Navigering I Rymden
n månexpedition är en komplex navigationsakt. I motsats till en resa på jorden, där destinationen ligger fast, omfattar en månresa mål som rör på sig i tre dimensioner och i hög hastighet. Månen kretsar kring jorden med ca 3 700 km i timmen. Problemet med att sikta kompliceras av att det inte går att styra i en rät linje genom de skiftande och korsande gravitationsfälten i rymden. Jordens och månens kombinerade dragningskraft varierar när en rymdfarkosts position mellan dem ändras. Alltså måste en riktig bana vara en serie långa kurvor och öglor, alla exakt beräknade enligt Newtons rörelselagar. Eftersom varje värdefullt gram bränsle måste medföras från jorden, användas motorerna bara när det är absolut nödvändigt, och merparten av resan tillbringas i glidflykt. Slutligen är ett språng ut i rymden, liksom varje annat teknologiskt företag, utsatt för misstag och andra oregelmässigheter av alla slag. Resans längd betyder att också ett litet misstag i uppskjutningshastighet eller begynnelseriktning kan leda till en stor avikelse i slutet. På grund av den ständiga närvarande risken för ett större tekniskt fel, måste varje resplan innefatta möjligheter att ta paus, kontrollera saker och ting och göra korrigeringar. Ändå behöver astronauterna inte göra resan utan hjälp, rymdfarkosten Apollo, som utgör grunden för de månresor som har gjorts, hade hjälp av ett världsomspännande nätverk av Telemetri och Radarstationer, Sofistikerade datorer (om det nu fanns såna på den tiden) och kommunikations- utrustning och ansträngningarna hos tusentals människor.
Hänsyn till säkerhet och ekonomi gör att en resa till månen måste genomföras i etapper, eftersom en direkt resa inte lämnar några felmarginaler. Om inte allt fungerar perfekt skulle rymdfarkosten kunna kraschalanda på månen i en hastighet av tusentals kilometer i timmen. Efter den första etappen parkerar farkosten i en omloppsbana ca 160 km ovan jordytan, där astronauterna och markkontrollen kan inspektera sin utrustning innan resan fortsätter. Om alltting fungerar, slår de på skeppets raket motor för den så kallade translunära injektionen och ökar hastigheten till omkring 40 000 kilometer i timmen. (Drygt 11 kilometer i sekunden) Sedan motorn slagits av, tillbringar rymdskeppet 3 dygn i glidflykt mot månen under gravitationens inverkan. Denna fas av resan ger tillräckligt med tid att kontrollera kursen och göra korrigeringar. Banan är så planerad att den ger fri återresa, vilket betyder att om inga ytterligare raketer tänds, skulle mångravitationen svänga runt farkosten och skicka den tillbaka till jorden för återinträde. När astronauterna passerar bakom månen, slår de på motorn igen för att sakta in och gå ner i en omloppsbana runt månen. Om allt går bra, kan de överblicka landningsplatsen och Kontrollera sin månlandningsmodul innan de går ner till månen.
Förutom korta utbrott av raketkraft för att ändra en projektilbana är en resa till månen mestadels en fråga om att glida genom rymden i mycket hög hastighet. Astronauterna på ett skepp med avslagna motorer är viktlösa och kan därför inte avgöra vilket som är upp och ner, alla riktningar verkar lika. Inte desto mindre måste de och personalen på marken veta rymdfarkostens "attityd" dess fysiska position i rymden. I rymdfarkosten Apollo mäts attityden med ett instrument som kallas tröghetsmätare (inertial measurement unit IMU). I hjärtat på IMU-enheten finns det tre gyroskop, som fungerar enligt principen att ett hjul som snurrar snabbt runt sin axel kommer att motstå varje kraft som försöker att luta dess axel. Gyroskopen ligger i cylindriska kanistrar, som är placerade rätvinkligt mot varandra och angjorda vid en stabil plattform. Plattformen är i sin tur placerad i en uppsättning tappar och ringar, så kallad kardansk upphängning, och håller plattformen orörlig medan rymdfarkosten vrider sig runt den. Skeppets attityd bestäms i relation till den stabila plattformens läge. På så vis kan IMU-enheten hålla räkning på hur mycket hastigheten ändras när raketerna tänds och på atmosfärens inverkan under återinträde. I anslutning till varje gyroskop finns en accelerometer som upptäcker varje ändring i hastigheten längs var och en av plattformens axlar.
Eftersom gyroskop sakta glider ur sitt rätta läge, kan en oövervakad IMU-enhet bli inexakt och farligt missvisande. För att återinställa systemet, använder astronauterna stjärnobservationer och kombinerar den nyaste teknologin med metoder som använt av generationer sjöfarare. Skeppets position och hastighet i rymden mäts vanligen med markbaserad spårningsradar. Vanligen ger detta system en snabb och precis avläsning, men i den händelse förbindelsen skulle brytas, kan astronauterna falla tillbaka på astronomisk navigation. Denna teknik grundad på det faktum att stjärnorna, eftersom de är så avlägsna, verkar vara fasta punkter, också på en resa till månen. Navigatörer behandlar stjärnorna som ljuspunkter på insidan av ett så kallad himmelsfär. Astronauterna kan faställa sin rymdfarkost attityd i förhållande till denna oförändliga ridå. Genom att kombinera stjärnobservationer med mätning av närmare "Landmärken", såsom jordens horisont eller en krater på månen, kan de faställa sin exakta position i rymden. Exakta mätningar och tidpunkten är avgörande för sådana kalkyler, eftersom jorden, månen och rymdfarkosten hela tiden rör sig. Därför är skeppets sextant kopplad till navigationsdatorn, som använder interna stjärnkataloger och sin extremt nogranna klocka när det den omvandlar data till en uppgift om position. Fortlöpande positioner kan prickas in och förbindas till en kurva som visar den kurs skeppet följt och förutsäger dess projektilbana.
Innan astronauterna kan landa på månen, måste deras farkost kunna gå in i en omloppsbana runt månen, när skeppet som är på väg ner rundar månens baksida, saktar dess piloter in och tänder huvud- raketmotorn. Månens gravitation böjer dess bana till en ellips, vars högsta punkt "apolunum", ligger omkring 320 km över ytan på den närmare sidan och lägsta punkt, "perilunum", 110 km över ytan på den bortre sidan. Dessa inledande varv ger astronauterna ett andra andrum, under vilket de kan kontrollera att allt går enligt planerna. Nästa steg nedåt kommer efter ytterligare två varv, en andra motortändning sänker banan till 16 kilometer på den hittre sidan, medan den fortfarande är 110 kilometer på den bortre sidan. Efter ytterligare tio varv för vila och fler kontroller, stiger landningsgruppen in i månlandaren, avskiljer sig från kommandomodulen och börjar den slutliga nedstigningen. Kommandomodulen går in i en cirkulär omloppsbana på 110 kilmeters höjd. När landaren, som fortfarande är i den elliptiska omloppsbanan på 16 respektive 110 kilometers höjd, når perilunum, tänder piloterna dess motorer för att reducera omloppshastigheten och sikta in sig på sitt mål.
Landaren börjar sin nedstigning i närmast horisontellt läge, som den var när den avskildes från kommandomodulen. Med början på en höjd av omkring 16 kilometer, kommer den att köra sin stora nedstigningsmotor kontinuerligt till just före landningen. På 12 000 meters höjd börjar piloterna övervaka sin fyrstrålsradar. En stråle (grön) mäter avståndet till ytan längs den diagonala nedstigningsbanan. De andra tre (gult) som arbetar på en annan frekvens, används för att mäta i vilken fart farkosten närmar sig ytan. På omkring 3000 meters höjd kan astronauterna, medan datorn sakta rätar upp landaren, ta sig en första titt på månhorisonten. Därefter får de snabbt en allt tydligare bild av ytan. Under de sista ögonblicken före nedslaget svävar landaren som en helikopter, medan astronauterna väljer ut en del av landningsplatsen som är fri från klippblock och sprickor. Datorer och radar är nu bara hjälpverktyg, detta är en uppgift för pilotens ögon och hjärna.
Hemresan från månens yta börjar med en av de knepigaste uppgifterna på hela flygningen, att återvända till omloppsbanan runt månen och rendezvouset med kommandomodulen. Som de flesta andra procedurer görs denna långsamt och följer av säkerhetsskäl steg för steg en i förväg uppgjord plan. Hemresans första steg är uppskjutningen från månens yta. Månlandarens nedre del fungerar som avfyrningsramp och lämnas kvar. Den övre delen, som har en egen raketmotor, fungerar som uppstigningsfarkost och ska föra astronauterna upp till en höjd av omkring 110 kilometer. Under stigningen börjar piloterna använda sin rendezvousradar till att spåra kommandomodulens höjd. Dockningsfasen börjar när de två farkosterna är i samma bana på ett bestämt avstånd från varandra. Landaren närmar sig kommandomodulen, manövrerande med små avfyrningar från sin attitydkonrollerade jetaggregat. Om någon utrustning i landaren skulle gå sönder, är piloten i kommandomodulen beredd att gå ner och fullbora operationen. Återresan till jorden är nästan en spegelbild av resan till månen. Ett Splash Down i havet markerar resans fullbordan.
den 07 augusti 1999