Mặt trăng là thiên thể gần Trái đất nhất, khoảng cách trung bình của nó là 384.403 km. Vệ tinh đầu tiên bay cùng mặt trăng là Luna 1 của Nga, được phóng vào ngày 2 tháng 1 năm 1959. Mười năm rưỡi sau, sứ mệnh Apollo 11 hạ cánh Neil Armstrong và Edwin "Buzz" Aldrin ở Biển yên tĩnh vào tháng Bảy. 20, 1969. Lên được mặt trăng là một nhiệm vụ khó khăn. (Theo John F. Kennedy) đòi hỏi năng lượng và kỹ năng tốt nhất.
Bươc chân
Phần 1/3: Lập kế hoạch cho chuyến đi
Bước 1. Lập kế hoạch cho chuyến đi theo từng giai đoạn
Mặc dù khoa học viễn tưởng phổ biến nói rằng chỉ cần một con tàu tên lửa để làm mọi thứ, trên thực tế, con tàu tên lửa được chia thành nhiều phần: để đến quỹ đạo thấp của Trái đất, chuyển từ Trái đất sang quỹ đạo Mặt trăng, hạ cánh trên mặt trăng và đảo ngược tất cả các bước này để trở về Trái đất.
- Một số câu chuyện khoa học viễn tưởng mô tả một câu chuyện thực tế hơn về việc lên mặt trăng bằng cách đưa các phi hành gia lên một trạm vũ trụ quay quanh quỹ đạo. Có một tên lửa nhỏ được gắn vào sẽ đưa các phi hành gia lên mặt trăng và quay trở lại trạm. Tuy nhiên, phương pháp này không được sử dụng vì sự cạnh tranh giữa Hoa Kỳ và Liên Xô; Các trạm vũ trụ Skylab, Salyut và Trạm vũ trụ quốc tế được thành lập sau khi dự án Apollo kết thúc.
- Dự án Apollo sử dụng tên lửa ba tầng Saturn V. Giai đoạn thấp nhất nâng tên lửa từ đường băng lên độ cao 68 km, giai đoạn thứ hai đẩy tên lửa gần như xuống quỹ đạo thấp của Trái đất, và giai đoạn thứ ba đẩy nó vào quỹ đạo rồi hướng về mặt trăng.
- Dự án Constellation do NASA đề xuất quay trở lại mặt trăng vào năm 2018 bao gồm hai tên lửa hai tầng. Có hai thiết kế tên lửa giai đoạn đầu: Ares I, giai đoạn nâng phi hành đoàn bao gồm một tên lửa đẩy 5 đoạn và Ares V, giai đoạn nâng hàng và phi hành đoàn bao gồm năm động cơ tên lửa dưới thùng nhiên liệu bên ngoài cộng với hai năm tên lửa đẩy rắn.-phân đoạn. Giai đoạn thứ hai cho cả hai phiên bản sử dụng một động cơ nhiên liệu lỏng duy nhất. Tổ hợp hạng nặng sẽ mang theo con tàu quỹ đạo mặt trăng và tàu đổ bộ, nơi các phi hành gia sẽ được vận chuyển khi hai hệ thống tên lửa cập bến.
Bước 2. Đóng gói cho chuyến đi
Vì mặt trăng không có bầu khí quyển, bạn phải mang theo oxy để thở ở đó, và khi bạn đi vòng quanh bề mặt Mặt trăng, bạn phải mặc một bộ đồ vũ trụ để chống lại cái nóng thiêu đốt của hai tuần ban ngày và cái lạnh cóng của bầu trời. vào ban đêm, chưa kể đến bức xạ và vi hạt đi vào bầu khí quyển bề mặt của mặt trăng.
- Bạn cũng cần thức ăn. Hầu hết thực phẩm mà các phi hành gia tiêu thụ phải được làm đông khô và cô đặc để giảm trọng lượng, sau đó được hòa tan bằng cách thêm nước trước khi ăn. Các phi hành gia cũng nên ăn một chế độ ăn giàu protein để giảm thiểu lượng chất thải mà cơ thể tạo ra sau khi ăn.
- Mọi thứ bạn đưa vào không gian sẽ tăng thêm trọng lượng và tăng lượng nhiên liệu và tên lửa mang nó vào không gian, vì vậy bạn không nên mang quá nhiều đồ cá nhân vào không gian. Trọng lượng trên mặt trăng lớn gấp 6 lần trọng lượng trên Trái đất.
Bước 3. Xác định cơ hội ra mắt
Xác suất phóng là khoảng thời gian phóng tên lửa từ Trái đất để hạ cánh xuống khu vực mong muốn trên mặt trăng, miễn là có đủ ánh sáng để khám phá khu vực hạ cánh. Tỷ lệ cược ra mắt thực sự được xác định theo hai cách, tỷ lệ cược hàng tháng và tỷ lệ cược hàng ngày.
- Tỷ lệ cược hàng tháng tận dụng các kế hoạch khu vực hạ cánh liên quan đến Trái đất và mặt trời. Vì lực hấp dẫn của Trái đất buộc mặt trăng phải quay mặt về cùng phía với Trái đất, các sứ mệnh thám hiểm được xác định trong khu vực của mặt quay về phía Trái đất để cho phép liên lạc vô tuyến giữa Trái đất và mặt trăng. Thời điểm được chọn là lúc mặt trời chiếu vào bãi đáp.
- Các cơ hội hàng ngày tận dụng các điều kiện phóng, chẳng hạn như góc phóng tàu vũ trụ, hiệu suất của tên lửa đẩy và sự hiện diện của tàu từ khi phóng để theo dõi tiến trình bay của tên lửa. Trước đây, điều kiện ánh sáng để phóng máy bay cũng rất quan trọng vì vào ban ngày, việc theo dõi việc hủy bỏ trên bệ phóng hoặc trước khi nó lên quỹ đạo sẽ dễ dàng hơn, cũng như khả năng ghi lại các bức ảnh hủy. Các vụ phóng vào ban ngày ít cần thiết hơn vì NASA có nhiều quyền kiểm soát hơn trong việc giám sát sứ mệnh; Apollo 17 đã được phóng vào ban đêm.
Phần 2/3: Lên mặt trăng
Bước 1. Chuẩn bị cất cánh
Tốt nhất, tên lửa hướng tới mặt trăng nên được phóng thẳng đứng để tận dụng chuyển động quay của Trái đất giúp đạt được vận tốc quỹ đạo. Tuy nhiên, dự án Apollo của NASA đã giúp nó có thể cất cánh ở góc 18 độ theo bất kỳ hướng nào theo phương thẳng đứng mà không bị can thiệp nhiều vào quá trình phóng.
Bước 2. Tiếp cận quỹ đạo Trái đất thấp
Để thoát khỏi lực hút của Trái đất, cần xét hai vận tốc: vận tốc thoát và vận tốc quỹ đạo. Vận tốc thoát là tốc độ cần thiết để thoát khỏi hoàn toàn lực hấp dẫn của hành tinh, trong khi vận tốc quỹ đạo là tốc độ cần thiết để đi vào quỹ đạo xung quanh hành tinh. Vận tốc thoát đối với bề mặt Trái đất là khoảng 25.000 dặm / giờ (40.248 km / s), trong khi vận tốc quỹ đạo trên bề mặt là khoảng 18.000 dặm / giờ (7,9 km / s). Năng lượng để đạt vận tốc quỹ đạo nhỏ hơn vận tốc công thoát.
Hơn nữa, số lượng quỹ đạo và vận tốc thoát giảm khi bạn tiếp tục di chuyển ra khỏi bề mặt Trái đất. Vận tốc thoát bằng 1,414 (căn bậc 2) lần vận tốc quỹ đạo
Bước 3. Chuyển sang quỹ đạo tịnh tiến
Sau khi đến quỹ đạo Trái đất thấp và xác nhận rằng tất cả các hệ thống trên tàu đang hoạt động, đã đến lúc kích hoạt các động cơ đẩy và hướng lên mặt trăng.
- Trong dự án Apollo, điều này được thực hiện bằng cách bắn một động cơ đẩy ba giai đoạn cuối cùng để đẩy tàu vũ trụ lên mặt trăng. Trên đường đi, Mô-đun Chỉ huy / Dịch vụ (mô-đun lệnh / dịch vụ, viết tắt là CSM) được tách ra khỏi giai đoạn thứ ba, quay lại và cập bến với Mô-đun Du ngoạn Mặt trăng (mô-đun du ngoạn mặt trăng, viết tắt LEM) được mang ở trên cùng của giai đoạn thứ ba.
- Project Constellation có kế hoạch phóng một tên lửa có tổ lái và một khoang chứa chỉ huy vào quỹ đạo thấp của Trái đất bằng cách sử dụng giai đoạn khởi hành và tàu đổ bộ mặt trăng được mang theo bởi một tên lửa chở hàng. Giai đoạn khởi hành sau đó sẽ bắn tên lửa đẩy và đưa tàu vũ trụ lên mặt trăng.
Bước 4. Tiếp cận quỹ đạo mặt trăng
Khi tàu vũ trụ đi vào lực hấp dẫn của mặt trăng, hãy bắn một bộ tăng tốc để làm chậm nó và đưa nó vào quỹ đạo xung quanh mặt trăng.
Bước 5. Chuyển sang tàu đổ bộ mặt trăng
Dự án Apollo và Dự án Constellation có các mô-đun quỹ đạo và hạ cánh riêng biệt. Mô-đun chỉ huy của Apollo yêu cầu một trong ba phi hành gia ở vị trí người lái của phi công, trong khi hai phi hành gia khác lên mô-đun mặt trăng. Khoang quỹ đạo của Project Constellation được thiết kế để tự động hóa, để cả bốn phi hành gia có thể lên tàu đổ bộ mặt trăng, nếu cần.
Bước 6. Đi xuống bề mặt của mặt trăng
Vì mặt trăng không có khí quyển, tên lửa được sử dụng để làm chậm tàu đổ bộ lên mặt trăng với tốc độ khoảng 160 km / h. Điều này nhằm đảm bảo việc hạ cánh hoàn hảo và suôn sẻ để đảm bảo tất cả hành khách được an toàn. Lý tưởng nhất là bề mặt hạ cánh dự kiến không được có đá lớn; đây là lý do tại sao Biển yên tĩnh được chọn làm địa điểm hạ cánh của tàu Apollo 11.
Bước 7. Khám phá
Sau khi hạ cánh trên mặt trăng, đã đến lúc thực hiện một bước nhỏ và khám phá bề mặt mặt trăng. Khi ở đó, bạn có thể thu thập đá và bụi mặt trăng để phân tích trên Trái đất và nếu bạn sử dụng một chiếc máy bay thám hiểm mặt trăng gấp như những chiếc trong sứ mệnh Apollo 15, 16 và 17, bạn có thể lái xe trên bề mặt Mặt trăng lên đến 18 km / h. giờ. (Chiếc xe mặt trăng chạy bằng pin và không sử dụng vòng quay động cơ vì không có không khí ở đó để phát ra âm thanh vòng quay động cơ.)
Phần 3/3: Trở lại Trái đất
Bước 1. Thu dọn đồ đạc và về nhà
Sau khi công việc trên mặt trăng của bạn đã hoàn thành, hãy đóng gói tất cả các mẫu và thiết bị và đi đến người đổ bộ mặt trăng để về nhà.
Mô-đun mặt trăng của Apollo được thiết kế theo hai giai đoạn: giai đoạn đi xuống để hạ cánh trên mặt trăng và giai đoạn đi lên để đưa các phi hành gia quay trở lại quỹ đạo mặt trăng. Giai đoạn đi xuống được để lại trên mặt trăng (cũng như tàu tuần duyên)
Bước 2. Đến gần tàu quỹ đạo hơn
Mô-đun chỉ huy Apollo và viên nang quỹ đạo Constellation được thiết kế để đưa các phi hành gia từ mặt trăng trở về Trái đất. Nội dung của tàu đổ bộ mặt trăng được chuyển sang tàu quỹ đạo, sau đó tàu đổ bộ mặt trăng tách ra và cuối cùng rơi trở lại mặt trăng.
Bước 3. Quay trở lại Trái đất
Các động cơ đẩy chính trong mô-đun dịch vụ Apollo và Constellation đã được bắn ra để thoát khỏi lực hấp dẫn của mặt trăng, và tàu vũ trụ được hướng ngược về phía Trái đất. Đi vào lực hấp dẫn của Trái đất, các động cơ đẩy của mô-đun dịch vụ được hướng về phía Trái đất và bắn một lần nữa để làm chậm khoang chỉ huy trước khi phóng ra ngoài.
Bước 4. Chuẩn bị hạ cánh
Mô-đun chỉ huy / lá chắn nhiệt của viên nang được tiếp xúc để bảo vệ các phi hành gia khỏi sức nóng của khí quyển. Khi con tàu đi vào phần dày hơn của bầu khí quyển Trái đất, chiếc dù được mở ra để làm chậm tốc độ của con tàu.
- Trong dự án Apollo, mô-đun chỉ huy lao xuống biển giống như sứ mệnh có người lái đã hoàn thành trước đó của NASA, và được tàu Hải quân trục vớt. Mô-đun lệnh không được sử dụng lại.
- Dự án Chòm sao dự định hạ cánh trên mặt đất, như sứ mệnh không gian có người lái của Liên Xô đã thực hiện. Nếu không thể sử dụng đất liền thì sử dụng phương án hạ cánh thay thế trên biển. Hộp chỉ huy được thiết kế để sửa chữa bằng cách thay thế tấm chắn nhiệt của nó, sau đó được sử dụng lại.
