Apollo 11
Chuyến bay lịch sử
Nền móng cho Apollo 11
Apollo 1
Đây là chuyến bay đầu tiền trong chương trình Apollo. Theo dự kiến tên lửa Saturn IB SA-204 sẽ được phóng vào ngày 27 tháng 1 năm 1967 tại trạm không quân mũi Canaveral. Phi hành đoàn bao gồm 3 người đó là Chỉ huy Virgil “Gus” Grissom, Phi công chính Edward H. White và phi công Roger B. Chaffee. Nhưng đáng tiếc thay trong buổi phóng một vụ cháy trong cabin đã giết chết cả 3 người trong phi hành đoàn. Nguyên nhân gây cháy là lỗi thiết kế module chỉ huy. Vụ cháy đã làm chương trình gián đoạn 20 tháng để khắc phục các vấn đề.
Apollo 2 và 3?
Sau sự cố của Apollo 1, ban điều hành đã quyết định cần cải tiến và nâng cấp tên lửa đẩy. Vì vậy các nhiệm vụ sau Apollo 1 (AS-201, AS-202, and AS-203) đã không được đánh số trong chuỗi nhiệm vụ Apollo và số tiếp theo trong chuỗi nhiệm vụ Apollo là Apollo 4.
Apollo 4
Đây là nhiệm vụ không người lái đầu tiên sử dụng tên lửa đẩy Saturn V. Apollo 4 là một nhiệm vụ thành công vì nó chứng minh được khả năng hoạt động của Saturn V. Mục đích của nhiệm vụ này là đánh giá khả năng của Saturn V, bao gồm luôn cả lá chắn nhiệt của Module CSM (Command Service Module). Nhiệm vụ kéo dài 9 tiếng, sau CSM rơi xuống thái bình dương và đạt được tất cả yêu cầu đề ra trong đó quan trọng nhất là khả năng đưa các phi hành gia trở về an toàn từ mặt trăng.
Apollo 5
Apollo 5 (AS-204) là chuyến bay đầu tiên có sự tham gia của Module mặt trăng (LM). Nhiệm vụ phóng vào ngày 22-05-1968 với tên lửa đẩy Saturn IB tại trạm không quân mũi Canaveral. Mục tiêu của Apollo 5 là thử nghiệm module LM trong môi trường không gian. Các mục tiêu chính trong nhiệm vụ này là:
- Thử nghiệm động cơ phóng và hạ cánh.
- Khả năng tách rời trong các giai đoạn.
- Mô phỏng mọt phần của việc hủy hạ cánh.
Apollo 5 cũng đã chậm trễ như các nhiệm vụ trước đó. Nguyên nhân chính cho việc chậm trễ là thiếu kinh nghiệm trong việc xây dựng phi thuyền có người lái có thể đáp xuống mặt trăng. Nhiệm vụ kéo dài 11 tiếng 10 phút với 7 vòng bay quanh quỹ đạo.
Apollo 6
Là nhiệm vụ thử nghiệm chứng minh khả năng đẩy tàu vào quỹ đạo của mặt trăng bằng tên lửa đẩy Saturn V với tải trọng 80%. Bên cạnh đó là trình diễn lại khả năng của tấm chắn nhiệt của module CSM.
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ, một hiện tượng gọi là dao động pogo đã phá hủy một số động cơ Rocketdyne J-2 trong giai đoạn thứ 2 và thứ 3 bằng cách phá vỡ các đường nhiên liệu ở trong khiến động cơ thứ 2 phải dừng sớm hơn dự kiến. Nhưng hệ thống đã bù đắp lại bằng cách đốt giai đoạn thứ 2 và thứ 3 lâu hơn để đạt được quỹ đạo dự kiến.
Động cơ ở giai đoạn thứ 3 cũng bị hỏng, không thể đẩy tàu vào quỹ đạo của mặt trăng. Hệ thống của chuyến bay đã sử dụng Module SM để đạt được lại độ cao và tốc độ. Giai đoạn cuối cùng là sử dụng động cơ chính của module CSM để quay về. Nhiệm vụ kết thúc sau khoảng 10 giờ bay với 3 vòng quay quanh quỹ đạo và điểm cao nhất của quỹ đạo là 22.533.000 mét.
Sau nhiệm vụ này NASA đã tự tin để có thể sử dụng tên lửa đẩy Saturn V cho những chuyến bay có người lái. Apollo 6 cũng là nhiệm vụ thử nghiệm không người lái cuối cùng trong chương trình Apollo.
Apollo 7
Apollo 7 là nhiệm vụ có người lái đầu tiên sau 22 tháng kể từ Apollo 1 . Nhiệm vụ của Apollo 7 là thử nghiệm module CSM có ở người lái ở quỹ đạo thấp của trái đất sử dụng tên lửa đẩy Saturn IB. Apollo 7 được phóng vào ngày 11-10-1968 tại trung tâm vũ trụ Kennedy ở Florida. Phi hành đoàn trong chuyến bay bao gồm Walter M. Schirra (Chỉ huy), Donn F. Eisele (Phi công module chỉ huy), R. Walter Cunningham (Phi công module mặt trăng)
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ đã có những tranh cãi giữa phi hành đoàn và đội mặt đất trong lúc phóng nhưng cuối cùng thì mọi thứ vẫn thành công. Sau 10 ngày 22 tiếng 9 phút với 163 vòng bay quanh trái đất với quỹ đạo thấp (điểm thấp nhất: 227km, điểm cao nhất: 301 km, đọ nghiên: 31.6 độ, chu kì: 89.79 phút) thì phi hành đoàn hạ cánh ở Bắc Đại tây Dương và được trục vớt bởi tàu sân bay USS Essex. Đây là chuyến bay đầu tiên trong chương trình Apollo đã đưa các phi hành gia lên quỹ đạo thành công.
Apollo 8
Apollo 8 là chuyến bay đầu tiên có người lái rời khỏi quỹ đạo trái đất đến mặt trăng. Phi hành đoàn bao gồm 3 người đó là Frank Borman (Chỉ huy), James Lovell (Phi công module chỉ huy), William Anders (Phi công module mặt trăng). Mục đích của nhiệm vụ là đưa phi thuyền ra khỏi quỹ đạo trái đất và tiến vào quỹ đạo mặt trăng. Nhiệm vụ bắt đầu lúc 12:51 ngày 21-12-1968 sau đó kéo dài 6 ngày 3 giờ. Trong đó thời gian để đưa phi thuyền vào được quỹ đạo mặt trăng là 68 giờ. Đây là chuyến bay đầu tiên thấy được trái đất một cách trọn vẹn và cũng là những người đầu tiên thấy mặt bên kia của mặt trăng cũng như là chứng kiến trái đất mọc. Kết thúc nhiệm vụ, phi thuyền lao vào khí quyển trái đất tại tọa độ Ư(8.133333, -165.016667) và được trục với bởi tàu USS Yorktown.
Apollo 9
Apollo 9 theo kế hoạch là chuyến bay thứ 3 trong chương trình Apollo có người lái. Phi hành đoàn bây giờ vẫn là 3 người đó là James McDivitt (chỉ huy), David Scott (chỉ huy mô-đun thí điểm) và Rusty Schweickart (chỉ huy module mặt trăng). Mục tiêu của nhiệm vụ là thử nghiệm một số khả năng của phi thuyền để có thẻ hạ cánh trên mặt trăng. Nhiệm vụ bao gồm hả thử nghiệm động cơ của module mặt trăng. Trong suốt nhiệm vụ các phi hành gia đã thực hiện 2 lần đi bộ ra ngoài không gian (EVA). Nhiệm vụ kéo dài 10 ngày 1 giờ ở quỹ đạo thấp của trái đất.
Apollo 10
Apollo 10 là một nhiệm vụ diễn tập cho hạ cánh trên bề mặt mặt trăng với phi hành đoàn 3 người. Nhiệm vụ được phóng ngày 18 tháng 5 năm 1969 bằng tên lửa Saturn V tại bãi phóng ở Kennedy. Mã của nhiệm vụ bao gồm các tên như Charlie Brown (CSM) và Snoopy (LM), và các nhân vật này đã trở thành linh vật bán chính thức cho Apollo 10.
Apollo 10 đã lập kỷ lục về tốc độ nhanh nhất của một chiếc tàu có người lái là 39.897 km/h (10.08 km/s hoặc 24.793 dặm/h) trong thời gian trở về từ mặt trăng. Apollo 10 có ý đặc biệt đối với sứ mệnh lịch sử là Apollo 11 sẽ được thực hiện 2 tháng sau đó. Apollo 10 có mục tiêu là mang module mặt trăng LM đến sát 15.6km với bề mặt của mặt trăng.
Việc tiếp cận quỹ đạo này sẽ mang lại nhiều kiến thức về trường hấp dẫn của mặt trăng. Kiến thức mới này là điều rất cần thiết cho việc hạ cánh thành công sau này. Cụ thể hơn là để điều chỉnh gia tốc hỗ trợ ở độ cao 1 dặm. Nhiệm vụ kéo dài 8 ngày 3 phút sau đó hạ cánh tại một nơi gần điểm Nemo trên thái bình dương và được tàu sân bay USS Princeton trục vớt.
Apollo 11
Như các bạn đã biết, Apollo 11 là chuyến bay đầu tiên đưa con người đặt chân xuống mặt trăng. Armstrong trở thành người đầu tiên bước chân lên bề mặt của Mặt Trăng sáu giờ sau vào ngày 21 tháng 7 vào lúc 02:56 UTC.
Apollo 11 được phóng lên bằng tên lửa đẩy Saturn V từ trung tâm vũ trụ ở trạm Kenedy như hầu hết các nhiệm vụ trong chương trình Apollo trước đó. Và đây cũng là chuyến bay có người thứ 5 trong chương trình Apollo. Apollo 11 là tổng kết của các cuộc thử nghiệm trước đó. Nói đến đây, chắc sẽ có nhiều bạn sẽ nhầm lẫn giữa Saturn V và Apollo 11. Saturn V chỉ là tên lửa đẩy để đưa Apollo 11 vào quỹ đạo mặt trăng thôi. Còn Apollo 11 bao gồm 2 module là CSM và LEM.
Quá trình của nhiệm vụ Apollo 11
Sau tất cả những kinh nghiệm của những nhiệm vụ trước đây, giờ đây đội ngũ của chương trình Apollo cũng đã đủ tự tin để có thể đưa tàu Apollo 11 xuống bề mặt của Mặt Trăng. Ngày 16 tháng 7 năm 1969, Tên lửa đẩy Saturn V mang theo tàu vũ trụ Apollo 11 đã khởi hành ở trung tâm Kenedy, Florida.
Nói thêm về tên lửa đẩy Saturn V. Tên lửa đẩy Saturn V có 3 tầng phóng có mẫ định danh lần lượt là S-IC, S-II, S-IVB. Trên cùng của tên lửa đẩy sẽ là nơi mang theo tàu vũ trụ Apollo 11. Saturn V là kết quả của sự hợp tác của nhiều hãng hàng không của nước Mỹ bao gồm Boeing, DcDonnell Douglas, North American Aviation. North American Aviation (NAA) có lẽ là một cái tên lạ lẫm đối với hầu hết mọi người. NAA đã có rất nhiều đống góp cho hàng không vũ trụ, cũng như kỹ thuật chế tạo động cơ phản lực của nước mỹ với một số máy bay nổi tiếng như P-51 Mustang, X-15,… Sau vụ tai nạn của Apollo 1, NAA đã được mua lại bởi Rockwell về sau Rockwell và những công ty con của nó đều được bán lại hết cho Boeing. DcDonnell Douglas cũng được sáp nhập vào Boeing sau đó.
Tên lửa đẩy Saturn V có 3 phần chính, những tầng này được thiết kế để tận dụng nhiên liệu bên trọng hiệu quả nhất trong từng giao đoạn phóng. Trong mỗi nhiệm vụ Apollo mỗi tầng đều có một thiết kế riêng biệt và được cải tiến dần về hiệu năng cũng như là độ ổn định. Vì vậy, các con số dưới đây có thể không chính xác với từng nhiệm vụ trong chương trình Apollo.
Tầng đầu tiên của tên lửa có mã là S-IC, tầng này sử dụng 5 động cơ đẩy F-1 có thể tạo lực đẩy lên tới 33.000kN (7,500,000 lbf). Thời gian để đốt hết nhiên liệu là 150 giây. Vai trò của S-IC là đưa toàn bộ cấu trúc thoát khỏi lực hút của trái đất và đưa con tàu lên độ cao 200.640ft. Sau khi hết nhiên liệu tầng đầu tiên sẽ tách ra cùng với bộ phận thoát hiểm nằm trên đỉnh của con tàu. Khi này hệ thống sẽ kích hoạt tầng tiếp theo của tên lửa đẩy để tiếp tục hành trình đến mặt trăng.
Tầng tiếp theo là S-II sử dụng 5 động cơ J-2 tạo ra lực đẩy 4.400kN. S-II sẽ khởi động ngay sau khi tách ra khỏi S-IC. Giai đoạn hoạt động của tầng này là khoảng 6 phút và sẽ đưa toàn bộ con tàu lên độ cao 607.200ft. Nhiệm vụ của S-II là đưa cả con tàu vào quỹ đạo của trái đất. Cũng như S-IC, khi hết nhiên liệu S-II sẽ tách ra. Lúc này tầng S-IB sẽ hoạt động để đưa khoang chứ hàng của Saturn V vào quỹ đạo của trái đất. Tiếp sau đó là S-IVB được thiết kế với 1 động cơ J-2 với lực đẩy khoảng hơn 800 kN. Khi tàu tới điểm phù hợp, S-IV sẽ kích hoạt để đưa tàu vũ trụ đi đến gần trường hấp dẫn của mặt trăng. Quá trình này sẽ mất rất nhiều thời gian, khoảng vài ngày. Khi này, phi hành đoàn sẽ kiểm tra lại các trang thiết bị trên tàu cũng như là mở khoang chứa tàu vũ trụ nằm ở chóp đỉnh của con tàu tiếp hành ráp nối 2 module CSM và LEM. Trong giao đoạn ráp nối này module CSM và tên lửa đẩy riêng của nó sẽ tách ra và xoay ngược 180 độ để kết nối với với module hạ cánh đang nằm ở phía dưới. Và tầng S-IV khi này cũng đã hết nhiên liệu nên cũng phải tách ra khỏi tàu Apollo 11. Cách phi hành gia sẽ có thể đi qua lại được giữa 2 module CSM và LEM vì chúng đã được kết nối với nhau.
Bước chân lịch sử
Từ lúc tàu Apollo 11 rời quỹ đạo trái đất cho đến khi tới được quỹ đạo của mặt trăng sẽ mất khoảng vào ngày. Khi vào điểm gần nhất với về mặt của gần nhất với bề mặt của mặt trăng (Điểm này là điểm giao giữa đường tiếp tuyến và quỹ đạo dự tính của Apollo 11) CSM sẽ thực hiện việc đốt nhiên liệu để giảm tốc độ di chuyển trong gian. Khi này tốc độ của Apollo 11 sẽ đủ để giữ con tàu ở trong quỹ đạo của Mặt Trăng. Và cũng cùng lúc đó con tàu sẽ đi qua vùng tối của mặt trăng. Khi đi qua vùng tối tàu Apollo 11 không có cách nào để liên lạc hay truyền thông tin xuống trạm Houston ở Trái đất cho đến khi Apollo 11 đi qua khỏi vùng tối của mặt trăng. Khi vừa qua khỏi nửa tối của mặt trăng module LEM sẽ tách ra khỏi CSM và giảm tốc độ để rời quỹ đạo và tiến đến bề mặt của mặt trăng. Moduel LEM sẽ giảm dần độ cao và khi chỉ cách bề mặt mặt trăng vài chục mét LEM sẽ chốt cháy nhiên liệu nhằm giảm tốc độ chỉ còn rất chậm để có thể hạ cánh an toàn trên bề mặt.
Vào lúc 20:17 ngày 20 tháng 7 năm 1969, tàu Apollo 11 đã hạ cánh thành công trên bề mặt của mặt trăng. Và sau 6 tiếng 39 phút chuẩn bị, có nghĩa là 02:56 ngày hôm sau Chỉ Huy nhiệm vụ Neil Armstrong đã bước đi bước chân đầu tiên của con người trên bề mặt của mặt trăng. Ông có một câu nói rất nổi tiếng đó là “This is one small step for man, one giant leap for mankind”. Các phi hành gia sẽ ở trên mặt trăng trong vài tiếng đồng hồ, trong thời gian này 2 phi hành gia ở module LEM sẽ thu thập các mẫu đá trên mặt trăng đồng thời thực hiện các thử nghiệm trong quá trình EVA trên bề mặt của mặt trăng. Bên cạnh đó họ còn phải chuẩn bị cho quá trình trở về với trái đất.
Hành trình trở về
Sau khi hoàn tất các nhiệm vụ trên mặt trăng, và khi này module CSM trên quỹ đạo của mặt trăng cũng đang tiến gần về vị trí hạ cánh của LEM. Đợi CSM tới đủ gần, hai phi hành gia ở LEM sẽ phóng lên để bay vào quỹ đạo của mặt trăng và ráp nối lại hai module LEM và CSM với nhau. Khi bay lên LEM sẽ bỏ lại 1 phần bình nhiên liệu và bộ phận hạ cánh bên dưới nhàm giảm tải cho con tàu. LEM sau đó sẽ tiến gần vào quỹ đạo của CSM và tiến hành ráp nối lại hai module như ban đầu. Khi này hai phi hành gia ở trên LEM sẽ di dời sang CSM cùng với các trang thiết bị cũng như là các vật mẫu thu ở mặt trăng. CSM và LEM sẽ tách ra 1 lần nữa, ở vị trí thích hợp CSM sẽ đốt nhiên liệu để quay về trái đất bỏ lại module LEM trên quỹ đạo của mặt trăng. Khi hết nhiên liệu và đạt đủ tốc độ cần thiết để sượt ngang qua bầu khí quyển của trái đất. CSM sẽ tách bình nhiên liệu ra chỉ để lộ lại module điều khiển hình nón lao vào bầu khí quyển của trái đất. Con tàu khi này sẽ chỉ sượt ngang qua chứ không đâm xầm vào trái đất bởi vì tốc độ lao về phía trái đất là rất nhanh, nếu nhắm thẳng vào mặt đất thì thời gian giảm tốc độ trong bầu khí quyển không đủ để hạ tốc độ xuống mức an toàn để bật dù hạ cánh. Con tàu phải tiếp xúc đúng góc với bầu khí quyển, nếu góc tiếp xúc quá nhỏ con tàu cũng sẽ không giảm được tốc độ và tiếp tục bay ra khỏi bầu khí quyển và đi ra ngoài không gian vô tận.
Khi chạm vào bầu khí quyển của trái đất, các phân tử không khí sẽ ma sát và làm giảm tốc độ của con tàu. Khi này các phân tử sẽ ma sát nhanh đến nỗi làm nóng lớp tiếp xúc của CSM tới 5000 độ F. Vì vậy, các nhà thiết kế đã làm một tấm chắn nhiệt rất lớn bao quanh phía tiếp xúc của CSM. Khi càng đi sâu vào bầu khí quyển, khi này mật độ không khí sẽ càng dày và càng làm con tàu giảm tốc độ của con tàu đi nhanh hơn. Khi tốc độ giảm ở mức phù hợp, CSM sẽ bung dù ra để giảm tốc thêm một lần nữa để con tàu có thể va chạm với mặt nước với một tốc độ an toàn. CSM sẽ thổi các phao lớn ở bên dưới để đảm bảo con tàu sẽ không bị lộn ngược lại dưới nước.
