月軌道ランデブー

月軌道ランデブー（LOR）は、人類を月に着陸させ、地球に帰還させるためのプロセスである。1960年代から1970年代にかけてのアポロ計画のミッションで利用された。LORミッションでは、主宇宙船と月着陸船が月周回軌道まで移動する。その後、月着陸船は独立して月面に降下し、主宇宙船は月周回軌道に留まる。月面でのミッション完了後、着陸船は月周回軌道に戻り、主宇宙船とランデブーして再ドッキングし、乗組員とペイロードを移送した後に廃棄される。主宇宙船のみが地球に帰還する。^[1]

月軌道ランデブーは、1919年にウクライナの技術者ユーリ・コンドラチュク^[2]によって、人間を月への往復旅行に送る最も経済的な方法として初めて提案されました。 ^{[3] [4]}

最も有名な例は、アポロ計画の司令・機械船（CSM）と月着陸船（LM）で、両者は単一のロケットスタックで月周回飛行に送られました。しかし、シャトル派生型大型ロケット、ゴールデンスパイク、2029年/2030年の中国有人宇宙船などの着陸船と主宇宙船が別々に移動するバリエーションも、月軌道ランデブーと見なされています。

LOR の主な利点は、月周回軌道から地球に戻るために必要な推進剤を、月までデッドウェイトとして運んで月周回軌道に戻す必要がないため、宇宙船の積載量を節約できることです。これは、後で使用される「デッドウェイト」推進剤 1 ポンドごとに、より多くの推進剤でより早く推進する必要があるため、また、推進剤の増加によりタンクの重量も増加するため、乗算効果があります。結果として重量が増加すると、月着陸の推力も増加し、エンジンがより大きく重くなります。^[5]

もう 1 つの利点は、月面着陸船をその目的専用に設計できるため、メインの宇宙船も月面着陸に適したものにする必要がなくなることです。最後に、月面着陸船に必要な 2 番目の生命維持システムは、メインの宇宙船のシステムのバックアップとして機能します。

1962年当時、月軌道でのランデブーは危険だと考えられていた。なぜなら、宇宙でのランデブーは地球軌道でさえ達成されていなかったからだ。もし月着陸船が月周回軌道に到達できなければ、2人の宇宙飛行士は地球に戻ることも大気圏再突入で生き延びることもできず、取り残されてしまうだろう。ランデブーは1965年と1966年に、レーダーと搭載コンピューターの助けを借りて、ジェミニ計画の6回のミッション^{[注 1]}で成功裏に実証された。また、アポロ計画でも8回試みられ、すべて成功している。^{[注 2]}

1961 年にアポロ月面着陸計画が開始されたとき、月面からの離陸と地球への帰還には 3 人乗りの司令船と機械船の組み合わせ(CSM) が使用されると想定されていました。そのため、着陸脚を備えた大型のロケット ステージで月面に着陸する必要があり、結果として非常に大型の宇宙船 (100,000 ポンド (45,000 kg) を超える) が月に送られることになります。

これを直接上昇（単一の打ち上げロケット）で行う場合、必要なロケットはノヴァ級の極めて大型なものになるはずである。これに代わる方法は地球軌道ランデブーであり、サターン級の2基以上のロケットが宇宙船全体の一部を打ち上げ、月に向けて出発する前に地球軌道上でランデブーする。これには、別途打ち上げられた地球離脱段が含まれる可能性があり、または空の離脱段の軌道上での燃料補給が必要になる可能性がある。

1958年12月、陸軍弾道ミサイル局のヴェルナー・フォン・ブラウンとハインツ・ヘルマン・ケーレは、効率的に月に到達するための選択肢として、月周回軌道ランデブーをエイブ・シルバースタインを含むNASAの首脳に提示した。 ^[6] 1959年、チャンス・ヴォート宇宙航行部門のコンラッド・ラウは、月周回軌道ランデブーを使用する完全なミッション計画を監督し、それは1960年1月にNASAのシルバースタインに送られた。ラウの下で働いていたトム・ドーランは、1960年2月にNASAの技術者と経営陣に会社の提案を説明するために派遣された。^{[7] [6]}その後、この代替案は、 1960年の初期のアポロ実現可能性調査において、スペースタスクグループのジム・チャンバーリンとオーウェン・メイナードによって研究され、推進された。^[8]このモードでは、単一のサターンV型ロケットで、より小型の月着陸船（LEM）を搭載したCSMを月に打ち上げることができた。^[注3]結合した宇宙船が月周回軌道に到達すると、3人の宇宙飛行士のうち1人がCSMに残り、他の2人がLEMに入り、切り離して月面に降下する。そして、LEMの上昇段を使用して月周回軌道でCSMに再合流し、LEMを捨ててCSMを使用して地球に帰還する。この方法は、ラングレー研究センターのエンジニアであるジョン・C・フーボルトによってNASA副長官ロバート・シーマンズに提案され、彼が率いるチームが開発を行った。

ペイロードの必要量が少ないことに加え、月面着陸船をその目的専用に設計できることも LOR アプローチのもう 1 つの利点です。LEM の設計により、宇宙飛行士は地上約 4.6 メートル (15 フィート) の高さにある観測窓から着陸地点をはっきりと見ることができます。一方、地上から少なくとも 40 フィートまたは 50 フィート (12 メートルまたは 15 メートル) の高さにあるコマンド モジュール着陸船に仰向けになっていて、テレビ画面を通してしか見ることができません。

LEM を 2 番目の有人宇宙船として開発することで、冗長化された重要なシステム (電力、生命維持装置、推進装置) というさらなる利点が得られ、重要な CSM システムに障害が発生した場合に、宇宙飛行士を生き延びさせて安全に帰還させるための「救命ボート」として使用できるようになりました。これは不測の事態を想定したものでしたが、LEM の仕様には含まれていませんでした。結局、この機能は 1970 年に非常に貴重であることが証明され、酸素タンクの爆発でサービス モジュールが機能しなくなったときにアポロ 13 号の宇宙飛行士の命を救いました。

ジョン・フーボルト博士はLOR の利点を無視するつもりはなかった。月面ミッション運営グループのメンバーとして、フーボルト博士は1959 年から宇宙でのランデブーのさまざまな技術的側面を研究しており、ラングレー研究センターの他の数人と同様に、LOR は 10 年以内に月に到達する最も実現可能な方法であるだけでなく、唯一の方法であると確信していた。彼はさまざまな機会にNASAに調査結果を報告していたが、内部タスクフォース (彼がプレゼンテーションを行った) が恣意的に確立された「基本ルール」に従っていると強く感じていた。フーボルト博士によると、これらの基本ルールは NASA の月面ミッションに関する考え方を制限し、LOR が公正に検討される前に却下される原因となっていた。^[10]

1961 年 11 月、フーボルトは、適切な手続きを踏まずに、副長官ロバート C. シーマンズに直接 9 ページの私信を書くという大胆な手段に出た。「荒野の声のように」フーボルトは LOR の排除に抗議した。「我々は月へ行きたいのか、行きたくないのか」とラングレーの技術者は尋ねた。「なぜ、その重々しい大きさのノヴァはただ受け入れられ、なぜランデブーを伴うそれほど壮大ではない計画は追放されたり守勢に立たされたりするのでしょうか。このような方法で連絡を取るのが少々型破りであることは重々承知しています」とフーボルトは認めた。「しかし、問題となっている問題は我々全員にとって非常に重要なので、通常とは異なる対応が正当化されるのです」^{[11] [12]}

シーマンズがフーボルトの手紙に返信するまでに 2 週間かかりました。副長官は「私たちの有能なスタッフが制限的なガイドラインによって不当に制限されると、私たちの組織と国家にとって非常に有害となる」ことに同意しました。彼はフーボルトに対し、NASA は今後、これまで以上に LOR に注意を払うことを約束しました。

その後の数か月で、NASA はまさにそれを実行し、NASA の内外の多くの人々を驚かせたが、LOR はすぐに最有力候補になった。この問題を LOR に有利にしたのはいくつかの要因だった。第一に、直径 33 フィート (10 メートル) のサターン Vと比べて、直径 50 フィート (15 メートル) のノヴァ ロケットの開発には時間と費用がかかることから、直接上昇の考えに対する幻滅感が高まっていた。第二に、地球軌道ランデブーに必要な比較的大きな宇宙船が、月への軟着陸に向けてどのように操縦できるのかという技術的な懸念が高まっていた。考えを変えた NASA のエンジニアの 1 人は次のように説明した。

月までその物体を目視で確認するという作業には、本当に満足のいく答えはありませんでした。LOR の最も優れた点は、着陸用の別の乗り物を作ることができたことです。

LORを支持する意見に変えた最初の主要グループは、ロバート・ギルルースのスペースタスクグループであった。同グループは当時はまだラングレーに拠点を置いていたが、間もなく有人宇宙船センターとしてヒューストンに移転する予定であった。次にやって来たのは、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターのヴェルナー・フォン・ブラウンのチーム であった。これら2つの強力なグループは、ラングレーで当初計画を策定したエンジニアとともに、NASA本部の主要職員、特に直接上昇を主張していたジェームズ・ウェッブ長官を説得し、1969年までに月面に着陸するにはLORが唯一の方法であると納得させた。ウェッブ長官は1962年7月にLORを承認した。^[13]この決定は1962年7月11日の記者会見で正式に発表された。^[14]ケネディ大統領の科学顧問ジェローム・ウィーズナーはLORに断固反対し続けた。^{[15] [10]}

• 提案されたソ連の月面着陸計画では、N1ロケット、LK着陸船、ソユーズ7K-LOKが使用され、同様のLORミッションプロファイルが使用されていたはずである。
• コンステレーション計画では、月面着陸にEORとLORを組み合わせて使用​​することになっていた。
• アルテミス計画では、月付近のNRHO ^[16]でのランデブーを利用して月の南極地域に人間を着陸させることを計画しています。
• 中国の月探査計画では、 LORを使用した月面着陸ミッションについて説明している。^[17]

1998 年のテレビ ミニシリーズ『 From the Earth to the Moon 』の第 5 話「Spider」は、 1961 年にジョン フーボルトが NASA に LOR をアポロ計画に採用するよう説得した最初の試みをドラマ化し、1969 年の最初の有人テスト飛行であるアポロ 9 号までの月着陸船の開発を追っています。エピソードはアポロ 9 号月着陸船にちなんで名付けられています。

• 月周回軌道投入
• 月経注射
• 地球外からの投入

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