5 Kuu maandumise uuendust, mis muutis elu Maal

Astronaut Buzz Aldrin Kuul Apollo 11 missiooni ajal. Pilt Neil Armstrongi / NASA kaudu.

Jean Creighton, Wisconsini-Milwaukee ülikool

Suur osa igapäevaelus levinud tehnoloogiast pärineb inimolendi Kuule panemise püüdlusest. Need jõupingutused jõudsid oma tippu, kui Neil Armstrong astus Kotka maandumismoodulilt kuu pinnale 50 aastat tagasi.

NASA õhus leviva astronoomia suursaadikuna ja Wisconsini-Milwaukee ülikooli Manfred Olsoni planetaariumi direktorina tean, et ilmateadete, GPSi ja isegi nutitelefonide taga olevad tehnoloogiad suudavad jälgida nende päritolu kuni võidujooksuni kuule.

Apollo 11 ja tema meeskonnaga Kuu poole liikuv rakett Saturn V tõuseb 16. juulil 1969. Pilt NASA kaudu.

1. Raketid

4. oktoober 1957 tähistas kosmoseajastu koitu, kui Nõukogude Liit käivitas esimese inimese loodud satelliidi Sputnik 1. Nõukogude riigid tegid esimestena võimsaid kanderakette, kohandades Teise maailmasõja aegseid kaugmaarakette, eriti Saksa V-2.

Sealt liikusid kosmosejõud ja satelliittehnoloogia kiiresti: Luna 1 pääses Maa gravitatsiooniväljast, et 4. jaanuaril 1959 Kuust mööda lennata; Vostok 1 kandis esimese inimese, Juri Gagarini, kosmosesse 12. aprillil 1961; ja esimene kommertssatelliit Telstar saatsid TV-signaale üle Atlandi ookeani 10. juulil 1962.

1969. aasta Kuu maandumine kasutas ka Saksa teadlaste, näiteks Wernher von Brauni teadmisi, et saata suuri kosmoselaadimisi kosmosesse. Apollo programmi kanderakett Saturn V F-1 mootorid põletasid kokku 2800 tonni kütust kiirusega 12, 9 tonni sekundis.

Saturn V seisab endiselt kõigi aegade kõige võimsama raketina, kuid rakette on tänapäeval palju odavam lasta. Näiteks kui Saturn V maksis 185 miljonit USA dollarit, mis tähendab 2019. aastal üle miljardi dollari, siis Falcon Heavy lansseerimine maksab täna ainult 90 miljonit dollarit. Need raketid on see, kuidas satelliidid, astronaudid ja muud kosmoseaparaadid väljuvad Maa pinnalt, et jätkata teabe ja arusaamade toomist teistest maailmadest.

2. Satelliidid

Inimese Kuule maandumiseks piisava tõukejõu otsimine viis sõidukite ehitamiseni, mis olid piisavalt võimsad, et käivitada kasulik koormus Maa pinna kohal 21 200–22 600 miili (34 100–36 440 km) kõrgusele. Sellistel kõrgustel joonduvad orbiidil olevad satelliidid kiirusega, kui kiiresti planeet pöörleb, nii et satelliidid püsivad kindla punkti kohal, nn geosünkroonsel orbiidil. Geosünkroonsed satelliidid vastutavad side eest, pakkudes nii Interneti-ühendust kui ka telesaateid.

2019. aasta alguses oli Maa ümber tiirlemas 4987 satelliiti; ainuüksi 2018. aastal oli kogu maailmas orbiidiheitmeid rohkem kui 382. Praegu töötavatest satelliitidest võimaldab sidet umbes 40% kasulikust koormusest, 36% jälgib Maad, 11% tutvustab tehnoloogiaid, 7% parandab navigeerimist ja positsioneerimist ning 6% edendab kosmose- ja maateadust.

Apollo juhendav arvuti sülearvuti kõrval. Pilt Autopiloodi / Wikimedia Commonsi kaudu.

3. Miniaturiseerimine

Kosmosemissioonidel - toona ja isegi täna - on ranged piirangud, kui suur ja kui raske nende varustus võib olla, sest orbiidi tõstmiseks ja saavutamiseks on vaja nii palju energiat. Need piirangud sundisid kosmosetööstust leidma viise, kuidas teha peaaegu kõigest väiksemat ja kergemat versiooni: Isegi Kuu maandumismooduli seinad vähendati kahe paberilehe paksuseks.

1940ndate lõpust kuni 1960ndate lõpuni vähenes elektroonika kaal ja energiatarbimine vähemalt mitmesajakordselt - vähemalt 30 tonni ja 160-kilovatise elektrinumbrilise integraatori ja arvuti 70-naela ja 70-vatise võimsuse korral. Apollo juhendatavast arvutist. See massierinevus on võrdne küürvaala ja armarillo vahelise erinevusega.

Mehitatud missioonid nõudsid keerukamaid süsteeme kui varasemad, mehitamata. Näiteks 1951. aastal oli universaalne automaatne arvuti võimeline andma 1905 juhist sekundis, samas kui Saturn V juhtimissüsteem täitis 12 190 juhist sekundis. Kiire elektroonika poole liikumine on jätkunud - moodsate käeshoitavate seadmetega, mis suudavad tavapäraselt täita juhiseid 120 miljonit korda kiiremini kui juhtimissüsteemiga, mis võimaldas Apollo 11 välja tõsta, oli 1960. aastatel vajadus arvutite miniaturiseerimiseks kosmoseuuringute jaoks kogu tööstust motiveerida. kavandada väiksemaid, kiiremaid ja energiatõhusamaid arvuteid, mis on mõjutanud tänapäeval praktiliselt kõiki elu aspekte alates kommunikatsioonist kuni tervise ja tootmisest kuni transportimiseni.

4. Maapealsete jaamade ülemaailmne võrk

Kosmoses olevate sõidukite ja inimestega suhtlemine oli sama oluline kui nende kohalejõudmine. Oluline läbimurre, mis oli seotud 1969. aasta Kuu maandumisega, oli maapealsete jaamade ülemaailmse võrgu, mida nimetatakse sügava kosmosevõrguks, ehitamine, et maapealsed kontrolörid saaksid pidevalt suhelda missioonidega väga elliptilistel Maa orbiitidel või kaugemal. See järjepidevus oli võimalik, kuna maapealsed rajatised olid paigutatud strateegiliselt 120 kraadi kaugusele üksteisest nii, et iga kosmoselaev oleks kogu aeg ühe maapealse jaama raadiuses.

Kosmoseaparaadi piiratud võimsuse tõttu ehitati Maale suured antennid, et simuleerida „suuri kõrvu“, et kuulda nõrku sõnumeid ja toimida „suurte suudena“ valjude käskude edastamiseks. Tegelikult kasutati Deep Space Networki Apollo 11 astronautidega suhtlemiseks ja seda kasutati Neil Armstrongi esimeste dramaatiliste telepiltide edastamiseks Kuule astudes. See võrk oli ülioluline ka Apollo 13 meeskonna ellujäämiseks, kuna nad vajasid maapealse personali juhtnööre, raiskamata oma väärtuslikku jõudu sidepidamisele.

Mitu tosinat missiooni kasutavad sügavas kosmosevõrgustikku meie päikesesüsteemi pideva uurimise osana ja kaugemalgi. Lisaks võimaldab süvakosmosevõrk suhelda satelliitidega, mis asuvad kõrgel elliptilisel orbiidil, pooluste jälgimiseks ja raadiosignaalide edastamiseks.

'Maatõus' - vaade Maale Kuu tiirlemise ajal. Pilt Bill Andersi kaudu, Apollo 8 / NASA

5. Maale tagasi vaadates

Kosmosesse jõudmine on võimaldanud inimestel pöörata oma teadusuuringuid Maa poole. 1959. aasta augustis tegi mehitamata satelliit Explorer VI Apollo programmi ettevalmistamisel esimesed topeltfotod Maast kosmosest, uurides missiooni, mis uuris atmosfääri ülemist atmosfääri.

Ligi kümmekond aastat hiljem tegi Apollo 8 meeskond kuulsa pildi Kuu maastiku kohal tõusevast Maast, mille nimi oli „Earthrise”. See pilt aitas inimestel mõista meie planeeti kui ainulaadset ühist maailma ja elavdas keskkonnaliikumist.

Maa Päikesesüsteemi servast, nähtav miinuskraadise helesinise punktina kõige parempoolseima pruuni triibu keskel. Pilt Voyager 1 kaudu / NASA /

Arusaamine meie planeedi rollist universumis süvenes Voyager 1 fotoga “helesinine punkt” - pilt, mille sai vastu Deep Space Network.

Sellest ajast alates on inimesed ja meie masinad kosmosest Maad pildistanud. Kosmose vaated Maale suunavad inimesi nii globaalselt kui ka lokaalselt. See, mis sai alguse 1960. aastate alguses USA mereväe satelliitsüsteemina, et jälgida oma Polarise allveelaevu 185 meetri raadiuses, on puhkenud ülemaailmseks asukohateenuseid pakkuvate satelliitide globaalse positsioneerimissüsteemi võrku.

Maavaatlussatelliitide seeriast Landsat tehtud pilte kasutatakse põllukultuuride tervise määramiseks, vetikate õitsemise tuvastamiseks ja võimalike õliladestuste leidmiseks. Muud kasutusviisid hõlmavad metsamajandamise tüüpide väljaselgitamist, mis on kõige tõhusamad tulekahjude leviku aeglustamiseks või selliste ülemaailmsete muutuste tunnustamiseks nagu liustike katvus ja linnaareng.

Kui saame rohkem teada omaenda planeedi ja eksoplaneetide - teiste tähtede ümber asuvate planeetide kohta -, saame rohkem teada, kui hinnaline meie planeet on. Pingutused Maa enda säilitamiseks võivad veel leida abi kütuseelementidest, mis on Apollo programmi teine ​​tehnoloogia. Need vesiniku ja hapniku hoidmissüsteemid Apollo hooldusmoodulis, mis sisaldasid elu toetavaid süsteeme ja varustusi Kuu maandumismissioonide jaoks, genereerisid energiat ja tootsid joogivett astronautidele. Kütuseelemendid, mis on palju puhtamad energiaallikad kui traditsioonilised sisepõlemismootorid, võivad mängida oma osa globaalse energiatootmise muutmisel kliimamuutustega võitlemiseks.

Me võime vaid imestada, millised uuendused, mis on seotud püüdlusega saata inimesi teistele planeetidele, mõjutavad maalasi 50 aastat pärast esimest Marswalki.

Jean Creighton, NASA õhus astronoomia suursaadiku planetaariumi direktor, Wisconsini-Milwaukee ülikool

See artikkel on avaldatud väljaandes The Conversation Creative Commonsi litsentsi all. Lugege algset artiklit.

Alumine rida: Apollo 11 Kuu maandumise uuendused, mis muutsid elu Maal.