Apollo (Raumschiff)
North American Apollo CSM
Apollo-15 (CSM-112) in der Mondumlaufbahn
Apollo CSM-112 (Apollo 15) in der Mondumlaufbahn
Beschreibung
Verwendung: Erd- und Mondumlaufbahn
Besatzung: 3: Kommandant, CSM Pilot, LM Pilot
Abmessungen
Höhe: 11,03 m
Durchmesser: 3,90 m
Volumen: 6,17 m³
Massen
CM: 5.809 kg
SM: 24.523 kg (vollgetankt)
Gesamt: 30.332 kg
Triebwerke
CM Steuerdüsen (N2O4/UDMH) 12 x 412 N
SM Steuerdüsen (N2O4/UDMH) 16 x 441 N
Hauptantrieb
(N2O4/UDMH)
1 x 97,86 kN
Einsatzdaten
Missionsdauer: 14 Tage (200 Erdumkreisungen)
Apogäum: 386,242 km
Perigäum: 160 km
Delta v: 2804 m/s
Apollo CSM Diagramm
CSM mit Rettungsrakete (LES) (NASA)
CSM mit Rettungsrakete (NASA)
North American Apollo CSM

Das Apollo-Raumschiff wurde im Rahmen des Apollo-Programms von North American Aviation entwickelt. Es besteht aus zwei Komponenten: dem Kommandomodul (CM) und dem Servicemodul (SM). Die Kombination (CSM) wurde erst kurz vor dem Wiedereintritt in die Erdatmosphäre getrennt. Nur das CM mit den drei Astronauten ist für eine Wasserung im Meer ausgerüstet.

Inhaltsverzeichnis

Kommandomodul (CM)

Das CM hat eine Masse von 5900 kg bei einer Höhe von 3,23 m und einen Durchmesser von 3,91 m.

Vorderteil

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

Mittelteil

Schnittbild des Apollo-CM

Dort befindet sich die druckfeste Kabine für die Astronauten. Darin sind die Hauptinstrumententafel zur Kontrolle und Steuerung des Raumschiffs, die Lebenserhaltungssysteme und einige Materialschränke untergebracht. Es gibt fünf kleine Fenster und seitlich die Luke für den Ein- und Ausstieg. Die Lebenserhaltungssysteme kontrollieren die Kabinenatmosphäre und halten die Temperatur bei 22 Grad. Während des Fluges besteht sie aus reinem Sauerstoff bei einem Drittel des Drucks auf der Erde. Nur in der Startphase wird, nach den leidvollen Erkenntnissen aus der Katastrophe mit Apollo 1, 40% Stickstoff hinzugefügt. An Bord befinden 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 sind zehn weitere Steuerdüsen des Lagekontrollsystems für den Wiedereintritt, deren Treibstoff sowie Helium- und Wassertanks untergebracht. Die Struktur besteht hier aus dreieckigen Rippen, die auf der den Fallschirmen gegenüberliegenden Seite verformbar ausgelegt sind und im Fall einer Landung auf Land den Aufprall dämpfen.

Instrumente des CM

Der Hauptteil der Instrumente befindet sich auf der Hauptkontrolltafel, gegenüber den drei Liegen der Astronauten. Die Lebenserhaltungssysteme sind auf der linken Seite des Moduls angebracht. Die Entsorgungssysteme auf der rechten Seite. Die Astronauten können das Raumschiff mittels an zwei der drei Liegen angebrachten Handcontrollern (Flysticks) steuern und stabilisieren. Die Hauptkontrollkonsole unterteilt sich in drei Bereiche. Sie sind so konstruiert, dass sie von den Astronauten auch mit Handschuhen bedient werden können.

Instrumententafel des CM
  • Die Flugkontrolle befindet sich auf der linken Seite, dem Platz des Kommandanten. Dazu gehören 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 ist am Navigationsteleskop angebracht. Von diesem Platz aus werden die beiden Dockingmanöver in der Mondtransferbahn bzw. in der Mondumlaufbahn durchgeführt.
  • In der Mitte sitzt der Pilot des Kommandomoduls. In seinem Bereich befinden sich die Warnsysteme sowie die Kontrollinstrumente für Lebenserhaltung und die Tanks. Am Fußende des Sitzes befinden sich die optischen Navigationsinstrumente, die im Flug mehrfach benutzt werden, um vor Kurskorrekturen den Kreiselkompass (IMU - Inertial Measurement Unit) zu justieren. Darunter ist auch ein fest eingebauter Space Sextant zur Positionsbestimmung sowie ein Teleskop. Die Bauform dieses Sextanten weicht allerdings von den gewöhnlichen Geräten ab. Ohne diesen Sextanten wäre Apollo 16 in ernste Schwierigkeiten geraten, da auf dieser Mission das elektronische Navigationssystem ausgefallen war. An diesem Arbeitsplatz befindet sich auch das andere Bedienteil für den Computer.
  • Auf der rechten Seite sitzt der Pilot der Mondlandefähre. In seinem Segment sind die Kontrollsysteme für Kommunikation, Elektrik, Datenspeicher und Brennstoffzellen angebracht.

Hitzeschild der Landekapsel

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

Servicemodul (SM)

Explosionsdarstellung des Servicemoduls
Steuerdüsen (RCS) am Servicemodul

Das SM ist eine zylinderförmige, 7,50 m lange und 3,91 m durchmessende Konstruktion. Es enthält die elektrischen, Lebenserhaltungs- und Kommunikationssysteme. Unterteilt ist es in eine Mittel- sowie weitere 6 Außensektionen. Darin befinden sich Tanks für den Antrieb, die Lageregelung, die Stromerzeugung und die Lebenserhaltungssysteme; die Steuertriebwerke und das Haupttriebwerk. An der Außenseite befinden sich vier Baugruppen mit je vier Steuerdüsen, Positionslichter, drei Antennen und vier Parabolantennen für die Kommunikation und die Radar-Transponder.

Struktur

Verbindung des CM mit dem SM bei Apollo 6

Die Struktur des Servicemoduls besteht aus einem inneren Zylinder mit einem Durchmesser von etwa einem Meter, umgeben von einem äußeren Zylinder von 3,91 m Durchmesser. Trennwände teilen den Raum zwischen innerem und äußerem Zylinder in sechs Sektoren auf. Vorne und hinten werden die Zylinder durch Schotts abgeschlossen. Alle Teile sind aus gefrästen Aluminiumplatten gefertigt. Der innere Zylinder enthält zwei kugelförmige Tanks mit Helium unter hohem Druck.

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

  • Sektor 1 ist ein 50°-Segment und war anfangs unbenutzt. Nach dem Unglück 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 umfasst 70° und wird für den ersten, größeren Oxidatortank verwendet. Dieser wird als "Auffangtank" (sump tank) bezeichnet. Der Tank ist 3,90 m hoch bei einem Durchmesser von 1,30 m und enthält 6315 kg des Oxidators.
  • Sektor 3 ist ein 60°-Segment und enthält den zweiten Oxidatortank, den "Lagertank" (storage tank). Der Oxidator aus diesem Tank gelangt zunächst in den Auffangtank und von dort zum Triebwerk. Dieser Tank ist 3,92 m lang, hat 1,14 m Durchmesser und enthält weitere 5118 kg.
  • Sektor 4 ist wieder ein 50°-Segment. Im oberen Teil sind die drei Brennstoffzellen untergebracht, darunter die zwei Tanks mit superkritischem Sauerstoff für die Brennstoffzellen und die Lebenserhaltungssysteme. Ganz unten befinden sich zwei Tanks mit superkritischem Wasserstoff für die Brennstoffzellen.
  • Sektor 5, ein 70° Segment enthält den Brennstoff-Auffangtank. Es wird das gleiche zweistufige Konzept verwendet. Bei gleicher Größe wie sein gegenüberliegendes Gegenstück enthält dieser Tank 3950 kg Brennstoff.
  • Sektor 6 ist ein weiteres 60°-Segment für den Brennstoff-Lagertank. Er enthält weitere 3200 kg Brennstoff.

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

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

Triebwerk

Schema des Antriebs

Das Triebwerk des SM, das AJ10-137 entwickelt von der Aerojet-General Corporation, erzeugt einen Schub von 97,5 kN und ist für maximal 50 Zündvorgänge ausgelegt. Als Brennstoff wird Aerozin 50 verwendet, eine Mischung aus 50% Hydrazin und 50% Unsymmetrischem Dimethylhydrazin, als Oxidator kommt Distickstofftetroxid zum Einsatz, lagerfähige hypergole Treibstoffe. Eine Zündung im eigentlichen Sinn mittels Funke erfolgt nicht. Durch die Reaktion der beiden Flüssigkeiten erfolgt die Zündung. Das Triebwerk hat keine Pumpe. Vielmehr wird der Brennstoff und der Oxidator durch Helium als Treibgas aus ihren Tanks in die Brennkammer gepresst. Das gesamte Triebwerk und die Triebwerksdüse haben eine Länge von 3,90 m und wiegen zusammen 293 kg. Allein die Düse ist 2,80 m lang und hat einen Durchmesser von 2,10 m.

Tanks

Zwei Brennstofftanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 7,2 t, und zwei Oxidatortanks mit einem Fassungsvermögen von insgesamt 11,4 t (s.o.) versorgen das Triebwerk. Allein diese Treibstoffe machen mehr als 75% der Gesamtmasse des SM aus. Die zwei kugelförmigen Heliumtanks für die Druckgasförderung befinden sich im Mittelteil des Moduls. Zwei weitere Tanks mit einem Volumen von jeweils 144 l liefern den Sauerstoff für die Brennstoffzellen und die Lebenserhaltung. Zudem gibt es für die Brennstoffzellen zwei Wasserstofftanks mit einem Volumen von jeweils 13 l. Das Unglück bei Apollo 13 war auf ein defektes Heizungselement in einem der Sauerstofftanks zurückzuführen, welches bereits früher in einem Raumschiff eingesetzt, vor dem Start des früheren Raumschiffs jedoch wieder entfernt und trotz des Defektes bei Apollo 13 verwendet wurde.

Stromversorgung des CSM

Drei alkalische Brennstoffzellen sind für die Stromerzeugung und Versorgung des Raumschiffs verantwortlich. Sie produzieren neben dem Strom noch Wärme und Trinkwasser. Weiterhin liefern Silberoxid-Zink-Batterien 1,5 kW Strom und gewährleisten die Versorgung während des Wiedereintritts und der Landung. Zwei weitere Silber-Zinkoxid-Batterien im CM liefern 28 Watt und lösen die Explosionen in den Sprengbolzen für die Trennung der dritten Raketenstufe, für die Trennung von CM und SM sowie die der Rettungsrakete (LES) aus. Sie sind auch für die Auslösung der Fallschirme zuständig. Insgesamt benötigt das CSM eine elektrische Leistung von 2000 W.

Da bei den Skylab-Missionen das Raumschiff für längere Zeit inaktiv sein musste, wurden die entsprechenden Exemplare CSM-116 bis CSM-119 nicht mit Brennstoffzellen, sondern mit Batterien ausgerüstet.

Die einzelnen Apollo-Raumschiffe

Block I
Seriennummer verwendet für Startdatum Verbleib
CSM-001 Testgerät wahrscheinlich verschrottet
CSM-002 A-004 20. Januar 1966 Kommandokapsel ausgestellt in der Cradle of Aviation, Long Island, New York
CSM-004 statische Tests, Hitzetests verschrottet
CSM-006 verschrottet
CSM-007 verschiedene Tests, u.a. akustische Vibrationen und Falltests Kommandokapsel ausgestellt im Museum of Flight, Seattle, Washington
CSM-008 für Hitze- und Vakuumtests verschrottet
CSM-009 AS-201 und Falltests 26. Februar 1966 Kommandokapsel ausgestellt im Strategic Air & Space Museum, Ashland, Nebraska
CSM-010 Kommandokapsel ausgestellt im U.S. Space & Rocket Center, Huntsville, Alabama
CSM-011 AS-202 25. August 1966 Kommandokapsel ausgestellt im National Air & Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-012 Apollo 1; Kommandokapsel durch Feuer zerstört Kommandokapsel verwahrt im Langley Research Center, Hampton, Virginia
CSM-014 Kommandokapsel demontiert im Rahmen der Apollo-1-Untersuchung. Service Module (SM-014) flog mit Apollo 6 4. April 1968
CSM-017 Apollo 4 9. November 1967 Kommandokapsel ausgestellt im Stennis Space Center, Bay St. Louis, Mississippi
CSM-020 CM-020 wurde zusammen mit SM-014 für Apollo 6 verwendet, nachdem SM-020 durch eine Explosion zerstört wurde 4. April 1968 Kommandokapsel ausgestellt im Fernbank Science Center, Atlanta
Block II
Seriennummer verwendet für Startdatum Verbleib
CSM-098 für Hitze- und Vakuumtests Raumschiff ausgestellt im Academy of Science Museum, Moskau (evtl. steht dort aber auch nur ein Modell)
CSM-099 Belastungstests evtl. verschrottet, vielleicht aber auch zerlegt im National Air & Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-100 Belastungstests evtl. aufbewahrt im National Air & Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-101 Apollo 7 11. Oktober 1968 Kommandokapsel ausgestellt im National Museum of Science & Technology, Ottawa, Kanada
CSM-102 Testgerät im Kennedy Space Center evtl. aufbewahrt im National Air and Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-103 Apollo 8 21. Dezember 1968 Kommandokapsel ausgestellt im Museum of Science and Industry in Chicago
CSM-104

Gumdrop

Apollo 9 3. März 1969 Kommandokapsel ausgestellt im San Diego Aerospace Museum
CSM-105 Vibrationstests und Demonstration für Apollo-Sojus-Projekt Kommandokapsel ausgestellt im National Air and Space Museum, Washington (D.C.) als Apollo-Sojus-Projekt
CSM-106

Charlie Brown

Apollo 10 18. Mai 1969 Kommandokapsel ausgestellt im Science Museum, London
CSM-107

Columbia

Apollo 11 16. Juli 1969 Kommandokapsel ausgestellt im National Air & Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-108

Yankee Clipper

Apollo 12 14. November 1969 Kommandokapsel ausgestellt im Virginia Air & Space Center, Hampton, Virginia
CSM-109

Odyssey

Apollo 13 11. April 1970 Kommandokapsel ausgestellt im Kansas Cosmosphere and Space Center
CSM-110

Kitty Hawk

Apollo 14 31. Januar 1971 Kommandokapsel ausgestellt im United States Astronaut Hall of Fame, Titusville, Florida
CSM-111 Apollo-Sojus-Projekt 15. Juli 1975 Kommandokapsel ausgestellt im Kennedy Space Center Visitor's Complex
CSM-112

Endeavour

Apollo 15 26. Juli 1971 Kommandokapsel ausgestellt im National Museum of the United States Air Force, Wright-Patterson Air Force Base, Dayton, Ohio
CSM-113

Casper

Apollo 16 16. April 1972 Kommandokapsel ausgestellt im U.S. Space & Rocket Center, Huntsville, Alabama
CSM-114

America

Apollo 17 7. Dezember 1972 Kommandokapsel ausgestellt im Lyndon B. Johnson Space Center, Houston, Texas
CSM-115 -- Nicht fertiggestellt. Ausgestellt als Teil der Saturn V im Lyndon B. Johnson Space Center, Houston
CSM-115a -- nicht fertiggestellt
CSM-116 Skylab 2 25. Mai 1973 Kommandokapsel ausgestellt im National Museum of Naval Aviation auf der Naval Air Station Pensacola, Florida
CSM-117 Skylab 3 28. Juli 1973 Kommandokapsel ausgestellt im Glenn Research Center, Cleveland, Ohio
CSM-118 Skylab 4 16. November 1973 Kommandokapsel ausgestellt im National Air & Space Museum, Washington (D.C.)
CSM-119 Bereitgehalten als Rettungsraumschiff für Skylab und als Reserve für das Apollo-Sojus-Projekt Ausgestellt im Kennedy Space Center

Siehe auch

Einzelnachweise


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