De maan is het dichtstbijzijnde lichaam in de ruimte naar de aarde, met een gemiddelde afstand van 238. 857 mijl (384. 400 km). De eerste sonde die langs de maan vloog, was de Russische Luna 1, gelanceerd op 2 januari 1959. Tien jaar en zes maanden later landde de Apollo 11-missie Neil Armstrong en Edwin "Buzz" Aldrin op de Zee van Rust op 20 juli 1969. Naar de maan gaan is een taak die, om John F. Kennedy te parafraseren, het beste van iemands energie en vaardigheden vereist.
Stappen
Deel 1 van 3: De reis plannen
Stap 1. Plan om in fasen te gaan
Ondanks de alles-in-één raketschepen die populair zijn in sciencefictionverhalen, is naar de maan gaan een missie die het beste in afzonderlijke delen kan worden opgesplitst: een lage baan om de aarde bereiken, van de aarde naar een baan om de maan gaan, op de maan landen en de stappen omkeren om terug te keren naar de aarde.
- Sommige sciencefictionverhalen die een meer realistische benadering van naar de maan gaan, lieten zien dat astronauten naar een ruimtestation in een baan om de aarde gingen waar kleinere raketten waren aangemeerd die hen naar de maan en terug naar het station zouden brengen. Omdat de Verenigde Staten concurreerden met de Sovjet-Unie, werd deze benadering niet gevolgd; de ruimtestations Skylab, Salyut en het internationale ruimtestation werden allemaal opgezet nadat Project Apollo was afgelopen.
- Het Apollo-project maakte gebruik van de drietraps Saturn V-raket. De onderste eerste trap tilde het geheel van het lanceerplatform tot een hoogte van 42 mijl (68 km), de tweede trap bracht het bijna tot een lage baan om de aarde en de derde trap duwde het in een baan om de aarde en vervolgens naar de maan.
- Het door NASA voorgestelde Constellation-project voor een terugkeer naar de maan in 2018 bestaat uit twee verschillende tweetrapsraketten. Er zijn twee verschillende raketontwerpen voor de eerste trap: een heftrap voor alleen bemanning, bestaande uit een enkele raketbooster met vijf segmenten, de Ares I, en een heftrap voor bemanning en vracht bestaande uit vijf raketmotoren onder een externe brandstoftank, aangevuld met twee solide raketboosters met vijf segmenten, de Ares V. De tweede trap voor beide versies maakt gebruik van een motor met één vloeibare brandstof. Het zware hijssamenstel zou de maanorbitale capsule en lander dragen, waarnaar de astronauten zouden overstappen wanneer de twee raketsystemen aanmeren.
Stap 2. Pak in voor de reis
Omdat de maan geen atmosfeer heeft, moet je je eigen zuurstof meenemen, zodat je iets te ademen hebt terwijl je daar bent, en als je over het maanoppervlak wandelt, moet je in een ruimtepak zijn om jezelf te beschermen tegen de laaiende hitte van de twee weken durende maandag of de geestdodende kou van de even lange maannacht - om nog maar te zwijgen van de straling en micrometeoroïden waaraan het gebrek aan atmosfeer het oppervlak blootstelt.
- Je moet ook iets te eten hebben. Het meeste voedsel dat door de astronauten tijdens ruimtemissies wordt gebruikt, moet worden gevriesdroogd en geconcentreerd om hun gewicht te verminderen en vervolgens worden gereconstitueerd door water toe te voegen wanneer het wordt gegeten. Ze moeten ook eiwitrijk voedsel zijn om de hoeveelheid lichaamsafval die na het eten wordt gegenereerd te minimaliseren. (Je kunt ze tenminste wegspoelen met Tang.)
- Alles wat je mee de ruimte in neemt, voegt gewicht toe, waardoor er meer brandstof nodig is om het op te tillen en de raket die het de ruimte in draagt, zodat je niet te veel persoonlijke bezittingen de ruimte in kunt nemen - en die maanstenen zullen wegen 6 keer zoveel op aarde als op de maan.
Stap 3. Bepaal het startvenster
Een lanceervenster is het tijdbereik voor het lanceren van de raket vanaf de aarde om in het gewenste gebied van de maan te kunnen landen in een tijd dat er voldoende licht zou zijn om het landingsgebied te verkennen. Het startvenster werd eigenlijk op twee manieren gedefinieerd, als een maandelijks venster en een dagelijks venster.
- Het maandelijkse lanceervenster maakt gebruik van waar het geplande landingsgebied is ten opzichte van de aarde en de zon. Omdat de zwaartekracht van de aarde de maan dwingt om dezelfde kant naar de aarde te houden, werden verkenningsmissies gekozen in gebieden van de aarde-gerichte kant om radiocommunicatie tussen de aarde en de maan mogelijk te maken. Het tijdstip moest ook gekozen worden op een moment dat de zon op het landingsterrein scheen.
- Het dagelijkse lanceervenster maakt gebruik van lanceeromstandigheden, zoals de hoek waaronder het ruimtevaartuig zou worden gelanceerd, de prestaties van booster-raketten en de aanwezigheid van een schip vanaf de lancering om de vluchtvoortgang van de raket te volgen. In het begin waren de lichtomstandigheden voor de lancering belangrijk, omdat daglicht het gemakkelijker maakte om afbrekingen op het lanceerplatform of voordat de baan om de aarde werd bereikt te overzien, en om afbrekingen met foto's te documenteren. Naarmate NASA meer praktijk kreeg in het toezicht houden op missies, waren lanceringen bij daglicht minder nodig; Apollo 17 werd 's nachts gelanceerd.
Deel 2 van 3: Naar de maan of buste
Stap 1. Opstijgen
Idealiter zou een raket op weg naar de maan verticaal gelanceerd moeten worden om te profiteren van de rotatie van de aarde om de omloopsnelheid te helpen bereiken. In Project Apollo stond NASA echter een mogelijk bereik van 18 graden toe in beide richtingen vanuit verticaal zonder de lancering aanzienlijk in gevaar te brengen.
Stap 2. Bereik een lage baan om de aarde
Bij het ontsnappen aan de aantrekkingskracht van de zwaartekracht van de aarde, zijn er twee snelheden waarmee rekening moet worden gehouden: ontsnappingssnelheid en omloopsnelheid. Ontsnappingssnelheid is de snelheid die nodig is om volledig aan de zwaartekracht van een planeet te ontsnappen, terwijl de baansnelheid de snelheid is die nodig is om in een baan rond een planeet te gaan. De ontsnappingssnelheid voor het aardoppervlak is ongeveer 25.000 mph of 7 mijl per seconde (40, 248 km/u of 11,2 km/s), terwijl de omloopsnelheid aan het oppervlak. Omloopsnelheid voor het aardoppervlak is slechts ongeveer 18.000 mph (7,9 km / s); het kost minder energie om de omloopsnelheid te bereiken dan de ontsnappingssnelheid.
Bovendien dalen de waarden voor de omloopsnelheid en de ontsnappingssnelheid naarmate je verder van het aardoppervlak komt, waarbij de ontsnappingssnelheid altijd ongeveer 1,414 (de vierkantswortel van 2) keer de omloopsnelheid is
Stap 3. Overgang naar een trans-maanbaan
Na het bereiken van een lage baan om de aarde en het verifiëren dat alle scheepssystemen functioneel zijn, is het tijd om stuwraketten af te vuren en naar de maan te gaan.
- Met Project Apollo werd dit gedaan door de stuwraketten van de derde trap nog een laatste keer af te vuren om het ruimtevaartuig naar de maan te stuwen. Onderweg scheidde de commando-/servicemodule (CSM) zich van de derde trap, draaide zich om en legde vast aan de maanexcursiemodule (LEM) die in het bovenste deel van de derde trap werd gedragen.
- Met Project Constellation is het de bedoeling om de raket met de bemanning en de commandocapsule in een lage baan om de aarde te laten dokken met de vertrekfase en de maanlander die door de vrachtraket worden gebracht. De vertrekfase zou dan zijn stuwraketten afvuren en het ruimtevaartuig naar de maan sturen.
Stap 4. Bereik een baan om de maan
Zodra het ruimtevaartuig de zwaartekracht van de maan binnengaat, vuur je de stuwraketten af om het te vertragen en in een baan rond de maan te plaatsen.
Stap 5. Breng over naar de maanlander
Zowel Project Apollo als Project Constellation hebben afzonderlijke orbitale en landingsmodules. De Apollo-commandomodule vereiste dat een van de drie astronauten achterbleef om hem te besturen, terwijl de andere twee aan boord gingen van de maanmodule. De orbitale capsule van Project Constellation is ontworpen om automatisch te worden bestuurd, zodat alle vier de astronauten die hij moet vervoeren, desgewenst aan boord van de maanlander kunnen gaan.
Stap 6. Daal af naar het oppervlak van de maan
Omdat de maan geen atmosfeer heeft, is het noodzakelijk om raketten te gebruiken om de afdaling van de maanlander te vertragen tot ongeveer 100 mph (160 km/u) om een intacte landing te verzekeren en nog langzamer om de passagiers een zachte landing te garanderen. Idealiter zou het geplande landingsoppervlak vrij moeten zijn van grote rotsblokken; daarom werd de Zee van Rust gekozen als landingsplaats voor Apollo 11.
Stap 7. Verkennen
Als je eenmaal op de maan bent geland, is het tijd om die ene kleine stap te zetten en het maanoppervlak te verkennen. Terwijl je daar bent, kun je maanrotsen en stof verzamelen voor analyse op aarde, en als je een opvouwbare maanrover hebt meegenomen zoals de Apollo 15, 16 en 17 missies deden, kun je zelfs hot-rod op het maanoppervlak tot 11,2 mph (18 km/u). (Doe echter niet de moeite om de motor te laten draaien; het apparaat werkt op batterijen en er is hoe dan ook geen lucht om het geluid van een draaiende motor te dragen.)
Deel 3 van 3: Terugkeren naar de aarde
Stap 1. Inpakken en naar huis
Nadat je je zaken op de maan hebt gedaan, pak je je monsters en gereedschap in en ga je aan boord van je maanlander voor de terugreis.
De Apollo-maanmodule is in twee fasen ontworpen: een daalfase om hem naar de maan te brengen en een stijgfase om de astronauten terug in een baan om de maan te brengen. De afdalingsfase werd achtergelaten op de maan (en dat gold ook voor de maanrover)
Stap 2. Aanmeren met het ronddraaiende schip
De Apollo-commandomodule en de Constellation-orbitale capsule zijn beide ontworpen om astronauten van de maan terug naar de aarde te brengen. De inhoud van de maanlanders wordt overgebracht naar de orbiters en de maanlanders worden vervolgens losgekoppeld om uiteindelijk terug naar de maan te crashen.
Stap 3. Ga terug naar de aarde
De hoofdschroef op de Apollo- en Constellation-servicemodules wordt afgevuurd om aan de zwaartekracht van de maan te ontsnappen en het ruimtevaartuig wordt teruggestuurd naar de aarde. Bij het betreden van de zwaartekracht van de aarde wordt de boegschroef van de servicemodule naar de aarde gericht en opnieuw afgevuurd om de commandocapsule te vertragen voordat deze wordt overboord gegooid.
Stap 4. Ga voor een landing
Het hitteschild van de commandomodule/capsule wordt blootgesteld om de astronauten te beschermen tegen de hitte van terugkeer. Terwijl het schip het dikkere deel van de atmosfeer van de aarde binnengaat, worden parachutes ingezet om de capsule verder te vertragen.
- Voor Project Apollo spatte de commandomodule in de oceaan, zoals eerdere bemande NASA-missies hadden gedaan, en werd teruggevonden door een marineschip. De commandomodules werden niet hergebruikt.
- Voor Project Constellation is het de bedoeling om aan land te landen, zoals bemande ruimtemissies van de Sovjet-Unie deden, met een landing in de oceaan als een optie als landing op het land niet mogelijk is. De commandocapsule is ontworpen om te worden opgeknapt, het hitteschild te vervangen door een nieuw exemplaar en opnieuw te worden gebruikt.
