The Apollo Spacecraft (5) – il Lunar Module (1a Parte)

“Abbiamo ottenuto la commessa nel Novembre del 1962, non avevamo mai costruito una capsula spaziale con equipaggio. Nessuno era un esperto a quei tempi, e ci chiesero di costruire un veicolo per far atterrare l’uomo sulla Luna.” – Thomas ‘Tom’ J. Kelly, Grumman’s chief engineer for the Lunar Module

“Il mio primo pensiero fu che quel ‘coso’ era orrendo. Sebbene sapessi esattamente perché avesse quell’aspetto, questo non mi era di alcun aiuto. Ero un pilota di caccia ed ero abituato alle forme aerodinamiche e all’aspetto piacevole dei jet ad alte prestazioni, ed eccomi ad osservare questo … questo … ‘coso’.” – Ed Mitchell, Apollo 14 LMP

“Lo chiamavamo ‘la Cimice’. E a me dava l’idea di un gigantesco mostro che stava per saltare addosso a New York City.” – Gene Cernan, Apollo 17 CDR

L’Apollo Lunar Module (LM) era il componente dello stack progettato per allunare (il cosiddetto lander) con due astronauti a bordo e riportarli poi in orbita per il rendezvous con il Command / Service Module. In questo primo post ad esso dedicato ripercorreremo brevemente la sua storia.

Nel periodo 1969 – 1972 furono 6 i LM a completare con successo le operazioni di allunaggio e rendez-vous; un altro, l’LM-7 ‘Aquarius’, si rivelò una preziosissima scialuppa di salvataggio. Si trattava di una capsula incapace di volare nell’atmosfera e si può ragionevolmente considerare il primo veicolo esclusivamente spaziale. Era fondamentalmente costituito da due parti: il Descent Module e l’Ascend Module.
Il Descent Module era la parte dedicata all’allunaggio, comprendeva il motore di discesa, le gambe per l’allunaggio e, in appositi spazi, vi trovava posto tutta l’attrezzatura necessaria alle attività extraveicolari da svolgersi sulla Luna.
L’Ascend Module era la parte ‘abitata’ del LM, la sua cabina pressurizzata fungeva da cabina di pilotaggio e da casa per i due astronauti durante la permanenza sulla superficie; era anche la parte che ripartiva dalla superficie (spinta da un suo motore) per riunirsi con il CSM in orbita.

Tom Kelly

Il LM (inizialmente chiamato LEM, Lunar Excursion Module) venne progettato dopo che la NASA scelse di effettuare le missioni Apollo con la tecnica del LOR (Lunar Orbit Rendezvous). La commessa per la sua costruzione venne vinta dalla Grumman Aircraft Engineering e tutto il lavoro venne svolto sotto la supervisione di Tom Kelly. Il costo stimato del progetto fu di 350 milioni di dollari e i principali subappaltatori furono la Bell Aerosystems (motore dell’ascend module), Hamilton Standard (sistema di controllo ambientale), Marquardt (RCS) e Space Technology Laboratories (motore descent module). Il sistema di guida e navigazione, il Primary Guidance, Navigation and Control System (PGNCS) venne sviluppato dall’MIT (così come quello del CSM); l’AGC venne prodotto dalla Raytheon e il sistema di navigazione di emergenza, l’Abort Guidance System (AGS) venne sviluppato dalla TRW (questo sistema fu sviluppato appositamente per il LM e non esisteva una sua controparte nel CSM).

L’evoluzione del LM

Il design del LM subì molte modifiche nel corso del tempo: inizialmente venne disegnato come una versione ridotta del CSM dotato di gambe estensibili per l’allunaggio. Una prima revisione del progetto tentò di riprodurre l’esperienza di un elicottero: ampie finestre curve e sedili per gli astronauti, con 2 portelli per il docking (una frontale e una sulla parte superiore). Fu solo nell’Aprile 1963 che si arrivò ad un congelamento del progetto, quando vennero definiti i motori da usare nei due stadi del modulo. L’energia era inizialmente previsto che fosse fornita da celle a combustibile della Pratt and Whitney, come per il CSM, ma nel Marzo 1965 si preferì puntare sulle sole batterie. Anche le gambe per l’allunaggio vennero modificate nel corso del progetto: inizialmente dovevano essere 3, la configurazione più leggera in grado di dare stabilità al modulo una volta allunato ma anche la più instabile in caso di danneggiamento di una di esse. Si passò quindi a 5 ma i limiti di peso portarono al compromesso di 4 gambe. Essendo il peso il maggior problema da superare ci furono ulteriori successivi design e sforzi per ridurlo, comprese l’“Operation Scrape” e la “Super Weight Improvement Program” (SWIP).
Il primo (nel Luglio 1965) fu compiuto dalla sola Grumman e portò a guadagni di peso marginali. Il secondo venne iniziato su insistenza della NASA e richiese uno sforzo di alleggerimento di tutti i componenti da parte di tutte le ditte appaltatrici. per la fine del 1966, SWIP aveva limato 1.13 tonnellate dal peso del lander.
Il risultato finale del processo di alleggerimento fu il LM come tutti lo conosciamo: piccole finestre triangolari (il vetro pesa!), niente sedili (gli astronauti si agganciavano ad un sistema di cavi e pulegge per reggersi, e utilizzavano delle strisce di velcro sul pavimento per un ulteriore ancoraggio), un solo portello di attracco più un piccolo portello frontale da cui uscire una volta indossata la tuta per l’EVA.

Nel 1966 gli astronauti che visitavano i capannoni 5, 25 e 30 della Grumman, vi trovavano 7500 persone, 3000 dei quali ingegneri, impegnate a traformare più di 50000 disegni tecnici in un vero LM. Per ognuno dei LM occorrevano 6 mesi di lavoro per costruirlo e 2 anni di test (inclusi quelli con gli astronauti). Lavorare al LM per queste persone fu un’esperienza a base di lunghe ore, una tremenda pressione e la prospettiva di vedere i frutti dopo parecchi anni.

Il primo volo di test (senza equipaggio) fu pianificato per l’Aprile del 1967 ma a causa dei ritardi nello sviluppo questo avvenne solo il 22 Gennaio 1968 (Apollo 5): dopo essere stato lanciato con un Saturn-IB, l’LM-1 mise alla prova i sistemi di propulsione in orbita terrestre. Il primo volo con equipaggio (che sarebbe dovuto essere Apollo 8) fu Apollo 9, che utilizzò l’LM-3, nel Marzo 1969 ed effettuò un test completo di tutti i sistemi e mise alla prova i meccanismi di aggancio e le tecniche di rendezvous. Un secondo volo di test precedentemente pianificato venne cancellato in virtù del pieno successo della missione (e dei tempi ormai ridotti all’osso). L’ultimo volo di test fu Apollo 10, il ‘dress rehearsal’ (la prova generale) in orbita lunare: il LM giunse fino a 14.4 Km dalla superficie prima di sganciare lo stadio di discesa e procedere al rendezvous con il CSM.
Il primo allunaggio fu, come tutti sanno, quello di Apollo 11 (LM ‘Eagle’), seguito a breve distanza da Apollo 12.

Nel volo successivo, la bontà delle scelte progettuali venne mostrato dal ruolo fondamentale giocato dal LM nel salvataggio dell’equipaggio di Apollo 13. Il LM ‘Aquarius’ fu una perfetta ‘scialuppa di salvataggio’ nel volo di ritorno verso la Terra, a seguito della rottura di uno dei serbatoi di ossigeno del SM. Il motore del modulo di discesa prese il posto dell’SPS in tutte le manovre critiche per aggiustare la traiettoria, le batterie del LM servirono ad alimentare i sistemi ambientali e per ricaricare quelle del CM per il momento critico del rientro in atmosfera. Il LM era stato progettato per supportare 2 astronauti per 45 ore; ne supportò 3 per 90 ore.

Le missioni di classe J ovvero Apollo 15, 16 e 17 richiesero l’Extended Lunar Module (ELM), un significativo sviluppo del LM in grado di portare un maggior carico utile (payload) e di permettere una permanenza più lunga sulla superficie lunare. Il motore dello stadio di discesa venne migliorato e i serbatoi del carburante vennero ingranditi. Un serbatoio per immagazzinare gli scarti venne aggiunto sempre allo stadio di discesa (con tubature che lo collegavano alla cabina nello stadio di ascesa). Un altro accorgimento utilizzato per aumentare l’autonomia (di almeno un minuto di volo durante la discesa) fu quella di effettuare la manovra di Descent Orbit Insertion prima di separare il LM, con l’intero stack (utilizzando l’SPS). Questi ed altri accorgimenti permisero di espandere il periodo che era possibile spendere sulla superficie a 75 ore. In uno degli spazi disponibili per l’attrezzatura nel descent stage venne collocato il Lunar Roving Vehicle, il ‘Rover’. Grazie ad esso fu possibile esplorare aree più vaste e riportare un maggior quantitativo di campioni.

Esiste un sito non ufficiale che raccoglie storie, ricordi e immagini dei dipendenti della Grumman che lavorarono al progetto (e da dove ho tratto le varie citazioni).

The Apollo Spacecraft
Il CM (1a Parte) Il CM (2a Parte)
Il SM (1a Parte) Il SM (2a Parte)
Il LM (1a Parte) Il LM (2a Parte)
Il LM (3a Parte) Il LM (4a Parte)

2 Risposte to “The Apollo Spacecraft (5) – il Lunar Module (1a Parte)”

  1. Occhio, la foto del LM è un montaggio di 2 immagini realizzato da Ed Hengeveld, non è una foto autentica ottenuta assemblando le foto AS11-40-5863 e AS11-40-5869.
    http://www.apolloarchive.com/apg_thumbnail.php?ptr=545&imageID=AS11-40-5863-69

  2. raghnor Says:

    Grazie della segnalazione Paolo!

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