アポロ計画では、どのような斬新で素晴らしい有人月面着陸の計画とツールが考案されましたか?

アポロ有人月面着陸プロジェクト全体は約11年かかり、1972年12月の6回目の月面着陸で成功裏に完了しました。その費用は255億ドル（現在の価値で約2,000億ドルに相当）でした。プロジェクトのピーク時には、2万社の企業、200以上の大学、80以上の科学研究機関がプロジェクトに参加し、総勢約40万人が参加した。近代科学技術のレベルを集中し、航空宇宙技術の急速な発展を促進しました。

アポロ計画の月面着陸計画はどのように決定されたのでしょうか?

アポロ有人月面着陸プロジェクトの実施中、月面着陸計画の決定に長い時間がかかりました。 1961 年 5 月 25 日にケネディ大統領が米国がアポロ月面着陸計画を実行することを公式に発表するまで、NASA は月面着陸計画に関してまだ統一された意見に達していませんでした。半年以上にわたる徹底的な研究と詳細な実証を経て、1962年についに月軌道ドッキング方式が選択されました。実践により、この計画は科学的かつ効果的であることが証明されており、研究と決定に多くの時間を費やす価値がありました。迂回することなく有人月面着陸を成功させ、現在の米国の「月への再帰」計画にとっても重要な参考意義を持つ。

いわゆる月軌道ドッキング方式は、3人の宇宙飛行士を乗せた宇宙船を月軌道に打ち上げる方式です。その後、二人の宇宙飛行士は月着陸船で月面に着陸し、月面探査を行った。もう一人の宇宙飛行士は司令船とサービス船の組み合わせの中に残り、月を周回しながら科学実験を行っていた。帰還中、月面にいた2人の宇宙飛行士は月着陸船の上昇エンジンを始動し、月周回軌道に飛び、司令船とサービス船の組み合わせとランデブーしてドッキングしました。二人の宇宙飛行士は司令船に入った後、月着陸船の上昇段を廃棄し、月周回軌道を離れて地球に帰還した。大気圏に再突入する前にサービスモジュールは切り離され、コマンドモジュールだけが太平洋に着水した。この方法の利点は、小型の月着陸船を月面に着陸させるだけで済むことですが、軌道ドッキングの成否は宇宙飛行士の生命の安全に直接影響を及ぼします。

月着陸船上昇段は月周回軌道上で司令船・サービス船と合流した。

月着陸船は切り離され、司令船とサービスモジュールの組立てが地球への帰還の準備を整える

コマンドモジュールとサービスモジュールの組み合わせは地球を周回する軌道に入り、最終的な軌道修正を行った後、サービスモジュールから分離しました。

これを見て、読者の中には「なぜ直接月着陸方式を採用しないのか、つまり宇宙船全体を直接月面に送らないのか」と疑問に思う人もいるかもしれない。実際、科学者たちはすでにこの方法を検討しており、比較的単純で安全だと考えているが、打ち上げロケットに対する要件が高すぎるため、大型宇宙船は月面着陸時に月の塵に引っかかってしまう可能性がある。

アメリカの有名な航空宇宙専門家フォン・ブラウンとマーシャル宇宙飛行センターは、別の方法、つまり地球軌道ドッキング法を好みました。これは、まずサターンVロケットをいくつか打ち上げ、大型宇宙船のいくつかの部分を地球の軌道に送り込み、その後ドッキングさせるというものです。ドッキングされた宇宙船は独自のエンジンを使用して月に向かって加速します。月面に近づくと、宇宙船は方向転換し、エンジンを始動して減速し、最終的に月面に着陸します。作業が完了すると、この段階のエンジンは廃棄され、有人宇宙船部分は上昇エンジンを使用して月を離れ、地球に帰還します。

多くの科学者が上記の3つの一般的な計画を繰り返し比較・分析した結果、最終的な結論は、月軌道ドッキング方式は1967年10月に約77億ドルの費用で実現できるというものであった。地球軌道ドッキング方式は、約92億ドルの費用をかけて1968年7月に完成しました。月面への直接着陸方式には約106億ドルの費用がかかり、1968年10月までに実現するのは困難でした。そのため、当初は支持されていなかった月軌道ドッキング方式が、最終的に人類を月に着陸させる最善の方法であると判断されました。

月軌道ドッキングソリューションの利点は何ですか?

技術、時間、費用の観点から、月軌道ドッキング ソリューションを使用する利点は次のとおりです。

アポロ有人宇宙船の月面着陸ルートマップ

（１）月面着陸には小型の月着陸船のみで済むため、宇宙船全体を月面に着陸させるという困難を回避できる。月着陸船の重量は約14.7トンで、月面が耐えられる重量であり、宇宙船の減速にも非常に有利です。

（２）月着陸船には小型エンジンを搭載するだけでよいため、搭載する燃料の量を減らすことができる。これは月面を離れる際にも有益です。

（３）帰還時には月着陸船を投棄することができるため、帰還船の重量がさらに軽減され、サービスモジュールの設計が簡素化される。また、コマンドモジュールのみが再突入して回収されるため、復旧にも有利です。

（４）直接月着陸と地球軌道ドッキングよりも経済的である。

NASAは1962年7月11日に記者会見を開き、月面着陸計画に関する最終決定を発表した。この歓迎会により、最終的に承認された月軌道ドッキングおよび着陸計画が外の世界に知らされました。

人類を月に運ぶロケットはなぜそれほど重要なのでしょうか？

冷戦時代、米国とソ連は有人月面着陸の分野で熾烈な競争を繰り広げた。特に、有人宇宙船の打ち上げには低軌道への搭載量が100トンを超える大型ロケットの使用が必要であったため、大型ロケットの開発は最高潮に達した。結局、アメリカはサターンV型運搬ロケットの開発・打ち上げに成功し、有人月面着陸を達成したが、ソ連はN1型大型運搬ロケットの打ち上げ失敗が4回あり、人類を月に着陸させることに失敗した。

サターンVは3段式の液体ロケットでした。全長110.64メートル、最大直径10.06メートル、離陸質量2945.95トン、離陸推力34029キロニュートン、低地球軌道積載能力127トン、地球-月トランスファー軌道積載能力約50トンである。第一段ロケットは液体酸素/ケロシンを推進剤とし、中央に1基、周囲に4基、計5基のF-1液体ロケットエンジンを搭載し、総推力は34,029キロニュートン。第2段は液体酸素/液体水素を推進剤とし、J-2水素酸素液体ロケットエンジンを5基（中央に1基、周囲に4基）搭載し、総推力は5148キロニュートン。第3段も推進剤として液体酸素/液体水素を使用し、推力902キロニュートンのJ-2エンジン1基を搭載しています。

サターンVヘビーロケットは打ち上げ準備完了

1972年12月7日、サターンV型ロケットが最後のアポロ有人月探査機、アポロ17号を打ち上げた後、1973年5月14日には、この大型ロケットがアメリカ初の宇宙ステーション、スカイラブを軌道上に打ち上げました。その後、この「ビッグマック」は役に立たなくなったため、退役しました。

アポロ月探査機はどのような外観でしたか?

月面着陸計画が決定した後、新たな有人宇宙船の開発が月面着陸プロジェクトの目玉となった。 「アポロ」は人類が打ち上げた最初の、そして現在のところ唯一の月面着陸宇宙船であり、その設計は非常に独創的です。その技術は、現在行われている月面基地建設や有人火星探査にとっても重要な参考価値を持っています。

「アポロ」は高さ29メートル、重さは約50トン。それは、コマンドモジュール、サービスモジュール、月着陸船の 3 つの部分で構成されています。打ち上げ上昇段階には救命塔も設置されます。コマンドモジュールは、衛星型宇宙船の帰還カプセルに似ており、宇宙飛行士が生活し、働く場所であると同時に、宇宙船全体の制御センターでもあります。サービスモジュールは、衛星型宇宙船の推進モジュールに相当し、主エンジン、姿勢制御システム、電気システムが搭載されています。特殊な月着陸船は降下段と上昇段で構成されており、月面への着陸と月面からの離脱に使用されます。

アポロ有人月探査機の構造

司令船は円錐形で、高さ3.5メートル、底部の直径は3.9メートル、重さは約6トンです。キャビン内には 34.3 kPa の純酸素が充填されており、温度は 21°C ～ 24°C に維持されます。さらに前方キャビン、宇宙飛行士キャビン、後方キャビンに分かれています。前方キャビンには着陸装置や回収装置、姿勢制御エンジンなどが設置されています。宇宙飛行士キャビンは、宇宙飛行士が14日間生存するために必要な必需品や救命設備を備えた密閉されたキャビンです。後部キャビンには、姿勢制御エンジン 10 基、さまざまな計器やタンクのほか、姿勢制御、誘導、航法、オンボード コンピューター、無線サブシステムが装備されています。司令船の中央には、船長、パイロット、航空技術者を含む3人の宇宙飛行士の座席があります。宇宙船が打ち上げられ、地上に戻ると、3人の宇宙飛行士は椅子に横たわり、残りの時間は宇宙飛行士は席を離れて動き回ることができます。

コマンドモジュール

サービスモジュールは高さ6.4メートル、直径4メートルの円筒形で、重さは約25トンです。軌道変更用推進剤、主エンジン、水素酸素燃料電池3基などを搭載。軌道変更用主エンジンの推力は95.6キロニュートンで、月周回軌道から地上に帰還できる。サービスモジュールの前端はコマンドモジュールとドッキングされており、後端には推進システムのメインエンジンのノズルがあります。キャビンは6つの区画に分かれており、それぞれにメインエンジン、姿勢制御システムなどが収容されています。姿勢制御システムは16基の小型ロケットエンジンで構成されています。これらは、宇宙船と第 3 段ロケットの分離、月着陸船と司令船のドッキング、司令船とサービス モジュールの分離にも使用されます。

月着陸船の質量は14.7トン、直径は4.3メートル、高さは約7メートルです。下降段階と上昇段階から構成されます。降下段は、降下エンジン、4 つの着陸脚、および 4 つの計器モジュールで構成されています。これは月周回軌道から月面へ降下するために使用され、2人の宇宙飛行士を月に送ることができます。アップグレードされるのは月着陸船本体で、宇宙飛行士のキャビン、帰還エンジン、推進剤タンク、計器キャビン、制御システムで構成される。月面着陸の過程で、2人の宇宙飛行士がここで生活し、働きます。ミッションを完了した後、宇宙飛行士はアップグレードを利用して月周回軌道に戻り、コマンドモジュールと再会します。

アポロ9号宇宙船は初めて月着陸船を搭載し、分離・ドッキング試験を実施した。

アポロ宇宙船は、マーキュリー宇宙船の打ち上げ救命システムを使用していました。このシステムは、打ち上げ機の第 2 段が作動し始める前の 20 秒以内に緊急事態が発生した場合に、コマンド モジュールを脱出させて安全に回収するように設計されていました。

宇宙船は開発後、無人弾道飛行および周回飛行を6回、地球を1回周回、有人月周回飛行を3回実施し、最終的に正式に月着陸飛行を実施しました。

月面での運転は地球上での運転と同じですか?

1971 年 7 月から 1972 年 12 月にかけて、米国はアポロ 15 号、16 号、17 号の有人月探査船を打ち上げました。いずれも折り畳み式の有人月面探査車を搭載しており、基本的には同じものだった。どちらも月の低重力・真空環境を移動できるため、宇宙飛行士の船外活動が拡大する。

アポロ17号の宇宙飛行士が船外活動を実施

各月面探査車の重量は約210kg、全長は3メートル、ホイールベースは2.3メートル、全高は1.1メートルで、4つの車輪が付いています（各車輪はエンジンで駆動され、バッテリーで駆動され、タイヤは-100°Cの低温でも弾力性を維持できます）。動力源は銀亜鉛水酸化カリウム使い捨て電池で、走行速度は時速10～12キロメートル、積載量は約490キログラム。車には折りたたみ式の座席が 2 つ並んで装備されており、それぞれに調節可能なペダルとシートベルトが付いています。車両の前部マストには大型メッシュパラボラアンテナが取り付けられています。宇宙飛行士は、2つの座席の間にあるT字型のハンドコントローラーを使用して探査車を制御します。ハンドルの前面には、現在の速度、方向、電力、温度を表示する制御および表示モジュールがあります。

宇宙飛行士は月面の模擬地質学実験場で月面探査車の運転訓練を行っている

月面探査車は最高時速16キロメートルに達することができる。宇宙飛行士は月面を車で走り回り、移動手段として乗り物を使い、障害物を乗り越え、峡谷を渡り、山、峡谷、クレーターを調査し、刺激的なカラー画像を地上に送信します。

アポロ15号月面探査車は、合計3時間2分かけて合計27.76キロメートルを移動し、約77キログラムの月面サンプルを収集した。アポロ16号月面探査車は合計3時間26分かけて合計26.55キロメートルを移動し、約96キログラムの月面サンプルを収集した。

アポロ17号の月面探査車は合計4時間26分かけて合計35.89キロメートルを移動し、111キログラムの月面サンプルを収集した。アポロ 17 号のミッションでは、月面車と宇宙服の信頼性が向上したことにより、月面車の走行距離の制限が緩和されたため、宇宙飛行士は月面車を最も長い距離走行しました。

月面探査車を使用する宇宙飛行士は、月の塵の非常に微細な粒子の影響を受けることになります。月の塵はベアリング、ギア、その他の機械的シールの摩耗を引き起こす可能性があります。また、月面探査車の走行中、月面の重力が小さいため、車輪の下から高さ2メートル以上の大量の塵が飛び散り、宇宙飛行士の巡回任務の遂行に一定の影響を与えた。

宇宙飛行士が月面で月面車を自由に運転

アポロ計画全体は、人類の月面着陸という夢を実現するために、上記のツールに依存していました。