Apollo 13

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy misji kosmicznej NASA. Zobacz też: hasło o filmie Apollo 13.
Apollo 13
Emblemat misji
Apollo 13-insignia.png
Dane misji
Zadanie misji Lądowanie na powierzchni Księżyca załogowego statku kosmicznego i powrót na Ziemię
Moduł dowodzenia CM-109 kryptonim Odyssey

masa 5560 kg

Moduł serwisowy SM-109 masa 23 181 kg
Moduł księżycowy LM-7 kryptonim Aquarius

masa 15 192 kg

Załoga 3 osoby
Rakieta Saturn V
Stanowisko startowe LC39A
Czas startu 11 kwietnia, 1970

19:13:00 UTC

Czas lądowania na Księżycu (lądowanie odwołane z powodu eksplozji w module serwisowym)
Liczba orbit wokół Księżyca 1
Data wodowania na Pacyfiku 17 kwietnia 17, 1970 18:07:41 UTC
Czas trwania misji 5 dni 22 h 54 m 41 s
Zdjęcie załogi
Apollo 13 Prime Crew.jpg
Od lewej: Lovell, Swigert, Haise
Apollo 13 time line.PNG
Przebieg misji Apollo 13
Apollo 13 LM with Mailbox retouched.jpg
Prowizoryczny pochłaniacz CO2 na pokładzie modułu księżycowego Apollo 13
Apollo13 - SM after separation.jpg
Po oddzieleniu modułu serwisowego w pobliżu Ziemi
Apollo 13 Lunar Module.jpg
Po oddzieleniu modułu księżycowego przed wejściem w atmosferę

Misja Apollo 13 (indeks COSPAR 1970-29A) – trzecia misja programu Apollo, z planowanym lądowaniem ludzi na powierzchni Księżyca. Eksplozja zbiornika z tlenem w module serwisowym, nie tylko uniemożliwiła lądowanie na Księżycu, ale także spowodowała rozpoczęcie walki o życie załogi. Lot dowodzony był przez Jamesa A. Lovella; pilotem modułu dowodzenia był John L. „Jack” Swigert; pilotem modułu księżycowego był Fred W. Haise. Swigert zastępował pierwotnego pilota modułu dowodzenia Thomasa K. „Kena” Mattingly, którego wyeliminował lekarz misji z obawy o to, że Mattingly nabawił się różyczki[1]. W rzeczywistości Mattingly nie zachorował na różyczkę, i wniósł znaczną pomoc naziemnym kontrolerom, podczas walki o sprowadzenie załogi Apollo na Ziemię.

Start misji nastąpił 11 kwietnia, 1970 o godzinie 19:13 UTC. Po dwóch dniach na trasie do Księżyca, na skutek uszkodzenia, które powstało jeszcze na Ziemi, w module serwisowym nastąpiła eksplozja, która spowodowała stratę dwóch zbiorników z tlenem, pozbawiając moduł dowodzenia energii elektrycznej na trasie do Księżyca i z powrotem do granicy atmosfery Ziemi.

Moduł dowodzenia był, między innymi, elektrownią (ogniwa paliwowe). Indywidualne bateryjne zasilanie elektryczne modułu dowodzenia było zaplanowane na pracę przez kilka ostatnich godzin, podczas wchodzenia do atmosfery, po odrzuceniu modułu serwisowego, który nie był przystosowany do penetracji atmosfery.

Po eksplozji zbiornika z ciekłym tlenem astronauci James A. Lovell, John L. „Jack” Swigert i Fred W. Haise opuścili moduł dowodzenia i przeprowadzili się do modułu księżycowego z zamiarem powrotu do modułu dowodzenia na kilka godzin przed lądowaniem. Przed opuszczeniem modułu dowodzenia zostały wyłączone wszystkie urządzenia elektryczne aby zachować energię elektryczną niezbędną podczas wchodzenia w atmosferę i podczas wodowania. Moduł księżycowy był przeznaczony do dłuższego przebywania niż kilka godzin, ale zaprojektowany był dla dwóch astronautów.

Pomimo trudności spowodowanych niedoborem energii elektrycznej i wynikających z tego licznych konsekwencji, ciasnoty oraz kłopotów związanych z usuwaniem dwutlenku węgla i braku wody pitnej, 17 kwietnia załoga szczęśliwie powróciła na Ziemię.

Start i podróż do orbity około księżycowej[edytuj | edytuj kod]

Misja rozpoczęła się mało znanym epizodem: podczas pracy silnika rakietowego drugiego członu, centralny silnik wyłączył się dwie minuty wcześniej. Cztery zewnętrzne silniki pracowały dłużej, co skompensowało niedobory energii i statek kosmiczny dotarł na orbitę. Przedwczesne wyłączenie centralnego silnika drugiego członu spowodowało niebezpieczne wzdłużne drgania, które mogły rozerwać drugi człon na strzępy. Silnik doznał przeciążeń 68 g w formie wibracji o częstotliwości 16 Hz, co spowodowało wygięcie konstrukcji silnika o 76 mm. Słabsze wibracje wzdłużne były obserwowane już we wcześniejszych lotach Titan i Saturn, a szczególnie w misji Apollo 6, lecz w misji Apollo 13 zjawisko wystąpiło we wzmocnionej formie poprzez interakcję silników rakietowych z konstrukcją statku kosmicznego w zjawisku nazywanym kawitacją. W późniejszych misjach wprowadzono modyfikacje przeciwko wibracjom wzdłużnym, które opracowywane były już wcześniej. Do tych modyfikacji zaliczyć trzeba: dodatkowy zbiornik płynnego helu do centralnego silnika, instalacja płynnego tlenu do tłumienia drgań silnika rakietowego, dodatkowe automatyczne odcinanie mocy, i uproszczenie konstrukcji zaworów paliwowych we wszystkich silnikach II członu rakiety Saturn V.

Eksplozja[edytuj | edytuj kod]

Na trajektorii do Księżyca, w odległości 320 000 km od Ziemi, Kontrola Misji poprosiła załogę o włączenie mieszacza w zbiornikach ciekłego tlenu i płynnego wodoru. Operacja ta była potrzebna do wyrównania gęstości ich zawartości, co z kolei było konieczne do dokładnego odczytu ich stanu ilościowego. Po włączeniu silnika mieszacza astronauci usłyszeli głośny huk z towarzyszeniem wahania mocy elektrycznej i szumem pracy silników RCS, które zareagowały na zmianę położenia CSM w przestrzeni. Załoga początkowo myślała, że to meteoroid uderzył w moduł księżycowy, który w tej fazie trajektorii był połączony z modułem dowodzenia włazami dokowania. W rzeczywistości, uszkodzona izolacja na kablu doprowadzającym zasilanie do mieszacza płynnego tlenu wewnątrz zbiornika przyczyniła się do spowodowania zwarcia i zapłonu izolacji. W rezultacie wzrostu temperatury wzrosło ciśnienie w zbiorniku poza jego dopuszczalny limit i eksplodował zbiornik tlenu nr 2, jeden spośród dwóch w module serwisowym, uszkadzając również zbiornik tlenu nr 1 i wnętrze modułu serwisowego. Z wnęki nr 4 została odrzucona pokrywa. Zapasy tlenu z modułu serwisowego ulotniły się w przestrzeń kosmiczną.

Przerwanie misji[edytuj | edytuj kod]

Uszkodzenia modułu serwisowego spowodowały, że powrót na Ziemię z lądowaniem na Księżycu stał się niemożliwy, tak więc kierownik misji Gene Kranz przerwał misję. Aktualny plan przerwania misji, napisany jeszcze w 1966, zakładał użycie silnika modułu serwisowego do znacznej zmiany prędkości (wyhamowanie), tak aby stała się możliwa zmiana (o 180°) kierunku lotu statku kosmicznego. Ten sposób powrotu na Ziemię wydawał się najszybszy, jednak z przynajmniej trzech powodów był niepraktyczny:

  • był on użyteczny we wcześniejszej fazie misji, zanim statek kosmiczny wszedł w grawitacyjną sferę wpływu Księżyca,
  • nie było energii elektrycznej do sterowania silnikiem,
  • istniała obawa, że w eksplozji zbiornika z tlenem powstały inne nieprzewidziane uszkodzenia.

Po wyłączeniu się ogniw paliwowych modułu serwisowego, moduł dowodzenia automatycznie przełączył się na zasilanie z baterii srebrno-cynkowych. Dwie osoby z załogi przeniosły się do modułu księżycowego z zamiarem powrotu do modułu dowodzenia na krótko przed wejściem w atmosferę i zasilanie modułu dowodzenia zostało wyłączone. Do zmiany kierunku lotu wykorzystano grawitację Księżyca i silnik rakietowy członu opadania modułu księżycowego, a nie silnika napędowego CSM.

Manewr umieszczenia statku kosmicznego na trajektorii swobodnego powrotu na Ziemię został wykonany, z użyciem silnika członu opadania modułu księżycowego 14 kwietnia o godz. 08:43 UT. Powrót uwzględniał wykorzystanie grawitacji Księżyca i Ziemi do powrotu na Ziemię, poprzez wykonanie okręgu wokół Księżyca. Manewr ten przewidywał wodowanie na Oceanie Indyjskim 18 kwietnia o godz. 03:13 UT. Po okrążeniu Księżyca 15 kwietnia o godz. 02:40 została wykonana druga faza pracy silnika członu opadania, która trwała 263.4 sekundy i przyspieszyła szacowany czas powrotu na 17 kwietnia godz. 18:06, z wodowaniem na środkowym Pacyfiku. Niepotrzebny człon S-IVB został skierowany na Księżyc. Był to jedyny zrealizowany eksperyment naukowy przez astronautów. Moduł księżycowy był przeznaczony do utrzymania dwóch astronautów przez dwa dni, a nie trzech przez cztery dni. Zapas tlenu w module księżycowym był wystarczający, gdyż przed każdym spacerem księżycowym przewidziana była dekompresja i ponowne napełnienie wnętrza członu wznoszenia mieszanką do oddychania po spacerze. Inaczej było z wodą, która w CSM otrzymywana była z ogniw paliwowych przy produkcji energii elektrycznej, jako produkt uboczny spalania wodoru. Natomiast moduł księżycowy, zasilany z baterii srebrno-cynkowych, miał ograniczony zapas wody, czyli konkretnie dla dwóch astronautów na dwa dni. W celu zaoszczędzenia energii obciążenie elektryczne modułu księżycowego zostało obniżone do koniecznego poziomu, zachowując sterowanie klimatyzacją, komunikację, telemetrię.

Ograniczona ilość wodorotlenku litu, potrzebna do usuwania dwutlenku węgla, stała się poważnym problemem. Wewnętrzne zapasy LiOH modułu księżycowego były niewystarczające, a zewnętrzne zapasy dla modułu księżycowego znajdowały się w członie opadania, wtedy niedostępnego[2]. Moduł dowodzenia miał wystarczający zapas kanistrów z wodorotlenkiem litu, ale były one niekompatybilne z armaturą modułu księżycowego. Inżynierowie na Ziemi zaplanowali sposób połączenia kanistrów z modułu dowodzenia z gniazdami w module księżycowym, a astronauci ten plan zrealizowali w kosmosie.

16 kwietnia o godz. 04:32 UT, na 15 sekund z 10% mocą, został włączony silnik członu opadania w celu zmniejszenia prędkości, a to z kolei służyło do zwiększenia kąta wejścia w atmosferę do –6,52°. Włączono też częściowo zasilanie modułu dowodzenia (z baterii). 17 kwietnia o godz. 12:53 UT 22,4 sekundowy czas pracy silnika członu opadania modułu księżycowego ustalił kąt wejścia w atmosferę na –6,49°.[3]

Wejście w atmosferę i wodowanie[edytuj | edytuj kod]

Kiedy statek kosmiczny 17 kwietnia o godz. 13:15:06 UT zbliżył się do Ziemi, załoga odrzuciła moduł serwisowy i sfotografowała go. Właśnie wtedy po raz pierwszy załoga zobaczyła uszkodzenia spowodowane eksplozją zbiornika z tlenem. Zasilanie elektryczne modułu dowodzenia włączono o godz. 16:43:02 UT, odrzucono wtedy moduł księżycowy. Wszystkie elementy modułu księżycowego, które przetrwały wejście w atmosferę, a szczególnie generator SNAP-27, planowo mający służyć do zasilania aparatury ALSEP[4] na powierzchni Księżyca i zawierający 3,9 kg plutonu, wpadły do Oceanu Spokojnego na północny wschód od Nowej Zelandii. Zasilacz izotopowy wylądował w Rowie Tonga. Podczas gdy zatopiony pluton będzie radioaktywny przez 2000 lat, na razie nic nie wskazuje na to, iż wystąpiło jakiekolwiek skażenie. Apollo 13 wodował na Pacyfiku 17 kwietnia 1970 roku o godz. 18:17:41 UT, po misji trwającej 142 godziny, 54 minuty i 41 sekund. Wodowanie nastąpiło na współrzędnych 21°38′S, 165°22′W na południowy zachód od Amerykańskiego Samoa i 6,5 km od okrętu ratowniczego dla tej misji, którym był USS Iwo Jima (foto).

Przyczyny eksplozji zbiornika z ciekłym tlenem[edytuj | edytuj kod]

Przyczyny rozerwania zbiornika z ciekłym tlenem, jak wykazało długotrwałe dochodzenie, należy szukać w nieprawdopodobnym zbiegu okoliczności. Zbiorniki zawierające produkty o niskiej temperaturze, wymagają zarówno zaworów bezpieczeństwa, jak i wyjątkowo dobrej izolacji termicznej w celu uniknięcia nadmiernego wzrostu ciśnienia związanego z parowaniem. Zbiorniki ciekłego tlenu i wodoru modułu serwisowego były tak dobrze izolowane termicznie, że mogły bezpiecznie przechowywać nadkrytyczny wodór i ciekły tlen przez lata. Każdy zbiornik tlenu zawierał setki kilogramów tlenu do produkcji powietrza, prądu i wody.

Zbiornik zawierał kilka elementów mających związek z wypadkiem, oto one:

  • przetwornik ilościowej zawartości zbiornika z ciekłym tlenem;
  • turbinka we wnętrzu zbiornika do mieszania ciekłego tlenu, aby uzyskać jednakową gęstość w całym zbiorniku w celu dokładnego pomiaru stanu ilościowego;
  • grzejnik do odparowywania ciekłego tlenu (zamiany ciekłego tlenu na lotny);
  • termostat współpracujący z grzejnikiem;
  • czujnik temperatury;
  • zawory i instalacja rurowa.

Grzejnik i współpracujący z nim termostat były oryginalnie zaprojektowane dla szyny zasilania 28 V DC modułu dowodzenia. Dokumentacja grzejnika i termostatu była później zmieniona, aby umożliwić zastosowanie 65 V do szybszego opróżnienia zbiornika na ziemi[5]. Analizując możliwość zastosowania 65 V DC do zasilania grzejnika, producent zbiornika nie uwzględnił elektrycznych styków termostatu. Stało się to na skutek przeoczenia. Na domiar złego czujnik temperatury wnętrza zbiornika nie odczytywał wyższych temperatur niż 38 °C. Nie powinno to stanowić problemu, ponieważ styki termostatu rozwierały się przy 28 °C, a grzejnik był wyłączany, dzięki czemu temperatura we wnętrzu zbiornika nie powinna rosnąć dalej. Z tego powodu nikt nie spodziewał się pożaru w zbiorniku z ciekłym tlenem, więc nie instalowano tam urządzenia ostrzegającego przed wysoką temperaturą.

Platforma nośna zbiorników z tlenem była oryginalnie zainstalowana w module serwisowym Apollo 10, lecz została usunięta w związku z potencjalnym problemem związanym z interferencją elektromagnetyczną. Podczas demontażu platforma spadła z wysokości 5 cm. Zbiornik nie wyglądał na uszkodzony i zbiornik ten później zainstalowano w Apollo 13. Raport przeglądu Apollo 13 ujął wypadek z zbiornikiem w następujący sposób: prawdopodobieństwo uszkodzenia zbiornika podczas incydentu jest „raczej niewielkie”. Po napełnieniu zbiornika ciekłym tlenem podczas naziemnego testu, nie mógł on być opróżniony w sposób prawidłowy, prawdopodobnie z powodu uszkodzonej armatury wejściowej podczas upadku demontowanego zbiornika (jest to jeden z niejasnych elementów wypadku). Grzejnik ze współpracującym z nim termostatem podłączono do naziemnej instalacji 65 V, aby przyspieszyć wypompowywanie ciekłego tlenu. Operacja ta powinna zająć kilka dni przy termostacie rozwierającym styki zasilania grzejnika przy temperaturze 28 °C. Jednakże kiedy na początku wypompowywania styki termostatu zostały zwarte, aby zasilić grzejnik, 65 V zasilanie stopiło i zwarło styki termostatu na stałe, wskutek czego grzejnik pozostał włączony tak długo, jak długo było przyłożone napięcie do termostatu, zamiast wyłączać się po osiągnięciu 28 °C.

Taka awaria termostatu spowodowała wzrost temperatury do około 540 °C. Ponieważ czujnik temperatury nie był zaprojektowany do odczytu tak dużych temperatur, wyposażenie ostrzegawcze nie ostrzegło o prawdziwej temperaturze we wnętrzu zbiornika. Po pewnym czasie utrzymująca się wysoka temperatura stopiła elektryczną izolację instalacji zasilającej silnik mieszacza, odsłaniając gołe druty. Kiedy ponownie napełniono go ciekłym tlenem, a stało się to przed misją Apollo 13, zbiornik stał się bombą czekającą na impuls inicjujący. Impuls ten pojawił się w 56 godzinie misji Apollo 13, gdy włączono mieszacz ciekłego tlenu w zbiorniku nr 2 i prąd popłynął przez gołe, zwarte druty zasilające silnik mieszacza, które zaczęły iskrzyć i rozgrzewać się, zapalając resztki izolacji. Towarzyszący temu wzrost temperatury, spowodował powstanie dużej ilości gazowego tlenu, którego zawory nadmiarowe nie były w stanie wydalić. Na skutek wzrostu ciśnienia zbiornik nr 2 eksplodował, a zbiornik nr 1 został uszkodzony. Po trzech godzinach moduł serwisowy nie był w stanie wytwarzać ani energii elektrycznej, ani wody, ponadto nie miał zapasu tlenu do produkcji mieszanki do oddychania, stracił możliwość użycia silnika napędowego i RCS, przez co stał się bezużyteczny.

Ciekawostki[edytuj | edytuj kod]

Film kinowy[edytuj | edytuj kod]

Information icon.svg Osobny artykuł: Apollo 13 (film).

Dramatyczne wydarzenia misji Apollo 13 zainspirowały filmowców z Hollywood do nakręcenia filmu Apollo 13, produkcji wysokobudżetowej i w gwiazdorskiej obsadzie, który na ekrany kin wszedł w 1995.

Gra planszowa[edytuj | edytuj kod]

Na podstawie wydarzeń misji Apollo 13 firma Universal Games w 1995 wydała grę planszową o tym samym tytule. Gra utrzymana w klimacie słynnej Monopoly stanowi wariant gry Solarquest.

Opłata za holowanie[edytuj | edytuj kod]

Po szczęśliwym zakończeniu misji Grumman Aerospace Corporation, producent modułu księżycowego, wystawił producentowi modułu dowodzenia, firmie North American Rockwell, rachunek na kwotę 312 421,24 dolarów za holowanie uszkodzonego statku na drodze do Księżyca i z powrotem. Rachunek był żartem autorstwa Sama Greenberga, który brał udział w przygotowaniu strategii ratunkowej podczas misji Apollo 13. Rachunek uwzględniał dwudziestoprocentowy rabat i przewidywał dodatkową zniżkę w wysokości 2% w razie uregulowania należności gotówką. North American grzecznie odmówiło zapłaty, tłumacząc, że w trzech poprzednich misjach moduły księżycowe Grummana były transportowane bez opłat.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. NASA - biografia T. Mattingly. [dostęp 2010-08-16].
  2. Do członu zniżania był dostęp podczas spacerów księżycowych, po dekompresji kabiny członu wznoszenia, po wyjściu z niego po drabinie na powierzchnię Księżyca.
  3. Apollo 13 Command and Service Module (CSM).
  4. Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) Zestaw Instrumentów Naukowych Programu Apollo do Badań na Powierzchni Księżyca zawierał w sobie przyrządy naukowe, umieszczane przez astronautów misji Apollo 12, 14, 15, 16 i 17. Urządzenia te były zasilane energią atomową i przeznaczone do przekazywania danych na ziemię przez dłuższy okres.
  5. Nie jest jasne czy napięcia 65 V użyto jednorazowo podczas testu zbiornika przed misją Apollo 13 w związku z anomaliami, jakie wykazywał zbiornik.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]