Modulo Lunare Apollo
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Il Modulo Lunare, inizialmente noto come Modulo di Escursione Lunare (Lunar Excursion Module LEM) era il componente del veicolo spaziale statunitense Apollo in grado di atterrare sulla superficie della Luna. Composto da due stadi, trasportava due astronauti e poteva permetterne la permanenza sulla superficie lunare per oltre 75 ore (nella sua ultima versione). Progettato dalla Grumman a partire dal 1962, compì il suo primo volo non pilotato il 22 Gennaio 1968.
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[modifica] Sviluppo
Durante le prime fasi di studio del progetto Apollo, la gran parte dei progettisti era dell'opinione che l'impresa sarebbe stata compiuta con una delle due strategie seguenti: il lancio diretto o il rendez-vous in orbita terrestre. Nel primo caso un vettore di grandissima capacità, ben più grande del Saturn V che venne effettivamente utilizzato, avrebbe lanciato un unico veicolo spaziale in grado di atterrare sulla Luna, ripartirne e ritornare sulla Terra (s'intende, sganciando via via gli stadi esauriti). Nel secondo caso, vettori più leggeri avrebbero lanciato più componenti di una navicella che si sarebbe assemblata in orbita terrestre prima di partire alla volta del nostro satellite. In entrambi i casi, gli astronauti sarebbero atterrati sulla Luna con lo stesso veicolo che li avrebbe riportati a terra.
La procedura di rendezvous in orbita lunare, ovvero l'utilizzo di un veicolo progettato solo per il volo esoatmosferico (e dunque molto più leggero di una capsula in grado di rientrare) per la discesa e la risalita dalla Luna era considerata troppo complessa e rischiosa, poiché prevedeva di compiere più di una manovra di attracco tra navicelle (sulle quali non si aveva ancora alcuna esperienza) di cui oltretutto una intorno alla Luna, in condizioni estremamente critiche per quanto riguarda carburante e navigazione e senza possibilità di errore. Ciononostante, i risparmi in termini di peso del veicolo si dimostrarono talmente elevati che questa soluzione, caldeggiata in particolare da John Houbolt, fu approvata dalla NASA come la più pratica e realizzabile in minor tempo.
[modifica] Configurazione
Il veicolo fu diviso in due stadi: la maggior parte della massa fu concentrata nello stadio di discesa, dotato di un motore a razzo a spinta regolabile e di abbastanza carburante per azzerare la velocità orbitale del LM e condurlo ad un allunaggio morbido. Lo stadio di discesa conteneva anche la gran parte delle batterie e dell'ossigeno trasportati dal LEM, nonché la strumentazione scientifica da usarsi durante l'esplorazione della Luna. Inoltre, al momento del ritorno fungeva da rampa per lo stadio di ascesa, che ospitava gli astronauti ed aveva i razzi d'assetto per il controllo del volo e un motore principale a potenza fissa, da usarsi per il lancio in orbita lunare e il rendez-vous coi moduli di comando e servizio (CSM) che avrebbero riportato gli astronauti sulla Terra. Il motore dello stadio di ascesa era, insieme col motore del modulo di servizio, uno dei pochi componenti critici non ridondanti delle navicelle Apollo, il cui mancato funzionamento avrebbe portato alla morte degli astronauti. Entrambi gli stadi bruciavano propellenti ipergolici, usando perossido di azoto come ossidante e Aerozine 50 come combustibile (una miscela di idrazine). Per lo stadio di discesa era stato proposto anche l'utilizzo di un motore RL10 a idrogeno-ossigeno modificato per l'occasione, ma questa soluzione fu scartata nonostante le migliori prestazioni teoriche, preferendo optare per la soluzione più semplice possibile.
Il Modulo Lunare era dotato di radar per calcolare velocità e distanza dalla superficie lunare e dal CSM durante le manovre d'attracco: il pilotaggio era assistito da un autopilota digitale molto avanzato per l'epoca, composto dal computer principale PNGCS (Primary Navigation, Guidance and Control System) e da un computer secondario e meno potente da usarsi solo come backup del principale, l'AGS (Abort Guidance System). Ciononostante, uno degli obiettivi dei progettisti restò sempre la possibilità di effettuare il maggior numero possibile di manovre manualmente, in caso di estrema emergenza.
È inoltre interessante notare che un intervento manuale dei piloti nel sistema di navigazione era necessario anche in condizioni ottimali. Difatti, la piattaforma inerziale del LM poteva mantenere l'allinamento entro margini di errore accettabili soltanto per poche ore: pertanto, nel corso della missione era necessario provvedere al riallineamento osservando la posizione di alcune stelle con un piccolo telescopio (AOT, Alignment Optical Telescope) e inserendo i dati raccolti nei computer.
[modifica] Variazioni
Per quanto molto simili, i moduli lunari utilizzati nelle missioni non furono costruiti tutti identici: un lieve miglioramento nelle prestazioni del razzo vettore (previsto dal programma di sviluppo Apollo) permise di imbarcare una versione "Block II" leggermente più pesante per le ultime tre missioni di atterraggio, classificate come missioni "tipo J" ovvero di esplorazione estesa.
Le unità utilizzate per queste missioni (LM-10, 11 e 12) trasportavano in un vano ricavato nel cosiddetto "Quad 1" il Rover lunare e scorte di acqua ed ossigeno sufficienti per estendere la permanenza sulla Luna fino a tre giorni: inoltre, nel corso delle molte escursioni programmate in queste missioni sarebbero stati raccolti molti più campioni rispetto alle precedenti missioni.
Questo equipaggiamento ulteriore ha richiesto un aumento della capacità di propellente per entrambi gli stadi, ottenuto installando serbatoi allungati rispetto al modello originale usato nelle precedenti missioni tipo G (il primo allunaggio, Apollo 11) ed H. In ogni caso, i già ristretti margini di sicurezza vennero ulteriormente ridotti da queste modifiche, richiedendo di cambiare anche i profili di volo rispetto a quelli seguiti nei primi viaggi per ridurre i consumi di prezioso carburante.
Ad esempio, dato che il margine di manovrabilità del modulo di servizio si era dimostrato molto generoso rispetto a quanto necessario, si decise di immettere l'intera astronave Apollo nell'orbita bassa da cui inizava la discesa frenata verso la superficie, invece di separare il LM in orbita circolare e fargli abbassare il periselene col suo motore. Queste decisioni vennero autorizzate dalla NASA per via della maggior confidenza nel sistema guadagnata con ogni volo.
Le unità 3 e 4, per le quali missioni non era previsto l'atterraggio, volarono con equipaggiamenti ridotti e con dei computer privi dei programmi necessari per le manovre di discesa
[modifica] Destino dei moduli lunari
In totale, furono costruiti tredici LEM.
Il primo fu distrutto nell'atmosfera terrestre dopo un volo di test in orbita bassa, così come il numero 3 (informalmente chiamato "Spider") che venne utilizzato nella missione Apollo 9. I numeri 2, 9 e 13 non vennero mai lanciati e sono attualmente esposti in musei. Il LEM numero 4 ("Snoopy") volò attorno alla luna nella "prova generale" dell'atterraggio eseguita durante Apollo 10: lo stadio di discesa cadde sulla Luna mentre quello di ascesa venne inserito dopo l'uso in un'orbita solare, ed è dunque presumibilmente l'unico stadio di ascesa tuttora integro che abbia volato nello spazio.
Gli stadi di discesa dei LEM 5 ("Eagle"), 6 ("Intrepid"), 8 ("Antares"), 10 ("Falcon"), 11 ("Orion") e 12 ("Challenger") sono rimasti sulla Luna, mentre gli stadi di ascesa sono precipitati su di essa in seguito: nel caso di tutte le missioni successive alla 11, ciò fu effettuato deliberatamente per rimuovere ostacoli alle successive missioni e provocare "terremoti artificiali" a scopo scientifico.
Il LEM numero 7 ("Aquarius") dell'Apollo 13 non atterrò, ma si rivelò indispensabile per mantenere in vita l'equipaggio dopo il grave incidente al modulo di servizio che costrinse ad abortire la missione: ritornò sulla Terra e si distrusse nel rientro sopra l'Oceano Pacifico.
