Apollo (Raumschiff)

North American Apollo CSM 280px|Apollo-15 (CSM-112) in der MondumlaufbahnApollo CSM-112 (Apollo 15) in der MondumlaufbahnBeschreibungVerwendung: Erd- und MondumlaufbahnBesatzung: 3 (Kommandant, CSM Pilot, LM Pilot)AbmessungenHöhe: 11,03 mDurchmesser: 3,90 mVolumen: 6,17 m³MassenCM: 5.809 kgSM: 24.523 kg (vollgetankt)Gesamt: 30.332 kgTriebwerkeCM Steuerdüsen (N2O4/UDMH) 12 × 412 NSM Steuerdüsen (N2O4/UDMH) 16 × 441 NHauptantrieb (N2O4/UDMH) 1 × 97,86 kNEinsatzdatenMissionsdauer: 14 Tage (200 Erdumkreisungen)Apogäum: 386,242 kmPerigäum: 160 kmDelta v: 2804 m/s Apollo-CSM-Diagramm 280px|CSM mit Rettungsrakete (LES) (NASA)CSM mit Rettungsrakete (NASA)North American Apollo CSM

Apollo war ein Raumschiff, das Mitte der 1960er Jahre im Rahmen des Apollo-Programms von North American Aviation im Auftrag der NASA entwickelt wurde. Es bestand als CSM-Kombination aus zwei Komponenten: dem Kommandomodul (CM) für die Besatzung von drei Apollo-Astronauten, ausgestattet mit Hitzeschild für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre und Fallschirmen für Wasserung, sowie dem Servicemodul (SM) für Stromversorgung, Vorräte, Tanks und Antrieb, das kurz vor dem Wiedereintritt als Ballast abgetrennt wurde.

Die Apollo-Raumschiffe wurden von Saturn-Trägerraketen in Erdumlaufbahnen gebracht, und bei neun Mondflügen von dort zum ca. 1000-mal weiter entfernten Mond geschossen. Zudem war meist auch die Mondfähre (LM) als weitere Komponente dabei.

Nach der vorzeitigen Einstellung der Mondflüge wurden vorhandene Raumschiffe und Raketen für die Skylab-Missionen und das Apollo-Sojus-Test-Projekt verwendet.

Kommandomodul (CM) Das CM hatte eine Masse von 5900 kg bei einer Höhe von 3,23 m und einen Durchmesser von 3,91 m. Neben zahlreichen technischen Systemen enthielt es den Aufenthaltsbereich der Astronauten. Bei deren Rückkehr aus dem Weltraum diente es als Landekapsel.

Vorderteil Im Vorderteil waren Stabilisierungsschirme (drogue chutes) sowie drei große Hauptfallschirme untergebracht. Letztere öffneten sich nach dem Wiedereintritt in einer Höhe von 2,5 km. Zwei Schirme waren ausreichend für eine sichere Wasserung. Bei Apollo 15 versagte einer der drei Schirme, ohne dass es zu Schäden oder Verletzungen kam. Weiterhin waren im oberen Bereich zwei Steuerdüsen des Lagekontrollsystems für den Wiedereintritt sowie das Kopplungssystem und die Luke für die Mondlandefähre (Lunar Module) angebracht. Außerdem befanden sich dort Antennen und Signalleuchten, welche die Bergung auf See erleichterten, sowie aufblasbare Ballons, die das System aufrichteten, sofern die Landekapsel nach der Wasserung mit der Spitze nach unten schwamm.

Mittelteil mini|links|Schnittbild des Apollo-CM Im mittleren Teil des Raumschiffs befand sich eine druckfeste Kabine für die Astronauten. Darin waren die Hauptinstrumententafel zur Kontrolle und Steuerung des Raumschiffs, Lebenserhaltungssysteme und einige Materialschränke untergebracht. Es gab fünf kleine Fenster und seitlich eine Luke für den Ein- und Ausstieg. Die Lebenserhaltungssysteme kontrollierten die Kabinenatmosphäre und hielten die Temperatur bei 22 °C. Während des Fluges bestand die Kabinenluft aus reinem Sauerstoff bei einem Drittel des Drucks auf der Erde. Nur während der Startphase wurde, nach den leidvollen Erkenntnissen aus der Katastrophe mit Apollo 1, 40 % Stickstoff beigemischt. An Bord befanden sich zudem Landkarten vom Mond wie auch von der Erde, Sternenkarten zur Navigation und Orbitkarten für jede der einzelnen Missionsphasen.

Das CM bot jedem Astronauten etwa zwei Kubikmeter Raum.

Heck Im Heck des CM waren zehn weitere Steuerdüsen des Lagekontrollsystems für den Wiedereintritt, deren Treibstoff sowie Helium- und Wassertanks untergebracht. Die Struktur bestand hier aus dreieckigen Rippen, die auf der den Fallschirmen gegenüberliegenden Seite verformbar ausgelegt waren und im Fall einer Landung auf Land als Knautschzone wirkten und so den Aufprall dämpften.

Instrumente des CM Der Hauptteil der Instrumente befand sich auf der Hauptkontrolltafel, gegenüber von drei Liegen für die Astronauten. Die Lebenserhaltungssysteme waren auf der linken Seite des Moduls angebracht, die Entsorgungssysteme auf der rechten Seite. Die Astronauten konnten das Raumschiff mittels an zwei der drei Liegen angebrachten Handcontrollern (Flysticks) steuern und stabilisieren. Die Hauptkontrollkonsole unterteilte sich in drei Bereiche. Die Bedienelemente waren so konstruiert, dass sie von den Astronauten auch mit Handschuhen bedient werden konnten. Die Steuerung befand sich auf der linken Seite, dem Platz des Kommandanten. Dazu gehörten Instrumente für Stabilisierung, Steuerung, Schub und Landung; weiterhin die Notfallsysteme ebenso wie eines der Bedienteile (DSKY – Display & Keyboard) für den Steuerungs- und Navigationscomputer (AGC – Apollo Guidance Computer). Ein weiteres baugleiches Bedienteil war am Navigationsteleskop angebracht. Von diesem Platz aus wurden die beiden Dockingmanöver in der Mondtransferbahn bzw. in der Mondumlaufbahn durchgeführt, in der Sichtlinie des Kommandanten befand sich dafür ein Fenster in der Andock-(=Flug-)Richtung. In der Mitte saß der Pilot des Kommandomoduls. In seinem Bereich befanden sich Warnsysteme und Kontrollinstrumente für das Lebenserhaltungssystem und die Tanks. Am Fußende des Sitzes befanden sich optische Navigationsinstrumente, die im Flug mehrfach benutzt werden, um vor Kurskorrekturen den Kreiselkompass (IMU – Inertial Measurement Unit) zu justieren. Dazu gehörten unter anderem ein fest eingebauter Weltraumsextant zur Positionsbestimmung sowie ein Teleskop. An diesem Arbeitsplatz befand sich auch ein zweites Bedienteil für den Computer. Auf der rechten Seite saß der Pilot der Mondlandefähre. In seinem Segment waren die Kontrollsysteme für Kommunikation, Elektrik, Datenspeicher und Brennstoffzellen angebracht.

Navigation und Kommunikation Zur eigenständigen Navigation war das CM mit einem eigenen Computer, dem Apollo Guidance Computer, und zwei Bedienkonsolen ausgerüstet. Der Sextant war über Winkelencoder direkt mit dem Computer verbunden, was von der Bauform gewöhnlicher Sextanten abwich. (Ohne diesen Sextanten wäre Apollo 16 in ernste Schwierigkeiten geraten, da auf dieser Mission das elektronische Navigationssystem ausgefallen war.) Die Funkkommunikation fand im S-Band statt, insbesondere über die große, schwenkbare, kleeblattförmige Richtantenne am Heck des Servicemoduls. Für die Phase der Landung und Bergung stand darüber hinaus eine UKW-Verbindung mit einer ungerichteten Antenne zur Verfügung.

Hitzeschild der Landekapsel Für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre mit etwa Fluchtgeschwindigkeit war die Landekapsel mit einem ablativen Hitzeschild aus Epoxidharz ausgerüstet.

Servicemodul (SM) mini|links|Explosionsdarstellung des Servicemoduls mini|R-4D-Steuerdüsen am Servicemodul Das SM enthielt die Systeme, welche für einen längeren Aufenthalt im Weltraum und zum Manövrieren benötigt wurden. Es bestand aus einer zylinderförmigen, 7,50 m langen und 3,91 m durchmessenden Konstruktion. Es enthielt elektrische Lebenserhaltungs- und Kommunikationssysteme. Unterteilt war es in eine Mittel- sowie weitere sechs Außensektionen. Darin befanden sich Tanks für den Antrieb, die Lageregelung, die Stromerzeugung und die Lebenserhaltungssysteme sowie die Steuertriebwerke und das Haupttriebwerk. An der Außenseite befanden sich vier Baugruppen mit je vier Steuerdüsen, Positionslichter, drei Antennen und vier Parabolantennen für die Kommunikation und die Radar-Transponder.

Struktur mini|Verbindung des CM mit dem SM bei Apollo 6

Die Struktur des Servicemoduls bestand aus einem inneren Zylinder mit einem Durchmesser von etwa einem Meter, umgeben von einem äußeren Zylinder von 3,91 m Durchmesser. Trennwände teilten den Raum zwischen innerem und äußerem Zylinder in sechs ungleich große Sektoren auf. Vorne und hinten wurden die Zylinder durch Schotte abgeschlossen. Alle Teile waren aus gefrästen Aluminiumplatten gefertigt. Der innere Zylinder enthielt zwei kugelförmige Tanks mit Helium unter hohem Druck.

Die sechs Sektoren waren wie folgt belegt (Zählung links oben beginnend und im Gegenuhrzeigersinn, vom CM aus gesehen):

Sektor 1 war ein 50°-Segment und anfangs unbenutzt. Nach der Beinahe-Katastrophe von Apollo 13 wurde hier im oberen Teil ein dritter Sauerstofftank eingebaut. Bei den Flügen von Apollo 15, Apollo 16 und Apollo 17 befanden sich hier zusätzlich noch wissenschaftliche Instrumente zur Erforschung der Mondoberfläche aus der Mondumlaufbahn wie Kameras, Höhenmesser und Strahlungsdetektoren; das äußere Panel wurde bei diesen Missionen abgesprengt (wie in obigem Bild des CSM-112 sichtbar). Sektor 2 umfasste 70° und wurde für den ersten, größeren Oxidatortank verwendet. Dieser wurde als „Auffangtank“ (sump tank) bezeichnet. Der Tank war 3,90 m hoch bei einem Durchmesser von 1,30 m und enthielt 6315 kg des Oxidators. Sektor 3 war ein 60°-Segment und enthielt den zweiten Oxidatortank, den „Lagertank“ (storage tank). Der Oxidator aus diesem Tank gelangte zunächst in den Auffangtank und von dort zum Triebwerk. Dieser Tank war 3,92 m lang, hat 1,14 m Durchmesser und fasste weitere 5118 kg Oxidator. Sektor 4 war wieder ein 50°-Segment. Im oberen Teil waren drei Brennstoffzellen untergebracht, darunter zwei Tanks mit superkritischem Sauerstoff für die Brennstoffzellen und die Lebenserhaltungssysteme. Ganz unten befanden sich zwei Tanks mit superkritischem Wasserstoff für die Brennstoffzellen. Sektor 5, ein 70°-Segment enthielt den Brennstoff-Auffangtank. Es wurde das gleiche zweistufige Konzept verwendet. Bei gleicher Größe wie sein gegenüberliegendes Gegenstück enthielt dieser Tank 3950 kg Brennstoff. Sektor 6 war ein weiteres 60°-Segment für den Brennstoff-Lagertank. Er enthielt weitere 3200 kg Brennstoff.

Alle Tanks bestanden aus Titanblech von 1,36 mm Stärke.

Die Elektrik befand sich vornehmlich auf dem vorderen Schott. Insgesamt nahm die Anordnung der Systeme auf die Schwerpunktlage Rücksicht. Da sich keine vollständige Kompensation erreichen ließ, wurde das Triebwerk so eingebaut, dass die Nulllage um 1,5° von der geometrischen Achse abweicht.

Triebwerk mini|Schema des Antriebs Das Haupttriebwerk des SM, das Aerojet AJ10-137, wurde von der Aerojet-General Corporation entwickelt, erzeugte einen Schub von 97,5 kN und war für maximal 50 Zündvorgänge ausgelegt. Als Brennstoff wurde Aerozin 50 verwendet, eine Mischung aus 50 % Hydrazin und 50 % Unsymmetrischem Dimethylhydrazin, als Oxidator kam Distickstofftetroxid zum Einsatz, eine lagerfähige hypergole Treibstoffkombination. Eine Zündung im eigentlichen Sinn mittels Funken erfolgte nicht, die beiden Flüssigkeiten zünden bei Kontakt miteinander. Das Triebwerk hatte keine Pumpe; vielmehr wurden der Brennstoff und der Oxidator durch Helium als Treibgas aus ihren Tanks in die Brennkammer gepresst. Der Aufbau wurde damit auf Kosten der Leistung einfach und zuverlässig. Das gesamte Triebwerk und die Triebwerksdüse waren 3,90 m lang und wogen zusammen 293 kg. Allein die Düse war 2,80 m lang und hatte einen Durchmesser von 2,10 m.

Tanks Zwei Brennstofftanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 7200 kg und zwei Oxidatortanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 11.400 kg (s. o.) versorgten das Triebwerk. Allein diese Treibstoffe machten etwa 75 % der Gesamtmasse des SM aus. Für die Druckgasförderung befanden sich zwei kugelförmige Heliumtanks im Mittelteil des Moduls. Zwei weitere Tanks mit einem Volumen von jeweils 144 l lieferten den Sauerstoff für die Brennstoffzellen und die Lebenserhaltung. Zudem gab es für die Brennstoffzellen zwei Wasserstofftanks mit einem Volumen von jeweils 13 l. Ein defektes Heizungselement in einem der Sauerstofftanks verursachte das Unglück bei der Apollo-13-Mission. Es war bereits früher in einem Raumschiff eingesetzt, vor dem Start des früheren Raumschiffs jedoch wieder entfernt und trotz eines Defekts bei Apollo 13 verwendet worden.