40-ta rocznica Apollo-13. Część pierwsza: opis i przygotowania do misji

 W tym miesiącu mija 40-ta rocznica lotu Apollo-13, którego celem było trzecie lądowanie misji załogowej na Księżycu. W ciągu kilku najbliższych dni przybliżymy historię tej nieudanej misji, która mimo wszystko zakończyła się szczęśliwie dla astronautów biorących w niej udział. Poniżej zapraszamy na pierwszy z serii artykułów o feralnym locie Apollo-13.

Jest rok 1970,

ubiegłoroczna misja Apollo-11 na trwałe zapisała się na kartach historii astronautyki, podkreślając tym samym amerykańskie zwycięstwo w wyścigu na Księżyc. Mimo, iż od misji Apollo-11 opinia publiczna sukcesywnie traciła zainteresowanie lotami kosmicznymi, to dla amerykańskiej agencji kosmicznej NASA miał to być dopiero początek załogowej eksploracji Księżyca. Jeszcze w listopadzie 1969r. odbyła się kolejna misja której celem było drugie lądowanie ludzi na Srebrnym Globie. Mimo kilku anomalii takich jak uderzenie pioruna podczas pierwszych chwil po starcie rakiety Saturn V, czy też uszkodzenie kamery telewizyjnej już na powierzchni Księżyca i tym samym brak możliwości bezpośredniej transmisji TV z powierzchni Księżyca, lot Apollo-12 zakończył się sukcesem. Lądowanie modułu księżycowego, podobnie jak w przypadku misji Apollo-11 odbyło się na płaskim obszarze zwanym Oceanem Burz. Jednak w przeciwieństwie do poprzedniej misji, lądowanie Apollo-12 było dużo bardziej precyzyjne. Lądownik z astronautami osiadł w pobliżu bezzałogowej sondy Surveyor-3, która wylądowała tam w roku 1967.

Początkowo na rok 1970 NASA planowała trzy loty księżycowe: w marcu Apollo-13, w lipcu Apollo-14 i w listopadzie Apollo-15. Jednak już na początku roku, 5 stycznia na skutek cięć budżetowych ogłoszono decyzję o anulowaniu misji Apollo-20. Trzy dni później przesunięto termin startu Apollo-13 na kwiecień. Pozostałe loty księżycowe miały odbyć się w następujących miesiącach: Apollo-14 w październiku 1970, Apollo-15 i 16 odpowiednio w marcu i lipcu 1971, Apollo-17 i 18 w roku 1973. Natomiast ostatni lot programu księżycowego, Apollo-19 planowano na rok 1974. W tych wstępnych założeniach w roku 1972 planowano umieścić na orbicie stację orbitalną Skylab. Ostatecznie i te plany uległy zmianie, ale powróćmy do misji Apollo-13.

Plan lotu i załoga

Sukces dwóch poprzednich misji, a zwłaszcza precyzyjne lądowanie Apollo-12, otwierał drogę dla dużo bardziej ambitnych wypraw księżycowych w których to planowano eksplorować dużo ciekawsze, z punktu widzenia naukowego, rejony Księżyca. Dla lotu Apollo-13 NASA zaplanowała lądowanie w rejonie Fra Mauro, którego nazwa pochodzi od XV wiecznego włoskiego mnicha i twórcy map. Fra Mauro zlokalizowane jest w miejscu o współrzędnych 3°37’S, 17°33’W, w pobliżu 80km krateru o tej samej nazwie. Rejon ten cechuje się górzystymi formacjami, co czyni lądowanie w tym miejscu dużo trudniejsze niż te, które odbyły się na niemal płaskich terenach księżycowych mórz, gdzie osiadały lądowniki Apollo-11 i 12. Aby uzmysłowić sobie skalę trudności takiej operacji, wystarczy wspomnieć, że z racji braku atmosfery oświetlenie przez Słońce czyni krajobraz księżycowy bardzo kontrastowy. Cienie rzucane przez formacje geologiczne takie jak góry czy krawędzie kraterów nie są rozjaśniane przez atmosferę tak jak to ma miejsce na Ziemi – są po prostu czarne. Z kolei brak zamgleń i nietypowy, nieziemski teren bardzo utrudnia ocenę odległości ziemskim eksploratorom. Wystarczy kilku stopniowa zmiana kąta oświetlenia aby Księżycowy krajobraz wyglądał zupełnie inaczej.

Oprócz Fra Mauro wybrano także zapasowe miejsce lądowania w rejonie krateru Flamsteed do którego także trenowała załoga Apollo-13 na wypadek gdyby z jakiegoś powodu doszło do opóźnienia startu. Wyznaczone daty startu prezentowały się następująco:

W owym czasie za formowanie składów załóg odpowiedzialny był jeden z siedmiu pierwszych astronautów NASA, Donald Slayton. Do lotu Apollo-13 zaproponował następujący skład: Alan Shepard (dowódca), Stuart Roosa (pilot modułu załogowego), Edgar Mitchell (pilot modułu księżycowego). Po raz pierwszy w historii proponowany skład został odrzucony przez zarząd NASA. Kwestionowano przede wszystkim gotowość Shepard’a do odbycia najbliższego lotu po niedawnym wyleczeniu choroby Méniere’a. Ostatecznie Proponowany przez Slaytona skład stał się załogą Apollo-14, natomiast w locie Apollo-13 znaleźli się:

• Dowódca: James Lovell (czwarty lot: Gemini-7, Gemini-12, Apollo-8)
• Pilot modułu załogowego: Ken Mattingly (pierwszy lot)
• Pilot modułu księżycowego: Fred Haise (pierwszy lot)

Jak się miało w przyszłości okazać, i ten skład uległ nieznacznej modyfikacji na kilka dni przed startem.

Statek Apollo-13 składał się z następujących części:

• Lądownik Księżycowy (Lunar Module) o numerze LM-7, który w tym locie nosił nazwę “Wodnik”. LM składał się ze stopnia lądującego (Descent Stage) oraz stopnia wznoszącego (Ascent Stage) umożliwiającego start z powierzchni Księżyca.
• Statek macierzysty (Command/Service Module) o numerze CSM-109 nazwany “Odyseja”. CSM składał się z dwóch podstawowych elementów: stożkowej kapsuły, modułu dowodzenia oraz z modułu serwisowego w którym znajdowały się zbiorniki na tlen, wodór, paliwo do silników oraz ogniwa paliwowe.

Według planu początek misji miał wyglądać bardzo podobnie do poprzednich misji. Ponieważ podczas fazy startu rakiety Saturn-V ze statkiem Apollo-12 zanotowano potencjalnie groźne w skutkach uderzenia błyskawic, zdecydowano się na modyfikację zasad podejmowania startu w określonych warunkach pogodowych tak aby uniknąć wzlotu w pobliżu chmur mogących generować wyładowania elektryczne. Plan misji Apollo-13 przedstawiał się następująco. 11 kwietnia ze stanowiska startowego 39A wystartuje rakiety Saturn-V. Po umieszczeniu statku Apollo-13 na okołoziemskiej “orbicie parkingowej” o wysokości około 190km, załoga przygotuje statek do lotu na Księżyc. Następnie zostanie przeprowadzone odpalenie silnika trzeciego stopnia rakiety Saturn-V (SIVB) celem wejścia na trajektorię prowadzącą w kierunku Księżyca. W terminologii NASA manewr ten nazywa się Translunar Injection (TLI). Po udanym odpaleniu TLI załoga odłączy statek CSM od członu SIVB aby następnie przycumować do lądownika księżycowego. Według planu ma się to odbyć mniej więcej trzy godziny po starcie. Godzinę później LEM zostanie odłączony od trzeciego członu Saturna-V i kompleks CSM/LM będzie już kontynuował samodzielny lot.

W czasie swobodnego dryfowania w kierunku Księżyca zaplanowano w zależności od konieczności do czterech odpaleń korekcyjnych, które zapewnią dotarcie w pobliże Księżyca w takim punkcie, iż możliwe będzie wejście statku na orbitę okołoksiężycową przebiegającą nad miejscem lądowania. Manewr wejścia na orbitę okołoksiężycową, czyli Lunar Orbit Insertion (LOI) zostanie przeprowadzony w 77 godzinie 25 minucie misji. Dwadzieścia minut później w powierzchnię Księżyca uderzy człon SIVB wywołując drgania, które powinien zarejestrować sejsmometr pozostawiony przez załogę Apollo-12. Kompleks CSM/LM wejdzie początkowo na orbitę o parametrach 105x311km. Nowością w porównaniu do misji Apollo-11 i 12 jest manewr Descent Orbit Insertion (DOI), który zostanie przeprowadzony zaraz po LOI, po którym CSM i LM znajdą się na orbicie eliptycznej o parametrach 13x105km.

W poprzednich lotach manewr DOI był wykonywany przez lądownik księżycowy po odłączeniu od modułu załogowego. Jednak w przypadku Apollo-13 odpalenie DOI zostanie wykonane przy użyciu silnika modułu serwisowego. Dzięki temu zostanie zaoszczędzona pewna ilość paliwa w przedziale lądującym lądownika. Separacja modułu załogowego i lądownika jest planowana na 99 godzinę i 16 minutę lotu. Godzinę później orbita modułu załogowego zostanie zmieniona na orbitę bardziej kołową o parametrach 96x115km. Ten manewr jest konieczny ze względu na powszechnie znaną niestabilność orbit okołoksiężycowych. Tylko znajdowanie się CSM na orbicie kołowej umożliwia precyzyjne późniejsze spotkanie się i dokowanie statków CSM i LM.

W 103 godzinie i 31 minucie lotu planowany jest początek manewru lądowania lądownika księżycowego tzw. Power Descent Initiation (PDI) w czasie którego LM rozpocznie redukcję swojej prędkości orbitalnej w taki sposób aby zmniejszyła się do wartości prawie zerowej około 30m nad powierzchnią Księżyca. Lądowanie planowane jest 11 minut po rozpoczęciu manewru PDI. Lovell i Haise spędzą na powierzchni Księżyca 33 godziny 30 minut w trakcie których odbędą dwa spacery EVA-1 i EVA-2. Obszar eksploracji pokrywa się z tym co w przyszłości zbada załoga Apollo-14. Po raz pierwszy w historii skafandry astronautów zostały odpowiednio oznaczone w celu łatwiejsze identyfikacji astronautów na powierzchni Księżyca przez ekipę naziemną. Lovell posiada skafander z czerwonymi pasami, natomiast Haise będzie ubrany w skafander bez takich oznaczeń. Praktyka ta jest stosowana po dzień dzisiejszy.

Start z powierzchni Księżyca powinien nastąpić w 137 godzinie i 9 minucie misji. Silniki modułu wznoszącego będzie pracował około siedem minut i umieści LM na orbicie o parametrach 16x81km. Następnie załoga dokona szereg odpaleń zbliżających do CSM przy pomocy silniczków korekcyjnych Reaction Control System (RCS).

Dokowanie CSM i LM planowane jest w około 140 godzinie 25 minucie lotu. Po relokacji załogi i sprzętu, lądownik zostanie odrzucony według planu w 143 godzinie i 4 minucie misji. Następnie kontrola naziemna uruchomi silniczki RCS i skieruje lądownik księżycowy na trajektorię kolizyjną z powierzchnia Księżyca. Uderzenie obiektu o znanej masie i prędkości (jakim jest LM) niedaleko miejsca lądowania umożliwi m.in. kalibrację sejsmometrów pozostawionych przez Lovell’a i Haise’a. Zderzenie zaplanowano na 145 godzinę misji. W około 154 godzinie lotu planowany jest manewr zmiany inklinacji orbity statku CSM tak aby dokonać analizy fotograficznej interesujących rejonów Księżyca.

W 167 godzinie i 29 minucie lotu nastąpi uruchomienia silnika głównego modułu serwisowego celem opuszczenia orbity okołoksiężycowej i wejścia na trajektorię prowadzącą w kierunku Ziemi tzw. Transearth Injection (TEI). Wejście w atmosferę ziemską jest bardzo krytycznym momentem dla statku Apollo. Kąt wejścia musi być precyzyjnie ustalony, dlatego też w czasie swobodnego lotu zaplanowano trzy manewry korekcyjne, które zostaną wykonane jeśli zajdzie potrzeba korekty trajektorii. W 240 godzinie i 50 minucie lotu Apollo-13 wejdzie w atmosferę. Wodowanie w wodach Pacyfiku w miejscu o współrzędnych 1°34’S, 157°30’W planowane jest czternaście minut później.

Przygotowania do lotu

W czerwcu 1969, czyli jeszcze przed historycznym lądowaniem na Księżycu Apollo-11, do Centrum Kosmicznego im. Kennedyego dostarczono człony rakiety Saturn-V jak również moduły: księżycowy, załogowy i serwisowy. Te dwa ostatnie połączono jeszcze pod koniec miesiąca. Montaż wszystkich trzech członów Saturna-V ukończono 31 lipca. Całość została zintegrowana na platformie startowej ML-3 (Mobile Launcher).

Pod koniec roku 1969, 10 grudnia ostatecznie zakończono integrację wszystkich elementów i rakieta była gotowa do wytoczenia z budynku VAB. Transport na stanowisko startowe LC-39A nastąpił 15 grudnia, gdzie w ciągu kilku tygodni przeprowadzano różne testy integracyjne.

Podobnie jak wcześniejsze misje Apollo, i ta posiadała załogę rezerwową, której skład był następujący: dowódca John Young, pilot modułu załogowego John ‘Jack’ Swigert oraz pilot modułu księżycowego Charles Duke. Według normalnej rotacji załoga rezerwowa Apollo-13 była jednocześnie główną załogą Apollo-16. Tuż przed startem okazało się, że Charles Duke zaraził się różyczką i nieświadomie wyeksponował załogę główną. Ponieważ tylko Ken Mattingly nigdy nie przechodził tej choroby i nie posiadał odpowiednich przeciwciał zdecydowano o jego odsunięcie od lotu na 72 godziny przed startem. Jego miejsce zajął Swigert.

Należy wspomnieć tutaj jeszcze o jednej istotniej, jak się później okaże anomalii jaka pojawiła się podczas próbnej symulacji odlicznia tzw. Countdown Demonstration Test (CDDT), która odbyła się 16 marca. W czasie tego treningu załoga ubrana w skafandry ciśnieniowe ćwiczy procedurę przedstartową przed którą napełnione są także zbiorniki kriogeniczne z tlenem. Próba ujawiniła problemy z opróżnianiem zbiornika tlenu nr2. Po dyskusjach postanowiono włączyć grzałki elektryczne w tymże zbiorniku tak aby ciekły tlen odparował. Ta procedura zakończyła się powodzeniem i ekipa naziemna nie stwierdziła żadnych z tym związanych problemów. Start misji Apollo-13 zbliżał się coraz bliżej, odliczanie do startu rozpoczęto 10 kwietnia na 28 godziny przed startem. Ale o tym opowiemy już w następnej części artykułu na który to serdecznie zapraszamy.

Źródło: NASA, capcomespace.net
Oryginalny press kit misji: LINK