Czy wiesz jak dokładnie przebiegała misja Apollo 11? 20 lipca 2019 wspominamy 50 rocznicę lądowania Apollo 11 na Księżycu. Ale statek Apollo 11 nie wystartował jednego dnia i magicznie nie wylądował na Księżycu za kilka godzin. Misja Apollo 11 trwała osiem dni. Co wtedy robili astronauci? Czym byli zajęci? Jakie operacje przeprowadzali? Oto opis (tylko) pierwszego dnia tej historycznej misji. W kolejne dni będziemy śledzić to, co działo się w drodze do Księżyca, podczas lądowania na Srebrnym Globie oraz powrotu na Ziemię dzień po dniu!

Nieprawdopodobna wizja, która stała się rzeczywistością – Saturn V

Gdy w 1962 roku prezydent Kennedy postawił amerykańskiej agencji kosmicznej za cel wysłanie człowieka na powierzchnię księżyca i jego bezpieczny powrót przed końcem dekady, wielu ludzi wątpiło czy kraj, który dotychczas przegrywał wyścig kosmiczny ze Związkiem Radzieckim jest w stanie podołać temu zadaniu. Jednak to właśnie stopień skomplikowania i odległość w czasie takiej hipotetycznej misji dawały Amerykanom szansę na udowodnienie swojej dominacji w nowej dziedzinie eksploracji kosmosu.

Jednym z członków NASA, który zdecydowanie wierzył w możliwość eksploracji księżyca, był  pionier rakiet na paliwo ciekłe Wernher von Braun. Jeszcze w trakcie drugiej wojny światowej, gdy pracował dla nazistów konstruując pociski V2 wycelowane w Londyn, marzył o zbudowaniu pojazdu zdolnego do pokonania – w celach pokojowych – dystansu dzielącego Ziemię i Księżyc. 

Jego wizja spełniła się gdy 20 maja 1969 roku ważący dwieście tysięcy kilogramów i mierzący ponad sto metrów wysokości Saturn V, oznaczony numerem AS-506 wyruszył w drogę na platformę startową 39A, z której rozpocznie się jedna z najważniejszych podróży w historii ludzkiej cywilizacji – podróż na Księżyc.

Rakieta Saturn V ze statkiem i misją Apollo 11 wytaczana z VAB (Vehicle Assembly Building po lewej) na platformę startową 39-A

Start Apollo 11

Bezpośrednie przygotowania do startu Saturna V

Po prawie dwóch miesiącach spędzonych przez rakietę na platformie, minął czas na testy, ostateczne poprawki i przygotowania. Rusztowanie serwisowe które dawało inżynierom dostęp do Saturna V dzień wcześniej, zostało odprowadzone na swój parking. We wczesnych godzinach 16-go lipca zostaje rozpoczęta procedura tankowania trzech członów rakiety. Po jej zakończeniu pojazd ważyć będzie prawie trzy tysiące ton. Moduł lądownika i trzeci stopień rakiety doczekały swojego ostatniego dnia na Ziemi. Wszystkie inne części prędzej lub później, jeszcze tu wrócą.

Członkowie załogi wstają z łóżek wcześnie – o czwartej nad ranem, biorą prysznic, golą się i jedzą tradycyjne śniadanie składające się ze steku, jajek, kawy i soku. Zakładają skafandry i o 6:30 udają się w stronę platformy startowej. Gdy windą docierają do statku kosmicznego ich kapsuła nie jest pusta, znajduje się w niej Fred Haise, rezerwowy pilot modułu księżycowego, który wraz ze sztabem technicznym sprawdza i przygotowuje wszystkie systemy na przyjęcie załogi i rozpoczęcie misji.

Krótko przed 7 rano swoje miejsce zajmuje Neil Armstrong, siedzi w fotelu dowódcy po lewej stronie kapsuły. Pięć minut później po prawej stronie dołącza do niego pilot modułu załogowego Michael Collins. Ostatni do kabiny wchodzi Edwin „Buzz” Aldrin, pilot modułu księżycowego siedzący po środku. Haise pomaga jeszcze załodze z wnętrza modułu, który opuszcza dwie godziny przed startem. Technicy kończą naprawę zaworu służącego do napełniania zbiornika trzeciego członu ciekłym wodorem. Brak innych usterek wskazuje na to, że start odbędzie się zgodnie z planem.

Krótko po opuszczeniu modułu dowodzenia przez Haise’a, właz do kapsuły zostaje zamknięty i powietrze znajdujące się wewnątrz zostaje wymienione na mieszankę 60% tlenu i 40% azotu. Pozwala to zminimalizować ryzyko powtórki katastrofalnego pożaru kapsuły Apollo 1. Idealnym rozwiązaniem byłoby utrzymywać taki skład atmosfery przez cały czas trwania misji, jednak dodatkowy zbiornik azotu i wyposażenie kapsuły w system monitorujący i utrzymujący skład atmosfery, znacząco zwiększyły by masę całego pojazdu. Zdecydowano, że na Ziemi kapsuła zostanie wypełniona bezpieczną mieszanką o ciśnieniu około 1 atmosfery a podczas wznoszenia, stopniowo mieszanka będzie uwalniana w przestrzeń i zastępowana czystym tlenem o obniżonym ciśnieniu. Członkowie załogi aklimatyzują się już do takich warunków od momentu założenia skafandrów. Dlatego w drodze na platformę startową każdy z nich niesie w ręku aparat do oddychania a po wejściu do kapsuły są podłączani do osobnego systemu hermetycznie odizolowanego od wnętrza.

Neil Armstrong w drodze do kapsuły Apollo 11

Na godzinę przed planowanym uruchomieniem silników pracownicy przygotowujący kapsułę zmierzają windą 97 metrów w dół i oddalają się od platformy. Pomieszczenie w którym jeszcze przed chwilą pracowali, zostaje odsunięte od rakiety na wypadek potrzeby aktywacji rakietowego systemu ratunkowego.

W okolicach centrum kosmicznego imienia Kennedy’ego zgromadziło się około miliona osób, wszyscy obserwują z daleka ostatnie chwile ogromnej rakiety na wyrzutni. Wiedzą że to co za chwilę się wydarzy przejdzie do historii na zawsze. 

Start Saturna V z misją Apollo 11

Gorączkowe przygotowania kończą się na trzy minuty przed uruchomieniem silników, w ciągu ostatnich minut to komputer przejmuje proces odliczania i weryfikacji systemów Saturna V. Na 50 sekund przed startem rakieta zostaje odcięta od zewnętrznego zasilania, 34 sekundy później platforma nawigacyjna zostaje zwolniona i od tej pory Ziemia przestaje być jej punktem odniesienia. Dokładnie 8,9 sekundy przed zwolnieniem uchwytów trzymających pojazd na platformie, komputer startowy wydaje polecenie uruchomienia pięciu silników F-1 znajdujących się na dole pierwszego członu. Gdy rakieta zostaje uwolniona wytwarzają one w sumie 3,5 miliona kilogramów ciągu, wystarczająco dużo aby uciec ziemskiej grawitacji.

Po minięciu wieży startowej rakieta obraca się na poprawny azymut i w tej orientacji kontynuuje lot w górę. Minutę i dwadzieścia sekund później znajduje się na wysokości 7,5 km i przy prędkości 2,5 tysiąca km/h atmosfera wywiera na pojazd maksymalne obciążenia, od tej pory pomimo rosnącej prędkości powietrze staje się na tyle rzadkie, że będzie tylko lżej. 

Start Saturna V z misją Apollo 11

Spadające ciśnienie powoduje wzrost wydajności silników rakietowych, łącznie konsumują one 3,5 tony nafty i ciekłego tlenu na sekundę. Spadająca masa pojazdu sprawia, że przyspieszenie rośnie bardzo gwałtownie. Aby nie przekroczyło wartości 4g wewnętrzny silnik zostaje wyłączony po 2 minutach i 17 sekundach lotu. Niecałe 30 sekund później pierwszy człon wypala resztki swojego paliwa i pozostałe cztery silniki zostają wyłączone. Pół sekundy później dwa pierwsze człony rakiety zostają odseparowane i następuje zapłon pięciu silników J-2 członu drugiego. Wypalona jednostka S-IC spada swobodnie do oceanu. Po następnych 30 sekundach pierścień który łączył dwa pierwsze człony również zostaje odłączony. Chwilę później nieprzydatny już rakietowy system ucieczki oraz osłona modułu załogowego zostają wystrzelone z przodu rakiety. Dopiero teraz Saturn V przechodzi na „mądry” system sterowania. Do tej pory aby uniknąć zbędnych przeciążeń rakieta śledziła zaprogramowaną trajektorię i nie korygowała żadnych odchyleń. Teraz jednostka sterująca stara się nawigować tak, aby osiągnąć wymaganą orbitę. 

Po czterech minutach bezproblemowej pracy członu S-II zostaje wyłączony jego wewnętrzny silnik, tym razem w celu ograniczenia wibracji, a nie przyspieszenia. Rakieta znajduje się na wysokości 176 km i porusza się z prędkością 19047 km/h. Po 7 minutach pracy człon S-II również wypala swoje paliwo i zostaje odseparowany. Tak samo jak jego poprzednik – spadnie do oceanu atlantyckiego. Rakieta kontynuuje lot już tylko na jednym silniku J-2 trzeciego członu S-IVB. Po dwóch minutach i ten zostaje wyłączony, nie dlatego że wypalił swoje paliwo, ale dlatego że rakieta jest już na założonej orbicie okołoziemskiej. Reszta ciekłego wodoru i tlenu zostanie użyta dopiero za około 2 godziny w celu umieszczenia statku kosmicznego Apollo na trajektorii trans-księżycowej. Od początku misji minęło zaledwie 11 minut i 42 sekundy, trzeci człon Saturna V i trzy moduły Apollo poruszają się z prędkością ponad 28000 km/h.

Apollo 11 na orbicie Ziemi

Zaraz po wejściu na orbitę centrum kontroli misji zaczęło weryfikować jej wysokość i kształt. Nawet stosunkowo niewielki błąd w systemie nawigacji Saturna V mógł sprawić że statek kosmiczny wejdzie ponownie w atmosferę co zakończyłoby misję. Pierwsze estymacje bazujące na systemach nawigacyjnych rakiety i statku zostaną udoskonalone wraz z większą ilością pomiarów radarowych z Ziemi. Wyznaczenie dokładnych parametrów orbity jest konieczne aby zapewnić precyzję manewru trans-księżycowego. Konieczne jest też zweryfikowanie i ewentualna korekcja wskazań inercyjnej platformy nawigacyjnej, która mogła zostać zaburzona podczas względnie gwałtownego procesu wynoszenia na orbitę. Zazwyczaj aby sprawdzić jej dokładność, jeden z astronautów wykonuje obserwacje gwiazd o znanym położeniu. To pozwala określić prawdziwą orientację statku Apollo i zweryfikować ją ze wskazaniami komputera. W tym momencie jest to niemożliwe ponieważ instrumenty optyczne są jeszcze osłonięte klapkami zabezpieczającymi je w trakcie wznoszenia. Na szczęście platformy nawigacyjne Saturna V i statku Apollo są zupełnie niezależne, przez co można porównać ich wskazania i stwierdzić czy ewentualny błąd nie jest zbyt duży.

Załoga przystępuje do przestawienia wielu systemów statku Apollo na ich normalną konfigurację. Jednym z takich systemów jest układ chłodzenia. Wykorzystuje on promienniki znajdujące się na zewnętrznej ścianie modułu serwisowego, które podczas startu są rozgrzewane przez atmosferę. Dlatego też do tego momentu dopływ chłodziwa do nich jest odcięty. Załoga otwiera zawory i sprawdza wskazania temperatury i ciśnienia, aby upewnić się że układ działa prawidłowo. Przy okazji łączenia się ze stacją radiową na Madagaskarze sprawdzone też zostają systemy komunikacji z Ziemią, a następnie system sterowania atmosferą w kabinie. Michael Collins odsłania przyrządy optyczne i przystępuje do faktycznej weryfikacji platformy nawigacyjnej.

Po pierwszym pełnym okrążeniu Ziemi, załoga otrzymuje parametry potrzebne do osiągnięcia trajektorii mającej zabrać ich na księżyc. Wykonują test systemu sterowania reakcyjnego – zespołu małych silników rakietowych pozwalających im na zmianę orientacji w kosmosie oraz niewielkie zmiany prędkości. W tym momencie wysuwany też jest próbnik dokujący. Oba te podzespoły pozwolą na połączenie modułu załogowego z modułem księżycowym.

Na Ksieżyc, czyli krytyczny manewr trans-księżycowy

Przez następne pół orbity załoga przygotowuje wszystkie systemy potrzebne do ponownego uruchomienia trzeciego członu oraz weryfikuje działanie następnych podzespołów statku Apollo. Po wykonaniu manewru trans-księżycowego (TLI – Trans Lunar Injection) w przypadku wykrycia krytycznej usterki szybki powrót na Ziemię nie będzie już możliwy. Dwie godziny i 44 minuty po starcie stopień S-IVB zostaje ponownie aktywowany, jego silnik pracuje przez 5 minut i 47 sekund przyspieszając statek o kolejne 11450 km/h. Apollo 11 jest już w drodze na księżyc.

Po wykonaniu misji przez Saturna V, nadeszła pora odłączyć od niego statek Apollo. Zadania tego podejmuje się Michael Collins który chwilowo zajmuje fotel dowódcy. Aktywowane zostają ładunki wybuchowe separujące moduł serwisowy od adaptera w którym znajduje się lądownik. Collins używa systemu reakcyjnego w celu oddalenia się od reszty statku na bezpieczną odległość, obraca go o 180° i rozpoczyna podejście do dokowania. Pilot steruje statkiem tak, aby poruszając się bardzo powoli umieścić próbnik dokujący w gnieździe znajdującym się na szczycie modułu księżycowego. Gdy tylko te dwa elementy się spotkają system reakcyjny jest dezaktywowany. Ostateczne dokowanie odbywa się przez cofnięcie próbnika, a co za tym idzie przyciągnięcie modułów do siebie.

Film nagrany z okna modułu załogowego podczas dokowania do lądownika

Do tej pory w lądowniku panuje próżnia, zawór w górnym włazie jeszcze na Ziemi został celowo pozostawiony w pozycji otwartej, co spowodowało że powietrze uciekło z niego w trakcie wznoszenia. Teraz gdy oba moduły są połączone można rozpocząć napełnianie lądownika powietrzem pochodzącym z kabiny. Gdy ciśnienia się wyrównają właz zostaje otwarty, dając dostęp do tunelu łączącego oba moduły. Jest to konieczne aby połączyć układ elektryczny lądownika z systemami sterowania znajdującymi się wewnątrz modułu dowodzenia. To połączenie pozwoli na ostateczne odseparowanie kompletnego statku Apollo od członu S-IVB które następuje 4 godziny i 16 minut po starcie misji. Aby uniknąć kolizji pomiędzy dwoma pojazdami na drodze do księżyca, pilot oddala statek używając silników reakcyjnych. Następnie główny silnik manewrowy zostaje uruchomiony na 3 sekundy zapewniając jeszcze większą odległość od wypalonego członu. S-IVB za pomocą pozostałego paliwa własnego systemu reakcyjnego jest wysyłany na inny kurs niż Apollo. Podczas gdy statek kosmiczny zostanie przechwycony przez księżycową grawitację i jego prędkość względem Ziemi zostanie zmniejszona, ostatni człon rakiety Saturn zostanie wyrzucony przez Księżyc na orbitę dookoła Słońca. S-IVB numer 506 najprawdopodobniej znajduje się na niej do dziś.

6 godzin od startu misji Apollo 11

Od początku misji minęło zaledwie 6 godzin. Apollo 11 znajduje się na trajektorii prowadzącej do spotkania z Księżycem. Do komputera załoga wprowadza parametry ewentualnego manewru przerwania misji, który w przypadku krytycznych awarii wykonany został by 11 godzin po wejściu na obecną trajektorię. Ten manewr nie zabrał by ich od razu z powrotem na Ziemię, jedynie przyspieszył by ich powrót zza Księżyca.

Niedługo później kończy się zmiana „zielonych” w centrum kontroli lotu a za konsolami zasiadają członkowie „białego” zespołu. Eugene Kranz, jego przewodniczący, za 4 dni będzie nadzorował lądowanie Orła na powierzchni Księżyca. Teraz jednak weryfikuje parametry wysyłane przez telemetrię statku Apollo, aby upewnić się o powodzeniu wszystkich dotychczasowych procedur. Po ustaleniu dokładnej pozycji i prędkości statku, zapada decyzja o pominięciu pierwszej korekty kursu. Michael Collins wykonuje próby ustalenia tych samych parametrów za pomocą względnych pozycji gwiazd i horyzontu Ziemi, jednak napotyka przy tym wiele trudności. Po wielokrotnych obserwacjach udaje się ustalić przyczyny niepowodzeń i ćwiczenie nawigacyjne zostaje uznane za zaliczone.

Teraz przyszedł czas na rozpoczęcie manewru pasywnej kontroli temperatury. Ma on zapobiec powstaniu nadmiernej różnicy temperatur poszycia statku pomiędzy stroną oświetloną przez słońce, a tą znajdującą się w cieniu. Aby osiągnąć ten cel statek jest wprowadzony za pomocą silników reakcyjnych w powolną rotację o prędkości 3 obrotów na godzinę. Wymaga to wcześniej zmiany orientacji platformy inercyjnej, która jest sercem systemu nawigacyjnego. Niestety platforma ta posiada jedynie 3 stopnie swobody i w wyniku tego istnieje możliwość jej zablokowania. Dlatego też na każdy etap lotu przygotowany jest specjalny układ odniesienia, który pozwoli na wykonanie wymaganych manewrów bez powstania ryzyka wejścia w tzw. „gimbal lock”.

Czas na odpoczynek

Inicjacja manewru PTC była ostatnim istotnym elementem na planie pierwszego dnia i przez następne godziny 4 godziny załoga zajmuje się czynnościami utrzymującymi statek w dobrej kondycji. Jedną z nich jest zamieszanie zawartością zbiorników z tlenem i wodorem znajdujących się w module serwisowym. Gazy te są łączone w ogniwach paliwowych, czego efektem jest powstanie prądu elektrycznego zasilającego statek oraz wody używanej zarazem do picia i do chłodzenia niektórych elementów pojazdu. Mieszalniki znajdują się wewnątrz zbiorników, aby zapobiec powstawaniu błędnego odczytu poziomu ich zawartości. Ich uruchomienie jest czynnością rutynową, która jednak w trakcie trwania misji Apollo 13 prawie doprowadziła do tragedii.

Nieplanowana transmisja telewizyjna z kosmosu wykonana na krótko przed końcem aktywności dnia pierwszego

Ze względu na pominięcie pierwszej korekty kursu załoga będzie mogła pójść spać dwie godziny wcześniej niż zakładano. Wolny czas spędzają na robieniu zdjęć oraz na nieplanowaną transmisję telewizyjną z kosmosu. Po upływie 11 godzin i 20 minut od startu rozpoczyna się pora na sen. Ciszę radiową przerywa jedynie prośba centrum kontroli o niewielką zmianę w komputerze pokładowym i weryfikację ustawień systemu nawigacyjnego. Dane biomedyczne pochodzące z czujników noszonych przez załogę wskazują, że po upływie 14 godzin od startu wszyscy trzej astronauci na pokładzie zapadli w sen. Apollo 11 znajduje się 123258 km od Ziemi i porusza się z prędkością około 7700 km/h.