Как испытывали стартовую ступень лунного модуля?

Краткий ответ: Лунный модуль готовился к старту с Луны в многочисленных наземных испытаниях и трех летных: на околоземной орбите без людей (Apollo 5), с людьми (Apollo 9) и окололунной орбите с экипажем (Apollo 10).

Вся космическая техника проходит на Земле предстартовую проверку, но нельзя подготовиться ко всем условиям космоса, не летая туда. Условия на поверхности Земли и на Луне так различаются, что некоторые испытания были бы бессмысленны. Например, тяга маршевого двигателя стартовой ступени лунного модуля Apollo — 1,6 т, а вес ступени на Земле — 4,7 т, т.е. корабль просто не оторвался бы от нижней ступени, если бы на Земле попытались запустить полностью снаряженный для лунного полета корабль. Поэтому испытания начинают с проверки отдельных систем, затем прототипов, а потом запускают в космос.

В успешном полете Apollo 11 участвовал пятый фактически произведенный лунный модуль.

Испытания полностью готовых лунных модулей:

• LM1 полетел на околоземную орбиту в рамках испытательного полета Apollo 5 без посадочных ног и с алюминиевыми заглушками вместо иллюминаторов;
• LM2 остался на Земле и участвовал в наземных испытаниях;
• LM3 совершил пилотируемый околоземный полет Apollo 9;
• LM4 приблизился к Луне на 15 км на Apollo 10, но без посадки.

Первое полноценное испытание лунного модуля в космосе прошло на околоземной орбите во время полета Apollo 9 в марте 1969 года. Два полностью готовых корабля — корабль Apollo и лунный модуль — были запущены ракетой Saturn V на высоту около 200 км над Землей. В программе полета Apollo 9 закладывалась наиболее полная проверка всех этапов полета к Луне, включая стыковку командного и лунного модулей, отделение от третьей ступени, запуск третьей ступени по траектории полета к Луне. Испытания лунного модуля включали его отделение от командного модуля, автономный полет с двумя астронавтами на расстояние в десятки километров, изменение высоты орбиты, отделение нижней ступени и автономный полет верхней ступени лунного модуля с последующей стыковкой с командным модулем. Так было испытано взаимодействие систем навигации и связи, радаров причаливания и стыковки двух кораблей.

Стоит отметить высокий риск такого испытания, ведь лунный модуль не имел возможности самостоятельно вернуться на Землю и любой сбой в навигации или системах стыковки угрожал его экипажу.

В полете Apollo 10 испытания обеих ступеней лунного модуля продолжились, но уже на окололунной орбите. Программа полета была максимально близка к программе высадки на Луну, лишь за тем исключением, что лунный модуль не спускался ниже десятикилометровой орбиты. В остальном корабли и экипаж опробовали все необходимые операции расстыковки, снижения орбиты, отделения нижней ступени лунного модуля, возвращения верхней ступени лунного модуля на опорную окололунную орбиту и стыковку с командным модулем.

Как испытывался двигатель стартовой ступени лунного модуля?

Лунный модуль оборудовался маршевыми двигателями довольно простой конструкции. Никаких турбонасосных агрегатов, никакой активной системы охлаждения камеры сгорания и сопла, никаких систем зажигания на двигателе просто не предусматривалось. Подача топлива вытеснительная, т.е. гелий, сжатый в баллоне под большим давлением, выдавливал топливные компоненты из баков в камеру сгорания, где они воспламенялись от взаимодействия друг с другом. Охлаждение камеры сгорания обеспечивалось абляцией: стеклопластиковая обкладка внутренних стенок камеры просто «сгорала» и продукты горения уносились через сопло вместе с ракетными газами, что предохраняло стенки от перегрева.

Двигатели лунного модуля проходили испытания как в обычных земных условиях, на уровне моря, так и в специальных условиях «высотного теста». «Высотный тест» предусматривал испытания в камере с пониженным давлением, как на высоте 27 км. Хотя это еще далеко до лунного вакуума, но позволяет добиться большего сходства с космическими условиями.

До первых полетов вся двигательная установка, включая маршевый двигатель и 16 малых двигателей ориентации, проходила проверку на испытательном полигоне NASA White Sands. Для примера приведена программа испытаний двигательной установки на первом прототипе PA-1 стартовой ступени лунного модуля.

Сводная таблица испытаний двигательной установки на первом прототипе лунного модуля (PA-1) на испытательном полигоне White Sands

Летные экземпляры двигателей, которые устанавливались на лунные модули для посадки и старта с Луны, не проходили предполетных включений, хотя гидравлические испытания (когда через топливную систему прогоняют имитатор топлива) проходили на двигателе Apollo 9. Но их простая конструкция и большой объем испытаний прототипов серийных двигателей внушал уверенность, что работа двигателей пройдет без замечаний или с минимальными отклонениями. Так в результате и получилось.