أبولو (مركبة فضائية)

تألفت مركبة أبولو الفضائية من ثلاثة أجزاء صُممت لتحقيق هدف برنامج أبولو الأمريكي المتمثل في إنزال رواد فضاء على سطح القمر بحلول نهاية ستينيات القرن الماضي وإعادتهم سالمين إلى الأرض . وتألفت المركبة، التي تُستخدم لمرة واحدة، من وحدة قيادة وخدمة مدمجة (CSM) ووحدة هبوط قمرية (LM). كما أُضيف مكونان آخران لتجميع المركبة الفضائية: محول المركبة الفضائية-وحدة الهبوط القمرية (SLA) المصمم لحماية وحدة الهبوط القمرية من الإجهاد الديناميكي الهوائي أثناء الإطلاق ولربط وحدة القيادة والخدمة بمركبة الإطلاق ساتورن، ونظام الهروب من الإطلاق (LES) لنقل الطاقم الموجود في وحدة القيادة بأمان بعيدًا عن مركبة الإطلاق في حالة حدوث طارئ أثناء الإطلاق.

استند التصميم إلى أسلوب الالتقاء في المدار القمري : حيث أُرسلت مركبتان فضائيتان ملتحمتان إلى القمر ودخلتا مداره. وبينما انفصلت وحدة الهبوط القمرية وهبطت، بقيت وحدة القيادة والخدمة في المدار. وبعد الرحلة القمرية، التقت المركبتان والتحمتا في المدار القمري، وأعادت وحدة القيادة والخدمة الطاقم إلى الأرض. وكانت وحدة القيادة هي الجزء الوحيد من المركبة الفضائية الذي عاد مع الطاقم إلى سطح الأرض.

تم فصل وحدة الدعم الأرضي (LES) أثناء الإطلاق عند وصولها إلى النقطة التي لم تعد هناك حاجة إليها، بينما بقيت وحدة الدعم الأرضي (SLA) متصلة بالمرحلة العليا للمركبة الصاروخية. حملت مركبات الإطلاق ساتورن 1B مركبتين قيادة وخدمة (CSM) غير مأهولتين، ومركبة هبوط قمرية (LM) غير مأهولة، ومركبة قيادة وخدمة مأهولة إلى الفضاء في مهمات أبولو في مدار أرضي منخفض. أطلقت مركبات ساتورن 5 الأكبر حجمًا مركبتين قيادة وخدمة غير مأهولتين في رحلات تجريبية في مدار أرضي مرتفع، ومركبة قيادة وخدمة في مهمة قمرية مأهولة، والمركبة الفضائية كاملة في مهمة مأهولة في مدار أرضي منخفض، وثماني مهمات قمرية مأهولة. بعد انتهاء برنامج أبولو، أُطلقت أربع مركبات قيادة وخدمة على متن مركبات ساتورن 1B لثلاث مهمات إلى مدار أرضي حول الأرض لمركبة سكاي لاب، بالإضافة إلى مشروع اختبار أبولو-سويوز .

كان الجزء الرئيسي من مركبة أبولو الفضائية مركبة تتسع لثلاثة رواد فضاء، مصممة للرحلات المدارية حول الأرض، والرحلات العابرة للقمر، والرحلات المدارية حول القمر، والعودة إلى الأرض. وتألفت هذه المركبة من وحدة قيادة مدعومة بوحدة خدمة ، تم بناؤها بواسطة شركة نورث أمريكان للطيران (التي أصبحت فيما بعد نورث أمريكان روكويل ).

وحدة القيادة (CM)

كانت وحدة القيادة مركز التحكم لمركبة أبولو الفضائية ومقر إقامة روادها الثلاثة. احتوت على مقصورة الطاقم الرئيسية المضغوطة، وأرائك الطاقم، ولوحة التحكم والأجهزة، ونظام التوجيه والملاحة والتحكم الأساسي ، وأنظمة الاتصالات، ونظام التحكم البيئي، والبطاريات، والدرع الحراري ، ونظام التحكم في رد الفعل لتوفير التحكم في الوضع ، وفتحة الالتحام الأمامية، والفتحة الجانبية، وخمس نوافذ، ونظام استعادة المظلة. كانت هذه الوحدة الجزء الوحيد من مركبة أبولو/ساتورن الفضائية الذي عاد إلى الأرض سليمًا.

وحدة الخدمة (SM)

كانت وحدة الخدمة غير مضغوطة، وتضمنت محرك دفع رئيسي ووقودًا فائق الاشتعال للدخول إلى مدار القمر والخروج منه، ونظام تحكم في رد الفعل لتوفير التحكم في الوضع والقدرة على الحركة الانتقالية ، وخلايا وقود تحتوي على الهيدروجين والأكسجين كمواد متفاعلة، ومشعات لتصريف الحرارة الزائدة إلى الفضاء، وهوائي عالي الكسب . كما استُخدم الأكسجين للتنفس، وأنتجت خلايا الوقود الماء للشرب والتحكم البيئي. وفي مهمات أبولو 15 و16 و17، حملت الوحدة أيضًا حزمة أدوات علمية، تضمنت كاميرا مسح وقمرًا صناعيًا فرعيًا صغيرًا لدراسة القمر.

كان جزء كبير من وحدة الخدمة مخصصاً للوقود ومحرك الصاروخ الرئيسي. هذا المحرك، القادر على إعادة التشغيل عدة مرات، كان يُستخدم لوضع مركبة أبولو الفضائية في مدار قمري والخروج منه، كما كان يُستخدم لإجراء تصحيحات المسار في منتصف الطريق بين الأرض والقمر.

بقيت وحدة الخدمة متصلة بوحدة القيادة طوال المهمة. وتم فصلها قبل دخول الغلاف الجوي للأرض مباشرة.

كانت مركبة أبولو القمرية مركبة منفصلة مصممة للهبوط على سطح القمر والعودة إلى مداره، وكانت أول "مركبة فضائية" حقيقية لأنها حلقت بالكامل في فراغ الفضاء. وتألفت من مرحلة هبوط ومرحلة صعود . ووفرت أنظمة دعم الحياة لرائدَي فضاء لمدة تصل إلى أربعة أو خمسة أيام في مهمات أبولو 15 و16 و17. وقد صممت وصنعت هذه المركبة الفضائية شركة غرومان للطائرات .

احتوت مرحلة الهبوط على معدات الهبوط، وهوائي رادار الهبوط، ونظام دفع الهبوط ، والوقود اللازم للهبوط على سطح القمر. كما احتوت على عدة حجرات شحن تُستخدم لنقل أشياء من بينها: حزم تجارب سطح القمر أبولو ( ALSEP) ، وناقلة المعدات المعيارية (MET) (عربة معدات يدوية السحب استُخدمت في أبولو 14 )، والمركبة القمرية الجوالة ( أبولو 15 و 16 و 17 )، وكاميرا تلفزيونية سطحية، وأدوات سطحية، وصناديق جمع عينات قمرية.

احتوت مرحلة الصعود على مقصورة الطاقم، ولوحات الأجهزة، وفتحة علوية / منفذ إرساء، وفتحة أمامية، وأنظمة توجيه بصرية وإلكترونية ، ونظام التحكم في رد الفعل، وهوائيات الرادار والاتصالات، ومحرك صاروخ الصعود والوقود اللازم للعودة إلى مدار القمر والالتقاء بوحدات القيادة والخدمة الخاصة ببرنامج أبولو.

كان محول المركبة الفضائية إلى وحدة الهبوط القمرية (SLA)، الذي بنته شركة نورث أمريكان أفييشن (روكويل)، عبارة عن هيكل مخروطي من الألومنيوم يربط وحدة الخدمة بمرحلة صاروخ ساتورن S-IVB . كما أنه يحمي وحدة الهبوط القمرية، وفوهة محرك نظام الدفع الخاص بالخدمة، والوصلة السرية بين مركبة الإطلاق ووحدة الخدمة أثناء الإطلاق والصعود عبر الغلاف الجوي. ^{[ 1 ]}

كانت وحدة SLA تتكون من أربع لوحات ثابتة بارتفاع 7 أقدام (2.1 متر) مثبتة بمسامير على وحدة الأجهزة الموجودة أعلى منصة S-IVB، والتي كانت متصلة عبر مفصلات بأربع لوحات بارتفاع 21 قدمًا (6.4 متر) تفتح من الأعلى على غرار بتلات الزهور.  

صُنعت وحدة SLA من مادة ألومنيوم على شكل قرص العسل بسماكة 43 مم (1.7 بوصة ) . ^{[ 2 ]} غُطّي السطح الخارجي لوحدة SLA بطبقة رقيقة ( 0.76-5.08 مم أو 0.03-0.2 بوصة ) من الفلين، وطُلي باللون الأبيض لتقليل الإجهادات الحرارية أثناء الصعود. ^{[ 3 ]}   

تم تثبيت وحدة الخدمة على شفة في أعلى الألواح الطويلة، ووُفرت الطاقة لنظام الألعاب النارية الاحتياطية المتعددة (SLA) عبر كابل. ولأن فشل الانفصال عن المرحلة S-IVB قد يُعرّض الطاقم لخطر البقاء عالقًا في المدار، فقد استخدم نظام الفصل مسارات إشارة متعددة، وصواعق متعددة، وشحنات متفجرة متعددة، حيث يؤدي تفجير شحنة واحدة إلى تفجير شحنة أخرى حتى في حال تعطل الصاعق الموجود على تلك الشحنة.

نقل CSM، والالتحام، واستخراج LM

يتم التخلص من لوحات المحولات ويتم تدوير وحدة التحكم المركزية 180 درجة

تلتحم وحدة القيادة والخدمة (CSM) بالمركبة القمرية (LM) وتسحبها بعيدًا عن المرحلة الثالثة من صاروخ ساتورن 5.

فور وصول رواد الفضاء إلى الفضاء، ضغطوا زر "فصل وحدة القيادة والخدمة/المركبة الفضائية" على لوحة التحكم لفصل وحدة القيادة والخدمة عن المركبة الفضائية. ثم أُشعل فتيل التفجير حول الحافة الفاصلة بين وحدة القيادة والخدمة ووحدة الإطلاق، وعلى طول الوصلات بين ألواح وحدة الإطلاق الأربعة، مما أدى إلى تحرير وحدة القيادة والخدمة وفصل الوصلات بين الألواح. بعد ذلك، انطلقت محركات الدفع النارية الاحتياطية المزدوجة في الطرف السفلي لألواح وحدة الإطلاق لتدويرها حول المفصلات بسرعة تتراوح بين 30 و60 درجة في الثانية.

في جميع رحلات أبولو 7 ، ظلت ألواح وحدة الهبوط الفضائية (SLA) متصلة بمفصلات وحدة الهبوط الفضائية (S-IVB) وتُفتح بزاوية 45 درجة، كما هو مُصمم أصلاً. ولكن أثناء تدريب طاقم أبولو 7 على الالتحام بوحدة الهبوط الفضائية (S-IVB/SLA) التي تحتوي على نموذج محاكاة للالتحام، لم تُفتح إحدى الألواح بزاوية 45 درجة كاملة، مما أثار مخاوف بشأن احتمال اصطدام المركبة الفضائية بألواح وحدة الهبوط الفضائية أثناء الالتحام واستخراج وحدة الهبوط القمرية (LM) في مهمة قمرية. وقد شبّه والي شيرا هذا الوضع بـ"التمساح الغاضب" من مهمة جيميني 9. أدى ذلك إلى إعادة تصميم النظام باستخدام نظام تحرير مفصلي زنبركي يُحرر الألواح بزاوية 45 درجة ويدفعها بعيدًا عن وحدة الهبوط الفضائية (S-IVB) بسرعة حوالي 8 كيلومترات في الساعة ، مما يضعها على مسافة آمنة بحلول الوقت الذي يسحب فيه رواد الفضاء وحدة القيادة والخدمة (CSM)، ويديرونها 180 درجة، ثم يعودون للالتحام.  

كانت المركبة القمرية متصلة بوحدة التحكم في المركبة الفضائية (SLA) في أربع نقاط حول الألواح السفلية. بعد أن قام رواد الفضاء بربط وحدة القيادة والخدمة (CSM) بالمركبة القمرية، قاموا بتفجير شحنات كهربائية لفصل هذه الوصلات، ثم قطعت مقصلة الحبل السري بين المركبة القمرية ووحدة الأجهزة . بعد انفجار الشحنات، دفعت النوابض المركبة القمرية بعيدًا عن وحدة التحكم في المركبة الفضائية (S-IVB)، وأصبح بإمكان رواد الفضاء مواصلة رحلتهم إلى القمر.

تم بناء نظام الهروب من إطلاق أبولو (LES) بواسطة شركة لوكهيد للدفع . وكان الغرض منه هو إجهاض المهمة عن طريق سحب وحدة القيادة (CM) بعيدًا عن مركبة الإطلاق في حالة الطوارئ، مثل حريق في منصة الإطلاق قبل الإطلاق، أو فشل في التوجيه، أو عطل في مركبة الإطلاق من المحتمل أن يؤدي إلى انفجار وشيك.

تضمن نظام الهبوط الإلكتروني (LES) ثلاثة أسلاك تمتد على طول الهيكل الخارجي لمركبة الإطلاق. في حال فقدان الإشارات من أي سلكين، يتم تفعيل النظام تلقائيًا. ^{[ 4 ]} كما يمكن للقائد تفعيل النظام يدويًا باستخدام أحد مقبضي التحكم في الحركة، واللذين يتم ضبطهما على وضع إجهاض خاص للإطلاق. عند التفعيل، يُطلق نظام الهبوط الإلكتروني صاروخًا للهروب يعمل بالوقود الصلب، ويفتح نظامًا جانبيًا لتوجيه وحدة القيادة بعيدًا عن مسار مركبة الإطلاق المتعثرة. بعد ذلك، ينفصل نظام الهبوط الإلكتروني، وتهبط وحدة القيادة باستخدام نظام استعادة المظلة .

إذا حدث طارئ على منصة الإطلاق، فإن نظام LES سيرفع وحدة التحكم إلى ارتفاع كافٍ للسماح لمظلات الاستعادة بالانتشار بأمان قبل ملامسة الأرض.

في حال عدم وجود حالة طارئة، كان يتم التخلص من نظام الإطلاق الاحتياطي (LES) بشكل روتيني بعد حوالي 20 أو 30 ثانية من إشعال المرحلة الثانية من مركبة الإطلاق، باستخدام محرك صاروخي منفصل يعمل بالوقود الصلب من إنتاج شركة ثيوكول الكيميائية . وكانت عمليات الإجهاض بعد هذه المرحلة تتم بدون نظام الإطلاق الاحتياطي. وقد تم حمل نظام الإطلاق الاحتياطي، ولكن لم يُستخدم قط، في أربع رحلات أبولو غير مأهولة، وخمس عشرة رحلة مأهولة ضمن برنامج أبولو، وسكايلاب ، ومشروع اختبار أبولو-سويوز .

المكونات الرئيسية

مخروط الأنف وكرة كيو

احتوى مخروط أنف صاروخ الإطلاق LES على مجموعة من 8 أنابيب بيتوت لقياس الضغط في هيكل يُعرف باسم "كرة Q". كانت هذه المستشعرات متصلة بوحدة القيادة (CM) وحواسيب توجيه مركبة الإطلاق ساتورن، مما يسمح بحساب الضغط الديناميكي (q) أثناء الطيران في الغلاف الجوي، وكذلك زاوية الهجوم في حالة الإجهاض. ^{[ 5 ]}

غطاء كرة كيو

وُضِع غطاء من الستايروفوم، أُزيل قبل الإطلاق بثوانٍ معدودة، لحماية أنابيب بيتوت من الانسداد بالحطام. ^{[ 6 ]} قُسِّم الغطاء إلى نصفين عموديًا وثُبِّت معًا بشريط مطاطي عرضه 51 ملم . وُضِعت شفرة حلاقة خلف الشريط المطاطي، محصورة بين نصفي الغطاء. وُصِل سلك كهربائي بأعلى وأسفل شفرة الحلاقة وبنصفي الغطاء. مُرِّر السلك عبر بكرة على رافعة رأس المطرقة أعلى برج الإطلاق (LUT) وصولًا إلى أنبوب على الجانب الأيمن من مستوى 110 أمتار (360 قدمًا) في برج الإطلاق. وُصِل السلك بثقل أسطواني داخل أنبوب. استقر الثقل على ذراع يتحكم به صمام لولبي هوائي. عند تشغيل الصمام من مركز التحكم بالإطلاق، أدى ضغط غاز النيتروجين (GN2) البالغ 600 رطل لكل بوصة مربعة (4100 كيلو باسكال) إلى تدوير الرافعة لأسفل، مما سمح للثقل بالسقوط داخل الأنبوب. سحب الثقل الساقط الكابل، الذي بدوره سحب الشفرة قاطعًا الشريط المطاطي، ثم سحب الكابل نصفي الغطاء بعيدًا عن مركبة الإطلاق. ويُعزى التصميم المعقد لنظام الأمان هذا إلى أن نظام الهروب من الإطلاق، الذي يعتمد على بيانات كرة Q، كان يُفعّل قبل الإطلاق بخمس دقائق، لذا كان سحب غطاء كرة Q جزءًا بالغ الأهمية في حالة إجهاض الإطلاق من منصة الإطلاق.    

مجموعة الكانارد ومحرك تغيير زاوية الميل

عملت هذه الأنظمة مجتمعةً لتوجيه المركبة الفضائية بعيدًا عن مسارها المستقيم وإلى الجانب أثناء حالات الطوارئ. وهذا من شأنه أن يوجهها بعيدًا عن مسار مركبة الإطلاق المتفجرة، كما يوجهها للهبوط على جانب منصة الإطلاق وليس في وسطها.

محرك الهروب

يقع محرك الصاروخ الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب داخل أنبوب طويل، مع أربع فوهات عادم مثبتة أسفل غطاء مخروطي. من شأن هذا أن يسحب وحدة القيادة بسرعة بعيدًا عن حالة الطوارئ أثناء الإطلاق.

محرك إطلاق البرج

محرك أصغر يعمل بالوقود الصلب مزود بفوهتي عادم، مثبت داخل الأنبوب، فوق محرك الهروب. وقد أدى ذلك إلى إطلاق نظام الهروب من الإطلاق بالكامل بعد انتهاء الحاجة إليه، وذلك بعد فترة من اشتعال المرحلة الثانية.

برج النجاة

هيكل شبكي من الأنابيب يربط غطاء محرك الهروب بوحدة التحكم المركزية.

غطاء حماية بوست

هيكل مخروطي مجوف من الألياف الزجاجية يحمي حجرة المظلة في وحدة القيادة ويوفر غطاءً انسيابيًا فوق نفق الالتحام والمسبار. بعد اكتشاف تآكل نوافذ الطيار نتيجة عادم محرك الهروب خلال اختبارات الطيران المبكرة لمحرك الهروب، أُضيف غطاء واقٍ خلفي يحيط بالسطح العلوي بالكامل لوحدة القيادة.

يُمكن الاطلاع على تفاصيل مصير جميع وحدات القيادة ووحدات الخدمة غير المستخدمة في برنامج أبولو على الرابط التالي: Apollo command and service module#CSMs produced . وقد احترقت جميع وحدات الخدمة المستخدمة في الغلاف الجوي للأرض عند انتهاء المهمات. أما تفاصيل مصير جميع وحدات الهبوط على سطح القمر، فيُمكن الاطلاع عليها على الرابط التالي: Apollo Lunar Module#Lunar modules produced .

• نورث أمريكان روكويل، "مرجع أخبار وحدة قيادة أبولو"، 1968.
• ناسا TN D-7083: نظام الدفع للهروب من الإطلاق
• دليل عمليات أبولو - بيانات الأنظمة الفرعية لوحدة القمر

• تقرير ناسا JSC-03600 أبولو/سكايلاب ASTP ومركبة المكوك المدارية الرئيسية ، التقرير النهائي، مارس 1978؛ تقرير ناسا الذي يسرد مصائر جميع الصواريخ والمركبات الفضائية المستخدمة في أبولو، وسكايلاب، ومشروع اختبار أبولو-سويز، ومهام المكوك المبكرة، اعتبارًا من عام 1978.
• اقتراح أبولو دي-2 من شركة جنرال إلكتريك ، موسوعة رواد الفضاء