Космические аппараты исследуют Луну - Виталий Перов

Фотоаппарат станции имел объективы с фокусным расстоянием 200 и 500 мм для съемки Луны в различных масштабах. Фотографирование проводилось на специальную 35-миллиметровую пленку, выдерживающую высокие температуры. Отснятая пленка автоматически проявлялась, фиксировалась, сушилась и подготавливалась для передачи изображений на Землю.

Передача велась с помощью телевизионной системы. Преобразование негативного изображения на пленке в электрические сигналы осуществлялось просвечивающей электронно-лучевой трубкой, имеющей высокую разрешающую способность, и высокостабильным фотоэлектронным умножителем. Передача могла вестись в медленном режиме (при связи на больших удалениях) и быстром (при подлете к Земле). В зависимости от условий передачи могло варьироваться число строк, на которые разлагалось изображение. Максимальное число строк — 1000 на один кадр.

Для выполнения фотографирования, после того как АС, двигаясь по траектории, достигла необходимого положения относительно Луны и Солнца, была введена в действие система автономной ориентации. С помощью этой системы ликвидировалось беспорядочное вращение станции, возникшее после отделения от последней ступени ракеты-носителя, а затем, с помощью датчиков Солнца, АС сориентировалась в направлении Солнце-Луна (оптические оси объективов фотокамеры при этом были направлены в сторону Луны). После достижения точной ориентации, когда Луна попала в поле зрения специального оптического устройства, автоматически подавалась команда на фотографирование. В процессе всего сеанса фотосъемки система ориентации сохраняла постоянное наведение аппаратуры на Луну.

Каково же научное значение результатов полетов первых посланцев к Луне?

Уже на первом этапе лунных исследований с использованием автоматических космических устройств получены важнейшие в планетологическом отношении научные данные. Обнаружилось, что Луна не обладает заметным собственным магнитным полем и радиационным поясом. Лунное магнитное поле не было зарегистрировано аппаратурой станции «Луна-2», имевшим нижний порог чувствительности 60 гамм, и, таким образом, напряженность лунного магнитного поля оказалась в 100–400 раз меньше напряженности магнитного поля у поверхности Земли.

Интересен был вывод и о том, что Луна все-таки обладает атмосферой, хотя и чрезвычайно разреженной. Об этом свидетельствовало увеличение плотности газового компонента по мере приближения к Луне.

С помощью «искусственной кометы» — облака паров натрия, выброшенных в пространство и светящихся под воздействием солнечной радиации, — проводилось изучение газовой среды межпланетного пространства. Наблюдение этого облака также позволило уточнить параметры движения станции по траектории.

Фотографирование обратной стороны Луны, выполненное станцией «Луна-3», впервые предоставило возможность увидеть около 2/3 поверхности и обнаружить около 400 объектов, наиболее заметным из которых были даны имена выдающихся ученых. Неожиданностью явилась асимметрия видимой и невидимой сторон Луны. На обратной стороне, как оказалось, преобладает материковый шит с повышенной плотностью кратеров и практически отсутствуют морские районы, так характерные для хорошо знакомой, видимой стороны.

На основании полученных фотографий были составлены первый атлас и карта обратной стороны Луны и изготовлен лунный глобус. Таким образом, был сделан крупный шаг на пути «великих географических открытий» на Луне.

Первые полеты к Луне имели большое значение и для развития космонавтики, и, в частности, для создания межпланетных автоматических станций, накопления опыта и отработки технических средств и методов длительных межпланетных полетов. Они, безусловно, внесли свою долю в основы будущих успехов Советского Союза в области изучения наших ближайших соседей по Солнечной системе — планет Венера и Марс.

МЯГКАЯ ПОСАДКА И ИСКУССТВЕННЫЕ СПУТНИКИ ЛУНЫ

Первые зондирующие, разведочные, полеты к Луне не только принесли много интересных и ценных научных результатов, но и помогли сформулировать новые направления исследований нашей ближайшей космической соседки. На повестку дня встал вопрос об изучении глобальных свойств этого космического тела, а также проведение исследований по выявлению региональных особенностей строения лунной поверхности.

Для решения этих задач необходимо было создать космические аппараты, способные доставлять научную аппаратуру в различные районы Луны или проводить длительные исследования в окололунном пространстве с орбит ее искусственных спутников. Возник целый комплекс научно-технических проблем, связанных с обеспечением большей точности выведения космических аппаратов на необходимые для этого траектории полета, с проведением контроля и управления их движением, с разработкой методов и созданием средств ориентации космических аппаратов по небесным телам и компактных, надежных и эффективных ракетных двигателей, позволяющих выполнять многоразовое включение и допускающих регулировку тяги в широких пределах (для проведения коррекции траекторий движения и торможения при выполнении мягкой посадки или перехода на орбиту ИСЛ).

К станциям этого поколения относились АС «Луна-9, -13», осуществившие мягкие посадки на Луку, а также «Луна-10, -11, -12, -14», выведенные на окололунные орбиты (см. Приложение). Они включали в себя жидкостный реактивный двигатель и баки с топливом, контейнер с научной аппаратурой и с системами для обеспечения ее функционирования, а также радиооборудование для передачи команд с Земли на АС и информации с АС на Землю, автоматические устройства, обеспечивающие работу всех агрегатов в определенной последовательности.

В зависимости от полетного задания (мягкая посадка на Луну или выведение станции на окололунную орбиту) варьировался набор служебных систем и режим их работы, состав научной аппаратуры и ее компоновка.

Советская станция «Луна-9» стала первым в истории человечества космическим аппаратом, совершившим мягкую посадку на Луну. Комплекс устройств, обеспечивший доставку контейнера с аппаратурой на лунную поверхность, включал в себя корректирующе-тормозную двигательную установку, радиоустройства и агрегаты системы управления, источники энергопитания.

Двигательная установка АС состояла из однокамерного ЖРД и управляющих сопел, сферического бака окислителя, являющегося основным силовым элементом станции, и тороподобного бака горючего. В двигателе использовалось топливо, состоящее из азотнокислотного окислителя и горючего на основе аминов. Подача компонентов в камеру сгорания осуществлялась турбонасосным агрегатом. ЖРД развивал тягу 4640 кг при давлении в камере сгорания около 64 кг/кв. см. Двигательная установка обеспечивала двухразовое включение, необходимое для проведения коррекции траектории во время перелета и торможения перед посадкой. При коррекции двигатель работал с постоянной тягой, а при посадке ее величина регулировалась в широком диапазоне.

Автоматические устройства, обеспечивающие операции в процессе всего полета, устанавливались в герметизированном отсеке, а блоки, необходимые только при перелете к Луне (до выполнения посадочных операций), размешались в специальных отсеках, сбрасываемых перед началом торможения. Такая компоновочная схема позволяла значительно уменьшить массу служебных систем перед посадкой и значительно увеличить массу полезного груза.

Заключительный этап полета (рис. 3) начался за 6 ч до посадки — после передачи на борт АС данных для настройки системы управления. За 2 ч до встречи с Луной по радиокомандам с Земли была проведена подготовка систем к торможению. Порядок дальнейших операций разрабатывался логическими бортовыми устройствами системы управления, которая также обеспечивала ориентацию станции на основании работы оптических датчиков слежения за Землей и Солнцем (при этом ось двигателя была направлена на центр Луны).

После того как радиовысотомер зарегистрировал, что высота АС над поверхностью составляет около 75 км, ЖРД включился на торможение. При запуске ЖРД произошло отделение сбрасываемых отсеков, причем стабилизация АС осуществлялась при помощи управляющих сопел, использующих отработанный газ турбонасосного агрегата. Величина тяги двигателя регулировалась по определенному закону, так чтобы были достигнуты необходимая посадочная скорость и выход станции в конце торможения на заданную высоту над лунной поверхностью.

В связи с тем что ко времени полета АС «Луна-9» точных данных о свойствах лунной поверхности не было, система посадки рассчитывалась на широкий диапазон характеристик грунта — от скального до очень рыхлого. Посадочный контейнер станции был помещен в эластичную оболочку, которая перед прилунением надувалась сжатым газом. Непосредственно перед контактом с Луной шаровая оболочка с заключенным в ней контейнером была отделена от приборного отсека, упала на поверхность и, несколько раз подпрыгнув, остановилась. При этом она распалась на две части, была отброшена, а спускаемый аппарат АС оказался на грунте.