Der Mond ist der der Erde am nächsten liegende Körper im Weltraum, mit einer mittleren Entfernung von 238, 857 Meilen (384, 400 km). Die erste Sonde, die am Mond flog, war die russische Luna 1, die am 2. Januar 1959 gestartet wurde. Zehn Jahre und sechs Monate später landete die Apollo-11-Mission Neil Armstrong und Edwin „Buzz“Aldrin am 20. Juli 1969 im Meer der Ruhe. Zum Mond zu fliegen ist eine Aufgabe, die, um John F. Kennedy zu paraphrasieren, die besten Kräfte und Fähigkeiten erfordert.
Schritte
Teil 1 von 3: Reiseplanung
Schritt 1. Planen Sie, in Etappen vorzugehen
Trotz der All-in-One-Raketenschiffe, die in Science-Fiction-Geschichten beliebt sind, ist die Mission zum Mond am besten in einzelne Teile aufzuteilen: Erreichen einer erdnahen Umlaufbahn, Übergang von der Erde in eine Mondumlaufbahn, Landung auf dem Mond und Umkehr der Stufen zur Erde zurückzukehren.
- Einige Science-Fiction-Geschichten, die eine realistischere Herangehensweise an den Mond zeigten, hatten Astronauten, die zu einer umlaufenden Raumstation gingen, wo kleinere Raketen angedockt waren, die sie zum Mond und zurück zur Station bringen würden. Da die Vereinigten Staaten im Wettbewerb mit der Sowjetunion standen, wurde dieser Ansatz nicht übernommen; die Raumstationen Skylab, Saljut und die Internationale Raumstation wurden alle nach dem Ende des Projekts Apollo errichtet.
- Das Apollo-Projekt verwendete die dreistufige Saturn-V-Rakete. Die unterste erste Stufe hob die Baugruppe von der Startrampe auf eine Höhe von 42 Meilen (68 km), die zweite Stufe beförderte sie fast in eine niedrige Erdumlaufbahn und die dritte Stufe schob sie in die Umlaufbahn und dann in Richtung Mond.
- Das von der NASA vorgeschlagene Constellation-Projekt für eine Rückkehr zum Mond im Jahr 2018 besteht aus zwei verschiedenen zweistufigen Raketen. Es gibt zwei verschiedene Raketendesigns der ersten Stufe: eine Hubstufe nur für die Besatzung, die aus einem einzigen fünfteiligen Raketenbooster, dem Ares I, besteht, und eine Hebebühne für Besatzung und Fracht, die aus fünf Raketentriebwerken unter einem externen Treibstofftank besteht, ergänzt durch zwei Fünf-Segment-Feststoffraketen-Booster, die Ares V. Die zweite Stufe für beide Versionen verwendet einen Single-Liquid-Fuel-Motor. Die schwere Hebevorrichtung würde die Mondorbitalkapsel und den Lander tragen, auf die die Astronauten übertragen würden, wenn die beiden Raketensysteme andocken.
Schritt 2. Packen Sie für die Reise ein
Da der Mond keine Atmosphäre hat, müssen Sie Ihren eigenen Sauerstoff mitbringen, damit Sie dort etwas atmen können, und wenn Sie auf der Mondoberfläche herumlaufen, müssen Sie einen Raumanzug tragen, um sich vor der glühenden Hitze des Mondes zu schützen der zweiwöchige Mondtag oder die betäubende Kälte der ebenso langen Mondnacht – ganz zu schweigen von der Strahlung und Mikrometeoroiden, denen die fehlende Atmosphäre die Oberfläche aussetzt.
- Sie müssen auch etwas zu essen haben. Die meisten Lebensmittel, die die Astronauten in Weltraummissionen verwenden, müssen gefriergetrocknet und konzentriert werden, um ihr Gewicht zu reduzieren, und dann beim Essen durch Zugabe von Wasser rekonstituiert werden. Sie müssen auch proteinreiche Lebensmittel sein, um die Menge an Körperausscheidungen zu minimieren, die nach dem Essen erzeugt werden. (Zumindest kannst du sie mit Tang abwaschen.)
- Alles, was Sie in den Weltraum mitnehmen, erhöht das Gewicht, was die Menge an Treibstoff erhöht, die erforderlich ist, um es und die Rakete in den Weltraum zu transportieren, sodass Sie nicht zu viele persönliche Gegenstände in den Weltraum mitnehmen können – und diese Mondsteine werden wiegen 6-mal so viel auf der Erde wie auf dem Mond.
Schritt 3. Bestimmen Sie das Startfenster
Ein Startfenster ist der Zeitbereich für den Start der Rakete von der Erde, um im gewünschten Bereich des Mondes zu einer Zeit landen zu können, in der genügend Licht vorhanden wäre, um den Landebereich zu erkunden. Das Startfenster wurde eigentlich auf zwei Arten definiert, als monatliches Fenster und als tägliches Fenster.
- Das monatliche Startfenster nutzt die Position des geplanten Landebereichs in Bezug auf Erde und Sonne. Da die Schwerkraft der Erde den Mond zwingt, die gleiche Seite zur Erde zu halten, wurden Erkundungsmissionen in Bereichen der erdzugewandten Seite ausgewählt, um die Funkkommunikation zwischen Erde und Mond zu ermöglichen. Auch die Uhrzeit musste zu einem Zeitpunkt gewählt werden, an dem die Sonne auf den Landeplatz schien.
- Das tägliche Startfenster nutzt Startbedingungen, wie den Winkel, in dem das Raumfahrzeug gestartet werden würde, die Leistung von Boosterraketen und die Anwesenheit eines Schiffes unterhalb des Starts, um den Flugfortschritt der Rakete zu verfolgen. Schon früh waren die Lichtverhältnisse für den Start wichtig, da das Tageslicht es einfacher machte, Abbrüche auf der Startrampe oder vor Erreichen der Umlaufbahn zu überwachen und Abbrüche fotografisch zu dokumentieren. Da die NASA mehr Übung in der Überwachung von Missionen gewann, waren Starts bei Tageslicht weniger notwendig; Apollo 17 wurde nachts gestartet.
Teil 2 von 3: Zum Mond oder zum Bust
Schritt 1. Heben Sie ab
Idealerweise sollte eine Rakete auf dem Weg zum Mond vertikal gestartet werden, um die Erdrotation zu nutzen, um die Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen. Beim Projekt Apollo ließ die NASA jedoch einen möglichen Bereich von 18 Grad in beide Richtungen von der Vertikalen zu, ohne den Start erheblich zu beeinträchtigen.
Schritt 2. Erreichen Sie eine niedrige Erdumlaufbahn
Um der Anziehungskraft der Erdanziehungskraft zu entkommen, sind zwei Geschwindigkeiten zu berücksichtigen: Fluchtgeschwindigkeit und Umlaufgeschwindigkeit. Die Fluchtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um der Schwerkraft eines Planeten vollständig zu entkommen, während die Umlaufgeschwindigkeit die Geschwindigkeit ist, die erforderlich ist, um einen Planeten umkreisen zu können. Die Fluchtgeschwindigkeit für die Erdoberfläche beträgt etwa 25.000 mph oder 7 Meilen pro Sekunde (40, 248 km/h oder 11,2 km/s), während die Umlaufgeschwindigkeit an der Oberfläche. Die Umlaufgeschwindigkeit der Erdoberfläche beträgt nur etwa 18.000 mph (7,9 km/s); Es braucht weniger Energie, um eine Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen als eine Fluchtgeschwindigkeit.
Darüber hinaus sinken die Werte für Bahn- und Fluchtgeschwindigkeit, je weiter man sich von der Erdoberfläche entfernt, wobei die Fluchtgeschwindigkeit immer etwa 1,414 (die Quadratwurzel von 2) mal die Bahngeschwindigkeit beträgt
Schritt 3. Übergang zu einer translunaren Flugbahn
Nachdem Sie eine niedrige Erdumlaufbahn erreicht und überprüft haben, ob alle Schiffssysteme funktionsfähig sind, ist es an der Zeit, Triebwerke abzufeuern und zum Mond zu fliegen.
- Beim Projekt Apollo geschah dies, indem die Triebwerke der dritten Stufe ein letztes Mal abgefeuert wurden, um das Raumfahrzeug in Richtung Mond zu treiben. Unterwegs trennte sich das Kommando-/Dienstleistungsmodul (CSM) von der dritten Stufe, drehte sich um und dockte an das im oberen Teil der dritten Stufe mitgeführte Mondausflugmodul (LEM) an.
- Bei Project Constellation ist geplant, dass die Rakete, die die Besatzung und ihre Kommandokapsel trägt, in einer niedrigen Erdumlaufbahn andockt, wobei die Startstufe und der Mondlander von der Frachtrakete hochgefahren werden. Die Startstufe würde dann ihre Triebwerke abfeuern und das Raumfahrzeug zum Mond schicken.
Schritt 4. Erreichen Sie die Mondumlaufbahn
Sobald das Raumfahrzeug in die Schwerkraft des Mondes eindringt, feuern Sie die Triebwerke ab, um es zu verlangsamen und in eine Umlaufbahn um den Mond zu bringen.
Schritt 5. Transfer zum Mondlander
Sowohl Project Apollo als auch Project Constellation verfügen über separate Orbital- und Landemodule. Das Apollo-Kommandomodul erforderte, dass einer der drei Astronauten zurückbleibt, um es zu steuern, während die anderen beiden die Mondlandefähre bestiegen. Die Orbitalkapsel von Project Constellation ist so konzipiert, dass sie automatisch betrieben wird, sodass alle vier Astronauten, die sie tragen soll, auf Wunsch an Bord ihres Mondlanders gehen können.
Schritt 6. Steigen Sie zur Mondoberfläche hinab
Da der Mond keine Atmosphäre hat, ist es notwendig, den Abstieg des Mondlanders mit Raketen auf etwa 100 mph (160 km/h) zu verlangsamen, um eine intakte Landung zu gewährleisten und noch langsamer, um seinen Passagieren eine sanfte Landung zu garantieren. Idealerweise sollte die geplante Landefläche frei von größeren Felsbrocken sein; Aus diesem Grund wurde das Meer der Ruhe als Landeplatz für Apollo 11 gewählt.
Schritt 7. Erkunden
Sobald Sie auf dem Mond gelandet sind, ist es an der Zeit, diesen einen kleinen Schritt zu machen und die Mondoberfläche zu erkunden. Dort können Sie Mondgestein und Staub zur Analyse auf der Erde sammeln, und wenn Sie einen zusammenklappbaren Mondrover mitgebracht haben, wie es bei den Apollo 15-, 16- und 17-Missionen der Fall war, können Sie sogar auf der Mondoberfläche bei bis zu 11,2 Hot-Rod fahren mph (18 km/h). (Kümmern Sie sich jedoch nicht darum, den Motor hochzudrehen; das Gerät ist batteriebetrieben und es gibt sowieso keine Luft, um das Geräusch eines hochdrehenden Motors zu übertragen.)
Teil 3 von 3: Rückkehr zur Erde
Schritt 1. Packen Sie ein und gehen Sie nach Hause
Nachdem Sie Ihre Geschäfte auf dem Mond erledigt haben, packen Sie Ihre Proben und Werkzeuge ein und besteigen Sie Ihre Mondlandefähre für die Rückreise.
Die Apollo-Mondlandefähre wurde in zwei Stufen entwickelt: einer Abstiegsstufe, um zum Mond zu gelangen, und einer Aufstiegsstufe, um die Astronauten wieder in die Mondumlaufbahn zu heben. Die Abstiegsphase wurde auf dem Mond zurückgelassen (und auch der Mondrover)
Schritt 2. Docken Sie mit dem umkreisenden Schiff an
Das Apollo-Kommandomodul und die Orbitalkapsel Constellation sollen beide Astronauten vom Mond zurück zur Erde bringen. Der Inhalt der Mondlander wird auf die Orbiter übertragen, und die Mondlander werden dann abgedockt, um schließlich zum Mond zurückzukehren.
Schritt 3. Gehen Sie zurück zur Erde
Das Haupttriebwerk der Servicemodule Apollo und Constellation wird gezündet, um der Schwerkraft des Mondes zu entkommen, und das Raumfahrzeug wird zurück zur Erde geleitet. Beim Eintritt in die Schwerkraft der Erde wird das Triebwerk des Servicemoduls auf die Erde gerichtet und erneut gezündet, um die Kommandokapsel zu verlangsamen, bevor sie abgeworfen wird.
Schritt 4. Gehen Sie für eine Landung
Der Hitzeschild des Kommandomoduls/der Kapsel ist freigelegt, um die Astronauten vor der Hitze des Wiedereintritts zu schützen. Wenn das Schiff in den dickeren Teil der Erdatmosphäre eindringt, werden Fallschirme eingesetzt, um die Kapsel weiter zu verlangsamen.
- Für das Projekt Apollo spritzte das Kommandomodul im Ozean, wie es bei früheren bemannten NASA-Missionen der Fall war, und wurde von einem Navy-Schiff geborgen. Die Befehlsmodule wurden nicht wiederverwendet.
- Für Project Constellation ist geplant, an Land zu landen, wie es die sowjetischen bemannten Weltraummissionen taten, mit Spritzwasser im Ozean als Option, wenn eine Landung nicht möglich ist. Die Befehlskapsel soll überholt werden, wobei ihr Hitzeschild durch einen neuen ersetzt und wiederverwendet wird.
