Apollo parancsnoki és műszaki egység

Az Apollo parancsnoki és műszaki egység (angolul : Apollo Command and Service Module – Apollo CSM) a NASA Apollo-programjában – majd később az azokból leágazó más programokban – használt űrhajó volt, amely a holdra szálláshoz használt űrhajórendszer egyik fő komponensének számított. Az Apollo CSM funkciója szerint három űrhajóst szállított a Föld és a Hold között, ahol két űrhajós átszállt a holdkompba, hogy azzal leszállhasson a holdfelszínre, majd dolguk végeztével felszálltak és újra összekapcsolódtak az így anyaűrhajó szerepet betöltő űreszközzel, amely aztán hazahozta a három űrhajóst a Földre.

Az Apollo űrhajó két fő részegységből állt össze: az egyik a csonkakúp alakú parancsnoki egység volt (CM – Command Module), amely az űrhajósok elhelyezésére szolgált és magába foglalta az azok elhelyezéséhez, illetve létfenntartásához szükséges eszközöket, illetve magával vitte a földi visszatéréshez szükséges hőpajzsot, míg a másik a hengeres műszaki egység volt (SM – Service Module), amely az űrhajó meghajtásához szükséges hajtóművet, a kormányrendszert, az ezek működéséhez szükséges hajtóanyagot, az áramtermeléshez alkalmazott üzemanyagcellát és az azt hajtó gázokat fogadta magába.

Az űrhajót 1968-1975 között használták, összesen 19 repülésen.

Előzmények

Az Egyesült Államok űrtevékenysége politikai indíttatásból fakadt: Eisenhower elnök bejelentette, hogy az 1957-es nemzetközi geofizikai év keretében országa elsőként fog egy ember alkotta tárgyat, egy műholdat Föld körüli pályára állítani, azonban némileg váratlanul ezt a teljesítményt a Szovjetunió elhappolta az amerikaiak orra elől. Az USA ezt háborús csatavesztéssel egyenértékű presztízsveszteségként élte meg és valamilyen nagyobb értékű űrteljesítmény elsőként való végrehajtásával szeretett volna a szovjetek elé vágni, hogy visszaállítsa politikai presztízsét. Megkezdődött egyfajta egymásra licitálás a mind nagyobb propagandaértékű űrteljesítmények végrehajtásával a két ország között, életre hívva az űrversenyt. Ezekben a kezdeti években rendre a Szovjetunió került ki győztesen.

Az említett egymásra licitálás részeként az amerikai kormányzat 1958-ban létrehozta a NASA-t, hogy koncentrálja erőforrásait és erőfeszítéseit az űrteljesítményekben. A próbálkozások újabb szintje volt, amikor embert szállító űrhajók felbocsátásával kísérletezett mindkét oldal, amelyből ismét a Szovjetunió került ki győztesen Jurij Gagarin Vosztok–1 űrhajójának 1961. április 12-i sikeres felbocsátásával. Ekkor született meg az Egyesült Államokban a szándék, hogy ember juttat a Holdra, amellyel minden korábbi szovjet sikert elhomályosíthat és visszavonhatatlanul átveszi a vezető szerepet az űrteljesítmények területén.

Még az első ember világűrbe bocsátásának kidolgozása idején a NASA elkezdte kialakítani az ehhez szükséges űrhajókra vonatkozó koncepcióját. Ennek első terméke lett a Mercury űrhajó, amelyet a hivatalosan is erre a célra életre hívott program keretében kívántak felbocsátani a világűrbe. A Mercury-program hivatalosan 1958. október 7-én indult el és 1961. május 5-én a NASA felbocsátotta az első amerikai űrhajóst, Alan Shepardot az űrbe – egyelőre csak a Kármán-vonal legyőzésével, egy űrugrásra –, majd csak jóval később, 1962. február 20-án – huszonkét hónappal a repülés szovjet megfelelője és számos nagyobb értékű szovjet űrrepülés után – következett el John Glenn három Föld körüli keringést végrehajtó Friendship 7 repülése.

A Mercury-program ideje alatt a NASA már távolabbra is igyekezett kitekinteni és az ember világűrbe jutása utáni idők programjaihoz koncepciót kidolgozni. Az egyik ilyen volt az Olympus Project, amelyben egy háromfős eszközt vizionált a NASA, amely ekkor még főként Föld körüli keringésben végzett tevékenységre volt alkalmas. Ennek része volt egy hatalmas keringő egység, amelyben hetekig volt képes a legénység élni és dolgozni. Ez egyfajta űrállomás jellegű felhasználási mód volt, amelyhez egy külön űrhajó verzió szállította volna a felszerelést és a legénységet. Ezek későbbi verziói alkalmasak lettek volna a Holdat körülrepülő repülésekre is. 1960 végén a NASA körbe is küldte az ipari partnerekhez a követelményrendszerét, amely egy ilyen űreszköz megalkotására hívta fel a formálódó űripar szereplőit.

Kennedy elnök 1961. május 25-i váratlan bejelentése az Apollo-programról felülírt minden korábbi koncepciótervet, így az Olympust is, ám a kidolgozott követelményrendszer alkalmas volt a kidolgozásra. Emellett, mivel nyilvánvalóvá vált, hogy a holdprogram és a már rendelkezésre álló Mercury-program közötti technológiai szakadék egyetlen lépésben nem áthidalható, szükségessé vált egy második űrhajó is, amely segít a holdrepülések lépéseinek kidolgozásában. Ez utóbbi lett a Gemini űrhajó, amely a Gemini-programban repült később.

Fejlesztésének története

A Holdhoz repülő űrhajó fejlesztése két külön szálon kezdődött. Az egyik szál egy kis részegység volt az egész képben, ám a NASA-nak (vagy az előd NACA-nak) lényegében semmi tapasztalata nem volt vele: ez volt a bolygóközi navigációt végző részegység. A másik szál maga az űrhajó volt, meghajtásostól kormányzásostól, létfenntartó rendszerestől, mindenestől.

A téma nem volt előzmények nélkül. A légierő a MIT bevonásával már dolgozott egy tanulmányon, amely a Mars bolygó elérésének technikáján, az odaúton a helyzetmeghatározásra és navigáció problémájára próbált választ találni. A Légierő a NASA megalakulásakor elnöki rendeletre ezt a munkát is „beapportálta” a NASA-ba (A MIT 1959. szeptember 15-én tartott belőle prezentációt a NASA-nak, ahol azonban elhomályosította azt a szovjetek két nappal korábbi sikere, amikor a Lunyik–2 sikeresen eljutott a Holdig és ott becsapódott.) Amikor aztán élesben felvetődött az űrhajó építésének kérdése, a navigáció tekintetében ez a tanulmány, illetve prezentáció merült fel a NASA-nál, mint fogódzópont a problémán, legfeljebb a cél ezúttal nem a Mars volt, hanem a Hold. A NASA meg is bízta az egyetemi kutatóműhelyt, hogy dolgozzon a problémán. A MIT biztosította a NASA-t, hogy a probléma egyszerűbben megoldható, mint egy atomhordozó tengeralattjáró körbenavigálása a víz alatt a földgolyón, a NASA-nak mégis maradtak kétségeik a sikert illetően.

Az űrhajó megtervezésére a Space Task Group írt ki egy követelményrendszert, majd 5 nagy űripari résztvevőnek küldték ki, hogy meghívásos tenderen gyűjtsenek ajánlatokat az űrhajó kifejlesztésére és gyártására. A kezdeti elképzelések szerint az Apollo űrhajónak minden korabeli tervek szerinti repülési fázisra alkalmasnak kellett lennie. Ezek a következők voltak: Föld körüli repülések, holdat megkerülő és hold körüli keringő repülések, valamint holdi leszállások. A fejlesztésben szereplő részegységek pedig a következők voltak: egy parancsnoki egység (lényegében a legénységi kabin), egy műszaki és meghajtó egység, valamint egy adapter (a Föld körül keringő repüléseknél egy űrlaboratóriumhoz való kapcsolódáshoz, a holdi repüléseknél pedig egy holdi meghajtó egységhez való kapcsolódáshoz). Az űrhajó ekkor még az egyedüliként létező, később meghaladott direkt leszállás koncepciójához igazodó, egyedüli űrhajó szerepét töltötte be. Az 5 reménybeli pályázó mindössze 10 hetet kapott a pályázatuk kidolgozására.

North American

A befutott előtervek kiértékelését a Forrás Értékelő Bizottság (Source Evaluation Board) – egy több mint 100 specialistából álló csoport – értékelte ki és az alábbi pontozásos eredményt tette közzé 1961. november 24-én:

Pályázó Műszaki tartalom Műszaki tartalom minősítése Üzleti tartalom Martin Co. 5,58 6,63 8,09 General Dynamics Astronautics 5,27 5,35 8,52 North American Aviation 5,09 6,66 7,59 General Electric Co. 5,16 5,60 7,99 McDonnell Aircraft Co. 5,53 5,67 7,62

Eszerint a Martin Co. nyert 6,9 átlagponttal, a General Dynamics és a North American holtversenyben a második lett 6,6 ponttal, míg a General Electric és a Mercury-program beszállítója (illetve a Gemini-program nyertese), a McDonnell lett az utolsó. A Martin ugyan kiemelkedett a mezőnyből, azonban a bizottság megfogalmazta, hogy ha nem őket választaná a NASA vezetése, akkor a North Americant is könnyű szívvel ajánlják, mivel a tervük műszaki megvalósítása a legmagasabb szintű volt, illetve számottevő tapasztalattal bírnak más programokból, mint az X–15, a Navaho, vagy a Hound Dog és így számottevő tapasztalattal bírnak a kísérleti fejlesztések terén (a verseny, illetve annak elnyerése nem nyílt módon történt, a fenti pontösszesítés csak ajánlásokat fogalmazott meg a NASA vezetése számára és az ő személyes döntésükön múlott a nyertes személye).

Előzetesen ki is szivárgott a kiértékelés eredménye és a Martin munkatársai győzelmet ünnepeltek, azonban egy nappal a kiszivárgást követően 1961. november 28-án a NASA győztest hirdetett: a North American Aviation nyerte el a jogot, hogy megtervezze és megépítse a holdűrhajót. A döntést James Webb, Robert Seamens és Hugh Dryden hozta az alapján, hogy a NASA-NACA történetben a legjobb együttműködés ezzel a vállalattal alakult ki.

A tervezés folyamata

A tervezési folyamat még annak ismeretében indult, hogy a NASA kezében egyetlen leszállási koncepció, a direkt leszállás volt. Ennek keretében egy hatalmas hordozóeszköz, a Nova rakéta vitte volna el a Földtől a Holdig az űrhajót – minden ahhoz szükséges teherrel, köztük a felszálláshoz szükséges rakétával és hajtóanyaggal együtt –, amely leszállt volna közvetlenül a Holdon, majd a holdfelszíni tevékenység végeztével visszaindult volna a holdfelszínről, hogy hazatérjen a Földre. Ez egyetlen, az oda-visszaútra alkalmas, majd a holdfelszínre is leszálló űrhajót feltételezett. Ennek megfelelően a tervezés még anélkül indult, hogy szó lett volna holdkompról és az azzal való összekapcsolódásról, így ilyen feladatú részegységek kialakításáról szó sem volt. Azonban egy évvel később a NASA áttért a LOR koncepció megvalósítására, amely az űrhajó koncepcióra is hatással volt. A LOR alapvetése szerint nem egy, hanem két űrhajó repült a Holdhoz és csak az egyik – a lehető legkisebb tömegű, amelynek nem kell lecipelnie a holdfelszínre a hazajutáshoz szükséges üzemanyagot, illetve az ahhoz kellő űrhajó szerkezeti tömeget – száll le a Holdra, míg a másik Hold körüli pályán várakozik rá. Ebből következett, hogy a parancsnoki űrhajó lesz a Hold körüli pályán várakozó egység, míg a másik egy még kifejlesztendő, másik űrhajó lesz (a holdkomp). És ebből az új felállásból fogalmazódott meg, hogy a parancsnoki űrhajónak összekapcsolódási potenciállal kell rendelkeznie, valamint ki kell alakítani az átszállás lehetőségét egyik űrhajóból a másikba. Emellett már a koncepcióváltásig eltelt egy esztendőben is felmerültek más tervezési problémák (elsősorban létfenntartó rendszerrel), amelyek módosításokat igényeltek. A felmerülő új igények és problémák komolyabb áttervezés igényét vetették fel.

1963-ban a NASA úgy döntött, hogy a leghatékonyabb módszer, ha két tervezési, gyártási sorozatot alapít az űrhajóra vonatkozóan, az egyikkel viszi tovább az eredeti tervet, a másikban pedig megvalósítja a módosításokat. A két tervezési sorozat a következő volt: Block I: ez vitte tovább az eredeti tervezési vonalat, mindenféle összekapcsolódási kapacitás nélkül és mint ilyen ez lett volna leghamarabb kész és a kezdeti teszteket, az ún. A, B és C repüléseket, azaz a berepülési teszteket ez teljesíthette volna. Block II: ebben testesültek meg a módosítások és ez a verzió már alkalmas lett a holdrepülésre, így a később a repülési tervbe becsatlakozó bonyolultabb, holdkompot igénylő, vagy a holdi repülést megvalósító teszteken, majd az éles holdra szállásokon kívánták alkalmazni (a dokkolási képességhez köthető dizájn paraméterek a holdkompot fejlesztő Grumman Aircraft Engineering cégtől érkeztek).