Mondlandefähre

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Apollo 16 - LEM "Orion" nach dem Abkoppeln zur Mondlandung

Die Mondlandefähre (-LM- für Lunar Module, oder auch -LEM- für Lunar Excursion Module) ist ein ab 1963 von der Firma Grumman für die NASA im Rahmen des Apollo-Programms entwickeltes Raumfahrzeug zur Landung auf dem Mond. Die Vorplanungen der NASA gehen allerdings schon bis ins Jahr 1960 zurück. Insgesamt wurden 16 Stück hergestellt.

Inhaltsverzeichnis

1 Allgemein
2 Entwicklung
3 Technische Daten
4 Abstiegsstufe (DS)
- 4.1 Triebwerk der Abstiegsstufe
5 Aufstiegsstufe (AS)
- 5.1 Triebwerk der Aufstiegsstufe
6 Mondauto
7 Klimasystem
8 Historie der 16 Mondlandefähren
9 Weblinks

[Bearbeiten] Allgemein

Um Menschen auf den Mond zu bringen, gab es die verschiedensten Szenarien, die in der Frühphase des Apollo-Projekts durchdacht wurden. Relativ schnell kam die NASA von einem komplett auf dem Mond landenden Raumfahrzeug hin zu einem geteilten System, bei dem ein Astronaut in der "Rückkehrkapsel" um den Mond kreist und ein gesondertes "Landefahrzeug" mit zwei Astronauten zur Mondexkursion genutzt werden soll.

[Bearbeiten] Entwicklung

Entwicklung der Landefähre zwischen 1962 und 1969

Lunar Modul - Mondlandefähre

Übungslandefähre 1964 auf der Edwards Air Force Base

Im Jahre 1963 erging dann der Auftrag zum Bau der Landefähre an die Firma Grumman in Bethpage, New York. Thomas J. Kelly, der schon die Frühstudien zur Entwicklung des LM begleitete, wird im allgemeinen als der Vater der Landefähre bezeichnet. Wie er allerdings selbst sagte, war das LM eine Gemeinschaftsproduktion vieler. Beispielsweise waren auch die zukünftigen Apollo-Astronauten an der Entwicklung und Konstruktion beteiligt, da sie das LM ja letztendlich fliegen und landen mussten. Hauptsächlich waren dies Scott Carpenter, Charles Conrad und Donn Eisele.

Das LM war das größte bemannte Raumfahrzeug, das bis dahin je entwickelt und gebaut wurde. Im Inneren der Landefähre musste für zwei Astronauten Platz genug vorhanden sein, um das LM evtl. auch manuell zu fliegen und zu landen (dies sollte im Stehen passieren). Die Insassen mussten sich die Raumanzüge an- und auch wieder ausziehen können. Daneben musste auch noch Raum für die mitgebrachten Bodenproben (Mondgestein) vorhanden sein. Darüber hinaus mussten für die Astronauten Schlafmöglichkeiten gegeben sein.

Da das LM alleine zum Mond abstieg, musste es auch ein eigenständiges Lebenserhaltungssystem und eine unabhängig arbeitende Elektrik haben. Die Firmen, die den Zuschlag zur Entwicklung dieser Komponenten erhielten, waren andere als die, die für die Apollo-Kommando- und Serviceeinheit verantwortlich waren. Bei der Apollo 13-Mission stellte sich das als fataler Fehler heraus, da beide Systeme teilweise inkompatibel waren. Trotzdem konnten auch die Astronauten von Apollo 13 zur Erde zurückkehren, indem sie sich nach der Explosion in der Serviceeinheit eine längere Zeit im noch funktionsfähigen LM aufhielten. Das LM diente dabei sozusagen als Rettungsboot.

Ein spezielles Problem stellten die Landebeine dar. Sie sollten so grazil und leicht wie möglich, aber auch so stabil wie nötig für eine Landung auf dem Mond sein. Außerdem mussten sie einklappbar sein, da der Transport des LM in einer Raketenstufe schon relativ früh festgelegt wurde. Zu Beginn der Planungen sahen die Entwickler fünf Landebeine vor. Aus Platzgründen wurden dann aber nur vier realisiert, was der Standstabilität aber keinen Abbruch tat. Zum Erreichen der Mondoberfläche bekam ein Landebein eine anmontierte Leiter.

Aber das wohl größte Problem, das sich ergab, war die Unmöglichkeit, die Flugeigenschaften des LM in der Erdatmosphäre zu testen. Es sollte versucht werden, die Mondgravitation nachzubilden, indem den Landern mittels zusätzlicher Triebwerke ein Auftrieb gegeben werden sollte. Da sich Auftrieb und Steuerdüsen aber gegenseitig beeinflussten, stürzten die Lander meist seitlich ab. Auch Tests mit an Helikoptern aufgehängten Landern brachten keine verwertbaren Ergebnisse. So wurden zu Übungszwecken Flugtests mit Landegestellen, den LLTVs, durchgeführt. Eine besondere Konstruktion war die LLRF zum Üben der letzten Landesequenz bis zum Aufsetzen.

Während des Starts, zweieinhalb Erdorbits und des Einschusses in die Mondbahn verweilte die Landefähre in der dritten Stufe der Saturn V und wurde dann nach Abtrennung des Apollo-Raumschiffes und dessen 180-Grad-Drehung aus ihr entnommen. Die Gesamtkombination flog dann zum Mond.

[Bearbeiten] Technische Daten

Die Landefähre hatte ein Gesamtgewicht von 14.696 kg, eine Höhe von 6,40m und einen Durchmesser von 4.30m (9,50m bei ausgefahrenen Landebeinen). Sie bestand aus über einer Million Teilen, hatte redundant ausgelegte Funk- und Radargeräte, mehrere Triebwerke und einen Computer. Die Mondlandefähre wurde nach rein funktionalen Gesichtspunkten entwickelt. Die Aerodynamik spielte wegen des Vakuums im Weltraum bzw. auf dem Mond dabei keine Rolle. Das System bestand aus zwei Stufen: der Abstiegsstufe (Descent Stage - DS) und der Aufstiegsstufe (Ascent Stage - AS), von denen jede mit einem Haupttriebwerk ausgestattet war.

[Bearbeiten] Abstiegsstufe (DS)

Die Abstiegsstufe war der untere Teil und enthielt neben dem Triebwerk die Tanks für Treibstoff, Sauerstoff, Wasser und Helium. Weiter die vier Landebeine und die Ausrüstung für die Außenmissionen. Die Landebeine gaben dem Vehikel ein spinnenartiges Aussehen, was ihm bei den Astronauten auch den Spitznamen "Spider" eintrug. Die Stufe war inklusive der Landebeine 3,24 m hoch. An dem Bein, das sich unter der Ausstiegsluke befand, war eine Leiter angebracht. Nach Abschluss der Mission diente die Abstiegsstufe als Startbasis für die Aufstiegsstufe. Ein Sprengmechanismus trennte die beiden Stufen voneinander, wobei die Abstiegsstufe auf dem Mond zurückblieb. Notfalls konnte die Trennung auch während der Abstiegsphase durchgeführt werden, um den Abbruch einer Landung mit sicherer Rückkehr zum Apollo Raumschiff (CSM) zu ermöglichen.

[Bearbeiten] Triebwerk der Abstiegsstufe

Den meisten Platz in der Abstiegsstufe benötigten die vier Tanks, je zwei für den Brennstoff und den Oxidator, sowie das Abstiegstriebwerk. Dieses war schwenkbar und lieferte eine Schubleistung von 10.000 lbs. Die Leistung des Triebwerks konnte vom Computer oder manuell auf 1050 lbs gedrosselt werden. Alle Triebwerke an Bord verwendeten als Treibstoff ein Gemisch aus 50% Hydrazin ( $N 2 H 4$ ) und 50% Unsymmetrischem Dimethylhydrazin, genannt Aerozin 50. In Verbindung mit dem Oxidator Distickstofftetroxid ( $N 2 O 4$ ) ist die Mischung hochexplosiv und hypergol, zündet also bei Kontakt miteinander selbständig, ohne dass ein Zündsystem gebraucht würde. Ein weiterer Tank enthielt Helium welches als Treibgas den Oxidator und den Brennstoff in die Brennkammer presste.

[Bearbeiten] Aufstiegsstufe (AS)

Triebwerk der Aufstiegsstufe

Die Aufstiegsstufe enthielt die Kabine für zwei Astronauten, einen mittleren Abschnitt mit allen Kontrollen und das Aufstiegstriebwerk. Um Gewicht zu sparen, mussten die beiden Astronauten bei der Landung stehen. Sie wurden von Gurten in ihrer Position gehalten. Im vorderen Fußbereich, zwischen den Astronauten, befand sich eine Luke von etwa 1 m Durchmesser, die nach der Landung zum Ausstieg genutzt wurde. Im Mittelabschnitt befanden sich ein großer Teil der Lenk- und Kommunikations- sowie der Drucksysteme. Hier wurden auch die Gesteinsproben für den Rücktransport untergebracht. Eine weitere Luke von etwa 84 cm Durchmesser war im oberen Bereich des mittleren Abschnitts angebracht. Diese Luke war die Verbindung zwischen der Landefähre und dem Kommandomodul.

[Bearbeiten] Triebwerk der Aufstiegsstufe

Das Triebwerk für den Rückstart vom Mond erzeugte lediglich einen Schub von 3.500 Pfund und konnte nur zweimal gestartet werden. Das war ausreichend, um die 4,5 Tonnen schwere Aufstiegsstufe zurück in den Mondorbit zu befördern. Die Steuerung während der Abstiegs- und Wiederaufstiegsphase wurde von einem Computer durchgeführt. Eine manuelle Steuerung war aber ebenfalls möglich. Die Lage der Mondlandefähre im Raum wurde durch 16 Steuerdüsen, die in vier Gruppen angeordnet waren, kontrolliert.

[Bearbeiten] Mondauto

Apollo 15 war im Rahmen des Apollo-Programms die erste der drei sogenannten J-Missionen, die einen längeren Aufenthalt auf dem Mond vorsahen. Ein batteriebetriebenes Mondauto (engl. Lunar Roving Vehicle), das zum Transport zusammengeklappt an der Außenseite der Mondlandefähre angebracht war, erlaubte es, sich freier über die Mondoberfläche zu bewegen und ein größeres Gebiet zu erforschen.

[Bearbeiten] Klimasystem

Das Klimasystem der Mondlandefähre war mit den Raumanzügen der Astronauten so weit kompatibel, dass sie an der Fähre bis zu sechsmal wieder aufgeladen werden konnten.

[Bearbeiten] Historie der 16 Mondlandefähren

Nr.	Name	Apollo	Verbleib des LEM
01	-	5	in Erdatmosphäre verglüht
02	-	-	Smithsonian National Air and Space Museum
03	Spider	9	in Erdatmosphäre verglüht
04	Snoopy	10	in Sonnenumlaufbahn (Aufstiegsstufe)
05	Eagle	11	Mond (Abstiegsstufe)
06	Intrepid	12	Mond (Abstiegsstufe)
07	Aquarius	13	in Erdatmosphäre verglüht
08	Antares	14	Mond (Abstiegsstufe)
09	-	-	John F. Kennedy Space Center
10	Falcon	15	Mond (Abstiegsstufe)
11	Orion	16	Mond (Abstiegsstufe)
12	Challenger	17	Mond (Abstiegsstufe)
13	-	-	The Cradle of Aviation Museum
14	-	-	Franklin Institute, Philadelphia
15	-	-	zerstört
16	-	-	Museum of Science and Industry

LM-2 war für einen unbemannten Test im Erdorbit vorgesehen. Aufgrund des Erfolges von LM-1 wurde dann auf diesen Test verzichtet. LM-9 war für einen Mondflug vorgesehen, der zwischen Apollo 14 und Apollo 15 hätte stattfinden sollen, der aber aus Kostengründen gestrichen wurde. Für Apollo 15 wurde LM-10 verwendet, das eine längere Aufenthaltsdauer ermöglichte und ein Mondauto mitführen konnte. Als weitere Apollo-Flüge abgesagt wurden, waren LM-13 bis LM-16 bereits im Bau. LM-15 wurde von Grumman verschrottet.