Pianificare il viaggio Sulla Luna o Morte Tornare sulla Terra
Nonostante i razzi spaziali a un solo stadio popolari nelle storie di fantascienza, andare sulla Luna è una missione che è meglio suddividere in più parti: raggiungere l'orbita terrestre bassa, trasferirsi dalla Terra all'orbita lunare, atterrare sulla Luna e, infine, invertire i passaggi per tornare sulla Terra.  Alcune storie di fantascienza che hanno rappresentato un approccio più realistico al raggiungimento della Luna mostravano astronauti che andavano su una stazione spaziale orbitante, dove erano ormeggiati razzi più piccoli, che li avrebbero portati sulla Luna e poi, di nuovo, sulla stazione. A causa della competizione che esisteva tra Stati Uniti e Unione Sovietica, questo approccio non è mai stato adottato; le stazioni saziali Skylab, Salyut e la Stazione Spaziale Internazionale sono state tutte create dopo la fine del Progetto Apollo. Il Progetto Apollo utilizzava il razzo a tre stadi Saturn V. Il primo stadio, quello inferiore, faceva decollare l'intero vettore dalla rampa di lancio fino all'altezza di 68 km, il secondo lo spingeva quasi fino all'orbita terrestre bassa, mentre il terzo lo conduceva all'orbita e poi verso la Luna.  Il Programma Constellation, proposto dalla NASA per tornare sulla Luna nel 2018, è composto da due differenti razzi a due stadi. Ci sono due differenti progetti per il primo stadio dei razzi: uno dedicato al lancio dell'equipaggio e che consiste in un singolo propulsore a cinque segmenti, l'Ares I, e un altro, l'Ares V, per il lancio del carico e dell'equipaggio, composto da cinque motori a razzo posti sotto a un serbatoio esterno di carburante, integrato da due razzi a combustibile solido a cinque segmenti. Il secondo stadio di entrambe le versioni utilizza un singolo propulsore a combustibile liquido. Il vettore dedicato al trasporto dei carichi pesanti dovrebbe trasportare il modulo lunare, dove si trasferirebbero gli astronauti all'attracco dei due razzi. Dal momento che la Luna è priva di atmosfera, devi portare con te l'ossigeno, in modo da poter respirare quando ti trovi là; quando poi vai a fare due passi sulla superficie lunare devi avere una tuta spaziale per proteggerti dal calore ardente del giorno lunare, che dura due settimane, o dal freddo che intorpidisce la mente dell'altrettanto lunga notte lunare – per non parlare della radiazione e delle micrometeoriti a cui è esposta la superficie dall'assenza di atmosfera.  Ti servirà anche qualcosa da mangiare. La maggior parte del cibo consumato dagli astronauti durante le missioni spaziali deve essere liofilizzato e concentrato per ridurne il peso, per poi venire reidratato al momento di mangiarlo. Deve anche trattarsi di cibo ad alto contenuto di proteine, in modo da ridurre al minimo la quantità di calore corporeo generato dopo il pasto. (Puoi perlomeno mandarlo giù con la Tang, una bevanda al sapore di frutta.) Tutto quello che porti con te nello spazio aumenta il peso, incrementando la quantità di carburante necessaria a far decollare e viaggiare il razzo nello spazio, dove quindi non potrai portare con te troppi effetti personali – e quelle rocce lunari, sulla Terra, peseranno sei volte di più che sulla Luna. Una finestra di lancio è il periodo di tempo durante il quale il razzo dev'essere lanciato dalla Terra perché possa atterrare nella zona voluta della Luna nel momento in cui c'è abbastanza luce per esplorare l'area di atterraggio. La finestra di lancio è stata classificata in due tipi: mensile e giornaliera.  La finestra di lancio mensile approfitta della posizione della zona in cui è previsto l'atterraggio relativamente alla Terra e al Sole. Dal momento che la gravità terrestre costringe la Luna a rivolgere verso la Terra sempre la stessa faccia, le missioni esplorative venivano scelte in zone del lato rivolto verso la Terra, per rendere possibili le comunicazioni radio tra la Terra e la Luna. Anche il periodo doveva venire scelto in un momento in cui il Sole illuminava la zona di atterraggio. La finestra di lancio giornaliera approfitta delle condizioni di lancio, come l'angolo al quale sarà lanciato il veicolo spaziale, le prestazioni dei razzi propulsori e la presenza di una nave che sorvegli l'avanzata del razzo durante il volo. Nei primi tempi le condizioni di luce durante il lancio erano importanti, perché la luce diurna rendeva più facile monitorare le interruzioni di una missione durante il lancio o dopo il raggiungimento dell'orbita, così come permetteva di documentarle con fotografie. Dopo che la NASA ebbe acquisito maggior esperienza nel controllo delle missioni, i lanci diurni non furono più necessari; l'Apollo 17 venne infatti lanciato durante la notte. Idealmente, un razzo diretto sulla Luna dovrebbe essere lanciato verticalmente per approfittare dell'aiuto che fornirebbe la rotazione della Terra per raggiungere la velocità orbitale. Nel Progetto Apollo, tuttavia, la NASA considerò un raggio di 18 gradi in ciascuna direzione dalla verticale, senza che il lancio venisse significativamente compromesso. Sfuggendo all'attrazione gravitazionale della Terra, bisogna considerare due velocità: la velocità di fuga e la prima velocità cosmica. La velocità di fuga è quella necessaria per sfuggire completamente alla gravità di un pianeta, mentre la prima velocità cosmica è quella necessaria per entrare in orbita attorno a un pianeta. La velocità di fuga dalla superficie terrestre è di circa 40.248 km/h, o 11,2 km/s. La prima velocità cosmica per la superficie della Terra è soltanto di circa 7,9 km/h; ci vuole meno energia per raggiungere la prima velocità cosmica che la velocità di fuga. Inoltre, più ti allontani dalla superficie della Terra, più i valori di queste due velocità diminuiscono, e la velocità di fuga corrisponde sempre a circa 1,414 (la radice quadrata di 2) volte la prima velocità cosmica. Dopo aver raggiunto l'orbita terrestre bassa e aver verificato che tutti i sistemi del veicolo siano in funzione, è il momento di accendere i propulsori e andare sulla Luna.  Nel Progetto Apollo, la cosa veniva fatta accendendo i propulsori del terzo stadio un'ultima volta, per spingere il veicolo spaziale verso la Luna. Lungo la strada, il Modulo di Comando e Servizio (CSM) si separava dal terzo stadio, si capovolgeva e attraccava al Modulo Lunare Apollo (LEM), trasportato nella parte superiore del terzo stadio. Nel Programma Constellation, il progetto prevede che il razzo che trasporta l'equipaggio e il suo modulo di comando attracchi nell'orbita terrestre bassa, con lo stadio di partenza e il modulo lunare trasportati dal razzo per l'invio del carico. Lo stadio di partenza dovrebbe poi accendere i suoi propulsori e inviare il veicolo spaziale verso la Luna. Dopo che il veicolo spaziale è entrato nella gravità lunare, accendi i propulsori per rallentare e posizionarlo in orbita attorno alla Luna. Sia il Progetto Apollo che il Programma Constellation ospitano moduli orbitali e di atterraggio distinti. Per il modulo di comando dell'Apollo, era necessario che uno dei tre astronauti rimanesse indietro per pilotarlo, mentre gli altri due erano a bordo del modulo lunare. Il modulo orbitale del Programma Constellation, invece, è progettato per funzionare automaticamente, in modo che tutti e quattro gli astronauti, per il cui trasporto è stato concepito, possano stare a bordo del modulo lunare, se lo desiderano. Dal momento che la Luna è priva di atmosfera, è necessario usare i razzi per rallentare la velocità di discesa del modulo lunare a circa 160 km/h, per garantire ai passeggeri un atterraggio morbido e senza danni. Idealmente, la superficie di atterraggio prevista dovrebbe essere sgombra di rocce di dimensioni consistenti; questo è il motivo per cui il Mare della Tranquillità fu scelto come zona di atterraggio per l'Apollo 11. Dopo che sei atterrato sulla Luna, è il momento di fare quel piccolo passo ed esplorarne la superficie. Durante la tua permanenza, puoi racccogliere campioni di rocce e polvere lunare perché vengano esaminati sulla Terra, e, se hai portato con te un rover lunare pieghevole come nelle missioni Apollo 15, 16 e 17, puoi anche scorrazzare sulla superficie a 18 km/h. (Non preoccuparti di mandare il motore su di giri; l'unità è alimentata a batteria, e comunque non c'è aria che trasporti il rumore di un motore imballato.) Dopo aver sbrigato i tuoi affari sulla Luna, metti in valigia i tuoi campioni e attrezzi, e sali a bordo del modulo lunare per il viaggio di ritorno. Il modulo lunare dell'Apollo era composto da due stadi: uno di discesa per posarsi sulla Luna e uno di ascesa, per riportare gli astronauti nell'orbita lunare. Lo stadio di discesa veniva abbandonato sulla Luna (così come il rover lunare). Sia il modulo di comando dell'Apollo che la capsula orbitale sono stati progettati per riportare gli astronauti dalla Luna alla Terra. Il contenuto dei moduli lunari viene trasferito su quelli orbitali, e ai moduli lunari vengono poi tolti gli ormeggi, per farli poi precipitare sulla Luna. Il principale propulsore dei moduli di servizio dell'Apollo e del Constellation viene acceso per sfuggire alla forza di gravità della Luna, e il veicolo spaziale viene diretto verso la Terra. Al rientro nella gravità terrestre, il propulsore del modulo di servizio viene puntato verso la Terra e acceso di nuovo per rallentare la discesa della capsula di comando, prima di venire scaricato in mare. Lo scudo termico del modulo di comando viene esposto per proteggere gli astronauti dal calore del rientro. Mentre la nave entra nella parte più densa dell'atmosfera terrestre, vengono impiegati dei paracadute per rallentare ulteriormente la capsula.  Nel Progetto Apollo, il modulo di comando cadeva nell'oceano, com'era stato fatto nelle precedenti missioni della NASA dotate di equipaggio,e veniva recuperato da una nave della Marina. I moduli di comando non venivano riutilizzati.  Il Programma Constellation, invece, prevede l'atterraggio sul suolo, come accadeva nelle missioni spaziali sovietiche, dove l'ammaraggio nell'oceano cosituiva un'alternativa nel caso in cui non fosse possibile toccare terra. La capsula di comando è progettata per venire ripristinata, sostituendo lo scudo termico con uno nuovo, e riutilizzata.
Progetta di viaggiare in più fasi. Fai le valigie per il viaggio. Stabilisci la finestra di lancio. Decolla. Raggiungi l'orbita terrestre bassa. Passa a una rotta translunare. Raggiungi l'orbita lunare. Passa al modulo lunare. Scendi sulla superficie lunare. Esplora. Fai i bagagli e torna a casa. Attracca alla nave orbitante. Fai rotta verso la Terra. Preparati per l'atterraggio.
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