Drei Faktoren fallen mir bei meiner Lektüre im Laufe der Jahre ein: Hitzeschildintegrität, Einschränkungen des Fluchtturms und Vermeidung von Kraftstoff über dem CM auf dem Pad.

Denken Sie in dieser Antwort daran, dass die Stapelreihenfolge (von oben) Escape Tower (ET) , Command Module (CM) , Service Module (SM) , Lunar Module Shroud, Lunar Module (LM) ist . Sehen Sie sich das vollständige Saturn V-Diagramm oder dieses vereinfachte Diagramm an .

Der ET hebt, um seine eigene Masse minimal zu halten, nur den CM und sich selbst an. Wenn es ausgelöst wird, werden die CM/SM-Verbindungen unterbrochen und die Raketen des ET feuern.

Die CM / SM-Anschlüsse sind alle um den Hitzeschild am CM herumgeführt, keiner von ihnen geht hindurch. Die NASA hat in mehreren Dokumenten erklärt, dass dies die Unversehrtheit des Hitzeschilds bewahren sollte.

Das CM und das SM müssen verbunden werden – die Kapsel ist nur für ein paar Stunden bequemen Betrieb ohne die Unterstützungssysteme des SM geeignet, und die Sicherheitskultur der NASA verhinderte, dass während des Fluges Verbindungen hergestellt wurden, die nicht für die Mission erforderlich waren. (Ein Fehler beim Andocken an das LM wäre per se kein Missionsfehler. Es würde die Landung abbrechen, aber das LM wurde im Wesentlichen nur mit dem CM / SM mitgeschoben.)

Die Ummantelung dient mehreren Zwecken – einer davon ist die Übertragung der Last des ET/CM/SM-Stapels nach unten zum S-IVB. Die Ummantelung verhindert auch eine Beschädigung des LM vor und während des Starts und hält das LM vom SM getrennt, rationalisiert den Stapel und verhindert, dass Tiere versehentlich transportiert werden. Beachten Sie, dass der LM nicht wirklich mit dem SM verbunden ist, während er sich in der Ummantelung befindet – der CM/SM-Stapel trennt sich von der Ummantelung, die sich dann selbst öffnet und den LM freigibt.

Das LM selbst ist ein zweistufiges Design – das Lunar Descent Module und das Lunar Ascent Module.

Alternatives Stapeln

Die NASA hat einige alternative Stapelschemata in Betracht gezogen, aber diese waren nicht für die Apollo CM/SM/LM wie sie gestartet wurden – diese endgültigen Entwürfe waren Konzepte, die lange vor Fertigstellung der Produktionsentwürfe genehmigt wurden. Zwei der drei anderen betrachteten Stapelungen (siehe Link 1) sind eine Diskussion wert.

Ein alternativer Stapel war ein CM/SM/LunarLaunch/LunarLanding-Stapel – keine Andockmanöver im Orbit. Es hätte jedoch eine größere Trägerrakete als die Saturn V benötigt und hätte das Potenzial gehabt, alle drei Astronauten auf einmal auf dem Mond zu verlieren, und hätte nicht das umlaufende CM für die Kommunikationsübertragung und visuelle Bestätigung gehabt. Die Kosten für die Entwicklung einer noch größeren Trägerrakete wurden als unerschwinglich angesehen.

Der zweite ernsthaft in Betracht gezogene alternative Stack bestand darin, den LM separat auf einem zweiten Saturn V zu starten. Dies hätte einen erheblich leistungsstärkeren LEM und auch einen größeren CM ermöglicht. Es wurde jedoch als nicht kosteneffektiv angesehen und daher abgelehnt.

Diskussion und Ausarbeitung

Das CM-Design hätte das LM nicht darüber haben können – es hätte den Fluchtturm zu massiv gemacht, und das Apollo-Projekt wurde bereits fast bis an die Sicherheitsgrenze betrieben. Darüber hinaus hätte dies mehrere Tonnen hochexplosiven Treibstoffs über dem CM unter Last gebracht, was selbst von den (jetzt relativ laxen) Sicherheitsstandards der NASA aus den 1960er Jahren abgelehnt worden wäre.

Der SM kann aus den gleichen Gründen nicht über dem CM gestapelt werden, plus noch mehr Masse.

Dass die Kapsel nicht 2-achsig ausbalanciert sein muss, wurde anscheinend erst später im Programm in den 1970er Jahren berücksichtigt.

Der SM muss in der Lage sein, seine Motoren zu verwenden; Sie werden für Korrekturen in der Mitte des Kurses, das Einfügen in die Mondumlaufbahn und die Transerd-Injektion verwendet. Daher kann der LM nicht unter dem SM gestapelt bleiben, wenn der SM einen einzigen Motor haben soll. Der einzelne Motor ist eine Frage der Einfachheit.

Der LM kann auch nicht als TLI/LOI-Motor verwendet werden – er würde mehr strukturelle Masse erfordern, und der LM-Motor verbleibt auf der Mondoberfläche.

Das LM in der Mitte erfordert das Trennen und erneute Anschließen des CM / SM oder das CM muss abgesehen vom Raketenmotor autark sein oder die Verbindungen müssen um das LM herum verlaufen. aus verschiedenen Gründen war dies nicht praktikabel.

Der historische Stapelmodus war also aus Gründen der Einfachheit die beste Kombination aus Bewohnbarkeit, Sicherheit und Preis für das verfügbare Technologieset.

Verweise

1. https://smartech.gatech.edu/bitstream/1853/8042/3/SSEC_SE2_doc.pdf
2. http://news.bbc.co.uk/dna/place-lancashire/plain/A3770174
3. http://spaceflight.nasa.gov/history/apollo/apollo_mission.swf

Der wahrscheinlich wichtigste Grund ist, dass sie kein Loch durch den Hitzeschild schneiden wollten, aus demselben Grund hat die Sojus das Auf-/Abstiegselement in der Mitte des Stapels , anstatt oben.

Aber das Mondmodul ist nicht sehr robust und benötigte wahrscheinlich die strukturelle Verstrebung für den Start. Hätte also wahrscheinlich nicht gut auf dem Command Module funktioniert. Es hätte das Launch Escape System viel schwieriger oder teurer gemacht.

Sojus ist also Ihr Gegenbeispiel in viel kleinerem Maßstab.

Ich schätze ... während der Mission musste die Reihenfolge geändert werden, damit die Servicemodul-Engine die Lunar Orbit Insertion durchführen konnte. Ist das korrekt?

Das ist einer der Gründe, aber nicht der einzige.

Vor dem TDE-Manöver sind die Module überhaupt nicht verbunden. Nach dem TDE-Manöver sind CM und LM über eine Luftschleuse miteinander verbunden, sodass sich die Astronauten zwischen den beiden bewegen können, ohne eine EVA durchführen zu müssen. Dadurch entfällt ein riskantes, zeitraubendes Prozedere aus dem Einsatz und die Reise wird deutlich komfortabler.

Der Saturn V war mit einem Start-Fluchtsystem ausgestattet. Im Falle einer gefährlichen Fehlfunktion während des Starts befand sich oben auf der Saturn V eine kleinere Rakete, die die Aufgabe hatte, die Besatzungskapsel vom Rest der Rakete wegzuziehen.

Dies konnte nur funktionieren, wenn sich die Besatzung im obersten Teil der Rakete befand. Das LM konnte nur zwei Besatzungsmitglieder beherbergen, daher mussten sich alle Besatzungsmitglieder während des Starts im Kommandomodul befinden, sodass das CM der oberste Teil der Nutzlast sein musste.