The Apollo Spacecraft (6) – Il Lunar Module (2a Parte)

LM Descent Stage – Schema

IL DESCENT STAGE
Il Descent Stage (DS) era la parte del LM utilizzata per l’allunaggio vero e proprio; il suo peso era pari ai due terzi di quello complessivo del LM al momento del lancio. I motivi di tale peso superiore erano dovuti a diversi fattori:

  • il DS ospitava il maggior quantitativo di carburante necessario al funzionamento del motore di discesa (DPS)
  • il DS doveva possedere la robustezza necessaria a supportare il peso dell’intero Ascend Module
  • il DS era il punto di ancoraggio delle landing gears (le ‘gambe’ del LM) e quindi doveva essere sufficientemente resistente
  • il DS reggeva il peso dell’intero LM all’interno dell’SLA
  • il DS forniva lo spazio necessario per stipare l’equipaggiamento scientifico e di supporto necessario alle EVA sulla superficie lunare
  • il DS agiva da ‘rampa di lancio’ per l’Ascend Stage al momento di lasciare la superficie lunare

Struttura
Il Modulo di Discesa aveva una struttura di base cruciforme, con quattro braccia costituite da due paia di paratie parallele in alluminio (sagomate utilizzando in parte un trattamento meccanico tradizionale e in parte un trattamento di erosione chimica), chiuse sopra e sotto da due superfici piane, per un’altezza complessiva di 1.65 mt. Le estremità delle braccia (lunghe 2.05 mt) erano chiuse da pannelli anch’essi di alluminio. A queste estremità erano saldate le travi (outrigger) che permettavano di agganciare il LM all’SLA e che costituivano il punto di aggancio della parte superiore delle landing gears. La struttura delimitava 5 compartimenti di uguale misura utilizzati per alloggiare le componenti fondamentali del DPS, il motore di discesa.

Il Descent Stage in costruzione

Nel compartimento centrale si trovava il motore. I serbatoi del propellente e dell’ossidante occupavano gli altri 4 compartimenti. Nello spazio tra le braccia venivano ricavate 4 aree triangolari definite Quadranti e numerate da 1 a 4 seguendo il verso antiorario a partire dal Quadrante a destra della scaletta; i Quadranti vennero utilizzati per ospitare alcuni componenti dei sistemi del LM e per stivare apparecchiature varie usate nell’esplorazione della superficie lunare. Nel Quadrante 1 trovò posto il Lunar Rover nelle ultime 3 missioni lunari (Apollo 15,16 e 17). Il Quadrante 4 fu sempre riservato per il MESA, mentre il Quadrante 2 venne utilizzato per gli esperimenti scientifici EASEP / ALSEP.
L’intera struttura veniva avvolta in uno scudo simile a quello utilizzato anche per l’Ascend Stage, uno scudo destinato a fornire protezione dai micrometeoriti e isolamento termico. Un’ulteriore livello di isolamento veniva aggiunto alle aree prossime al motore (il compartimento centrale e la superficie inferiore potevano essere interessate da temperature intorno ai 900°C) nella forma di uno scudo in titanio. Anche la superficie superiore e i pannelli alla fine delle braccia del Descent Stage avevano un ulteriore rivestimento in Mylar e H-Film per sopportare le temperature dovute agli scarichi dell’RCS.

Landing Gear – Schema

Landing Gears
Le 4 ‘gambe’ del LM fornivano supporto al veicolo sulla superficie lunare ed erano in grado di fornire l’attenuazione dell’impatto richiesto per allunare, evitando il suo ribaltamento su pendii fino a 6° e in presenza di avvallamenti o protuberanze fino a 60 cm. Erano saldamente assicurate al DS e venivano ripiegate all’interno per permettere l’alloggiamento del LM all’interno dell’SLA. Presentavano una struttura a cantilever: un forcellone con una struttura triangolare supplementare (secondary strut) che agiva su un ammortizzatore disposto orizzontalmente (primary strut), in grado di lavorare in compressione o in estensione. Erano dotate di una base circolare (foot pad) realizzata con due fogli di allumino intervallati da una struttura a nido d’ape (sempre in allumino); tre di essi erano dotati di una lunga appendice che, deformata al contatto con la superficie, accendeva una spia sul pannello di controllo del LM (Contact Light) per indicare l’avvenuto contatto con la superficie.
Erano in grado di reggere impatti entro ben specifici limiti, fissati a:

  • un impatto alla velocità verticale di 3 m/s in condizioni di velocità orizzontale nulla
  • un impatto alla velocità verticale di 2.13 m/s in condizioni di velocità orizzontale fino ad un massimo di 1.2 m/s
  • un impatto con il LM inclinato fino a 6° rispetto all’orizzonte locale con una variazione di assetto fino ad un massimo di 2°/sec

Batterie
Nel Descent Stage erano alloggiate le 4 batterie per alimentare il LM durante tutto il viaggio translunare, le attività in orbita, la discesa e il periodo sulla superficie fino all’inizio dell’ascesa. In caso di malfunzionamento di una delle batterie veniva approntato un piano di volo alternativo con attività ridotte.

Dispositivi Pirotecnici
A bordo del Descent Stage erano presenti alcune micro-cariche esplosive e il relativo sottosistema comprendeva anche i cablaggi, i controllori (sequenziatori) e le batterie di riserva per l’attivazione delle cariche. Venivano utilizzate per:

  • il dispiegamento delle landing gears
  • l’attivazione della pressurizzazione tramite elio dei serbatoi dei motori (di ascesa e discesa) e dell’RCS
  • lo sfiato dei serbatoi del DPS dopo l’allunaggio
  • la separazione dei due stadi (al momento del decollo dalla Luna)

Il DPS (esposto al
United States Space and
Rocket Center Museum
)

Descent Propulsion System (DPS)
Il motore del Descent Stage era sicuramente uno dei componenti più innovativi dell’intero sistema Saturn V – CSM – LM. Per riuscire ad allunare era necessario inventare un motore di discesa la cui spinta potesse essere regolabile; gli astronauti e il sistem di guida (PNGS) dovevano essere in grado di aver il pieno controllo sulla spinta per gestire il profilo di discesa verso la superficie ed essere in grado di librasi sopra la superficie lunare (come un elicottero) per poter scegliere il luogo di allunaggio se necessario.
La Grumman (responsabile per la realizzazione del LM) subappaltò inizialmente la creazione del progetto alla Rocketdyne. Trattandosi di un motore di nuova concezione (in grado di modificare la spinta fornita tra il 10 e il 100% di quella massima e destinato ad una capsula con equipaggio),la NASA chiese alla Grumman di aprire una gara con altre società e scegliere poi il progetto considerato migliore. Vennero selezionati gli Space Technology Laboratories (STL). Entrambe le società presentarono un valido progetto e alla fine la Grumman scelse la Rocketdyne. Ma la NASA, per la prima ed unica volta nella storia del progetto, si oppose alla scelta della ditta appaltatrice e impose la soluzione della STL.

Il sottosistema del DPS comprendeva 2 serbatoi per il carburante e 2 per l’ossidante muniti di connessioni per bilanciare pressione e quantità. La NASA impose l’uso di propellenti ipergolici (ovvero in grado di incendiarsi al solo contatto): venero scelti il Teraossido di Diazoto e l’Aerozine 50 (50% idrazina, 50% dimetilidrazina asimmetrica); l’utilizzo di questi propellenti eliminarono la necessità di integrare nel motore un sistema separato di accensione. Il sistema di pressurizzazione si basava su un serbatoio criogenico di elio.
Venne definito un livello massimo di spinta, chiamato Fixed Throttle Point (FTP), calibrato per ottenere il valore ottimale nella miscela dei propellenti e nella pressione agli iniettori. Venne fissato al 92.5% della spinta massima (pari a 4.76 ton). La spinta tra il 65% e il 92.5% venne considerato un intervallo non operativo, sebbene fosse possibile fisicamente utilizzabile. La spinta minima era pari al 10%.
Il motore era montato nel compartimento centrale della struttura del Descent Stage su un supporto orientabile (per mantenere la direzione di spinta allineata con il centro di gravità del LM nel corso delle accensioni).

Questo motore si dimostrò un ottimo componente anche nell’emergenza di Apollo 13, quando venne utilizzato per effettuare correzioni di rotta dell’intero stack.

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)

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