Il modulo lunare delle missioni Apollo (ufficialmente designato LM – Lunar Module e non LEM – Lunar Excursion Module) aveva due motori, uno sullo stadio di discesa, che in seguito sarebbe servito da piattaforma di lancio dalla Luna e uno sullo stadio di salita, che sarebbe tornato in orbita attorno alla Luna dopo la missione sulla superficie.
Il motore dello stadio di discesa aveva una spinta regolabile, fino ad un massimo di 47 kN. Il motore dello stadio di salita era piu’ piccolo, con una spinta massima di 15,6 kN. Entrambi i motori utilizzavano come carburante un composto dell’idrazina (N2H4) e come ossidante del tetrossido di azoto (N2O4). Questi composti hanno la caratteristica di reagire spontaneamente (ovvero di “bruciare”) senza bisogno di un sistema di accensione (in gergo, sono “ipergolici”). In questo modo si evitava di avere a bordo un sistema di accensione che poteva guastarsi nel momento del bisogno.
Per quanto riguarda l’altra domanda, tre sono i motivi principali per la sproporzione tra il Saturn V e lo stadio di salita dell’LM
- L’LM non incontrava resistenza atmosferica, mentre il Saturn V doveva attraversare, accelerando, gli strati piu’ bassi e piu’ densi dell’atmosfera. La resistenza aerodinamica incontrata da un missile dipende, tra le altre cose, dalla densita’ dell’aria e dal quadrato della sua velocita’.
- L’LM doveva vincere un’attrazione gravitazionale pari a solo un sesto di quella che doveva vincere il Saturn V
- Il Saturn V doveva portare in orbita attorno alla Terra (cioe’ accelerare fino a quasi 9 km/s) un carico superiore alle 100 tonnellate comprendente:
- Il modulo di comando, di circa 6 tonnellate di massa (dove si trovavano gli astronauti)
- Il modulo di servizio, di circa 25 tonnellate
- Il terzo stadio S-IVB ancora parzialmente pieno di carburante, necessario per l’inserimento nell’orbita di trasferimento verso la Luna. Al momento del lancio la massa di un S-IVB “pieno” era di circa 120 tonnellate
- L’LM, la cui massa era di circa 15 tonnellate
Dal canto suo invece l’LM doveva portare in orbita attorno alla Luna (cioe’ accelerare a meno di 2 km/s) solamente lo stadio di salita, comprendente anche i due astronauti e al massimo un centinaio di chilogrammi di campioni di roccia, per una massa totale inferiore alle 5 tonnellate.