В 1971 г. вступила в строй высокоточная
астрономическая установка (ВАУ) для наблюдения искусственных космических тел на Звенигородской экспериментальной станции Астрономического совета АН СССР. Башня ВАУ с полностью раскрывающимся куполом, под которым смонтирована камера ВАУ.
Камера ВАУ, имеющая специальную трехосную монтировку для облегчения
Одна из наиболее ярких
комет, открытых
в последние годы (комета
Беннетта), над
Абастуманской
астрофизической
обсерваторией
АН Грузинской ССР.
т
слежения з
с различными
ескими
орбитами.
Пульт управления ВАУ.
Был выработан список возможных конкрет­ных направлений исследований. Среди них изучение нескольких сот избранных ближай­ших звезд и других объектов в интервале от видимой области до дециметрового диапазона на существующих астрономических инструмен­тах, поиск сильных импульсных сигналов от мощных галактических источников, измерения в области субмиллиметрового диапазона для исследования его пригодности для сверхдаль­ней космической связи. Особое внимание было уделено вопросам проектирования новых круп­нейших радиоастрономических инструментов, которые не только бы позволяли осуществлять поиск цивилизации, но могли бы одновремен­но служить для получения важных данных и в других областях космических исследований. Предложено было также разработать систему постоянного контроля излучений всего неба, что могло бы послужить прообразом постоян­ной «Радиослужбы обнаружения цивилиза­ций».
Самый большой в мире телескоп
В ближайшие годы на Северном Кавказе вой­дет в строй самый большой в мире телескоп-рефлектор. Диаметр зеркала этого гиганта — 6 м (до сих пор самым большим был телескоп с диаметром зеркала 5 м, установленный в США). Телескоп монтируется под куполом специально выстроенной для него огромной башни (высота телескопа — 42 м) на высоте 2200 м над уровнем моря вблизи станицы Зе-ленчукской. Телескоп обладает в основном благодаря своим размерам рядом особенностей. В частности, если практически все телескопы в мире имеют экваториальную монтировку, т. е.
одна из осей, вокруг которой движется теле­скоп, направлена в полюс мира (параллельна земной оси), а вторая — перпендикулярна ей, то для 6-метрового телескопа была избрана альтазимутальная монтировка (с вертикальной и горизонтальной осями вращения). Но, по­скольку для слежения за звездами необходимо вращение по обеим осям с неравномерной ско­ростью, для этой цели используется специаль­ная электронно-вычислительная машина, осу­ществляющая переход от экваториальной систе­мы координат к горизонтальной и управляю­щая как движением телескопа, так и синхрон­ным движением купола башни, Несмотря на то, что общий вес движущихся частей — 700 т, телескоп можно вращать от руки благодаря то­му, что вертикальная ось покоится на гидрав­лическом масляном подшипнике. Подшипник имеет сферическую поверхность с центром в центре масс-телескопа. Толщина слоя масла — 0,05 мм.
Наиболее важная и сложная в изготовлении деталь — главное зеркало телескопа параболи­ческой формы. Для того чтобы иметь мини­мальные дефекты при изменении температуры, оно изготовлено из особого материала — пирек­са. Вес его 42 т.
Телескоп оснащен специальным оборудова­нием для проведения фотометрических, фото­графических, спектральных и других исследо­ваний.
Обширна программа научных исследований, которые предполагается проводить на большом телескопе. Естественно, что с его помощью астрономы предполагают изучать самые раз­личные по своим характеристикам космические объекты: галактики, звезды и туманности, большие и малые планеты, спутники
Путешествие по Морю Дождей
Удивительное путешествие советского «Луно-хода-1» по лунному Морю Дождей продолжа­лось почти год. Все это время приборы первой в мире передвижной лунной лаборатории пере­давали на Землю ценнейшую научную инфор­мацию, которая позволит ученым продвинуться вперед в понимании природы нашего естествен­ного спутника, при решении важных космого­нических проблем.
В предыдущем томе ежегодника рассказы­валось о полете станции «Луна-17», конструк­ции «Лунохода-1» и экспериментах, выполнен­ных в первые два лунных дня (лунный день, как известно, продолжается примерно 14 зем­ных суток). Ниже — рассказ о продолжении путешествия, немного о приборах и результа­тах работы передвижной лаборатории.
На «Луноходе-1», помимо телевизионной аппаратуры, предназначенной для топографи­ческого изучения местности, было установлено 5 научных приборов.
Химический состав лунного грунта опреде­лялся прибором, получившим название РИФМА (рентгеновский изотопный флуорес­центный метод анализа). Функционирование прибора основано на следующем принципе. Специальный изотопный источник облучает ис­следуемый участок поверхности Луны рентге­новскими лучами, ионизируя атомы различных элементов, входящих в состав лунного грунта.
При этом возникает ответное рентгеновское КОСМИЧЕ-излучение, энергия которого строго соответ- СКИЕ ствует тому или иному химическому элементу. ИССЛЕ-Регистрируя ответное излучение и измеряя его ДОВАНИЯ энергию, можно определить, какие элементы подвергались облучению и каково их содержа­ние в грунте. Для регистрации ответных рент­геновских квантов использовались специально разработанные пропорциональные счетчики, снабженные так называемыми характеристиче­скими фильтрами. Зная концентрацию элемен­тов и особенно их сочетание в лунном грунте, нетрудно установить, какие именно типы гор­ных пород имеются в том или ином месте по­верхности Луны,
Прибор для исследования механических свойств лунного грунта — пенетрометр пред­ставляет собой штамп, выполненный в виде конуса с крестообразными лопастями. Под дей­ствием специального привода конусно-лопаст­ной штамп вдавливался в грунт и затем пово­рачивался вокруг продольной оси. Усилия, дей­ствовавшие на конус в процессе его погруже­ния в грунт и поворота, непрерывно регистри­ровались. Измерялась также глубина погруже­ния конуса и угол поворота его лопастей. В ре­зультате получалась совокупность характери­стик лунного грунта, в частности его сопротив­ление сжатию и сдвигу.
Физико-механические свойства лунного грун­та изучались и другими методами. Во-первых, во время движения лунохода непрерывно ис-
следовался характер взаимодействия колес с грунтом. На самоходном шасси был установлен комплекс датчиков, которые позволяли изме­рять угол наклона поверхности, величину кру­тящего момента для каждого колеса, скорость его вращения, величину пробуксовывания. Во-вторых, исследовались также изображения сле­дов колес лунохода на телевизионных панора­мах. Анализируя глубину колеи, характер де­формации грунта под колесами при прямоли­нейном движении и особенно при поворотах лунохода, специалисты определяли прочност­ные характеристики грунта и оценивали его структуру. Использование одновременно не­скольких способов исследования позволило достаточно детально судить о свойствах лунного грунта по всей трассе движения луно­хода
Радиометрическая аппаратура предназнача­лась для изучения космических лучей солнеч­ного и галактического происхождения, контро­ля радиационной обстановки на траектории перелета станции «Луна-17» и регистрации ра­диоактивности на поверхности Луны во время работы передвижной лаборатории. Аппаратура состояла из двух блоков: в одном, расположен­ном снаружи приборного отсека, находились газоразрядные счетчики и полупроводниковые детекторы заряженных частиц. Второй блок был смонтирован внутри приборочного отсека и включал газоразрядные счетчики и электрон­ные схемы, преобразующие получаемую от де­текторов информацию для передачи по теле­метрическим каналам.
Для исследования рентгеновского излучения отдельных источников и диффузного «фона» космического пространства на «Луноходе-1» был установлен рентгеновский телескоп. Изу­чение рентгеновского излучения представляет исключительную ценность для астрофизики, поскольку, как показали исследования послед­них лет, в этом диапазоне электромагнитных волн сосредоточена огромная и очень важная информация как об отдельных небесных объ­ектах— звездах, галактиках и т. п., так и о Вселенной в целом — об условиях ее возник­новения и эволюции*.
Основные результаты подобных исследова­ний получены главным образом с помощью ракетных экспериментов. Время нахождения аппаратуры за пределами атмосферы состав­ляло при этом всего лишь две-три минуты в каждом случае, а общее время рентгено-астро-номических наблюдений во всем мире, по-види­мому, не превышало до последнего времени трех-четырех часов. Поэтому настоятельной за­дачей рентгеновской астрономии становятся длительные систематические внеатмосферные наблюдения. Луна — практически идеальное место размещения астрономических приборов. Прежде всего у Луны нет атмосферы, подобной земной. Затем медленное вращение Луны во­круг собственной оси позволяет очень точно навести приборы на изучаемый небесный объ­ект и длительно удерживать его в поле зрения прибора. Таким путем можно исследовать очень слабые объекты, накапливая сигнал в течение больших интервалов времени. Стано­вится доступным и очень точное определение координат изучаемых объектов на небесной
сфере. Наконец, на Луне нет радиационного пояса, который создает серьезные помехи при наблюдениях рентгеновского излучения на околоземных орбитах. Таким образом, достав­ку рентгеновского телескопа на Луну следует считать началом нового этапа в развитии вне­атмосферной астрономии.
Основные элементы рентгеновского телеско­па — два пропорциональных счетчика рентге­новских фотонов для области спектра 2—10А; перед счетчиками установлены коллиматоры, ограничивающие поле зрения каждого счетчика конусом с углом около 3°. Один счетчик — ра­бочий для регистрации рентгеновских квантов, другой — контрольный, нечувствительный к рентгеновскому излучению и позволяющий контролировать фон космической радиации (перед входным окном этого счетчика поме­щен фильтр, непрозрачный для исследуемой области рентгеновского излучения). Оси обоих счетчиков при горизонтальном расположении лунохода направлены в лунный зенит. При медленном вращении Луны вокруг своей оси (один оборот за 27,3 земных суток) поле зре­ния телескопа скользит по небесной сфере. Наблюдения рентгеновского излучения прово­дились во время стоянок лунохода; за 18—20 часов поле зрения поворачивалось на 9 — 10°.
Электрические импульсы от обоих счетчиков после усиления их специальными электронны­ми устройствами поступали на счетные схемы, а затем в запоминающее устройство; во время сеансов связи накопленная информация считы-валась и по телеметрическим каналам переда­валась на Землю.
Пятый научный прибор, установленный на «Луноходе-1», — уголковый лазерный отража­тель, разработанный и изготовленный во Фран­ции. Об экспериментах по лазерной локации Луны рассказывалось в предыдущем томе еже­годника; отметим только, что использовалось два комплекта наземной лазерно-локационной аппаратуры. Один комплект был создан совет­скими учеными и инженерами и установлен на крупнейшем в Европе оптическом телескопе диаметром 2,6 м в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР. Другой комплект был разработан и изготовлен французскими учены­ми и инженерами и установлен на телескопе диаметром 1,05 м, расположенном в обсерва­тории Пик дю Миди в Пиренеях. В состав каждого комплекта входили: оптический пере­датчик на рубиновом лазере, фотоприемник с системой регистрации отраженного сигнала, из­меритель времени распространения лазерного импульса до отражателя и обратно с точностью измерения порядка стомиллионной доли секун­ды и блок автоматики и управления.
Свое путешествие по Морю Дождей «Луно-ход-1» начал на внутреннем склоне кратерооб-разной котловины поперечником 150—200 м, на котором совершила посадку станция «Лу-на-17». В течение двух первых лунных дней аппарат двигался почти строго на юг, с неболь­шим отклонением трассы движения к востоку. В период третьего лунного дня он двигался в обратном направлении, имея задачей выйти к исходной точке своего маршрута — месту по­садки станции «Луна-17». Эта сложная навига­ционная задача была успешно решена, и к кон­цу третьего лунного дня, пройдя в общей слож­ности 3655 м, передвижная лаборатория до­стигла местонахождения посадочной ступени станции «Луна-17»,
* См. статью В. Л. Гинзбурга и С. И. Сыроват-ского «Гамма- и рентгеновская астрономия» в ежегоднике «Наука и человечество. 1966».— Ред.
Запланированная трехмесячная программа работы «Лунохода-1» была полностью выполнена к 17 февраля 1971 г. В результате проведенных в этот период экспериментов было получено огромное количество научно-технической информации, обработка которой позволяла продвинуться вперед в понимании характера и особенностей топографии и морфологии лунной поверхности, физико-химических условий на Луне. Однако анализ состояния и работы бортовых систем показал, что передвижная лаборатория могла функционировать и дальше; с этой целью была составлена дополнительная программа работы «Лунохода-1».
После стоянки в период лунной ночи рядом с посадочной ступенью «Луноход-1» двинулся на север в направлении на мыс Гераклида, который виднелся на ранее полученных панорамах. В конце четвертого лунного дня аппарат вышел к трем смежным крупным кратерам, которые были подвергнуты детальным комплексным
исследованиям в течение 5-го, 6-го и 7-го лунных дней. Результаты этих исследований представляют большой интерес для селенологии.
Условия передвижения при изучении системы трех кратеров были значительно более сложными, чем в первые три месяца работы аппарата. Многочисленные вторичные кратеры с диаметром от 5 до 30 м, россыпи камней с размерами до 3 м, сыпучий грунт на крутых склонах кратеров создавали значительные трудности для передвижения. При форсировании отдельных кратеров, когда топографическая ситуация не позволяла совершить обходные маневры, луноход преодолевал спуски и подъемы с углами наклона 25—30°.
Изучение системы кратеров началось с объезда полукилометрового кратера по северо-восточной части его кромки. Затем луноход спустился по склону большого кратера и выполнил стереоскопическую съемку его дна, склонов и внешних склонов двухсотметрового кратера. Аппарат пересек полукилометровый кратер по северному склону, вышел на его западную границу и далее углубился в зону выброса лунного грунта.
При движении лунохода выполнялась панорамная съемка склонов кратера и вторичных кратеров внутри него. В северо-западной части самого большого кратера был обнаружен очень свежий кратер диаметром 30 м; вал его сложен из камней размером 20—40 см, а их выбросы прослеживались на расстоянии до трех радиусов от кромки кратера. Исследование выбросов свежих кратеров представляет большой интерес для понимания ударно-взрывного механизма их образования.
Во второй половине пятого лунного дня про­водилось детальное обследование нижних склонов большого кратера. Обработка телевизионной и телеметрической информации показала, что диаметр большого кратера равен 540±20 м, меньшего кратера— 240±10 м; склоны большого кратера имеют наибольший уклон 15°, меньшего кратера — 20°. Большой кратер имеет не ярко выраженный вал высотой 3—4 м, вал более молодого — двухсотметрового кратера выражен более отчетливо и имеет высоту 5—6 м.
В начале шестого лунного дня было завершено изучение двухсотметрового кратера, на валу которого аппарат провел предыдущую лунную ночь Поднявшись из этого кратера,
луноход вышел на колею, проложенную им ранее в пятый лунный день, что позволило определить местоположение лунохода с высокой точностью. Еще более сложным был маршрут аппарата по склону третьего кратера системы, к которому он приблизился в середине шестого лунного дня. Этот кратер диаметром около 400 м, рыхлые склоны которого покрыты большими россыпями камней, очень заинтересовал селенологов. Маневрируя среди камней и вторичных кратеров, луноход вышел к месту, где угол склона достигал критической величины. После фотограмметрической обработки полученных до этого панорам и снимков был найден безопасный путь, и экипаж приступил к выводу лунохода из каменного лабиринта в межкратерное пространство.
В период седьмого лунного дня проводилось исследование межкратерной зоны, в частности, изучение в этой зоне микроструктуры лунной поверхности. В конце этого дня луноход был выведен в место совмещения валов трех смежных больших кратеров. Место совмещения валов имеет форму холма, возвышающегося над лунной поверхностью в районе работы лунохода на 10—15 м. Аппарат успешно преодолел подъем на плоскую вершину этой возвышенности и с вершины сделал стереоскопическую съемку кратеров и зоны их выбросов.
В период восьмого лунного дня перед самоходной лабораторией была поставлена задача выйти в новый район, представляющий интерес для изучения процесса формирования лунной поверхности. В поисках такого района «Луноход-1» прошел сначала в северо-западном, а затем в, северо-восточном направлениях 1560 м. Трасса аппарата в это время пролегала по склону очень старого кратера диаметром около километра. К концу восьмого лунного дня аппарат вышел в район скопления относительно молодых кратеров, размеры которых достигали в диаметре 200 м. Изучению этого района была посвящена работа передвижной лаборатории в заключительных три лунных дня — 9-й, 10-й и 11-й.
Выполнение программы научных и научно-технических исследований с помощью первой в мире передвижной лунной лаборатории «Луноход-1» завершилось 4 октября 1971 г. Прекращение активного функционирования аппарата было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника тепла, что привело к понижению температуры внутри аппарата в течение 11-й лунной ночи с 15 по 30 сентября 1971 г. Успешная работа передвижной лаборатории, начавшаяся 17 ноября 1970 г., продолжалась десять с половиной месяцев. За этот период времени на поверхности Луны в условиях космического вакуума, радиации, зна­чительных перепадов температуры и сложного рельефа местности по трассе движения все системы и научные приборы передвижной лаборатории функционировали нормально, обеспечив выполнение как основной, так и дополнительной программ научных исследований Луны.
При выполнении этих исследований и испытаний «Луноход-1» прошел расстояние 10540 м. Была обследована лунная поверхность на площади 80 тыс. м2; для этого с помощью телевизионных систем аппарата было получено более 200 панорам и свыше 20 тысяч снимков лунной поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения лунохода изучались физи-
Фотография, сделанная с борта «Лунохода-1».
В центре просматривается кратер диаметром 5 м и глубиной 1 м. Видны приборы «Лунохода-1»
Испытания «Лунохода-1»
Снимок планеты Марс, сделанный автоматической станцией «Марс-3» с расстояния 50 тыс. км
Горный район и предгорье в экваториальной области Марса, которые во время фотографирования автоматической станцией «Марс-3» были менее- закрыты пылевой бурей. В вечернее время при низкой высоте Солнца отдельные участки поверхности покрыты глубокими тенями
ко-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведен анализ хими­ческого состава. Проводились длительные и планомерные измерения космического рентге­новского излучения и исследования радиацион­ной обстановки на Луне.
С помощью «Лунохода-1» ученые исследова­ли характер и особенности поверхности типич­ного лунного «моря» — Моря Дождей. Анализ комплексной информации показывает, что по общей морфологии, характеру рыхлого поверх­ностного слоя и распространенности кратеров и камней обследованный район Моря Дождей близок к ранее изученным «морским» районам экваториальной зоны Луны. Это указывает на общность закономерностей формирования и эволюции лунной поверхности на значительном пространстве лунных «морей», а также на то, что процесс образования кратеров на поверх­ности Луны сильно растянут во времени и фор­ма их меняется с возрастом — контуры их ста­новятся более сглаженными, смягченными.
Результаты рентгеноспектрального анализа химического состава пород показали, что гор­ные породы в районе исследований по составу близки к базальтам. Эти данные подтверждают концепцию интенсивного развития базальтово­го вулканизма на Луне в ранние этапы ее су­ществования. Базальты широко распростране­ны на Луне и Земле. Этот факт можно рас­сматривать как свидетельство универсальности процесса выплавления базальтовой магмы при дифференциации планетных тел земного типа.
Интересные данные были получены с помо­щью радиометрической аппаратуры. Радио­метр неоднократно регистрировал значительное возрастание потоков протонов, электронов и альфа-частиц по сравнению с величинами фо­новых потоков этих частиц в межпланетном пространстве.
Первая серия измерений была проведена, когда станция «Луна-17» находилась на траек­тории перелета к Луне. При сравнении с дан­ными, полученными в тот же период аппара­турой станции «Венера-7», оказалось, что при­боры «Луны-17» регистрировали солнечную вспышку, произошедшую 5—9 ноября 1970 г.
Интересным фактом явилось и то, что после посадки станции на поверхность Луны интен­сивность галактических космических лучей уменьшилась примерно в 2 раза по сравнению с уровнем, регистрировавшимся во время по­лета. Это свидетельствует об экранировании радиометра от изотопного потока галактиче­ских космических лучей телом Луны и подтвер­ждает выводы о низкой радиоактивности по­верхностного слоя Луны, сделанные ранее в результате полетов станций серии «Луна».
Последующие данные, полученные радио­метрической аппаратурой «Лунохода-1», хоро­шо согласуются с результатами одновременных измерений, выполнявшихся станциями «Вене-ра-7», «Марс-2» и «Марс-3».
Полученная с помощью «Лунохода-1» уни­кальная по своему характеру и обширная по объему научная информация послужит даль­нейшему расширению наших знаний о Луне, Солнце и космическом пространстве.
Первая долговременная орбитальная станция
19 апреля 1971 г. в Советском Союзе была запущена орбитальная научная станция «Са­лют». Ракета-носитель вывела станцию на
близкую к расчетной орбиту с начальными зна­чениями параметров: высота в перигее 200 км, высота в апогее 222 км, наклонение 51,6°, период обращения 88,5 мин.
Орбитальная научная станция «Салют» со­стоит из трех основных отсеков: переходного, рабочего и агрегатного. Геометрическая фор­ма станции цилиндрическая — три цилиндра различного диаметра (два соединены между со­бой конической частью). Цилиндры образуют герметизируемый объем орбитальной станции.
При переходе на борт станции космонавты сначала попадают в переходной отсек (ци­линдр меньшего диаметра). В этом отсеке рас­положена часть научной астрофизической ап­паратуры и несколько пультов управления. К корпусу переходного отсека крепятся две панели с солнечными элементами. Перегород­ка отделяет переходной отсек от рабочего ци­линдра большего диаметра, в перегородке имеется люк, через который космонавты могут переходить из отсека в отсек.
На торцевой части корпуса рабочего отсека расположен негерметичный агрегатный отсек, в котором сконцентрировано оборудование, обеспечивающее управление движением стан­ции, в частности корректирующая двигатель­ная установка многоразового действия и баки с топливом. На корпусе агрегатного отсека размещены двигатели системы ориентации и стабилизации, с топливными баками и шаро­выми баллонами для сжатого газа — рабочего тела исполнительных органов. На корпусе это­го отсека также размещены две панели с сол­нечными элементами; вместе с такими же па­нелями на переходном отсеке они обеспечива­ют снабжение космического комплекса элек­троэнергией. В общую энергосеть была под­ключена энергия от панелей с солнечными эле­ментами, установленных на корабле «Союз».
Корабль «Союз» выполняет функции транс­портного средства, обеспечивающего доставку экипажа на борт станции и возвращение на Землю после выполнения программы экспери­ментов. В связи с этим некоторые системы и устройства корабля были модифицированы. В частности, была разработана новая конструк­ция стыковочного узла.
Общий объем станции около 100 куб. м, длина — около 20 м, вес орбитального ком­плекса свыше 25 т. Орбитальная научная стан­ция «Салют» является аппаратом принципи­ально нового типа, способным решать широ­кий круг важнейших проблем науки, техники и народного хозяйства.
Спустя четверо суток после запуска станции «Салют», 23 апреля в2ч 54 мин по москов­скому времени был произведен старт ракеты-носителя с космическим кораблем «Союз-10», который в 3 ч 03 мин вышел на расчетную околоземную орбиту. На борту корабля «Со-юз-10» находился экипаж в составе В. А. Ша­талова (командир корабля), А. С. Елисеева (бортинженер) и Н. Н. Рукавишникова (инже­нер-испытатель).
После того как космонавты освоились с ус­ловиями невесомости, они приступили к вы­полнению намеченной программы полета, в которую входило: 1) проведение совместных экспериментов с орбитальной научной станци­ей «Салют», в частности, проверка принципов сближения и причаливания корабля к автома­тической научной станции, отработка новых стыковочных узлов и комплекса радиотехни-
ЛЕТОПИСЬ НАУКИ
Две экспедиции на «Салюте-6»
Учебно-тренировочный макет орби­тальной станции «Салют» в зале тренажеров Центра подготовки кос­монавтов им. Ю. А. Гагарина
Тренажер космического корабля «Союз» в Центре подготовки кос­монавтов им. Ю. А. Гагарина
Г. Гречко, О. Макаров, В. Джанибеков, Ю. Романенко на борту косми­ческого комплекса «Салют-6» — «Союз-26» — «Союз-27> ,
Запуск автоматического грузового транспортного корабля «Про-гресс-1»
Транспортный корабль «Прогресс-1» во время причаливания к орбиталь­ному комплексу «Салют-6» — «Союз-27» (снимок получен по теле­космической связи)