5 иновации за лунно кацане, които промениха живота на Земята

Astronaut Buzz Aldrin на луната по време на мисията Apollo 11. Изображение чрез Нийл Армстронг / НАСА.

Jean Creighton, University of Wisconsin-Milwaukee

Голяма част от често срещаните в ежедневието технологии произхождат от стремежа да се сложи човек на Луната. Това усилие достигна своя връх, когато Нийл Армстронг слезе от модула за кацане на Орела върху лунната повърхност преди 50 години.

Като посланик на астрономията на НАСА във въздуха и директор на планетариума на Университета на Уисконсин-Милуоки Манфред Олсън, знам, че технологиите зад прогнозата на времето, GPS и дори смартфоните могат да проследят произхода си до състезанието до Луната.

Ракета „Сатурн V“, носеща Аполон 11 и неговия екипаж към Луната, се издига на 16 юли 1969 г. Изображение чрез НАСА.

1. Ракети

4 октомври 1957 г. бележи зората на Космическата ера, когато Съветският съюз изстреля Sputnik 1, първият създаден от човека спътник. Съветите бяха първите, които направиха мощни ракети-носители, като приспособиха ракети с дълга дистанция от Втората световна война, особено немските V-2.

Оттам космическото задвижване и сателитната технология се движеха бързо: Луна 1 избяга от гравитационното поле на Земята, за да прелети покрай Луната на 4 януари 1959 г .; Vostok 1 пренесе в космоса първия човек Юрий Гагарин на 12 април 1961 г .; и Telstar, първият търговски спътник, изпраща телевизионни сигнали в Атлантическия океан на 10 юли 1962 г.

Лунното кацане от 1969 г. също впрегна експертните познания на немски учени, като Вернер фон Браун, да изпращат огромни полезни товари в космоса. Моторите F-1 в Сатурн V, ракети-носители на програмата „Аполо“, изгаряха общо 2800 тона гориво със скорост 12, 9 тона в секунда.

Saturn V все още стои като най-мощната ракета, създавана някога, но днес ракетите са далеч по-евтини. Например, докато Сатурн V струва 185 милиона щатски долара, което означава над 1 милиард долара през 2019 г., днес старта на Falcon Heavy струва само 90 милиона долара. Тези ракети са как спътници, астронавти и други космически кораби слизат от повърхността на Земята, за да продължат да носят информация и прозрения от други светове.

2. Сателити

Търсенето на достатъчно тяга за кацане на човек на Луната доведе до изграждането на превозни средства, достатъчно мощни за изстрелване на полезни товари до височини от 21 200 до 22 600 мили (34 100 до 36 440 км) над повърхността на Земята. На такива височини сателитите орбитална скорост се изравнява с това колко бързо планетата върти, така че спътниците остават над фиксирана точка, в това, което се нарича геосинхронна орбита. Геосинхронните спътници са отговорни за комуникациите, осигурявайки както интернет свързаност, така и телевизионно програмиране.

В началото на 2019 г. около 4 987 спътника обикаляха около Земята; Само през 2018 г. по света има повече от 382 орбитални изстрелвания. От работещите в момента спътници приблизително 40% от полезния товар позволяват комуникации, 36% наблюдават Земята, 11% демонстрират технологии, 7% подобряват навигацията и позиционирането и 6% предварително научават за космоса и земята.

Компютърът за ръководство на Аполон до преносим компютър. Изображение чрез Автопилот / Wikimedia Commons.

3. Миниатюризация

Космическите мисии тогава и дори днес имат строги ограничения за това колко голяма и колко тежка може да бъде тяхното оборудване, тъй като толкова много енергия е необходима за излитане и достигане на орбита. Тези ограничения подтикнаха космическата индустрия да намери начини да направи по-малки и по-леки версии на почти всичко: Дори стените на лунния модул за кацане бяха намалени до дебелината на два листа хартия.

От края на 40-те до края на 60-те години теглото и енергопотреблението на електрониката са намалени с коефициент от няколкостотин най-малко от 30 тона и 160 киловата на електрическия числен интегратор и компютър до 70 фунта и 70 вата на компютъра за ориентиране на Аполон. Тази разлика в теглото е еквивалентна на тази между гърбав кит и броненосец.

Пилотираните мисии изискват по-сложни системи от по-ранните безпилотни. Например, през 1951 г., универсалният автоматичен компютър е бил способен на 1 905 инструкции в секунда, докато системата за насочване на Saturn V изпълнява 12 190 инструкции в секунда. Тенденцията към пъргавата електроника продължава, като модерните ръчни устройства рутинно са способни да изпълняват инструкции 120 милиона пъти по-бърза от системата за насочване, която даде възможност за експлоатация на Apollo 11. Необходимостта от миниатюризиране на компютри за космически изследвания през 60-те години на миналия век мотивира цялата индустрия да проектираме по-малки, по-бързи и по-енергийно ефективни компютри, които са засегнали практически всеки аспект на живота днес, от комуникациите до здравето и от производството до транспорта.

4. Глобална мрежа от наземни станции

Общуването с превозни средства и хора в космоса беше също толкова важно, колкото и качването им там на първо място. Важен пробив, свързан с лунното кацане през 1969 г., е изграждането на глобална мрежа от наземни станции, наречена Deep Space Network, която позволява на контролерите на Земята да комуникират постоянно с мисии в силно елиптични земни орбити или извън тях. Тази приемственост беше възможна, тъй като наземните съоръжения бяха поставени стратегически на разстояние 120 градуса по дължина, така че всеки космически кораб да бъде в обсег на една от наземните станции по всяко време.

Поради ограничения капацитет на мощност на космическия кораб, на Земята са построени големи антени, за да симулират „големи уши“, за да чуят слаби съобщения и да действат като „големи уста“, за да излъчват силни команди. Всъщност Космическата мрежа дълбоко е била използвана за комуникация с астронавтите на Аполон 11 и е използвана за препредаване на първите драматични телевизионни изображения на Нийл Армстронг, стъпващ на Луната. Мрежата също беше критична за оцеляването на екипажа на Аполон 13, тъй като те се нуждаеха от напътствия от наземния персонал, без да губят ценната си сила на комуникациите.

Няколко десетки мисии използват дълбоко космическата мрежа като част от продължаващото изследване на нашата Слънчева система и извън нея. В допълнение, Deep Space Network позволява комуникация със спътници, които са на силно елиптични орбити, за наблюдение на полюсите и предаване на радиосигнали.

„Изгрев на Земята“ - изглед към Земята, докато обикаля около орбитата на Луната. Изображение чрез Бил Андерс, Аполон 8 / НАСА

5. Поглеждайки назад към Земята

Стигането до космоса позволи на хората да насочат своите изследователски усилия към Земята. През август 1959 г. безпилотният спътник Explorer VI направи първите сурови снимки на Земята от космоса при мисия, изследваща горната атмосфера, в подготовка за програмата Аполон.

Почти десетилетие по-късно екипажът на Аполон 8 направи известна снимка на Земята, издигаща се над лунния пейзаж, подходящо наречен „Изгрев на Земята“. Този образ помогна на хората да разберат нашата планета като уникален споделен свят и засили екологичното движение.

Земя от ръба на Слънчевата система, видима като незначителна бледосиня точка в центъра на най-дясната най-кафява ивица. Изображение чрез Voyager 1 / НАСА /

Разбирането на ролята на нашата планета във Вселената се задълбочи със снимката на „бледосиня точка“ на Voyager 1 - изображение, получено от Deep Space Network.

Оттогава хората и нашите машини правят снимки на Земята от космоса. Гледките на Земята от космоса насочват хората както в глобален, така и в локален мащаб. Това, което започна в началото на 60-те години на миналия век като спътникова система на ВМС на САЩ, за да проследи своите подводници Polaris до разстояние до 600 фута (185 метра), се разрази в мрежата на спътниците на глобалната система за позициониране, предоставяща локални услуги по целия свят.

Снимки от поредица от спътници, наблюдаващи Земята, наречени Landsat, се използват за определяне здравето на културите, идентифициране на цъфтежа на водораслите и намиране на потенциални залежи от нефт. Други приложения включват идентифициране на кои видове управление на горите са най-ефективни при забавяне на разпространението на горски пожари или признаване на глобални промени, като покритие на ледниците и градско развитие.

Когато научаваме повече за нашата собствена планета и за екзопланетите - планетите около други звезди, ние ставаме по-наясно колко ценна е нашата планета. Усилията за запазване на самата Земя все още могат да намерят помощ от горивни клетки, друга технология от програмата на Аполон. Тези системи за съхранение на водород и кислород в модула за обслужване на Аполон, които съдържаха системи за поддържане на живота и консумативи за лунните мисии за кацане, генерираха енергия и произвеждаха питейна вода за астронавтите. Много по-чисти енергийни източници от традиционните двигатели с горене, горивните клетки могат да играят роля в преобразуването на световното производство на енергия за борба с изменението на климата.

Можем само да се чудим какви нововъведения от усилията за изпращане на хора на други планети ще повлияят на земляните 50 години след първия Марсоход.

Жан Крейтън, директор на планетариума, посланик на астрономията на НАСА във ВВС, Уисконсин-Милуоки

Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.

Долен ред: Новости на Аполон 11 за лунна кацане, които промениха живота на Земята.