Apollo-Mondlandefähre
Apollo
Basiswissen
Eine Mondlandefähre ist ein Lande- und Aufstiegsvehikel, mit dem Raumfahrer zwischen einem Raumschiff in einer Mondumlaufbahn und der Mondoberfläche verkehren können. Tatsächlich auf dem Mond gelandet sind bislang nur die Fähren des US-amerikanischen Apollo-Programms.
Der Abstieg zur Mondoberfläche
Die Mondlandefähre war zunächst mit dem Apollo-Raumschiff gekoppelt in einer Mondumlaufbahn. Von den insgesamt 3 Besatzungsmitgliedern wechselten zwei in die Landefähre. Dann wurde diese vom Raumschiff abgekoppelt. Diese Abkopplung erfolgte bei unterschiedlichen Apollo-Missionen in unterschiedlichen Höhen, z. B. rund 100 km Flughöhe oder auch 15 km Flughöhe. Immer begab sich die Mondlandefähre erst in eine Mondumlaufbahn, deren tiefster Punkt rund 15 km über der Mondoberfläche war. Von dort begann der eigentliche Abstieg. Etwa 500 km vom geplanten Landepunkt aus gesehen bremste die Fähre dann ihre Geschwindigkeit mit kleinen Raketen ab, dadurch wurde die Fliehkraft verringert und die Mondanziehungskraft zog die Fähre entsprechend nach unten. Während des Abstiegs wurde die Bahnkurve dann immer steiler, bis hin zur senkrechten Landung. Der gesamte Landevorgang dauerte vom Beginn in 15 km Höhe bis zum Aufsetzen bei Apollo 11 etwa 12 Minuten und 40 Sekunden. Die Bremstriebwerke brannten dabei insgesamt 756 Sekunden.[1]
Der Aufstieg von der Mondoberfläche
Um die Fähre beim Aufstieg möglichst leicht zu halten, ließen die Astronauten verschiedene Gegenstände auf dem Mond zurück: Mondstiefel, zwei Kameras und ihre "Rucksäcke". Die Triebwerke feuerten über eine Zeit von 435 Sekunden und beschleunigten die Fähre auf rund 2000 Meter pro Sekunde[2; 4]. In einer ersten Phase von etwa 10 Sekunden Dauer stieg die Fähre senkrecht auf und erreichte eine Geschwindigkeit von etwa 50 Fuß pro Sekunde[4]. Die Fähre nahm dann eine elliptische Umlaufbahn mit Höhen zwischen 9 und 45 nautischen Meilen ein[4]. Die gesamte Flugdauer von Mondoberfläche bis zum Raumschiff in der Mondumlaufbahn dauerte bei Apollo 11 rund 3 Stunden und 42 Minuten[1]. Diese Zeit brachten die Astronauten stehend in der Fähre zu (es gab keine Sitzmöglichkeit).
Genereller Aufbau
Die Fähre besteht aus zwei Teilen: die Abstiegsstufe (descent stage) ist der untere breitere Teil. Sie dient dem Abbremsen und Steuern des Abstieges von der Mondumlaufbahn bis zur Mondoberfläche. Die Abstiegsstufe verblieb später dauerhaft auf der Mondoberfläche. Darüber befindet sich die Aufstiegsstufe (ascent stage). Mit ihr kehrten die zwei Astronauten auf dem Mond zum Raumschiff in der Mondumlaufbahn zurück. Sie diente auch als Aufenthaltsort während der Zeit auf dem Mond.
Technische Daten der Abstiegsstufe
- Höhe ohne Landebeine: 2,62 m
- Breite ohne Landebeine: 3,91 m
- Breite mit entfalteten Landebeinen: 9,4 m
- Gesamtmasse, betankt: 10.334 kg (spezifiziert, genauer Wert missionsabhängig), bei den J-Missionen deutlich darüber
- Wasser: ein Tank von 151 kg
- RCS: keines, Steuerung erfolgte durch die Aufstiegsstufe
- Treibstoff des DPS (Descent Propulsion System): 8200 kg Aerozin 50 und Distickstofftetroxid (N2O4) als Oxidator
- Schub des DPS: 45,0 kN, zwischen 10 % und 60 % regelbar; schwenkbare Düse
- Bedruckung des DPS: ein Heliumtank von 22 kg unter 10.700 kPa
- Spezifischer Impuls des DPS: 311 s
- DPS Delta v: 2500 m/s
- Batterien: vier (bei den J-Missionen fünf) Silber-Zink-Batterien 28–32 Volt, 415 Ah von je 61 kg
Technische Daten der Aufstiegsstufe
- Besatzung: 2
- Bewohnbares Volumen: 6,7 m3
- Höhe: 2,83 m
- Breite: 4,29 m
- Tiefe: 4,04 m
- Gesamtmasse, betankt: missionsabhängig, ca. 4870–4990 kg
- Atmosphäre: 100 % Sauerstoff unter 33 kPa
- Wasser: zwei Tanks von je 19,3 kg
- Kühlmittel: 11 kg Ethylenglycol-Wasser-Gemisch (für die Elektronik)
- Thermalregelung: ein aktiver Verdampfer
- Treibstoff des RCS (Reaction Control System): 287 kg Aerozin 50 und Distickstofftetroxid (N2O4) als Oxidator
- RCS-Konfiguration: 16 Düsen von 45 N Schub, auf Streben angeordnet in vier „Quads“
- Spezifischer Impuls des RCS: 290 s
- Treibstoff des APS (Ascent Propulsion System): 2353 kg Aerozin 50 und Distickstofftetroxid (N2O4) als Oxidator
- Schub des APS: 15.600 N, nicht regelbar
- Bedruckung des APS: zwei Heliumtanks von je 2,9 kg unter 21.000 kPa
- Spezifischer Impuls des APS: 311 s
- APS Delta v: 2220 m/s
- Schub-zu-Gewichts-Verhältnis auf dem Mond: 2,1:1
- Batterien: zwei Silber-Zink-Batterien 28–32 Volt, 296 Ah von je 57 kg
- Stromversorgung: 28 V DC, 115 V 400 Hz AC
Fußnoten
- [1] NASA Space Science Data Coordinated Archive. Apollo 11 Lunar Module/EASEP. Document: NSSDCA/COSPAR ID: 1969-059C.
- [2] Alex Hollings: The Art of the Return Trip: How NASA Got Apollo 11 Home. https://www.popularmechanics.com/space/moon-mars/a28451454/apollo-11-return/
- [3] Electropaedia: https://www.mpoweruk.com/Apollo_Moon_Shot.htm [Mai 2021]
- [4] Floyd V, Bennett: APOLLO EXPERIENCE REPORT - MISSION PLANNING FOR LUNAR MODULE DESCENT AND ASCENT 77058. In: NASA Technical Notes. TN 6846. 1972. https://www.hq.nasa.gov/alsj/nasa-tnd-6846pt.1.pdf
