Mặt trăng là thiên thể gần Trái đất nhất trong không gian, với khoảng cách trung bình là 238, 857 dặm (384, 400 km). Tàu thăm dò đầu tiên bay ngang qua mặt trăng là Luna 1 của Nga, được phóng vào ngày 2 tháng 1 năm 1959. Mười năm và sáu tháng sau, sứ mệnh Apollo 11 đã hạ cánh Neil Armstrong và Edwin “Buzz” Aldrin trên Biển yên tĩnh vào ngày 20 tháng 7 năm 1969. Đi lên mặt trăng là một nhiệm vụ mà John F. Kennedy diễn giải, đòi hỏi năng lượng và kỹ năng tốt nhất của một người.
Các bước
Phần 1/3: Lập kế hoạch cho chuyến đi
Bước 1. Lên kế hoạch đi theo từng giai đoạn
Mặc dù các tàu tên lửa tất cả trong một phổ biến trong các câu chuyện khoa học viễn tưởng, đi lên mặt trăng là một sứ mệnh tốt nhất được chia thành các phần riêng biệt: đạt được quỹ đạo Trái đất thấp, chuyển từ Trái đất sang quỹ đạo Mặt trăng, hạ cánh trên mặt trăng và đảo ngược các bước để trở về Trái đất.
- Một số câu chuyện khoa học viễn tưởng mô tả một cách tiếp cận thực tế hơn để lên mặt trăng có các phi hành gia đi đến một trạm vũ trụ quay quanh nơi gắn các tên lửa nhỏ hơn sẽ đưa họ lên mặt trăng và quay trở lại trạm. Bởi vì Hoa Kỳ đang cạnh tranh với Liên Xô, cách tiếp cận này đã không được áp dụng; các trạm vũ trụ Skylab, Salyut và Trạm vũ trụ quốc tế đều được đưa vào hoạt động sau khi Dự án Apollo kết thúc.
- Dự án Apollo sử dụng tên lửa ba tầng Saturn V. Giai đoạn đầu tiên ở phía dưới cùng nhất đã nâng tổ hợp khỏi bệ phóng lên độ cao 42 dặm (68 km), giai đoạn thứ hai đẩy nó gần như đến quỹ đạo thấp của Trái đất, và giai đoạn thứ ba đẩy nó vào quỹ đạo và sau đó hướng về mặt trăng.
- Dự án Constellation do NASA đề xuất để quay trở lại mặt trăng vào năm 2018 bao gồm hai tên lửa hai tầng khác nhau. Có hai thiết kế tên lửa giai đoạn đầu khác nhau: giai đoạn nâng chỉ dành cho phi hành đoàn bao gồm một tên lửa đẩy 5 đoạn duy nhất, Ares I và giai đoạn nâng hàng hóa và phi hành đoàn bao gồm năm động cơ tên lửa bên dưới thùng nhiên liệu bên ngoài được bổ sung bởi hai tên lửa đẩy rắn 5 đoạn, Ares V. Giai đoạn thứ hai cho cả hai phiên bản đều sử dụng động cơ nhiên liệu lỏng đơn. Tổ hợp nâng hạng nặng sẽ mang theo viên nang quỹ đạo mặt trăng và tàu đổ bộ, mà các phi hành gia sẽ chuyển đến khi hai hệ thống tên lửa cập bến.
Bước 2. Đóng gói cho chuyến đi
Bởi vì mặt trăng không có bầu khí quyển, bạn phải mang theo oxy của chính mình để bạn có cái gì đó để thở khi ở đó và khi bạn đi dạo trên bề mặt mặt trăng, bạn cần phải mặc bộ đồ vũ trụ để bảo vệ mình khỏi cái nóng chói chang của ngày âm lịch kéo dài hai tuần hoặc cái lạnh tê tái của đêm âm lịch dài như nhau - chưa kể đến các bức xạ và vi thiên thạch khi thiếu bầu khí quyển lộ ra bề mặt.
- Bạn cũng sẽ cần có thứ gì đó để ăn. Hầu hết các loại thực phẩm được sử dụng bởi các phi hành gia trong các nhiệm vụ không gian phải được làm đông khô và cô đặc để giảm trọng lượng của họ và sau đó được hoàn nguyên bằng cách thêm nước khi ăn. Chúng cũng cần phải là thực phẩm giàu protein để giảm thiểu lượng chất thải cơ thể tạo ra sau khi ăn. (Ít nhất bạn có thể rửa sạch chúng với Tang.)
- Mọi thứ bạn mang vào không gian đều tăng thêm trọng lượng, điều này làm tăng lượng nhiên liệu cần thiết để nâng nó và tên lửa mang nó vào không gian, vì vậy bạn sẽ không thể mang quá nhiều tác dụng cá nhân vào không gian - và những tảng đá mặt trăng đó sẽ nặng Trên Trái đất nhiều gấp 6 lần so với trên Mặt trăng.
Bước 3. Xác định cửa sổ khởi chạy
Cửa sổ phóng là khoảng thời gian phóng tên lửa từ Trái đất để có thể hạ cánh xuống khu vực mong muốn của mặt trăng trong thời gian có đủ ánh sáng để khám phá khu vực hạ cánh. Cửa sổ khởi chạy thực sự được định nghĩa theo hai cách, là cửa sổ hàng tháng và cửa sổ hàng ngày.
- Cửa sổ phóng hàng tháng tận dụng vị trí của khu vực hạ cánh dự kiến đối với Trái đất và mặt trời. Vì lực hấp dẫn của Trái đất buộc mặt trăng phải giữ cùng một phía đối diện với Trái đất, các sứ mệnh thăm dò đã được chọn ở các khu vực quay mặt về phía Trái đất để giúp cho việc liên lạc vô tuyến giữa Trái đất và mặt trăng có thể thực hiện được. Cũng phải chọn thời điểm vào lúc mặt trời ló dạng trên bãi đáp.
- Cửa sổ phóng hàng ngày tận dụng các điều kiện phóng, chẳng hạn như góc phóng tàu vũ trụ, hiệu suất của tên lửa đẩy và sự hiện diện của điểm hạ lưu tàu từ khi phóng để theo dõi tiến trình bay của tên lửa. Ngay từ ban đầu, điều kiện ánh sáng để phóng rất quan trọng, vì ánh sáng ban ngày giúp dễ dàng giám sát các vụ phá hủy trên bệ phóng hoặc trước khi đạt được quỹ đạo, cũng như có thể ghi lại các vụ hủy bằng ảnh. Khi NASA đạt được nhiều thực hành hơn trong việc giám sát các sứ mệnh, các vụ phóng vào ban ngày ít cần thiết hơn; Apollo 17 đã được phóng vào ban đêm.
Phần 2 của 3: To The Moon or Bust
Bước 1. Nhấc máy lên
Lý tưởng nhất là một tên lửa gắn với mặt trăng nên được phóng thẳng đứng để tận dụng khả năng quay của Trái đất nhằm giúp nó đạt được vận tốc quỹ đạo. Tuy nhiên, trong Dự án Apollo, NASA đã cho phép một phạm vi có thể là 18 độ theo cả hai hướng từ phương thẳng đứng mà không ảnh hưởng đáng kể đến việc phóng.
Bước 2. Đạt được quỹ đạo Trái đất thấp
Khi thoát khỏi lực hút của Trái đất, có hai vận tốc cần xem xét: vận tốc thoát và vận tốc quỹ đạo. Vận tốc thoát là vận tốc cần thiết để thoát khỏi hoàn toàn trọng lực của hành tinh, trong khi vận tốc quỹ đạo là vận tốc cần thiết để đi vào quỹ đạo quanh một hành tinh. Vận tốc thoát đối với bề mặt Trái đất là khoảng 25.000 dặm / giờ hoặc 7 dặm / giây (40, 248 km / giờ hoặc 11,2 km / s), trong khi vận tốc quỹ đạo trên bề mặt là. Vận tốc quỹ đạo đối với bề mặt Trái đất chỉ khoảng 18.000 dặm / giờ (7,9 km / s); cần ít năng lượng hơn để đạt được vận tốc quỹ đạo so với vận tốc thoát.
Hơn nữa, các giá trị của quỹ đạo và vận tốc thoát càng giảm càng xa bề mặt Trái đất mà bạn đi, với vận tốc thoát luôn khoảng 1,414 (căn bậc hai của 2) lần vận tốc quỹ đạo
Bước 3. Chuyển sang quỹ đạo xuyên mặt trăng
Sau khi đạt được quỹ đạo Trái đất thấp và xác minh rằng tất cả các hệ thống của con tàu đều hoạt động, đã đến lúc bắn các động cơ đẩy và lên mặt trăng.
- Với Dự án Apollo, điều này đã được thực hiện bằng cách bắn các động cơ đẩy thứ ba lần cuối để đẩy tàu vũ trụ về phía mặt trăng. Trên đường đi, mô-đun chỉ huy / dịch vụ (CSM) tách khỏi giai đoạn thứ ba, quay lại và cập bến với mô-đun du ngoạn mặt trăng (LEM) được thực hiện ở phần trên của giai đoạn thứ ba.
- Với Dự án Constellation, kế hoạch là tên lửa chở phi hành đoàn và khoang chỉ huy của nó sẽ cập bến ở quỹ đạo Trái đất thấp với giai đoạn khởi hành và tàu đổ bộ mặt trăng do tên lửa chở hàng đưa lên. Giai đoạn khởi hành sau đó sẽ bắn các động cơ đẩy của nó và đưa tàu vũ trụ lên mặt trăng.
Bước 4. Đạt được quỹ đạo mặt trăng
Một khi tàu vũ trụ đi vào lực hấp dẫn của mặt trăng, bắn các động cơ đẩy để làm nó chậm lại và đặt nó vào quỹ đạo xung quanh mặt trăng.
Bước 5. Chuyển sang tàu đổ bộ mặt trăng
Cả Project Apollo và Project Constellation đều có các mô-đun quỹ đạo và hạ cánh riêng biệt. Mô-đun chỉ huy của Apollo yêu cầu một trong ba phi hành gia ở lại để lái nó, trong khi hai người còn lại lên mô-đun Mặt Trăng. Khoang quỹ đạo của Project Constellation được thiết kế để chạy tự động, để cả bốn phi hành gia mà nó được thiết kế để mang theo đều có thể lên tàu đổ bộ mặt trăng của nó, nếu muốn.
Bước 6. Đi xuống bề mặt mặt trăng
Vì mặt trăng không có khí quyển nên cần sử dụng tên lửa để làm chậm quá trình hạ cánh của tàu đổ bộ mặt trăng xuống khoảng 100 dặm / giờ (160 km / giờ) để đảm bảo hạ cánh nguyên vẹn và vẫn chậm hơn để đảm bảo hành khách hạ cánh nhẹ. Lý tưởng nhất là bề mặt hạ cánh được lên kế hoạch phải không có đá tảng lớn; đây là lý do tại sao Biển yên tĩnh được chọn làm địa điểm hạ cánh cho tàu Apollo 11.
Bước 7. Khám phá
Khi bạn hạ cánh trên mặt trăng, đã đến lúc thực hiện một bước nhỏ đó và khám phá bề mặt mặt trăng. Khi ở đó, bạn có thể thu thập đá và bụi mặt trăng để phân tích trên Trái đất, và nếu bạn mang theo một chiếc máy dò mặt trăng có thể thu gọn như sứ mệnh Apollo 15, 16 và 17 đã thực hiện, bạn thậm chí có thể phát nóng trên bề mặt Mặt trăng với tốc độ lên đến 11,2 mph (18 km / giờ). (Tuy nhiên, đừng bận tâm đến việc quay động cơ; thiết bị chạy bằng pin và không có không khí để truyền âm thanh của động cơ quay vòng.)
Phần 3/3: Trở về Trái đất
Bước 1. Thu dọn đồ đạc và về nhà
Sau khi bạn đã hoàn thành công việc kinh doanh của mình trên mặt trăng, hãy đóng gói các mẫu và công cụ của bạn và lên tàu đổ bộ mặt trăng của bạn để thực hiện chuyến trở về.
Mô-đun mặt trăng của Apollo được thiết kế theo hai giai đoạn: giai đoạn đi xuống để đưa nó xuống mặt trăng và giai đoạn đi lên để đưa các phi hành gia trở lại quỹ đạo mặt trăng. Giai đoạn đi xuống đã bị bỏ lại phía sau trên mặt trăng (và người thám hiểm mặt trăng cũng vậy)
Bước 2. Cập bến với tàu quỹ đạo
Mô-đun chỉ huy Apollo và viên nang quỹ đạo Constellation đều được thiết kế để đưa các phi hành gia từ mặt trăng trở về Trái đất. Nội dung của tàu đổ bộ mặt trăng được chuyển đến tàu quỹ đạo, và tàu đổ bộ mặt trăng sau đó được mở ra, để cuối cùng rơi trở lại mặt trăng.
Bước 3. Quay trở lại Trái đất
Động cơ đẩy chính trên các mô-đun dịch vụ Apollo và Constellation được khai hỏa để thoát khỏi lực hấp dẫn của mặt trăng và tàu vũ trụ được hướng trở lại Trái đất. Khi đi vào lực hấp dẫn của Trái đất, thiết bị đẩy mô-đun dịch vụ được hướng về phía Trái đất và bắn một lần nữa để làm chậm viên đạn chỉ huy trước khi bị loại bỏ.
Bước 4. Tiếp tục hạ cánh
Tấm chắn nhiệt của mô-đun chỉ huy / viên nang được phơi ra để bảo vệ các phi hành gia khỏi sức nóng của việc tái nhập cảnh. Khi tàu đi vào phần dày hơn của bầu khí quyển Trái đất, các chiếc dù được triển khai để làm chậm viên nang hơn nữa.
- Đối với Dự án Apollo, mô-đun chỉ huy văng xuống đại dương, như các sứ mệnh NASA có người lái trước đây đã thực hiện và được một tàu Hải quân thu hồi. Các mô-đun lệnh không được sử dụng lại.
- Đối với Dự án Constellation, kế hoạch là hạ cánh trên đất liền, như các sứ mệnh không gian có người lái của Liên Xô đã làm, với việc thả mình xuống đại dương là một lựa chọn nếu không thể thực hiện việc chạm đất trên đất liền. Hộp chỉ huy được thiết kế để tân trang lại, thay thế tấm chắn nhiệt của nó bằng tấm mới và được sử dụng lại.
