Le fasi dell’Allunaggio (1)

Apollo 12 pronto alla discesa

12 minuti di pura tensione. Così si potrebbe descrivere il tempo necessario al Lunar Module per passare dalla sua orbita attorno alla Luna all’allunaggio. 12 minuti in cui i tempi di reazione dell’equipaggio e del Mission Control dovevano essere minimi e qualsiasi inconveniente doveva essere esaminato e compreso in tempi brevissimi: obiettivo finale la superficie lunare o un abort sicuro per tornare al CSM.

Nel Luglio 1969, NASA aveva fatto tutto quanto era possibile per prepararsi all’allunaggio. Con Apollo 10, Stafford e Cernan avevano portato il LM Snoopy quasi fino sulla superficie, fermandosi a 15.6 Km dalla superficie, prima di liberarsi del descent stage e ricongiungersi con il CSM Charlie Brown e il loro compagno John Young. Apollo 11 e le successive missioni completarono invece l’intero percorso. Ed è questo percorso che andremo ad esaminare; a partire dai preparativi, qualche ora prima dell’allunaggio.

Le fasi dell’allunaggio
La prima manovra fondamentale era la manovra di DOI (Descent Orbit Insertion): questa manovra era stata pianificata dal FIDO (Flight Dynamics Officer) in modo che il LM si trovasse su un’orbita con un perilunio di 15 Km, in un punto a circa 500 Km ad est del punto di allunaggio designato. Per Apollo 11 e Apollo 12, la manovra venne effettuata dal LM già sganciato dal CSM; nelle missioni successive (per conservare il carburante del LM) venne effettuata dall’intero stack utilizzando l’SPS. In entrambi i casi il perilunio dell’orbita così ottenuta era il punto di inizio della prima delle 3 fasi in cui era stata suddivida la discesa, la Braking Phase. Scopo di questa fase era rallentare il LM e di conseguenza abbassare la sua orbita. Il risultato finale era quello di raggiungere un ipotetico punto chiamato High Gate, posto ad una distanza di 7 Km dal luogo di atterraggio, ad un’altitudine di 2,5 Km e una velocità di circa 210 m/s (rispetto ai circa 1670 m/s iniziali). Qui iniziava la seconda fase, la Approach Phase. Lo scopo di questa fase era quella di permettere al CDR di avere una buona visuale del punto di allunaggio verso cui l’Apollo Guidance Computer lo stava portando, valutarlo e decidere se proseguire verso di esso oppure cambiarlo. La fase finale, la Landing Phase copriva gli ultimi istanti della discesa: il CDR manovrava in manuale il LM (in realtà una modalità assistita dall’AGC) fino a quando veniva toccato il suolo.

Il modello a segmenti della superficie lunare

I preparativi
Per la descrizione dei preparativi ho sfruttato l’ottimo libro “Apollo Guidance Computer” di Frank O’Brien, che ne da una descrizione molto accurata, basandosi sullla missione Apollo 14.

  • 4:45h all’allunaggio – Preparazione dello sganciamento
    Veniva verificato che tutti i sistemi del LM fossero a posto. Poi si attivava il Program 47 (Thrust Monitor) col compito di misurare le variazioni di velocità subite dal LM durante l’undocking.

  • 4:20h all’allunaggio – Aggiornamento dall’MSFN (I)
    Il CSM manovrava per allontanarsi; la sua nuova orbita veniva determinata e inviata all’AGC del LM. MSFN

  • 4:15h all’allunaggio – inizializzazione e allineamento dell’AGS
    Veniva completata l’inizializzazione e l’allineamento dell’AGS sulla base dei dati ricevuti in precedenza dal MSFN. L’aggionmanento non avveniva in modo diretto: il Verb 47 dell’AGC inviava il vettore di stato e l’orientamento dell’IMU a terra tramite il canale di downlink. I comandi 413+10000 e 400+30000 dell’Abort Guidance System gli permettevano di ‘sniffare’ il traffico del downlink e caricalo nella sua memoria

  • 4:05h all’allunaggio – verifica del DPS
    Senza arrivare ad una vera accensione del DPS vengono testati i Thrust/Transaltion Hand Controller (TTHC) sia del CDR che del LMP e verificata la corrispondenza tra comando impresso dal TTHC e il Commanded Thrust Meter sul pannello di controllo

  • 4:00h all’allunaggio – sorvolo del sito di allunaggio
    Il LM passava per l’ultima volta sopra al punto di allunaggio da una quota di 15 Km, tempo utile per scattare alcune foto e effettuare osservazione da ‘bassa quota’

  • 3:45h all’allunaggio – verifica del Rendezvous radar
    Prima di aumentare la separazione tra le due capsule, veniva effettuato un test del rendezvous radar. Le due capsule si allineavano, il radar acceso e venivano verificati dati e temperature di esercizio. Infine veniva letto all’equipaggio il PAD per l’imminente circolarizzazione del CSM e l’abort pad ‘PDI 0’ (da usare se l’LM abortiva l’allunaggio prima della PDI)

  • 3:34h all’allunaggio – allineamento dell’IMU
    Il riallineamento avveniva tramite l’Alignment Optical Telescope (AOT).

  • 3:25h all’allunaggio – calibrazione del COAS e dell’LPD
    Utilizzando il Program 52 (IMU realignment), si utilizzavano prima il COAS e poi l’LPD per puntare ad una stella (entrambi potevano essere usati come backup dell’AOT) e prendere nota delle differenze con l’orientamento fornito dal sistema di guida inerziale

  • 3:25h all’allunaggio – calibrazione dell’AGS
    L’AGS era dotato di propri giroscopi come il PGNS e anche loro erano soggetti al drifting. Venivano allineati misurando per alcuni minuti il drifting e poi registrati i valori (da leggere a terra quando al successivo AOS)

  • 3:10h all’allunaggio – Tracciamento del CSM durante la circolarizzazione
    Mentre il CSM effettuava la circolarizzazione della sua orbita, il LM si orientava per riprendere la manovra con la 16mm Maurer camera.

  • 2:30h all’allunaggio – verifica del Landing radar
    Veniva verificata l’operatività del landing radar. Si effettuava il warm up (avviamento) dell’elettronica e poi alcune sequenze di dati di test venivano trasmessi tra radar e computer.

  • 2:25h all’allunaggio – Aggiornamento dall’MSFN (II)
    Contestualmente ad un nuovo aggiornamento della posizione si procedeva con la lunga e tediosa attività di copiatura dei PAD per i vari scenari di abort

  • 2:20h all’allunaggio – verifica dell’altitudine con l’LPD
    Veniva effettuar una verifica dell’altitudine tramite l’LPD. Dato che la velocità dipende dall’altitudine, si puntava l’indice 0° dell’LPD su un landmark (un punto caratteristico del paesaggio lunare) e si contava quanto tempo ci metteva il landmark a raggiungere il fine scala (50°). Da un grafico si ricavava l’altitudine da verificare con quella che risultava al PGNS.

  • 1:25h all’allunaggio – allineamento dell’Abort Guidance System (II)
    Un altro aggiornamento con i dati dell’ultimo vettore di stato e caricamento dei dati per una eventuale abort burn (usando i dati del “No PDI +12” PAD).

  • 1:00h all’allunaggio – configurazione pre-PDI dell’ECS
    Gli astronauti indossano elmetto e guanti. E configurano l’ECS per inviare ossigeno nelle tute.

  • 0:30h all’allunaggio – Aggiornamento dall’MSFN (III)
    Veniva effettuato un ultimo aggiornamento del vettore di stato e delle coordinate d’atterraggio

  • 0:25h all’allunaggio – attivazione del Program 63
    10-15 min prima (in questo caso di più!) dell’accensione veniva avviato il P63 (il tempo era necessario per calcolare ignition time e per orientare correttamente il LM). Il P63 chiedeva conferma prima di cambiare l’orientamento del LM e mostrava i parametri della PDI (Powered Descent Injection). Se vanno bene l’equipaggio li accettava. 35 sec prima dell’accensione il DSKY si spegneva brevemente: era il segnale per attivare Engine Master Arm (interruttore di attivazione del DPS). A 7.5 secondi dall’accensione, gli RCS dell’asse X si accendevano brevemente per la manovra di ullage. A 5 secondi dall’accensione si attivava Verb 99, e richiedeva la pressione del pulsante PRO, l’OK! finale per l’accensione

PDI (Powered Descent Injection)
La PDI era controllata dal Programma 63 (P63), durava per i primi 9 minuti dei 12 richiesti in tutto per l’allunaggio. L’AGC lavorava per raggiungere l’High Gate (vedi sopra). Per tutta la durata di questa fase il LM era orientato in modo da puntare il DPS nella direzione di volo (l’orientamento utilizzato per ottenere la riduzione di velocità richiesta).

Le fasi dell’Allunaggio

All’inizio il motore utilizzava solo il 10% della spinta, per permettere al computer di allineare il vettore di spinta con il baricentro del LM, tramite i gimbal del motore (che non servivano per modificare l’orientamento del LM perché troppo lenti), quello viene fatto con gli RCS). Dopo 26 sec la spinta fornita dal motore aumentava (throttle up) e il programma di guida punta a raggiungere il landing site. A Terra tramite i radar Doppler, la posizione del LM veniva determinata in maniera precisa. In questo modo veniva determinata l’eventuale distanza tra il punto designato per l’allunaggio e il punto in cui l’AGC stava portando il LM. La differenza veniva inviata all’equipaggio che provvedeva, tramite il Noun 59, ad inserirli nell’AGC in modo da ingannarlo sulla posizione del landing point e aggiustare la traiettoria. La procedura venne introdotta con Apollo 12 per ottenere un allunaggio preciso, il pinpoint landing.

Nei 7 minuti circa successivi il DPS funzionava a piena potenza per far perdere velocità e quota al LM. Intorno ai 12 Km, gli astronauti attendevano lo spegnimento di due spie sull’AGC (VEL e ALT): erano trascorsi circa 3 minuti dall’inizio della PDI e uno dei radar del LM, il landing radar, avrebbe dovuto ‘agganciare’ la superficie e fornire informazioni precise su altitudine e variazione di altitudine all’AGC per aiutarlo nei calcoli. Gli astronauti erano interessati in particolare al ‘delta-H’, che rappresentava la differenza tra il valore di altitudine ottenuto dal radar e quello calcolato dall’AGC (basandosi sulla piattaforma inerziale e le sue routine di calcolo). Se la differenza era accettabile (sotto i 3000 m), si utilizzava il Noun 57 per far si che i valori del radar venissero inseriti nella procedura di calcolo dell’AGC in modo da portare alla convergenza dei due valori di altitudine. Se la differenza era superiore alla soglia, veniva immediatamente comandato un Abort. In questa fase l’AGC utilizzava anche un semplice modello costituito da diversi segmenti (che approssimavano la pendenza media della superficie lunare sulla rotta di avvicinamento al luogo di allunaggio) per il calcolo dell’altitudine. I problemi di Apollo 11 con l’AGC (Program Alarm 1202) iniziarono proprio quando il landing radar iniziò a fornire i suoi dati.

L’equipaggio, per verificare l’esecuzione corretta della manovra, usava una tabella che indicava ogni 30 sec i valori nominali di altitudine, velocita, variazione di altitudine e quantità carburante rimasta da comparare con quelli dati dalla strumentazione.

Dopo 6 minuti e 20 sec (un minuto in più circa per Apollo 15, Apollo 16 e Apollo 17, a causa della maggior massa) la spinta del DPS veniva ridotta. Questo comportamento era frutto del modo in cui venne pianificata la PDI: inizialmente P63 mirava a portare il LM ad un punto 4.5 Km prima del punto di allunaggio designato e mezzo chilometro SOTTO la superficie. C’erano due ragioni dietro questa scelta: forzare il DPS a fornire la massima spinta possibile all’inizio della manovra e mantenerlo fino a quando la routine di calcolo determinava che era sufficiente il 57% di spinta per raggiungere l’obiettivo, un valore all’interno dell’intervallo di spinta gestibile (10 – 65%). Per i rimanenti 2 minuti e mezzo, il P63 gestiva una spinta all’interno di questo intervallo per raggiungere l’High Gate.

A questo punto iniziava la fase di approccio (Approach Phase), il computer passava al programma P64. E l’appuntamento è per la prossima settimana per completare il nostro viaggio fino alla superficie lunare.

3 Risposte to “Le fasi dell’Allunaggio (1)”

  1. Durante la missione Lro, Lunar Reconnaissance Orbiter, non sono state scattate foto dei rottami degli ascent e del descent stage schiantati sulla superficie lunare?

  2. Di alcuni siti di allunaggio esistono le foto, in cui sono visibili il descent stage, le tracce delle passeggiate degli astronauti e le ombre di alcuni degli oggetti lascaiti (es. le bandiere). Non mi sembra che ad oggi siano stati fotografati i resti dell’impatto di un ascend stage; le coordinate dello schianto di alcuni di essi è nota, ma magari LRO non ha individuato nulla passandoci sopra. Puoi verificare nel sito ufficiale di LRO.

  3. Alaskait,

    i descent stage restavano sul suolo lunare dopo la discesa e venivano usati come rampa di lancio, per cui non si schiantavano: sono tuttora nei luoghi di allunaggio delle rispettive missioni.

    Gli ascent stage furono quasi tutti (tranne quello di Apollo 10, collocato in orbita eliocentrica, e quello di Apollo 13, che fu usato come scialuppa e sganciato poco prima del rientro a Terra) schiantati sulla Luna.

    Di quasi tutti (tranne Apollo 16) si sanno le coordinate:

    http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_tables.html

    Non so se qualcuno li ha trovati nelle immagini LRO.

    Ciao,

    Paolo

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...