Wejście statku kosmicznego Apollo w atmosferę ziemską

WEJŚCIE APOLLO W ATMOSFERĘ
PRZYKŁADOWE POCZĄTKOWE WARUNKI WEJŚCIA
Parametry	Wartości parametrów
Długość geograficzna	135° Wschodnia
Szerokość geograficzna	5,11° Południowa
Wysokość	120 km (403 000 ft)
Prędkość	13 km/s
Kurs	059°
Kąt wejścia	-3°
TRAJEKTORIE PRZY RÓŻNYCH KĄTACH WEJŚCIA
TRAJEKTORIA Z ZAZNACZONYM SKRAJEM ATMOSFERY
TRAJEKTORIA W PŁASZCZYŹNIE POZIOMEJ

Moduł dowodzenia był elementem statku kosmicznego, który jako jedyny uczestniczył w ostatnim etapie misji Apollo, czyli przechodził przez atmosferę ziemską i wodował na Pacyfiku lub Oceanie Atlantyckim. Podczas powrotu z misji księżycowej, przed wejściem w atmosferę ziemską moduły dowodzenia i serwisowy rozłączały się. Moduł serwisowy spalał się w atmosferze ziemskiej, a moduł dowodzenia zawierający astronautów wchodził w atmosferę ziemską z prędkością do 11,08 km/s (tę rekordową prędkość osiągnięto w trakcie misji Apollo 10)^[1]. Nigdy więcej załogowe statki kosmiczne nie wnikały w atmosferę ziemską z taką prędkością^[2]. Do sterowania modułem dowodzenia podczas wchodzenia w atmosferę służyły silniki systemu sterowania reakcyjnego.

Teoretyczny przebieg wejścia statku Apollo w atmosferę

Faza pierwsza

Wejście w atmosferę ziemską moduł dowodzenia CM rozpoczynał na wysokości 120 km, pełnym opadaniem przy prędkości 13 km/s.
2 sekunda – kiedy moduł dowodzenia zaczynał penetrować atmosferę przeciążenie wzrastało i przy wielkości 2 g silniki sterowania reakcyjnego kierowały CM w górę.
94 sekunda – nie oznaczało to dosłownie, że CM poruszał się w górę, lecz to, że zmniejszał nurkowanie w atmosferę, aby obniżyć przeciążenie i opór atmosfery. Ta faza trwała tak długo, aż prędkość opadania spadła do 2100 m/s i w tym momencie występował pierwszy szczyt przeciążenia.
W pierwszych trzech fazach występowały zaniki łączności (blackout) na skutek obłoku plazmy, który pojawiał się dookoła statku kosmicznego (modułu dowodzenia) Apollo. Przedziały czasowe zaników zależały od kąta wejścia w atmosferę.

Faza druga

128 sekunda – po zredukowaniu prędkości opadania do 2100 m/s komputer rozpoczynał cykl planowania. Odległość do miejsca lądowania była przewidywana przy założeniu, że moduł dowodzenia nie będzie wykonywał niekontrolowanych skoków. Włączając przewidywaną odległość były realizowane obliczenia i przelot, uwzględniające wyjście z atmosfery, obliczenia trajektorii przelotu balistycznego i ponownego wejścia w atmosferę. Opracowywana trajektoria musiała uwzględniać fakt, że moduł dowodzenia musi ciągle posiadać zapas energii potencjalnej i kinetycznej wystarczający do osiągnięcia punktu lądowania z błędem nie większym niż 48 km.

Faza trzecia

Kiedy prędkość opadania została dostatecznie obniżona stawała się możliwa realizacja planu opracowanego przez komputer.
166 sekunda – system sterowania reakcyjnego kieruje CM do wyjścia z atmosfery i przelotu balistycznego.

Faza czwarta

314 sekunda – wyjście z atmosfery i ponowne w nią wejście to stany, w których odczuwane przeciążenia spadają poniżej 0,2 g. W tym czasie nie jest realizowane żadne sterowanie z wyjątkiem utrzymania prawidłowego położenia modułu dowodzenia w przestrzeni i prawidłowego aerodynamicznego trymu. W trakcie fazy balistycznej moduł dowodzenia osiągał wysokość 80 km.

Faza piąta – wejście II

440 sekunda – statek kosmiczny ponownie wchodził w atmosferę. W tej fazie system sterowania reakcyjnego kierowany komendami komputera niwelował błędy, które nagromadziły się w poprzednich fazach.
500 sekunda – rozpoczynał się drugi i ostatni szczyt przeciążenia i temperatury. W tym przedziale czasowym na kilka minut znikała łączność radiowa (blackout). Maksymalne przeciążenie osiągało wartość 3,6 g. Moduł dowodzenia otaczał obłok plazmy.
620 sekunda – kończył się szczyt temperatury i przeciążenia, wracała łączność radiowa.
847 sekunda – na wysokości 8000 m otwierały się spadochrony hamujące.

Punkt wodowania CM dla przykładowej trajektorii z tabeli po prawej stronie znajdował się na współrzędnych:

• Szerokość geograficzna ......17° Północna
• Długość geograficzna.........170° Wschodnia

Przypisy

Bibliografia

• Description of Apollo Entry Guidance (ang.)
• Plasma Effect on Apollo Re-Entry Communication (ang.)