehículo de lanzamiento en caso de una emergencia de lanzamiento.

El diseño se basó en el enfoque de encuentro en órbita lunar : dos naves espaciales acopladas fueron enviadas a la Luna y entraron en órbita lunar. Mientras el LM se separaba y aterrizaba, el CSM permaneció en órbita. Después de la excursión lunar, las dos naves se reunieron y acoplaron en órbita lunar, y el CSM regresó a la tripulación a la Tierra. El módulo de mando fue la única parte del vehículo espacial que regresó con la tripulación a la superficie de la Tierra.

El LES fue desechado durante el lanzamiento al llegar al punto en el que ya no era necesario, y el SLA permaneció unido a la etapa superior del vehículo de lanzamiento. Dos CSM no tripulados, un LM no tripulado y un CSM tripulado fueron llevados al espacio por los vehículos de lanzamiento Saturno IB para las misiones Apolo en órbita terrestre baja. Los Saturno V más grandes lanzaron dos CSM no tripulados en vuelos de prueba en órbita terrestre alta, el CSM en una misión lunar tripulada, la nave espacial completa en una misión tripulada en órbita terrestre baja y ocho misiones lunares tripuladas. Después de la conclusión del programa Apolo, se lanzaron cuatro CSM en Saturno IB para tres misiones orbitales terrestres Skylab y el Proyecto de prueba Apolo-Soyuz .

La mayor parte de la nave espacial Apolo era un vehículo de tres tripulantes diseñado para vuelos orbitales terrestres, translunares y lunares, y para regresar a la Tierra. Consistía en un módulo de mando respaldado por un módulo de servicio , construido por North American Aviation (posteriormente North American Rockwell ).

El módulo de mando era el centro de control de la nave espacial Apolo y el alojamiento de los tres tripulantes. Contenía la cabina principal presurizada de la tripulación, los sofás de la tripulación, el panel de control e instrumentos, el sistema de guía, navegación y control primario , los sistemas de comunicaciones, el sistema de control ambiental, las baterías, el escudo térmico , el sistema de control de reacción para proporcionar control de actitud , la escotilla de atraque delantera, la escotilla lateral, cinco ventanas y un sistema de recuperación de paracaídas. Fue la única parte del vehículo espacial Apolo/Saturno que regresó intacta a la Tierra.

El módulo de servicio no estaba presurizado y contenía un motor de propulsión de servicio principal y un propulsor hipergólico para entrar y salir de la órbita lunar, un sistema de control de reacción para proporcionar control de actitud y capacidad de traslación , celdas de combustible con reactivos de hidrógeno y oxígeno, radiadores para arrojar el calor residual al espacio y una antena de alta ganancia . El oxígeno también se usaba para respirar, y las celdas de combustible producían agua para beber y para el control ambiental. En las misiones Apolo 15, 16 y 17 también llevaba un paquete de instrumentos científicos, con una cámara de cartografía y un pequeño subsatélite para estudiar la Luna.

Una parte importante del módulo de servicio estaba ocupada por el propulsor y el motor principal del cohete. Este motor, capaz de reiniciarse varias veces, colocaba la nave espacial Apolo dentro y fuera de la órbita lunar y se utilizaba para realizar correcciones a mitad de camino entre la Tierra y la Luna.

El módulo de servicio permaneció unido al módulo de mando durante toda la misión y fue desechado justo antes de su reingreso a la atmósfera terrestre.

El módulo lunar Apolo era un vehículo independiente diseñado para aterrizar en la Luna y regresar a la órbita lunar, y fue la primera "nave espacial" verdadera, ya que volaba únicamente en el vacío del espacio. Constaba de una etapa de descenso y una etapa de ascenso . Suministró sistemas de soporte vital para dos astronautas durante un máximo de cuatro a cinco días en las misiones Apolo 15, 16 y 17. La nave espacial fue diseñada y fabricada por la Grumman Aircraft Company .

La etapa de descenso contenía el tren de aterrizaje, la antena del radar de aterrizaje, el sistema de propulsión de descenso y el combustible para aterrizar en la Luna. También tenía varios compartimentos de carga utilizados para transportar, entre otras cosas: los paquetes experimentales de superficie lunar Apolo (ALSEP) , el transportador de equipos modularizado (MET) (un carro de equipo tirado a mano utilizado en el Apolo 14 ), el Rover lunar ( Apolo 15 , 16 y 17 ), una cámara de televisión de superficie, herramientas de superficie y cajas de recolección de muestras lunares.

La etapa de ascenso contenía la cabina de la tripulación, los paneles de instrumentos, la escotilla superior/puerto de atraque, la escotilla delantera, los sistemas de guía óptica y electrónica , el sistema de control de reacción, las antenas de radar y comunicaciones, el motor del cohete de ascenso y el propulsor para regresar a la órbita lunar y encontrarse con los módulos de comando y servicio del Apolo.

El adaptador de módulo lunar (SLA, por sus siglas en inglés), construido por North American Aviation (Rockwell), era una estructura cónica de aluminio que conectaba el módulo lunar a la etapa del cohete Saturn S-IVB . También protegía el módulo lunar, la tobera del motor del sistema de propulsión de servicio y el umbilical que unía el vehículo de lanzamiento con el módulo de servicio durante el lanzamiento y el ascenso a través de la atmósfera. ^[1]

El SLA estaba compuesto por cuatro paneles fijos de 7 pies de alto (2,1 m) atornillados a la unidad de instrumentos en la parte superior del escenario S-IVB, que estaban conectados mediante bisagras a cuatro paneles de 21 pies de alto (6,4 m) que se abrían desde la parte superior de manera similar a los pétalos de una flor.

El SLA estaba hecho de un material de aluminio en forma de panal de 1,7 pulgadas (43 mm) de espesor. ^[2] El exterior del SLA estaba cubierto por una fina capa (0,03–0,2 pulgadas o 0,76–5,08 mm) de corcho y pintado de blanco para minimizar las tensiones térmicas durante el lanzamiento y el ascenso. ^[3]

El módulo de servicio estaba atornillado a una brida en la parte superior de los paneles más largos, y la energía para los sistemas pirotécnicos redundantes múltiples del SLA se suministraba mediante un cable umbilical. Debido a que un fallo en la separación de la etapa S-IVB podría dejar a la tripulación varada en órbita, el sistema de separación utilizó múltiples rutas de señal, múltiples detonadores y múltiples cargas explosivas donde la detonación de una carga haría estallar otra incluso si el detonador de esa carga no funcionara.

Una vez en el espacio, los astronautas presionaron el botón "CSM/LV Sep" en el panel de control para separar el CSM del vehículo de lanzamiento. Se encendió un cordón detonante alrededor de la brida entre el SM y el SLA, y a lo largo de las juntas entre los cuatro paneles del SLA, liberando el SM y haciendo estallar las conexiones entre los paneles. Luego se encendieron los propulsores pirotécnicos redundantes dobles en el extremo inferior de los paneles del SLA para rotarlos alrededor de las bisagras a 30-60 grados por segundo.

En todos los vuelos del Apolo 7 , los paneles del SLA permanecieron articulados al S-IVB y se abrieron en un ángulo de 45 grados, como se diseñó originalmente. Pero mientras la tripulación del Apolo 7 practicaba el encuentro con el S-IVB/SLA que contenía un objetivo de acoplamiento ficticio, un panel no se abrió a los 45 grados completos, lo que generó preocupación sobre la posibilidad de una colisión entre la nave espacial y los paneles del SLA durante el acoplamiento y la extracción del LM en una misión lunar. Wally Schirra lo comparó con el "caimán enojado" de Gemini 9. Esto condujo a un rediseño utilizando un sistema de liberación de bisagra con resorte que soltó los paneles en el ángulo de 45 grados y los empujó lejos del S-IVB a una velocidad de aproximadamente 5 mph (8 km/h), colocándolos a una distancia segura para cuando los astronautas alejaron el CSM, lo rotaron 180 grados y regresaron para el acoplamiento.

El LM estaba conectado al SLA en cuatro puntos alrededor de los paneles inferiores. Después de que los astronautas acoplaran el CSM al LM, hicieron explotar cargas para separar esas conexiones y una guillotina cortó el cordón umbilical que conectaba el LM con la unidad de instrumentos . Después de que se dispararon las cargas, los resortes empujaron el LM lejos del S-IVB y los astronautas pudieron continuar su viaje a la Luna.

• Altura: 28 pies (8,5 m)
• Diámetro del ápice: 12 pies 10 pulgadas (3,91 m) Extremo del módulo de servicio
• Diámetro de la base: 21 pies 8 pulgadas (6,60 m) Extremo S-IVB
• Peso: 4050 lb (1840 kg)
• Volumen: 6.700 pies cúbicos (190 m ³ ), 4.900 pies cúbicos (140 m ³ ) utilizables

El sistema de escape del lanzamiento de Apolo (LES) fue construido por la Lockheed Propulsion Company . Su propósito era abortar la misión alejando la CM (la cabina de la tripulación) del vehículo de lanzamiento en caso de emergencia, como un incendio en la plataforma antes del lanzamiento, un fallo de guía o un fallo del vehículo de lanzamiento que pudiera provocar una explosión inminente.

El LES incluía tres cables que recorrían el exterior del vehículo de lanzamiento. Si se perdían las señales de dos de los cables, el LES se activaba automáticamente. ^[4] Alternativamente, el comandante podía activar el sistema manualmente utilizando una de las dos palancas del controlador de traslación, que se cambiaban a un modo especial de aborto para el lanzamiento. Cuando se activaba, el LES disparaba un cohete de escape de combustible sólido y abría un sistema de canard para dirigir el CM lejos de, y fuera de la trayectoria de, un vehículo de lanzamiento en problemas. El LES se desprendía entonces y el CM aterrizaba con su sistema de recuperación de paracaídas .

Si la emergencia ocurriera en la plataforma de lanzamiento, el LES elevaría el CM a una altura suficiente para permitir que los paracaídas de recuperación se desplegaran de manera segura antes de entrar en contacto con el suelo.

En ausencia de una emergencia, el LES se desechaba rutinariamente unos 20 o 30 segundos después del encendido de la segunda etapa del vehículo de lanzamiento, utilizando un motor de cohete de combustible sólido independiente fabricado por la Thiokol Chemical Company . Los modos de aborto después de este punto se lograrían sin el LES. El LES se llevó pero nunca se usó en cuatro vuelos Apollo sin tripulación y quince vuelos tripulados Apollo, Skylab y Apollo-Soyuz Test Project .

Cono de nariz y Q-ball

El cono frontal del LES contenía un conjunto de ocho tubos de Pitot que medían la presión en una estructura conocida como "Q-ball". Estos sensores estaban conectados a las computadoras de guía del CM y del vehículo de lanzamiento Saturno, lo que permitía calcular la presión dinámica (q) durante el vuelo atmosférico y también el ángulo de ataque en caso de aborto. ^[5]

Cubierta de Q-ball

Una cubierta de poliestireno, retirada unos segundos antes del lanzamiento, protegía los tubos de Pitot de ser obstruidos por escombros. ^[6] La cubierta estaba dividida por la mitad verticalmente y unida por una banda de goma de 2 pulgadas (51 mm). Una hoja de afeitar se colocó detrás de la banda de goma, pellizcada entre las mitades de la cubierta. Un cable de alambre estaba conectado a la parte superior e inferior de la hoja de afeitar y a ambas mitades de la cubierta. El cable se enrutaba a través de una polea en la grúa de cabeza de martillo en la parte superior de la torre umbilical de lanzamiento (LUT) hasta un tubo en el lado derecho del nivel de 360 ​​pies (110 m) de la LUT. El cable estaba conectado a un peso cilíndrico dentro de un tubo. El peso descansaba sobre una palanca controlada por una válvula solenoide neumática. Cuando la válvula se accionó desde el Centro de Control de Lanzamiento (LCC), la presión neumática de 600 psi (4100 kPa) de GN2 (gas nitrógeno) hizo girar la palanca hacia abajo, lo que permitió que el peso cayera por el tubo. El peso que caía tiró del cable, que tiró de la cuchilla que cortaba la banda de goma, y ​​el cable tiró de las mitades de la cubierta alejándolas del vehículo de lanzamiento. La aparente sobreingeniería de este sistema de seguridad se debió al hecho de que el sistema de escape de lanzamiento, que dependía de los datos de la Q-ball, se armó 5 minutos antes del lanzamiento, por lo que la retracción de la cubierta de la Q-ball era una parte crítica de la vida de un posible aborto de la plataforma.

Conjunto de canard y motor de paso

Estos elementos funcionaban en combinación para desviar al CM de una trayectoria recta y hacia un lado durante una emergencia. Esto desviaría al CM de la trayectoria de vuelo de un vehículo de lanzamiento en explosión. También le indicaría que aterrizara al costado de cualquier plataforma de lanzamiento en llamas y no en el medio.

Motor de escape de lanzamiento

El motor principal del cohete de combustible sólido se encuentra dentro de un tubo largo, con cuatro toberas de escape montadas debajo de un carenado cónico. Esto permitiría al CM alejarse rápidamente de una emergencia de lanzamiento.

Motor de expulsión de torre

Un motor de combustible sólido más pequeño con dos boquillas de escape, montado en el tubo, encima del motor de escape. Esto desestimó todo el sistema de escape de lanzamiento cuando ya no fue necesario, en algún momento después del encendido de la segunda etapa.

Lanzamiento de la torre de escape

Una estructura de celosía de tubos que unía el carenado del motor de escape al CM.

Funda protectora Boost

Una estructura cónica hueca de fibra de vidrio que protege el compartimento del paracaídas del CM y proporciona una cubierta aerodinámica suave sobre el túnel de atraque y la sonda. Después de que se descubriera la erosión de las ventanas del piloto debido al escape del motor de escape durante las primeras pruebas de vuelo del LES, se agregó una cubierta protectora trasera que rodea toda la superficie superior del CM.

• Longitud menos BPC : 32 pies 6 pulgadas (9,92 m)
• Longitud con BPC : 39 pies 5 pulgadas (12,02 m)
• Diámetro: 2 pies 2 pulgadas (0,66 m)
• Masa total: 9.200 libras (4.200 kg)
• Empuje , 36.000 pies: 147.000 libras-fuerza (650 kN)
• Empuje máximo: 200.000 libras-fuerza (890 kN)
• Tiempo de combustión: 4,0 segundos

• Prueba de aborto de plataforma 1 : prueba de aborto de LES desde la plataforma de lanzamiento con el BP-6 de Apollo
• Prueba de aborto de plataforma 2 : prueba de aborto de plataforma LES de un CM cercano al Bloque I con un B-23A de Apollo
• Little Joe II – Cuatro pruebas de aborto del LES en vuelo.

La disposición de todos los módulos de mando y de todos los módulos de servicio que no han volado se indica en Módulo de mando y servicio del Apolo n.º de CSM producidos . Todos los módulos de servicio que volaron se quemaron en la atmósfera terrestre al finalizar las misiones. La disposición de todos los módulos lunares se indica en Módulo lunar del Apolo n.º de módulos lunares producidos .

• North American Rockwell, 'Referencia de noticias del módulo de comando Apollo', 1968.
• NASA TN D-7083: Subsistema de propulsión de escape de lanzamiento
• Manual de operaciones de Apolo Datos de los subsistemas del módulo lunar

• Informe de la NASA JSC-03600 Apollo/Skylab ASTP and Shuttle Orbiter Major End Items, Final Report, marzo de 1978; informe de la NASA que enumera las disposiciones de todos los cohetes y naves espaciales utilizados en el Apollo, Skylab, Apollo-Soyez Test Project y las primeras misiones del transbordador, a partir de 1978.
• Propuesta de General Electric para el Apolo D-2, Enciclopedia Astronáutica