ОСОБЕННОСТИ ТРАСС ПОЛЕТА АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ «ЛУНА-1», «ЛУНА-4», «ЗОНД-3»

  • Пройдя мимо Луны на близком расстоянии, эти автоматические станции стали искусственными спутниками Солнца.
  • 2 января 1959 г. был дан старт мощной многоступенчатой ракете-носителю автоматической станции «Луна-1». После того как ее конечная ступень весом 1472 кг израсходовала рабочий запас топлива, ракета преодолела притяжение Земли и по гиперболической траектории устремилась в сторону Луны. Вначале она двигалась очень быстро, но скорость ее под действием силы земного притяжения постепенно уменьшалась. Если на высоте 1500 км скорость ее относительно центра Земли была несколько более 10 км/сек, то на расстоянии 100 тыс. км она не превышала 3,5 км/сек.
  • Через 34 часа после старта станция прошла на расстоянии 5 — 6 тыс. км от Луны. Затем она начала удаляться от Луны, скорость ее относительно центра Земли продолжала убывать, приближаясь к величине, равной примерно 2 км/сек. На расстоянии около миллиона километров от Земли влияние земного притяжения на станцию ослабло настолько, что движение ее продолжалось только под действием силы тяготения Солнца. Станция стала его первым искусственным спутником.
  • Почему же «Луна-1» не упала на Луну?
  • Объясняется это тем, что траектория космического аппарата внутри сферы действия Луны в селеноцентрической системе координат всегда гиперболическая. Поэтому при любом характере траектории полета от Земли до границы сферы действия Луны селеноцентрическая скорость космического аппарата, по крайней мере, вдвое превышает его параболическую скорость относительно Луны. Отсюда невозможность захвата неуправляемого космического аппарата полем тяготения Луны.
  • Что дал науке полет станции «Луна-1»? Аппаратура, установленная на ее борту, предусматривала измерение магнитных полей Земли и Луны, исследование интенсивности и вариаций интенсивности потока заряженных частиц, регистрацию фотонов в космическом излучении и изучение распределения в нем тяжелых ядер, изучение газовой компоненты межпланетного пространства, корпускулярного излучения Солнца и исследование микрометеорных тел.
  • Были получены новые данные о радиационных поясах Земли. Установлено, что пространственное расположение внешнего пояса и его интенсивность непостоянны во времени и обусловлены солнечной активностью. На расстоянии 3 — 4 земных радиусов была выявлена зависимость магнитного поля Земли от внешних источников и определена величина потока первичного космического излучения (2,3±0,1 частицы на 1 см2/сек.). В полете впервые, в соответствии с расчетами, в течение 62 час. до расстояния 597 тыс. км поддерживалась радиосвязь. Магнитометр, установленный на межпланетной станции, мог измерять напряженность геомагнитного поля до 3500 гамм с погрешностью 100 гамм.
  • Станция «Луна-4» стартовала 2 апреля 1963 г., но не с поверхности Земли, как «Луна-1», а с промежуточной околоземной орбиты. Через 3,5 суток после старта станция прошла на расстоянии 8500 км от лунной поверхности. Поскольку скорость ее относительно Земли была эллиптической, станция превратилась в искусственный спутник нашей планеты. Апогей ее был примерно в 700 тыс. км от Земли, а перигей — в 90 тыс. км. Однако такая сильно вытянутая орбита станции оказалась весьма неустойчивой. Она непрерывно подвергалась влиянию сильных возмущений со стороны Солнца и Луны, отчего апогей станции оказался вне сферы действия Земли, и «Луна-4» перешла во власть Солнца, превратившись в его спутник.
  • Автоматическая станция «Зонд-3», запущенная 18 июля 1965 г. для исследования физики дальнего космического пространства, через 33 часа после старта прошла вблизи Луны. Находящаяся на ее борту фототелевизионная аппаратура использовалась для получения изображения областей Луны, не сфотографированных станцией «Луна-3». Выполнив свою задачу, «Зонд-3» удалился в глубины космоса.
  • Фотографирование началось с расстояния 11,6 тыс. км от поверхности Луны и закончилось через 1 час 8 мин. после того, как станция прошла на кратчайшем расстоянии от Луны — 9220 км. Изображение — 25 четких снимков — было передано на Землю с расстояния 2,2 млн. км. Повторно изображение передавалось с расстояния 31,5 млн, км. Высококачественное изображение изобиловало деталями — каждый кадр состоял из 1100 строк с 860 элементами в строке. Для сравнения скажем, что каждый кадр изображения планеты Марс, передаваемого с борта американской станции «Маринер-IV», состоял из 200 строк с 200 элементами в строке, а каждый кадр изображения Луны, передаваемый в то время с борта аппаратов «Рейнджер», — из 800 строк с 800 элементами в строке.
  • Телевизионная система станции «Зонд-3» рассчитана на передачу телевизионных изображений с расстояния до нескольких сотен миллионов километров. Передача телевизионного изображения с борта станции осуществлялась не в реальном масштабе времени, поскольку передача телеизображения в реальном масштабе времени требует очень широкой полосы частот излучаемых с борта сигналов. Шум в точке приема широкополосного сигнала при удалении станции от Земли на предельные расстояния увеличивается, поэтому появляется необходимость использовать бортовые передатчики с очень большой мощностью излучения. Правда, во многих системах изображение запоминается на борту, а затем относительно медленно развертывается и передается в узкой полосе частот. Преимущество данного метода в том, что он позволяет многократно воспроизводить каждый кадр изображения. Каждый кадр телевизионного изображения передавался на Землю примерно за 34 мин.
  • Благодаря автоматическим станциям «Луна-3» и «Зонд-3» мы стали располагать фотографиями почти всей обратной стороны Луны. Из 19 млн. км2 поверхности обратной стороны Луны незаснятыми оставалось около 1,5 млн. км2. Лишь небольшие области обратной стороны Луны близ Северного и Южного полюсов не попали в объектив фотокамер «Зонда-3». За время фотографирования положение станции относительно центра Луны изменилось примерно на 60°. Каждый участок был сфотографирован под различными углами.



    Схема движения станции «Зонд-3» около Луны.

  • Когда была сфотографирована практически вся обратная сторона Луны, ученые сделали важные выводы. Ландшафт видимой и обратной стороны Луны различен: на обратной стороне мало «морей» и много кольцевых гор, для нее типичен материковый характер. Там много обширных впадин и кратеров различного размера, налагающихся один на другой. Обнаружены образования, не встречающиеся на видимой с Земли поверхности Луны, — многочисленные цепочки небольших кратеров протяженностью в сотни километров и мореподобные образования, названные талассоидами (от греческого «таласса» — море). Если около 40% поверхности видимого полушария Луны занимают равнины, именуемые «морями», то на обратной стороне Луны на их долю приходится менее 10% поверхности. «Мы пока не знаем, с чем связано такое отличие, — говорил академик А. А. Михаилов. — Может быть, это строение аналогично строению нашей планеты, на которой тоже в одном полушарии больше материков, а в другом — океанов». Советские ученые пришли к выводу об асимметрии Луны относительно плоскости, делящей ее на видимую и невидимую с Земли части.
  • С помощью «Зонда-3» удалось получить новые данные о космическом излучении. Для изучения радиации внутри станции был установлен газоразрядный счетчик. Исследования подтвердили, что в период минимума солнечной активности на Солнце не происходят совсем или очень редки процессы, ведущие к резкому изменению интенсивности космических лучей. Эта интенсивность может меняться в связи с переменой магнитной обстановки благодаря временным изменениям «солнечного ветра». Периодичность перемен магнитной обстановки может быть связана со временем распространения корпускулярных потоков в Солнечной системе, которое составляет 5 — 10 дней. Именно такая периодичность перемен магнитной обстановки в межпланетном пространстве наблюдалась при полете станции «Луна-4».
  • Пройдя мимо Луны и сфотографировав ее обратную сторону, «Зонд-3», согласно программе полета, вышел на гелиоцентрическую орбиту. С целью отработки системы дальней телевизионной связи и радиосвязи с борта станции многократно и с разных расстояний, вплоть до нескольких десятков миллионов километров, передавалось изображение Луны, сфотографированной 20 июля 1965 г.
  • Для анализа полученных результатов и названия новых объектов, обнаруженных на Луне, Академия наук СССР создала специальную комиссию. Результатом трудов комиссии стало дополнительное издание «Атласа обратной стороны Луны» и список названий вновь обнаруженных лунных объектов. После обработки фотографий была составлена «Полная карта Луны» в масштабе 1:5000000 и создан новый лунный глобус в масштабе 1 : 10000000.
  • «Луна-1», «Луна-4» и «Зонд-3» не стали пленниками Луны потому, что их скорость была слишком велика для лунного поля тяготения. Как уже было сказано, чтобы станция удержалась в окололунном пространстве, необходимо снабдить ее ракетным двигателем. Но такая задача перед этими автоматическими станциями не ставилась.



    Схема областей Луны, сфотографированных станцией «Зонд-3».

  • Как мы уже говорили, автоматическая станция «Луна-1», взлетев с поверхности Земли, сразу направилась к Луне. Станция «Луна-4» сначала была выведена на промежуточную, околоземную орбиту. Когда она находилась в заранее рассчитанной точке орбиты, по команде с Земли были включены ракетные двигатели, и станция, получив дополнительную скорость около 3 км/сек, устремилась к Луне. Рассмотрим старт «Луны-4» более подробно, поскольку старт с околоземной орбиты имеет большое значение для космонавтики.

    СТАРТ С ОКОЛОЗЕМНОЙ ОРБИТЫ

  • Идея запуска межпланетных аппаратов с околоземной орбиты принадлежит основоположнику научной космонавтики К. Э. Циолковскому. Советские ученые впервые в истории космических полетов успешно решили эту сложнейшую научно-техническую задачу, 12 февраля 1961 г. автоматическая станция была выведена с околоземной орбиты на трассу полета к Венере.
  • Мощные двигатели разогнали многоступенчатую ракету. Когда скорость полета достигла первой космической, от ракеты отделился тяжелый спутник, несущий космическую ракету, на которой была автоматическая межпланетная станция. Эта космическая ракета в заранее рассчитанной точке орбиты стартовала с борта тяжелого спутника. Когда скорость ее полета относительно Земли стала больше второй космической и она вышла в заранее рассчитанную точку пространства, двигатель ракеты выключился и от нее отделилась автоматическая межпланетная станция. Начался свободный полет станции к Венере.
  • Этот сложнейший технический эксперимент был блестяще повторен 1 ноября 1962 г. при запуске межпланетной станции к Марсу и 2 апреля 1963 г. при запуске станции «Луна-4». С тех пор все космические аппараты, направляемые к Луне, Марсу и Венере, стартовали с промежуточной околоземной орбиты. В чем же преимущества такого способа выхода на межпланетную трассу по сравнению со стартом непосредственно с поверхности Земли?
  • Не все земные космодромы одинаково удобны для выведения космических аппаратов на заданные траектории. Для полета к Луне наиболее выгодны те траектории, которые лежат в плоскости лунной орбиты или в близкой к ней плоскости. Но движение ракеты в плоскости лунной орбиты без коррекции траектории возможно лишь в том случае, когда стартовая площадка расположена примерно между 18 — 28° северной и южной широты, т. е. в полосе, близкой к экватору.
  • Значит, с ракетодромов, расположенных в полосе указанных широт, перелет на Луну выгоднее совершать в плоскости лунной орбиты. Однако ни один пункт Советского Союза никогда не оказывается в плоскости лунной орбиты (самая южная точка СССР находится на 35° северной широты). Находящийся на широте 28° северной широты мыс Кеннеди, где расположена крупнейшая американская ракетная база, — вполне подходящее место для запуска космических летательных аппаратов к Луне.
  • Чтобы «вогнать» траекторию ракеты в плоскость лунной орбиты при старте со средних или полярных широт, активный участок полета должен быть исключительно сложным с точки зрения управления ракетой. Полеты к Луне из районов, расположенных севернее или южнее экваториального пояса, предъявляют исключительно высокие требования не только к средствам управления, но и к энергетическим характеристикам ракеты.
  • При запуске ракеты с промежуточной орбиты выполнение задачи значительно облегчается. С северного полушария энергетически выгодно осуществлять полет тогда, когда Луна находится вблизи точки своей орбиты с минимальным южным склонением, т. е. движется по участку орбиты, находящемуся южнее экваториальной плоскости Земли. Поэтому при ограниченных мощностях ракет старт к Луне возможен на протяжении почти недели каждого сидерического месяца (27,3 суток). В остальное время ракета-носитель должна совершать крутой разгон, приводящий к большим гравитационным потерям, что приводит к значительному уменьшению полезной нагрузки.
  • Используя промежуточную орбиту, ученые получают практически неограниченное число позиций наивыгоднейшего запуска космических аппаратов к небесным телам. Станции, запущенной с промежуточной орбиты, не нужно преодолевать сопротивление наиболее плотных слоев атмосферы. Поэтому она может иметь форму, наиболее подходящую к условиям полета за пределами атмосферы. Для космической станции, совершающей перелет между орбитами искусственных спутников небесных тел, может быть применен двигатель с тягой, значительно меньшей его веса. Это обстоятельство открывает реальные перспективы использования электрореактивных двигателей, что позволит существенно увеличить вес полезного груза станции. Как известно, этот вес зависит не только от величины скорости, которую нужно сообщить космическому аппарату, но и от направления его движения по отношению к Земле.
  • Установлено, что чем больше угол наклона траектории полета ракеты к земной поверхности, тем более ощутимым становится земное притяжение. В таком случае для выведения космического аппарата на межпланетную трассу потребуется дополнительный расход топлива и понадобятся двигатели большей силы тяги. А при запуске космического аппарата с промежуточной орбиты можно осуществить старт почти в горизонтальной плоскости, т. е. со значительно меньшим расходом топлива и двигателями меньшей силы тяги. При этом, естественно, увеличивается вес полезного груза.
  • Старт с промежуточной орбиты позволяет значительно повысить точность вывода космического аппарата на заданную трассу. Для успешного полета по заданной траектории на активном участке, пока работают двигатели, аппарату должны быть приданы вполне определенные скорость и направление полета. Даже самые незначительные погрешности в величине скорости и в направлении, как уже говорилось, приводят к большим отклонениям фактической траектории от расчетной.
  • При запуске станции с орбиты спутника Земли, положение которой в пространстве хорошо известно, всегда можно с большей точностью определить параметры движения космического аппарата — высоту, скорость и направление его полета. Находясь на промежуточной орбите, космическая ракета, несущая автоматическую станцию, уже имеет скорость около 8 км/сек. Остается добавить к ней немногим более 3 км/сек. А чем меньше величина добавочной скорости, тем незначительнее ошибки при выведении станции на межпланетную трассу.
  • Однако следует учитывать, что старт космических аппаратов с промежуточной орбиты весьма сложен в техническом отношении. Для того чтобы успешно его осуществить, нужно прежде всего точно сориентировать последнюю ступень ракеты, несущую автоматическую станцию и стабилизировать ее положение в пространстве. Представьте себе свободно летящее тело, например брошенный камень, который летит, беспорядочно кувыркаясь. То же может произойти и с ракетой, несущей автоматическую станцию, если ее не удерживать и определенном положении. Ясно, что с кувыркающейся ракеты невозможно осуществить старт автоматической станции в заданном направлении.
  • Следует учесть, что наиболее сложная часть старта — это запуск двигателей последней ступени космической ракеты в строго определенное время в условиях невесомости, а также ориентация и стабилизация положения ракеты в пространстве во время работы двигателей при разгоне космического аппарата до необходимой скорости.

    ТРАССА ЗЕМЛЯ — ЛУНА — ЗЕМЛЯ

  • Впервые в истории космонавтики эту трассу проложила автоматическая станция «Зонд-5», запущенная 15 сентября 1968 г. Станция облетела Луну 18 сентября. Минимальное расстояние станции от поверхности Луны равнялось 1950 км. Затем станция вышла на траекторию полета к Земле и 22 сентября вошла в земную атмосферу. Снизившись по баллистической траектории, она приводнилась в Индийском океане.
  • Автоматическая станция «Зонд-6» стартовала 10 ноября 1968 г. Она облетела Луну в 2420 км от ее поверхности. Спускаемый аппарат станции вошел в плотные слои атмосферы и, совершив уже не баллистический, а управляемый спуск, приземлился в заданном районе на территории Советского Союза.
  • Автоматическая станция «Зонд-7» отправилась в рейс 8 августа 1969 г. Она облетела Луну 11 августа. Путешествие ее закончилось 14 августа. Совершив управляемый спуск, станция приземлилась южнее города Кустанай.
  • Станция «Зонд-8» стартовала 20 октября 1970 г. Облетев Луну на расстоянии 1120 км, она возвратилась к Земле и, также совершив управляемый спуск, 27 октября в 16 час. 55 мин. приводнилась в заданном районе акватории Индийского океана. Станция вошла в атмосферу Земли со стороны северного полушария.
  • Траекторию полета автоматических станций можно разделить на три основных этапа. На первом этапе полета многоступенчатая ракета-носитель выводит станцию вместе с последней ступенью ракеты на орбиту искусственного спутника Земли.
  • На втором этапе полета с помощью последней ступени ракеты-носителя станции стартует с промежуточной околоземной орбиты и выходит на трассу полета к Луне. Облетев Луну, станция переходит на траекторию полета к Земле. Облет Луны на заданном расстоянии от нее и возвращение станции в определенный район земной поверхности требуют проведения двух-трех коррекций ее траектории.



    Схема полета автоматических станций «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8» по трассе Земля - Луна -Земля.

  • На третьем этапе полета при подходе к Земле от станции отделяется спускаемый аппарат, который входит в атмосферу Земли, тормозится в ее плотных слоях и совершает посадку в заданном районе. Спуск может осуществляться по баллистической или по управляемой траектории.
  • Каждая станция состояла из приборного отсека и спускаемого аппарата. Приборный отсек обеспечивал полет станции от старта до входа ее в атмосферу Земли. Внутри отсека размещалась система управления, радиотелеметрический комплекс, электронная часть системы ориентации и стабилизации, аппаратура терморегулирования и энергоснабжения. Снаружи располагалась ракетная корректирующая двигательная установка и система управляющих двигателей малой тяги.
  • С помощью специального устройства к приборному отсеку крепился спускаемый аппарат, который по команде бортового программно-временного устройства отделялся от приборного отсека перед входом станции в атмосферу Земли. Спускаемый аппарат предназначался для проведения научных исследований на трассе полета и для доставки их результатов на Землю.


    Фотографирование Земли автоматическими станциями «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8».



    Фотографирование Луны автоматическими станциями «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8».
  • Установленный на борту спускаемого аппарата станции фотоаппарат с фокусным расстоянием 400 мм и форматом кадра 13 X 18 см при полном использовании пленки обеспечивал получение около 200 снимков с высокой степенью разрешения.
  • Все станции в ходе полета фотографировали Землю и Луну с различных расстоянии. Станции «Зонд-5» и «Зонд-6» доставили на Землю черно-белые фотоснимки, станции «Зонд-7» и «Зонд-8» — цветные.
  • В полете станции «Зонд-8» был отработан новый вариант входа космического аппарата в земную атмосферу со стороны северного полушария. Было установлено, что в подобных случаях на конечном участке траектории объект может управляться средствами наземного командно-измерительного комплекса, расположенного на территории Советского Союза, что обеспечивает советским космическим аппаратам значительно большую, чем прежде, точность посадки.

    ВХОД В АТМОСФЕРУ ЗЕМЛИ И СНИЖЕНИЕ СПУСКАЕМОГО АППАРАТА СТАНЦИЙ «ЗОНД-5», «ЗОНД-6», «ЗОНД-7», «ЗОНД-8»

  • Возвращение на Землю автоматических станции серии «Зонд» после облета ими Луны представляло собой во много раз более сложную техническую задачу, чем возвращение искусственных спутников Земли.
  • После облета Луны космический аппарат входит в земную атмосферу со второй космической скоростью (более 11 км/сек), в то время как скорость возвращающихся спутников Земли составляет около 8 км/сек. Чтобы космический аппарат смог вернуться на Землю и совершить посадку в определенном месте, должны быть очень точно выполнены условия его входа в атмосферу. Прежде всего он должен войти в расчетное место под требуемым углом, попасть в так называемый коридор входа. Верхняя граница этого коридора идет по предельно пологой траектории, при полете по которой аппарат будет захвачен атмосферой и спустится на поверхность Земли. Нижняя граница коридора определяется максимально допустимыми перегрузками.
  • При слишком крутом входе в атмосферу Земли аппарат или его бортовые системы могут разрушиться действием больших перегрузок, а при пологом входе аппарат может быть не захвачен атмосферой. Тогда он снова улетит в космическое пространство.
  • В соответствии с программой полета снижение станции «Зонд-5» происходило по баллистической траектории. Перегрузки составляли 10 — 16 единиц. Это диктовало жесткие условия выдерживания расчетного угла входа аппарата в атмосферу. Ширина коридора входа (под шириной коридора входа понимается разность высот условных перигеев двух граничных кеплеровых траекторий) составила 10 — 13 км. Чтобы произвести посадку в заданном районе, нужно исключительно точно выдержать высоту условного перигея, или угол входа. Если угол входа станции окажется несколько больше расчетного, она станет пересекать более разреженные слои атмосферы и будет менее интенсивно тормозиться, что приведет к большому перелету относительно места посадки. И наоборот, если станция войдет в атмосферу, обладая меньшей высотой условного перигея, то она будет тормозиться более интенсивно и совершит посадку, не долетев до заданного места.
  • Насколько сильно влияет точность выдерживания высоты условного перигея на точность входа станции в заданный коридор и на посадку ее в определенном месте, можно судить по такому примеру: отклонение условного перигея по высоте на ±1 км дает соответственно отклонение точки посадки на ±50 км при высоте условного перигея в 35 км. Увеличение высоты условного перигея на 25 км или уменьшение ее на 10 км приводит, как уже говорилось, в первом случае к пролету станции мимо Земли, а во втором — к перегрузкам станции, которые могут превысить предельно допустимые, и к интенсивному кинетическому нагреву.
  • Для космических аппаратов, входящих в атмосферу со второй космической скоростью, наиболее приемлема траектория с углами входа около 5 — 6° к плоскости местного горизонта и с высотой условного перигея приблизительно 35 км. Уменьшение угла входа на 1° опасно возможностью незахвата космического аппарата атмосферой Земли. Станция пролетит мимо Земли и уйдет в космическое пространство. Описав под действием сил тяготения эллипс, она снова вернется в атмосферу и только после многократного прохождения сквозь верхние слои атмосферы сможет погасить скорость и совершить посадку.



    Вход станции «Зонд-5» в атмосферу Земли и спуск по баллистической траектории:
  • 1 - расчетная точка входа в атмосферу: 2-точка входа в атмосферу с посадкой на дальней границе района посадки; 3 - точка входа в атмосферу с посадкой на ближней границе района посадки.

  • Отметим еще одну трудность входа аппарата в атмосферу Земли со второй космической скоростью. Когда он попадает в плотные слои атмосферы, перед его головной частью возникает ударная волна, нагревающая воздух до очень высокой температуры. Между ударной волной и аппаратом температура достигает +13000°, тогда как при входе аппарата в атмосферу с первой космической скоростью она равна +7000 — 8000°. Поэтому необходимо организовать оптимальную теплозащиту аппарата. Эта проблема решается выбором формы аппарата и материала для его теплозащитного покрытия.
  • Спускаемый аппарат станции «Зонд-5» вошел в атмосферу Земли на расчетной высоте условного перигея, с требуемым углом входа. За сравнительно короткий промежуток времени движения по баллистической траектории было проведено резкое торможение, и скорость полета была практически погашена.
  • На высоте около 7 км при скорости спускаемого аппарата около 200 м/сек была введена в действие парашютная система, обеспечивающая дальнейшее гашение скорости и мягкое приводнение аппарата в акватории Индийского океана.



    Схема маневрирования спускаемого аппарата станций «Зонд-6», «Зонд-7 и «Зонд-8» в атмосфере Земли:
  • 1 - отделение спускаемого аппарата; 2 - стабилизация спускаемого аппарата; 3 - границы коридора входа; 4 - первое погружение спускаемого аппарата в атмосферу; 5 - условная траектория полета (без учета атмосферы); 6- условная граница атмосферы; 7 - выход из плотных слоев атмосферы; 8 - второе погружение спускаемого аппарата в атмосферу; 9 - район приземления.

  • Вход спускаемого аппарата в атмосферу можно проводить как с северной стороны земного шара, так и с южной. Однако для посадки на территорию СССР более приемлем южный вариант. Это объясняется тем, что при входе с севера точка входа в атмосферу спускаемого аппарата практически во всех случаях лежит на южной границе территории Советского Союза. Спускаемый аппарат после входа в атмосферу должен пролететь еще несколько тысяч километров, поэтому он сядет не на территории Советского Союза. В южном варианте точка входа аппарата в атмосферу удалена от южной границы СССР на несколько тысяч километров. Безусловно, преодолевать расстояния при управляемом спуске станция может только за счет использования аэродинамических сил: силы лобового сопротивления и подъемкой силы. Этот вид спуска и был осуществлен станциями «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8». Такой спуск по сравнению с баллистическим более сложен, так как в этом случае требуется два погружения спускаемого аппарата в атмосферу. Но такой спуск более приемлем, поскольку он приводит к резкому снижению перегрузок, так как торможение растягивается на значительно больший участок пути.
  • При управляемом снижении космического аппарата его бортовое вычислительное устройство выбирало для участка первого погружения необходимую программу разворотов, а система управления спуском точно ее реализовала. На участке первого погружении происходило аэродинамическое торможение аппарата с 11 до 7,6 км/сек. Перегрузки составляли 4 — 7 единиц. После погружения в атмосферу, благодаря подъемной силе, спускаемый аппарат двигался по траектории, которая загибалась не вниз, как при баллистическом спуске, а вверх. Поэтому аппарат выходил из плотных слоев атмосферы и переходил на участок неуправляемого баллистического полета. На этом участке система управления автоматически осуществляла две подготовительные операции для повторного входа аппарата в атмосферу: разворот аппарата и его стабилизацию в положение, необходимое для управления им на участке второго погружения. Для того чтобы станция приземлилась точно в заданном районе, при повторном погружении в атмосферу система управления спуском автоматически выбирала программу спуска. На высоте 7,5 км и при скорости около 200 м/сек вступала в действие парашютная система, и аппарат приземлялся в заданном районе.
  • Наиболее трудно было организовать управление на участке первого погружения. Здесь управление должно было обеспечить устойчивость движения и гарантировать точность вылета за условную границу атмосферы (высота 100 км) с заданной величиной и направлением скорости. Достаточно сказать, что ошибка в величине скорости на 1 м/сек или в величине угла вылета на 0,01° влекла за собой отклонение по дальности в 25 км. Возможности управления дальностью полета на участке второго погружения ограничены из-за уменьшившейся скорости полета (порядка круговой). При аэродинамическом качестве (отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления, при тяжелых условиях спуска в атмосфере обычно имеет величину около 0,5) примерно 0,3 возможно компенсировать промах около ±350 — 400 км.
  • Управляемый спуск позволяет осуществить посадку аппарата в точно заданном месте и способствует уменьшению перегрузок, что очень важно при возвращении пилотируемых космических аппаратов на Землю.
  • Полет автоматических станций серии «Зонд» показал, что советские ученые и инженеры сделали еще один важный шаг на пути освоения космических трасс и возвращения на Землю автоматических аппаратов, входящих в ее атмосферу со второй космической скоростью.

    НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПОЛЕТОВ СТАНЦИЙ СЕРИИ «ЗОНД»

  • Автоматические станции серии «Зонд» позволяли решить три основные научно-технические задачи: во-первых, отработать автоматический вариант управления космическим аппаратом, во-вторых, испытать системы, обеспечивающие станции подход к Земле со второй космической скоростью с северного и южного полушарии и вход в атмосферу в строго заданном месте, в-третьих, проверить аэродинамическую форму и характеристики спускаемого аппарата при движении его в атмосфере по баллистической траектории и при управляемом спуске с использованием аэродинамического качества.
  • Кроме этих задач автоматические станции «Зонд» помогли решить многие другие, собрав весьма ценный научный материал. Особый интерес представила фотопленка с фотографиями Земли и Луны с различных расстояний, которые отличаются более высоким качеством от фототелевизионных изображений, переданных с борта не возвращающихся на Землю космических аппаратов. Это вполне понятно: ведь прежде чем эти изображения дойдут до потребителя, они претерпят значительные искажения. К тому же обзор телевизионного устройства, считывающего на борту изображение для передачи его по телеметрическому каналу, невелик, поэтому фотографирование приходится вести либо на узкую пленку, либо на широкую, но считывать изображение по частям.
  • Информативность фототелевизионных снимков, полученных с борта станций «Луна-3» и «Зонд-3», определялась числом строк и элементов в строке считывающего телевизионного устройства. Так, у системы станции «Зонд-3» она составляла 1100 X 1100 элементов, т. е, в одном кадре можно было раздельно передать 1210 тыс. черных и белых элементов, образующих микроскопическую «шахматную доску», заполняющую все поле кадра.
  • На каждом фотоснимке, доставленном станцией «Зонд-3», таких элементов насчитывается 134 млн. Если принять во внимание, что станция «Зонд-3» передала всего лишь 25 кадров, а станции «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8» привезли их каждая в несколько раз больше и что эти кадры воспроизводят в четыре раза больше градаций яркости, чем фототелевизионные, то можно сказать, что выигрыш в информативности колоссальный. Особенно это касается изобразительных свойств снимков, т. е. того, сколь мелкие детали лунной поверхности можно на них распознать. Снимки, обработанные на Земле, имеют и несравненно более высокие измерительные свойства. Они позволяют произвести стереоскопические измерения с точностью на несколько порядков выше, чем по фототелевизионным изображениям. Обработка экспонированной фотопленки на Земле позволяет использовать весь арсенал хорошо известных средств и методов аэрофотосъемки, фотограмметрии и картографии.

    ЗЕМЛЯ И ЛУНА ИЗ КОСМОСА

  • По фотографиям земной поверхности из космоса можно установить взаимное пространственное положение крупных метеорологических структур: циклонов, антициклонов, облачных образований и т. д. — в момент съемки, что в совокупности с другими метеорологическими данными помогает сделать важные научные обобщения относительно прогнозирования погоды и состояния климата нашей планеты.
  • Снимки Земли из космоса дают возможность изучать отражательную способность земной поверхности — известно, что от поверхности любого вещества лучи отражаются по-разному и характер отражения может многое сказать о природе изучаемого объекта. По величине коэффициента отражения, выведенного на основе фотографий Земли, особенно полученных в инфракрасном свете, можно судить о водных запасах рек, озер и других водных бассейнов, об объемах и составе лесных массивов, о величине и качестве пастбищ, о геологическом строении и полезных ископаемых, о почвах, о том, где выгоднее и удобнее проложить трассу шоссейной или железной дороги, газопровод, нефтепровод или судоходный канал.
  • Особую ценность имеют цветные фотоснимки. Глаз человека очень восприимчив к изменению цветовых характеристик. Поэтому по цветным фотографиям можно оценивать объекты не только по таким наглядным признакам, как геометрическая форма, размер, рисунок объекта, но также и по цвету. Цвет намного повышает эффект использования фотографического материала в наземных лабораториях.


    Фрагмент лунной поверхности.
  • Какие же научные цели преследует фотографирование лунного шара? Прежде всего, конечно, наблюдение его поверхности с близкого расстояния. До полета автоматических станций «Луна-3» и «Зонд-3» фигура Луны изучалась наблюдениями с Земли, которые могли охватить только видимую сторону Луны. Поэтому представления о Луне у нас были в буквальном смысле слова однобокими. «Луна-3» и «Зонд-3» внесли важный вклад в изучение фигуры Луны. Фотографии, доставленные на Землю станциями «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8», позволили получить профили лунного диска. Точные стереофотограмметрические измерения дали возможность построить пространственную модель Луны и таким путем «обмерить» ее фигуру.
  • Другая научная задача — детальное изучение лунной поверхности и природы различного рода образований на ней в местах, недоступных или неудобных для наблюдений с Земли, в частности особенностей и топографии обратной стороны Луны. Не менее важно изучение физико-оптических свойств лунных пород и их геологических структур.
  • К числу научно-прикладных задач фотографирования Луны можно отнести задачу уточнения системы координат лунной поверхности в краевых зонах видимого с Земли полушария и распространения полученных данных на невидимую с Земли сторону Луны, Это поможет составлению более точных карт, необходимых для научных исследований, ориентировки космонавтов и привязки орбит космических аппаратов к физической поверхности Луны.
  • Фотографии, полученные станциями «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8», охватывают значительную часть видимой и обратной стороны Луны. Это обеспечивает привязку снимков обратной стороны Луны к координатной опоре и к картам ее видимого полушария.

    ПЕРВЫЙ ЛУННЫЙ КИБЕР

  • 12 — 24 сентября 1970 г. была успешно решена принципиально новая задача: осушествлен перелет космического аппарата — советской автоматической станции «Луна-16» — на другое небесное тело — Луну, откуда были взяты и доставлены на Землю образцы лунного грунта.
  • Автоматическая станции «Луна-16» состояла из сложной в конструктивном отношении, унифицированной посадочной ступени с грунтозаборным устройством и уникальной космической ракеты с возвращаемым на Землю аппаратом. Вес ее при посадке на Луну равнялся 1880 кг.
  • Посадочная ступень, представляющая собой самостоятельный ракетный блок, была предназначена для выполнения целого ряда динамических операций. С помощью ее основного двигателя осуществлялись коррекции траектории станции при полете к Луне, торможение при выводе станции на орбиту искусственного спутника Луны, маневры на орбите, второе торможение с тем, чтобы увести станцию с окололунной орбиты и посадить на поверхность Луны. Для осуществления мягкого прилунения на завершающем участке полета включалось два самостоятельных ракетных двигателя малой тяги.
  • В приборных отсеках посадочной ступени находились счетно-решающие и гироскопические приборы систем управления и стабилизации, электронная аппаратура системы ориентации, радиопередатчики и приемники бортового радиоизмерительного комплекса, работающие в нескольких диапазонах радиоволн. Там же размещалось программно-временное устройство, автоматически управляющее работой всех систем и агрегатов, источники электроэнергии, элементы системы терморегулирования, автономные радиосредства измерения высоты и скорости при посадке на поверхность Луны, научная аппаратура для радиационных измерений на участке перелета и на поверхности Луны.
  • В нижней части ступени располагались амортизирующие опоры, используемые при посадке на Луну, а в верхней — космическая ракета «Луна — Земля», также представляющая собой автономный ракетный блок с жидкостным ракетным двигателем, топливными баками и приборным отсеком, в котором находились электронные счетно-решающие и гироскопические приборы системы управления ракетой, бортовой радиокомплекс, источники энергопитания и приборы бортовой автоматики.
  • На приборном отсеке ракеты «Луна — Земля» был установлен возвращаемый аппарат сферической формы, состоящий из приборного и парашютного отсеков и герметичного отсека для лунного грунта, доставляемого на Землю. В приборном отсеке находились радиопеленгационные передатчики, обеспечивающие обнаружение возвращаемого аппарата, химические аккумуляторные батареи, средства автоматики и бортовое программное устройство, которое управляло вводом в действие парашютной системы.
  • В парашютном отсеке располагались в сложенном виде парашюты, четыре упругие антенны пеленгационных передатчиков, два наполняемых газом эластичных баллона, обеспечивающих возвращаемому аппарату необходимое положение после посадки на Землю.
  • В герметичном отсеке находился цилиндрический контейнер для образцов лунного грунта. С одной стороны контейнера было приемное отверстие, герметически закрываемое специальной крышкой после того, как в него помещалась капсула-керн с лунным грунтом.
  • Мы рассказали об устройстве станции так подробно лишь затем, чтобы читатели убедились в ее уникальности и конструктивной сложности.
  • 12 сентября 1970 г. «Луна-16» была выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли с помощью ракеты-носителя, более мощной, чем ракета-носитель, обеспечившая запуск автоматических станций «Луна-9» и «Луна-13». Через 70 мин. после старта по сигналу бортового программно-временного устройства был включен двигатель последней ступени ракеты-носителя, который сообщил станции дополнительную скорость. В результате точного вывода «Луны-16» на расчетную траекторию одна из двух запланированных на трассе Земля — Луна коррекций не проводилась.
  • Через четверо суток после старта станция достигла заданной точки окололунного пространства и перешла на круговую орбиту с удалением от поверхности Луны в 110 км. На селеноцентрической орбите была сформирована предпосадочная орбита для создания оптимальных условий работы автономных систем управления на участке спуска и посадки станции на поверхность Луны в заданном месте. С этой целью за трое суток пребывания станции на селеноцентрической орбите было проведено два маневра. При первом маневре форма первоначальной орбиты была изменена — станция была выведена на орбиту с высотой в периселении 15 км и в апоселении 110 км. В результате второго маневра плоскость орбиты была повернута в пространстве до нужного положения, обеспечивающего посадку станции в заданное место.
  • 20 сентября начался один из наиболее ответственных этапов полета станции — подготовка к осуществлению мягкой посадки на лунную поверхность. После программных разворотов и ряда операций по ориентации на сорок первом витке был включен двигатель посадочной ступени. Скорость станции уменьшилась до значения, обеспечивающего переход на снижение. Специальное счетно-решающее устройство, сравнивая фактическую высоту полета с программной, определяло их разницу и рассчитывало угол, на который нужно развернуть аппарат. Автоматические устройства прочно удерживали станцию на траектории спуска. На высоте 20 м, когда скорость станции снизилась до 2,5 м/сек, основной двигатель был выключен, и дальнейшее торможение осуществлялось двигателями малой тяги. В момент соприкосновения амортизационных посадочных опор с лунной поверхностью скорость снижения станции практически равнялась нулю.


    Схема полета автоматической станции «Луна-16».
  • Станция прилунилась в районе Моря Изобилия, в непосредственной близости от центра выбранной площадки, в точке с координатами 0°41' южной широты и 56°18' восточной долготы. Место прилунения находилось на неосвещенной половине лунного диска. Заключительный этап посадки проходил во тьме лунной ночи. Но автоматические устройства — «радиоглаза» станции — все «видели» и в темноте. Они непрерывно сообщали электронному мозгу станции, на какой высоте та находится, какую имеет скорость, какое положение в пространстве занимает и т. п. Так впервые в истории практической космонавтики была осуществлена мягкая посадка автоматического аппарата в заданное место лунной поверхности.


    Схема посадки станции «Луна-16» на Луну.
  • Все предыдущие автоматические станции, достигшие поверхности Луны, совершали так называемую «прямую посадку», т. е. посадку непосредственного с траектории подлета к Луне, без предварительного выхода на орбиту ее искусственного спутника. Направление движения космического аппарата в таком случае не совпадало с направлением на Землю, а отличалось от него примерно на 60°. Поэтому центр возможного района для прямой посадки станции «Луна-9» и «Луна-13» находился на 60° западной долготы, в Океане Бурь. И если бы была поставлена задача возврата этих станций на Землю по баллистической, не управляемой в полете траектории, то станции не смогли бы ее выполнить. Надо было предварительно вывести их на орбиту искусственного спутника Луны. На этой орбите можно было выбрать удобную точку для старта к Земле. Но без коррекции траектории обойтись было бы нельзя, так как программа каждого последующего маневра зависит от точности предыдущего. Следовательно, в обратный путь к Земле пришлось бы взять все то оборудование, которое было необходимо для перелета с Земли на Луну. Значит, система управления и другая аппаратура космического аппарата, обеспечивающие полет по маршруту Земля — Луна — Земля, должны были находиться на последней ступени ракетно-космического комплекса. Вес комплекса намного увеличился бы, что привело бы к значительному уменьшению научного и вспомогательного оборудования, а это повлекло бы за собой невыполнение задачи.
  • Сразу же после посадки станции «Луна-16» на Луну на Землю поступило радиодонесение: «Есть лунный контакт!» Некоторое время спустя по команде с Земли был включен бортовой радиокомплекс станции. Анализ полученной информации показал нормальное состояние всей станции и ее отдельных систем. Было определено положение станции на лунной поверхности. Теперь можно было приступить к выполнению другой, не менее сложной, задачи — взять образцы лунного грунта.
  • На борт станции была передана радиокоманда: «Ввести в действие грунтозаборное устройство». Полторы секунды спустя комплексный автомат станции слегка вздрогнул: открылся замок, удерживавший грунтозаборное устройство во время полета станции, и штанга с буровым станком заняла вертикальное положение. Включились камеры телефотометров. На Земле увидели поверхность Луны в месте бурения. Затем, с включением второго привода, штанга грунтозаборного устройства была повернута на 180° вокруг вертикальной оси для того, чтобы при последующем ее отводе в горизонтальное положение корпус бурового станка оказался обращенным рабочей частью к лунной поверхности. Штанга опустилась, и буровой станок коснулся поверхности Луны. «Бур на грунте!» — отрапортовала станция. С Земли пошла очередная радиокоманда: «Приступить к забору лунного грунта». По этой команде включился электродвигатель бурового устройства.
  • Бурение и извлечение грунта производились специальным буровым снарядом — пустотелым цилиндром с резцами на торце. Совершая вращательные и возвратно-поступательные движения, электробур вошел в лунный грунт. Скорость его погружения в грунт, глубина и усилие, затрачиваемое на выполнение операции, регистрировались. За 6 мин. 14 сек. буровой снаряд использовал всю величину своего рабочего хода — 350 мм. Механическая скорость продвижения бурового устройства в грунте не оставалась постоянной. В первую минуту снаряд углубился в грунт на 95 мм, в последующие минуты он проникал в него на 50 — 60 мм.
  • Когда цилиндр заполнился образцами лунного грунта, электродвигатель бурового устройства выключился. Началось извлечение бурового снаряда из грунта и введение его в корпус бурового станка. По команде с Земли бур медленно втянулся в него и занял первоначальное положение. Керн с лунным грунтом прочно удерживался в снаряде. С помощью привода штанга снова заняла вертикальное положение и повернулась на 180° вокруг своей оси. Так буровой станок был подведен к приемному отверстию герметичного контейнера возвращаемого аппарата. Очередная команда с Земли — и буровой станок внес ампулу с драгоценным грузом, вес которого составлял немногим более 100 г, внутрь контейнера. Затем буровой снаряд отделился от возвращаемого аппарата, и отверстие контейнера герметично закрылось.
  • Уникальная операция по забору образцов лунной породы и загрузке керна в возвращаемый аппарат закончилась. Поступила очередная команда на отвод штанги от космической ракеты. Штанга плавно опустилась вниз, к лунной поверхности, и уперлась в нее. Затем началась подготовка станции к старту. На борт космической ракеты было передано необходимое значение скорости ракеты при взлете с Луны и другие параметры.
  • Ракеты-носители автоматических станций и пилотируемых космических кораблей стартуют на Земле со специальных космодромов — сложнейших высокоавтоматизированных сооружений. В подготовке космических объектов к старту и в обеспечении его принимают участие тысячи квалифицированных специалистов. На Луне ничего подобного нет, поэтому автоматический старт с поверхности Луны необычайно сложен. При возникновении какой-либо неисправности, которую нельзя устранить без непосредственного вмешательства человека, космическая ракета не взлетит. Старт аппарата должен осуществиться в тот момент, когда вертикальная ось космической ракеты, мысленно восстановленная из места старта, при вращении Луны подойдет к единственному месту в пространстве, обеспечивающему попадание в заданный район земного шара.
  • Направление устанавливается гироскопическими приборами до старта и сохраняется в течение всего времени работы двигателя космической ракеты. Момент включения двигательной установки и время ее работы должны быть выдержаны с очень высокой точностью. Малейшая ошибка поведет к изменению взаимного положения места старта и расчетного района посадки на Земле. В автоматизированную систему были заложены уставки — команды, определяющие время старта, величину разгонного импульса и конечную скорость, которую должна развить ракета для перелета к Земле. Запоминающее устройство хранило эти данные.


    Схема работы грунтозаборного устройства.
  • Используя посадочную ступень станции как стартовую платформу, 21 сентября 1970 г. в 10 час. 43 мин. космическая ракета стартовала с Луны. В момент старта Земля находилась под углом около 56° к лунной вертикали. Разогнав космическую ракету до скорости 2708 м/сек, двигатель выключился, и ракета, подобно артиллерийскому снаряду, направилась к Земле по баллистической траектории.
  • За пределами сферы действия Луны (66 тыс. км от ее поверхности) под действием поля тяготения Земли траектория полета ракеты начала плавно искривляться. Космическая ракета как бы устремилась к намеченной в просторах космоса точке встречи с Землей. В процессе полета средствами наземного командно-измерительного комплекса измерялись параметры траектории движения ракеты и по мере приближения ее к Земле уточнялись координаты места посадки возвращаемого аппарата. При подлете к Земле возвращаемый аппарат был отделен от приборного отсека космической ракеты и примерно через 3 часа после отделения вошел в верхние слои земной атмосферы.
  • Войдя в атмосферу Земли по баллистической траектории, возвращаемый аппарат «Луны-16» повернулся наиболее защищенной от воздействия высоких температур лобовой частью к встречному потоку воздуха. Специальное демпфирующее устройство удерживало его в этом положении. По мере погружения в более плотные слои атмосферы аппарат испытывал колоссальный нагрев, перегрузки и давление. Температура его поверхности на фронте ударной волны доходила до многих тысяч градусов. Вокруг аппарата бушевала лавина огня. Но мощное теплозащитное покрытие надежно охраняло его внутреннюю часть. Максимальная перегрузка доходила до 350 единиц. Каждый прибор, находившийся в спускаемом аппарате, действовал на узлы крепления с силой, превышающей собственный вес в 350 раз! Огромное давление сжимало наружную оболочку.
  • Высота 25... 20... 15 км. Еще секунда — и сработал датчик перегрузок. В тот же миг от аппарата отделилась крышка парашютного контейнера, за ней потянулся прочный фал. Он извлек из контейнера небольшой тормозной парашют. Аппарат слегка тряхнуло, скорость его несколько уменьшилась. Все это произошло на высоте 14,5 км при скорости 300 м/сек.
  • -Пролетев еще 3,5 км, тормозной парашют по сигналу барометрического датчика отделился от аппарата, и в небе вспыхнул оранжевый купол основного парашюта.
  • Аппарат ожил, дал знать о себе радиосигналом. Экипажи самолетов и вертолетов, находившиеся над районом посадки, наблюдали процесс приземления. После раскрытия основного парашюта свободный объем в контейнере заполнил водонепроницаемый надувной эластичный баллон. Теперь аппарат мог садиться не только на сушу, но и на воду.
  • Прошло некоторое время, и опаленный тысячеградусным жаром, испытавший колоссальные давления и перегрузки аппарат мягко коснулся Земли. Он приземлился в том же районе, откуда двенадцать дней назад начался его беспримерный полет. Поисковая служба, оснащенная радиотехническими и авиационными средствами, быстро обнаружила аппарат.
  • В Специальной приемной лаборатории Академии наук СССР подвергшийся предварительной стерилизации контейнер с пробой лунной породы поместили в приемную камеру. Она предназначалась для извлечения пробы в стерильных условиях, при полной изоляции от земной атмосферы.
  • После закрепления контейнера камеру разгерметизировали и создали в ней высокий вакуум. Затем камеру заполнили инертным газом высокой чистоты до атмосферного давления, что исключало взаимодействие извлекаемой пробы с активными компонентами земной атмосферы и продуктами стерилизации.
  • После вскрытия контейнера и извлечения из него бурового снаряда с керном лунной породы ее поместили на лоток, сохранив распределение ее по глубине. Лунное вещество осматривалось и фотографировалось через иллюминаторы камеры. Для удобства фотографирования лунная порода поднималась к иллюминаторам. Тут же в приемной камере лунный грунт рассортировывался и взвешивался. Затем его разделили и расфасовали во вторичные герметичные контейнеры, с тем чтобы переслать в разные лаборатории для детальных исследований.
  • Первоначальная проба в основной массе была рыхлого строения и состояла из тонкозернистых минеральных частиц. В образце обнаружились включения, имеющие «земной облик»: обломки базальта очень свежего вида, количество которых возрастало с глубиной. Исследования показали, что удельная теплоемкость лунного грунта в среднем отвечает земным породам, а его теплопроводность намного меньше, чем у самых лучших теплоизоляционных материалов на Земле.
  • «По химическому составу вещество грунта представляет собой размельченную горную породу базальтового типа, — заявил академик А. П. Виноградов на пресс-конференции. — Еще в 1966 г, на основе данных «Луны-10» мы указывали на базальтовый характер поверхностных пород Луны. По общему составу полученные образцы близки к образцам пород, взятых экипажем корабля «Аполлон-12» в Океане Бурь на расстоянии около 2500 км от места посадки «Луны-16». В настоящее время мы имеем определения 70 химических элементов во взятом нами образце. Судя по ним, можно сказать, что кристаллические породы лунных «морей» принадлежат к одному базальтовому типу, но несколько отличаются по содержанию отдельных химических элементов. Их состав приближается к составу примитивных базальтов Земли».
  • По утверждению А. П. Виноградова, лунные «моря» являются равнинами, затопленными когда-то вулканической лавой, а горные породы типа базальтов образовались как наиболее легкоплавкая часть при зонном проплавлении внутреннего вещества Луны.
  • «Задача, выполненная автоматической станцией «Луна-16», — сказал видный английский ученый Бернард Ловелл, — это настоящая революция в деле освоения космоса. Полет станции продемонстрировал всему миру неисчерпаемые возможности автоматов в познании природы не только Луны, но и других планет Солнечной системы».

    «КОСМИЧЕСКАЯ КОЛЕСНИЦА» НА ЛУНЕ

  • Мир еще был полон волнующих впечатлений от полета автоматической станции «Луна-16», как 17 ноября 1970 г. в 6 час. 45 мин. в Море Дождей, в точке с координатами 38°17' северной широты и 35°00' западной долготы, на «седьмом континенте» прилунилась автоматическая станция «Луна-17» — носитель невиданного космического аппарата — лунохода.


    Станция «Луна-17» с «Луноходом-1» на поверхности Луны (рисунок).
  • Создание самоходного аппарата, способного не только передвигаться по поверхности другого небесного тела, но и проводить широкий комплекс научных исследований и технических экспериментов, представляло собой чрезвычайно сложную, принципиально новую научно-техническую задачу. Пришлось решить десятки проблем. Какой вид движения наиболее приемлем для лунных условий — качение, скольжение, а может быть, ходьба или прыганье? Как будут взаимодействовать лунные породы с самоходом во время его движения? Если для передвижения по Луне избрать колеса, то сколько их надо и какого размера? Как поведет себя луноход в условиях вакуума и пониженной силы тяжести и будет ли достаточно сцепление колес с грунтом? Какой тип двигателя или движителя применить на луноходе?
  • Создатели лунохода должны были учесть, что их детище попадет в условия лунной гравитации, которая, как уже говорилось, в шесть раз меньше земной. Динамические характеристики столь необычного транспортного сведства должны были во многом отличаться от земных. Как добиться устойчивости лунохода во время движения на больших скоростях по неровной поверхности?
  • Не менее сложными оказались вопросы обеспечения живучести лунохода и его систем в условиях глубокого вакуума и резкого перепада температур. Ведь в вакууме происходит холодное «сваривание» движущихся деталей. На Земле мы широко применяем различного рода смазки, а в вакууме они испарятся. Внешние, обращенные к Солнцу части и узлы самохода и его обшивка будут нагреваться до +130°, а в тени и ночью они окажутся в условиях жуткого мороза.
  • Как в таких условиях обеспечить нормальный тепловой режим луноходу и его аппаратуре? Как построить систему обзора лунной поверхности и радиотелевизионную систему для устойчивой и надежной радио- и телевизионной связи и дистанционного управления луноходом с Земли? Эти и другие, не менее сложные, проблемы потребовали от создателей лунохода напряженных творческих усилий — длительных и сложных теоретических поисков и экспериментальных исследований, решения новых задач в области материаловедения, теории механизмов и машин, электротехники, систем управления и т. д.
  • Так как программа полета станции «Луна-17» и посадка ее на лунную поверхность были в основном аналогичны программе полета станции «Луна-16», нет необходимости ее повторять.
  • Автоматическая станция «Луна-17» состояла из двух основных блоков: унифицированной посадочной ступени, такой же, как у станции «Луна-16», и автоматического самоходного аппарата «Луноход-1», состоящего из двух основных частей: герметичного приборного отсека с аппаратурой и самоходного шасси. Вес лунохода — 756 кг.
  • Приборный отсек предназначался для размещения аппаратуры бортовых систем лунохода и защиты ее от воздействия внешней среды. Он имел форму усеченного конуса с выпуклыми верхним и нижним днищами. Верхнее днище большего диаметра использовалось в системе терморегулирования как радиатор-охладитель. Требуемая величина поверхности этой системы и определила конусную форму приборного отсека.


    Компоновка и габаритные размеры лунохода:
  • 1 - герметичный приборный отсек; 2 - радиатор-охладитель; 3 - солнечная батарея; 4 - иллюминаторы для телевизионных камер; 5 - телефотокамеры; 6 - блок колес шасси; 7-привод остронаправленной антенны; 8 - остронаправленная антенна; 9 - малонаправленная антенна; 10 - штыревая антенна; 11 - изотопный источник тепловой энергии; 12 - девятое колесо; 13 - прибор для определения физико-механических свойств грунта; 14 - оптический уголковый отражатель.
  • Сверху радиатор-охладитель закрывался крышкой, выполняющей двойную функцию. Во время лунной ночи крышка закрывала радиатор и препятствовала излучению тепла из отсека. Днем она открывалась и использовалась как панель солнечной батареи для выработки электрической энергии, которая шла на подзарядку буферной аккумуляторной батареи, питающей электроэнергией всю бортовую аппаратуру. Механизм открывания крышки позволял устанавливать ее под любым углом наклона (от 0 до 180°) к потоку солнечных лучей.
  • На передней части корпуса приборного отсека располагались иллюминаторы для телевизионных камер, электромеханический привод подвижной остронаправленной антенны, неподвижная коническая спиральная антенна, блоки научных приборов и оптический уголковый отражатель.
  • Снаружи на левом и правом бортах приборного отсека было установлено по две штыревые антенны для приема радиокоманд с Земли и четыре панорамных телефотометра. В каждой паре одна из камер конструктивно объединялась с определителем местной вертикали.
  • На задней части приборного отсека располагался изотопный источник тепловой энергии, служащий для подогрева газа, циркулирующего внутри аппарата. Приборный отсек был оборудован и установлен на восьмиколесном самоходном шасси. Вблизи изотопного источника находились электроприводы подъема и опускания девятого колеса, предназначенного для измерения пройденного луноходом расстояния, крепления прибора оценки проходимости и определения физико-механических свойств лунного грунта.
  • Внутри приборного отсека размещались передающие и приемные устройства раднокомплекса, аппаратура систем дистанционного управления луноходом и электропитания, блоки коммутации и автоматики, приборы системы обеспечения теплового режима и др.
  • При первом взгляде на луноход поражает несоответствие: невысокие, хрупкие с виду колеса несут на себе большой тяжелый контейнер. Непонятно, как выдерживает тележка такую тяжесть? И не сразу доходит до сознания, что это луноход, что ходить ему по Луне, а там приборный отсек будет в шесть раз легче!
  • Мы уже говорили о том, что при выборе способа передвижения лунохода по Луне рассматривались возможности колесного, гусеничного, шагающего и прыгающего аппаратов. Был выбран вариант колесного шасси, который не только обеспечивает машине высокую проходимость, почти не уступающую гусеничному варианту, но и по сравнению с ним обладает рядом преимуществ. В гусеничной машине много внешних трущихся деталей, которым пришлось бы работать в сложных условиях вакуума. Кроме того, такая машина не может иметь больше двух ведущих звеньев с каждого борта. Если из строя выйдет одно звено, аппарат еще будет способен передвигаться, но если испортятся оба ведущих звена, машина остановится. У лунохода с каждого борта по четыре ведущих колеса. При выходе из строя даже нескольких колес луноход сможет перемещаться.


    Самоходные шасси «Лунохода-1»:
  • 1 - Кронштейн блока колес; 2 - балансиры и торсионы; 5-ограничитель хода; 4 - обод; 5- сетка; 6- спицы; 7 - грунтозацепы; 8 - электромеханический силовой привод; 9 - электродвигатель; 10 - трансмиссионный узел; 11 - механизм разблокировки; 12 - кабель питания и телеметрии; 13 - температурные датчики; 14 - система уплотнений.
  • С виду колеса лунохода ничем не напоминают колеса автомашин или поездов. Каждое колесо представляет собой легкую ажурную конструкцию. Вместо резиновых шин или прочного обода оно покрыто металлической сеткой, на которой закреплены грунтозацепы — металлические пластинки наподобие тех, что есть на металлических колесах тракторов. Существенная особенность конструкции колеса — его ступица. В ней размещен комплекс сложнейших систем: электрический движитель, привод к нему и трансмиссия, механизм разблокировки, датчики пути, температуры и нагрузок. Весь этот сложный уникальный комплекс тщательно изолирован от окружающей среды специальным уплотнителем. Поэтому, глядя на ступицу, мы поражаемся ее толщине. Все колеса ведущие. Они не зависят одно от другого. Благодаря свободной эластичной подвеске колес к корпусу луноход может преодолевать различные препятствия — крупные камни, выступы, неглубокие трещины.
  • Конструкции привода и движителя шасси характеризуются исключительно высокой экономичностью. Затраты мощности на передвижение лунохода не превосходили 300 вт — мощности обычного утюга.
  • Необходимость максимального облегчения шасси и повышения его грузоподъемности потребовала применения, а в некоторых случаях и создания специальных конструкционных материалов, особо легких и высокопрочных и в то же время достаточно стойких к условиям вакуума и космических излучении. Особенно тщательно пришлось учитывать влияние этих условий при конструировании узлов трения.
  • Луноход может двигаться с двумя различными скоростями, в различных режимах: ручном и дозированном, «старт-стопном». В первом случае экипаж заставляет двигаться луноход как бы прыжками: 3 — 4 м, остановка, снова 5 — 6 м, и остановка, и т. д. При дозированном режиме задается определенная программа движения: «Поворот на 20°, движение вперед (или назад) на несколько метров», или: «Разворот на месте на 180°», и т. п.
  • Можно представить себе такой неприятный случай: луноход, получив команду «Вперед», не получит последующей команды на остановку в силу каких-либо неполадок. Аппарат будет двигаться до тех пор, пока с ним не случится беды. Однако этого не произойдет, потому что режим дозированного движения включает в себя средства предотвращения аварийных ситуаций.
  • Поворот лунохода осуществлялся путем изменения скорости и направления вращения колес левого и правого борта. Такое решение, несколько необычное для земных колесных машин, позволило резко увеличить маневренность и проходимость лунохода. Имея радиус поворота по забегающему борту в движении 3,5 м, а на месте — 0,8 м, он мог не только совершать плавные развороты, но и кружиться на месте. Поэтому луноходу оказались не нужны такие привычные для земных колесных машин системы и элементы, как рулевой привод, поворотные оси колес, рулевые тяги, шарниры и другие приспособления.
  • При конструировании лунохода было предусмотрено, что, если какое-либо его колесо застрянет в трещине, об этом сразу же известят датчики нагрузки. По команде с Земли специальный пороховой заряд разорвет валик моторного привода, и колесо станет свободным. А из трещины его вытянут остальные колеса. Для предотвращения опрокидывания лунохода при движении с большим креном и на уклонах, как в гору, так и под гору, в системе шасси установлены датчики, следящие за углом дифферента (наклон вперед-назад) и крена (наклон вбок) машины. Как только расчетные углы достигают предельных величин, автомат подает сигнал «Стоп». В системе бортовой автоматики лунохода есть приборы, следящие за величиной нагрузки на ведущие колеса с целью не допустить выхода из строя движителя. При предельной нагрузке на колесо, автомат останавливался.
  • В отличие от своих восьми собратьев-работяг, девятое колесо было ведомым. При движении лунохода оно вращалось без проскальзывания (пробуксовки). Это позволяло определять, насколько пробуксовывают ведущие колеса. Методом непосредственного наблюдения и по изображению следов на телепанораме специалисты имели возможность оценить характер лунного грунта и проходимость машины. Пройденный луноходом путь измерялся с помощью датчиков оборотов, размещенных в ступице ведущих колес. Но так как эти колеса на отдельных участках, как мы уже сказали, пробуксовывали, путь фиксировался девятым колесом, которое, в отличие от остальных, не создавало тягово-сцепных усилий. На Земле нет транспортного средства, у которого колеса были бы так независимы друг от друга, как движители лунохода. Каждое колесо вращается собственным электродвигателем, который включается и выключается в зависимости от «дорожных» условий, каждое имеет собственный тормоз.
  • Почему в конструкции используется электродвигатель? Да потому, что это единственный двигатель, для которого на Луне есть «горючее». Его в неограниченных количествах поставляет Солнце. Когда-нибудь солнечные батареи уступят место более совершенным источникам энергии, а пока это неизбежная принадлежность космических автоматов-долгожителей. Повлияла на выбор движителя и простота управления электрической машиной.


  • Принципиальная схема системы терморегулирования лунохода:
  • 1 - воздуховоды холодного контура; 2 - воздуховод горячего контура; 3 - блок обогрева; 4 - экран блока обогрева; 5 - заслонки блока обогрева; 6 - управление заслонками блока обогрева; 7 - дроссельная заслонка; 8 - заслонка; 9 - соединительный чехол; 10 - трехступенчатый вентилятор; 11 - коллектор; 12 - привод заслонки; 13 - шаговый механизм; 14 - пружинная тяга; 15 - кулачковый механизм; 16 - датчик угловых перемещений; 17, 18 - чувствительные элементы; 19 - радиатор-охладитель; 20 - коллектор системы обдува блока обогрева; 21 - топливный элемент.
  • Существенная часть лунохода — герметичный контейнер. В нем размещена основная масса приборов, принимающих команды с Земли, управляющих движением аппарата, системы его терморегулирования и приборов, передающих информацию на Землю. Безупречная работа системы терморегулирования создала идеальные условия для аппаратуры, расположенной в герметичном контейнере.
  • Но зачем поддерживать комнатную температуру и определенное давление, если там нет человека? Дело в том, что радио- и телевизионная система управления, электронные блоки научной аппаратуры и химические источники тока чем-то подобны человеку. Слишком высокая или низкая температура для них «смертельны». Полупроводниковые и некоторые другие элементы боятся температуры выше +80°: при такой температуре они навсегда выходят из строя. Аккумуляторные батареи — источник питания всей аппаратуры лунохода — при низких температурах могут замерзнуть. А ведь они — сердце лунохода, ибо он живет до тех пор, пока есть электроэнергия.
  • Отсутствие атмосферы приводит к огромной разнице температур между различными участками лунной поверхности. Мы уже говорили о том, что на лунном экваторе в лунный полдень, когда Солнце находится в зените, поверхность нагревается до +130°. Температура же теневой, не освещенной Солнцем поверхности Луны падает до — 150°. При столь необычных, контрастных температурных условиях тем более необходимо было создать на луноходе условия, близкие к комнатным. Эту задачу и выполняла система терморегулирования (СТР).
  • Корпус лунохода, его приборный отсек были защищены специальной экранно-вакуумной теплоизоляцией. Представьте себе тончайшую серебристую пленку, на которую нанесен слой металла. Она, как зеркало, отражает солнечный свет. У нее малая теплоемкость, т. е. сама она почти не поглощает солнечного тепла. Из двух десятков слоев такой пленки, проложенных стекловолокном, было сшито «одеяло» лунохода. Передачи тепла между слоями почти не происходит, поэтому «одеяло» не только защищает приборный отсек от палящих лучей Солнца в лунный день, но и хорошо удерживает тепло в герметичном контейнере в период лунной ночи, когда луноход замерзает. Правда, незначительная утечка тепла все же есть, поскольку к корпусу прикреплены различные кронштейны, приводы, рама, шасси, т. е. такие элементы конструкции, которые невозможно укутать «одеялом».
  • Для компенсации тепловых потерь ночью и отвода избытка тепла днем использовалась активная двухконтурная система терморегулирования. Она включала в себя контуры нагрева и охлаждения газа, заполняющего герметичный отсек, специальный радиоизотопный нагреватель — «печку», находящуюся вне герметичного отсека, холодильник-радиатор, расположенный под верхней крышкой приборного отсека, трехступенчатый вентилятор и систему заслонок с электроприводами.
  • Регулирование температурного режима осуществлялось с помощью газового теплоносителя, циркулирующего под напором, создаваемым вентилятором. СТР работала, автоматически. Если, например, лунной ночью в каком-либо месте герметичного отсека температура падала ниже заданного предела, система термодатчиков немедленно подавала команду на включение вентилятора. Тепло, генерируемое в радиоизотопном тепловыделяющем элементе, состоящем из нескольких ампул с радиоактивным изотопом, нагревало теплоноситель. Газ, заполнявший внутренний объем герметичного отсека, «прогонялся» вентилятором через тепловой блок. Здесь газ нагревался и компенсировал потерю тепла контейнером.
  • В жаркий лунный день СТР решала обратную задачу — выводила из приборного отсека избыток тепла, который был немалым. Ведь в это время работали все бортовые системы, большинство которых, потребляя электрическую энергию, выделяли тепло. Не находя выхода, оно аккумулировалось в герметичном отсеке. При повышении температуры в контейнере нагретый газ направлялся вентилятором теперь уже в холодный контур. Охлаждение газа производилось в радиационном охладителе, расположенном в верхнем днище приборного отсека. Поскольку крышка его в дневное время была открыта и использовалась как панель для солнечной батареи, радиатор-охладитель за счет лучеиспускания имел более низкую температуру, чем поступающий в него горячий газ. Охладитель отбирал у него тепло, и охлажденный газ направлялся к горячим местам приборного отсека. Благодаря этому температура внутри приборного отсека быстро достигала желаемой величины. Так, не зная покоя ни лунным днем, ни лунной ночью, СТР поддерживала необходимый температурный режим в приборном отсеке.
  • Чтобы передвигаться по лунной поверхности, нужно прежде всего видеть окружающую местность. Автоматический первопроходец был снабжен шестью электронными «глазами». Система малокадрового телевидения, две камеры которой располагались в передней части корпуса лунохода, позволяла производить обзор в горизонтальной плоскости с углом до 50°. Она функционировала во время движения аппарата, передавая на Землю панорамные телевизионные изображения с частотой один кадр в 3 — 20 сек.
  • Дли обзора местности справа и слева использовались четыре телефотометра, установленные попарно на правом и левом борту лунохода. Два давали телевизионные изображения в горизонтальной плоскости с углами обзора 180° X 30°, два других — в вертикальной плоскости с углами обзора 360° X 30°. Телефотометры работали на стоянках лунохода. Обе системы, дополняя друг друга, представляли собой единый многофункциональный телевизионный комплекс, воссоздающий картины лунного ландшафта.
  • Возможности навигации на Луне ограничены значительно большей, чем у Земли, кривизной лунного шара. Ведь радиус Луны почти в четыре раза меньше земного! Поэтому при высоте наблюдения в один метр дальность прямой видимости на Луне в два раза меньше, чем на Земле (при условии, что Луна и Земля — гладкие сферы). В лунных условиях дело усугубляется однотонностью рельефа, однообразными возвышенностями и кратерами. Все это сокращает дальность прямой видимости в среднем с 2 км до 300 — 350 м.
  • Члены экипажа корабля «Аполлон-12» рассказывали, что путь до автоматической станции «Сервейор-3» показался им значительно длиннее 180 м, а камни, лежащие у линии горизонта, в 500 м от космического аппарата, представлялись расположенными в нескольких километрах.
  • Панорамные курсовые телевизионные камеры в сочетании с бортовыми телефотометрами позволили производить морфологическую и топографическую съемку окружающей луноход местности, определять характер рельефа и тем обеспечивать уверенное движение аппарата по лунной поверхности.
  • Экипаж «лунной колесницы», находящийся на Земле, состоял из пяти человек: командира, водителя, бортинженера, штурмана и оператора. Каждый из них нес определенную службу. Этому необычному экипажу пришлось управлять «луномобилем» с расстояния около 400 тыс. км.
  • Каковы были конкретные функции членов экипажа?
  • Водитель, получив с борта лунохода телевизионное изображение местности перед аппаратом, определял возможность движения по ней и выдавал соответствующие команды («Поворот», «Вперед», «Стоп», «Назад»). Положение и размеры препятствия оценивались с помощью специальной шкалы дальности, нанесенной на экран видеоконтрольного устройства.
  • Штурман, используя телеметрические данные, полученные от бортового курсового гироскопа, гировертикали и датчиков пройденного пути, на основе общего плана движения производил навигационные расчеты и давал рекомендации по направлению движения, а затем контролировал и регистрировал пройденный путь, Он фиксировал на карте все, что видят телевизионные «глаза», — характерные камни, кратеры, возвышенности и прочие виды рельефа, отмечал с указанием времени все повороты, чтобы при необходимости по этим ориентирам можно было найти обратную дорогу.
  • Бортинженер с группой специалистов анализировал состояние бортовых систем по телеметрической информации, непрерывно сообщая обобщенные данные всем членам экипажа.
  • Оператор заботился о том, чтобы остронаправленная антенна, предназначенная для передачи телеизображения с борта лунохода на Землю, при любых эволюциях самоходного аппарата неизменно смотрела на Землю. Такое положение антенны необходимо для того, чтобы радиосигналы, посылаемые с аппарата на Землю, имели максимальную мощность при приеме их наземной станцией. Только при этом условии можно получить высокое качество телевизионных изображений лунного пейзажа. Вместе с водителем оператор внимательно следил за дорогой. И если на пути попадалась груда камней, встречался склон кратера или какое-либо другое препятствие, оператор тут же изменял положение остронаправленной антенны.
  • Командир, выслушав доклад штурмана о прокладке курса, получив информацию бортинженера о состоянии систем лунохода и оператора — о положении остронаправленной антенны, оценивал обстановку и принимал решение, обеспечивающее безопасность движения «лунной колесницы». Располагая той же видеоинформацией, что и водитель, он дублировал его, уменьшая вероятность попадания в аварийную ситуацию.
  • Управление луноходом представляло собой принципиально новую задачу. Экипаж готовили очень тщательно. Кроме совместной работы в конструкторских бюро члены экипажа «наездили» более 100 км на тренировочных луноходах на испытательных и учебных полигонах.
  • Каковы трудности дистанционного управления объектом, находящимся на далеком от экипажа небесном теле? Человек привык к тому, что угол обзора окружающего пространства составляет почти 180°. На экране телевизора изображение занимает значительно меньший сектор обзора. И хотя телевизионные камеры и телефотометры лунохода могут воспроизводить окружающий луноход пейзаж, экипаж видит лишь то, что попало на экран телевизора. Полного пространственного впечатления не создается. А поскольку на Луне отсутствует атмосфера, то в значительной степени затрудняется нормальное восприятие глубины пространства. Ландшафт на телеэкране плоский, как при наблюдении одним, а не двумя глазами. Из-за отсутствия стереоскопичности очень трудно определить не только расстояние до отдельных предметов или объектов, но и их размеры. Это, а также однообразие ландшафта, отсутствие характерных ориентиров, изменчивость вида объектов при различном освещении солнечным светом создают значительные трудности в ориентировке на местности.
  • Находясь в автомобиле, человек замечает наклоны и крены по своему положению относительно окружающих предметов и объектов. При управлении луноходом наклоны — крены и дифференты — узнаются лишь по показаниям приборов. К тому же на расстоянии 400 тыс. км на передачу радиокоманды и получение подтверждения того, что она принята, уходит около 2,6 сек. Даже очень тренированный экипаж оценивает полученную информацию и принимает решение не менее 2 — 3 сек. Таким образом, система «Событие — поступление информации о нем — оценка и выработка решения — ответное воздействие на органы управления» имеет инерционность, т. е. временной интервал между событием, требующим определенного действия, и самим воздействием, не менее 4 — 6 сек.
  • Вследствие определенной дискретности поступления телевизионных изображений инерционность этой системы еще более возрастает. Это обстоятельство в немалой степени усложнило управление луноходом. Чтобы хорошо управлять им, не загнать его в кратер или в трещину, не наткнуться на большой камень или какое-либо другое препятствие, от водителя требуется прежде всего предвидение. Он должен как бы «жить впереди» предполагаемых действий. А это требует от него выработки совершенно новых рефлекторных связей и навыков, а от всех членов экипажа — определенных психофизических качеств: способности долго сохранять внимание, быстроты реакции и переработки информации, долговременной и оперативной памяти, остроты зрения и слуха и т. п. И хотя все члены экипажа, прежде чем сесть за пульт управления, прошли хорошую тренировку по управлению аналогом лунохода на Земле, следует сказать, что никакой тренаж все же не может полностью воссоздать реальных условий.
  • Учитывая это, создатели лунохода вложили в него сложную систему, обеспечивающую ему надежный «инстинкт самосохранения». Представьте себе, что луноход начал крениться или все больше клониться вперед или назад. Конечно, экипаж получит информацию об этом и примет необходимые меры. Вообразим на секунду, что меры не приняты. Чтобы не опрокинуться, луноход должен остановиться сам. Бортовая автоматическая система «страхует» луноход при выходе из строя движителей, трансмиссии и других его узлов.
  • При определении положения лунохода экипаж пользовался и специальным определителем местной вертикали, расположенным на верхнем днище приборного контейнера. Этот определитель представляет собой прозрачную сферическую чашу, в которую помещен шарик. При абсолютно горизонтальном положении лунохода шарик находится в центре чаши, т. е. на нуле. Стоит аппарату наклониться — и шарик под действием силы лунной тяжести выкатывается из центра и занимает новое положение. Таким образом фиксируются направление отвесной линии в точке наблюдения и наклоны лунохода. Для определения отклонения шарика от нулевого положения в приборе есть круговая шкала. На панорамах отчетливо видны и шарик и шкала, что позволяет моментально узнать наклон лунохода. Определитель местной вертикали универсален: он показывает не только величину, но и направление наклона лунохода и тем помогает исследовать рельеф по трассе движения.
  • Удаленность предметов от лунохода экипаж определял по их угловому расстоянию от горизонта. Для более точного измерения расстояния использовались специальные сетки, закрепленные на телеэкранах, — прозрачные пластмассовые пластинки с нанесенными на них делениями. С их помощью экипаж определял размеры камней и прочих препятствий на пути лунохода или узнавал характерные ориентиры.


    Топографическая схема маршрута «Лунохода-1».
  • Опыт управления луноходом показал, что для правильной оценки характера н рельефа местности в процессе движения лунохода большое значение имеет угол падения солнечных лучей относительно местного горизонта и телекамер лунохода. Члены экипажа научились отличать действительные опасности, возникающие при движении, от мнимых, обусловленных меняющимся освещением.
  • Ученые выяснили, что характер лунного грунта, регулярно проверявшегося с помощью пенетрометра, имеет значительные различия даже на соседних участках местности. И скольжение, особенно при значительных кренах, бывает существенно разным. Это требовало от экипажа особой осторожности. Пришлось, например, ограничить число крутых безостановочных поворотов. Функционирование лунохода доказало необходимость принудительно-дозированного режима его передвижения, обязательность остановок на больших участках пути, возможность безостановочного движения на сравнительно небольших его отрезках с благоприятным рельефом местности при условии обязательного контроля.
  • К числу выдающихся результатов, полученных за время работы лунохода, относится осуществление топографической съемки Луны непосредственно на месте. По трассе движения лунохода выполнена топографическая съемка полосы местности длиной более 7 км и шириной до 150 м. Здесь мы приводим лишь первую часть топографической схемы маршрута лунохода. Как эта схема была составлена? На основе прокладки опорного хода и получения в точках стоянки телевизионных панорам и снимков. Для построения опорного хода измерялась длина пройденных отрезков пути и углы между ними. Длина пути определялась по показаниям датчиков оборотов ходовых, колес с учетом пробуксовки, которую узнавали по показаниям мерного (девятого) колеса. Угловые измерения делались с помощью гироскопической курсовой системы лунохода. Для оценки рельефа использовались значения углов крена и дифферента, измеряемых гироскопической вертикалью.
  • Изображения местности, получаемые четырьмя панорамными и двумя курсовыми телевизионными камерами, а также данные измерений пройденного пути и углов крена и дифферента передавались по радиотелеметрическому каналу на Землю. По ним определялись элементы рельефа и топографическая обстановка, что позволило составить планы отдельных участков местности.
  • Так как положение телевизионных камер лунохода выверено относительно его ходовой части, осей курсовой системы и гировертикали, направления опорного хода были приведены в соответствие с направлениями сторон съемочного хода. Это позволило «привязать» отдельные планы к съемочному ходу и объединить их в одно целое. Так была получена топографическая карта полосы местности, по которой прошел луноход. На ней отображено все, что попало в поле зрения телевизионных камер: кратеры, лунки, камни и другие элементы рельефа. Кратеры и камни о многом поведали специалистам. Ведь они — немые свидетели метеоритной бомбардировки, лавовых извержений и многих других метаморфоз, которые происходили на Луне в течение миллиардов лет.
  • Лунный рельеф определялся и по данным обработки панорам одной и той же местности, снятой с двух точек стояния. Такие панорамы позволяют рассматривать местность стереоскопически, т. е. получать о ней объемное представление. Азимутальная ориентировка хода выполнялась по направлениям на Солнце и Землю. Для этого использовались изображения светил, а также теней предметов и лунохода. Ориентировка по ходу производилась периодически, что способствовало частной коррекции углов поворотов. Азимутальная ориентировка контролировалась по изображениям на панорамах посадочной ступени и дальних ориентиров.
  • При возвращении лунохода к посадочной ступени и пересечении им ранее пройденной трассы съемочный ход был замкнут, что позволило проконтролировать его прокладку и произвести оценку координат точек съемки. Съемочный ход был каркасом топографической схемы и планов. Изображения рельефа, нанесенные на них, — результат фотограмметрической обработки телевизионных панорам и снимков.
  • Топографической схемой пользуются ученые разных специальностей — геологи, геоморфологи, специалисты по грунтам, навигации, космическим аппаратам и механизмам. До сих пор у ученых были фотографии и глобус, но не было точных карт Луны. Выполнив топографическую съемку маршрута движения, луноход положил начало картографированию лунной поверхности.
  • Нет сомнения в том, что круг специалистов, пользующихся картографическими данными лунного шара, намного расширится. Ведь и земная картография по мере своего совершенствования привлекала все больше и больше внимания разных специалистов. Сначала она служила путешественникам и мореплавателям, затем ею заинтересовались инженеры, землеустроители, мелиораторы, архитекторы. Без нее не смогли бы развиваться ни морской, ни речной, ни железнодорожный, ни воздушный вид транспорта, геология, геохимия, геофизика, многие направления в науке.
  • На луноходе был установлен сравнительно простой, но достаточно эффективный прибор для определения химического состава лунного грунта — РИФМА. Название прибора определяет принцип его действия и расшифровывается так: рентгеновский изотопный флюоресцентный метод анализа.
  • Известно, что атом химического элемента, взаимодействуя с квантами рентгеновских лучей, теряет электрон, его место занимает другой электрон. Этот процесс сопровождается изменением рентгеновского кванта, энергия которого строго определена для того или иного химического элемента. Если зарегистрировать такие кванты и измерить их энергию, можно узнать химический состав облученного вещества.
  • Источником рентгеновского излучения в приборе РИФМА был радиоактивный изотоп. Он: облучал грунт перед колесами лунохода, а специальные, так называемые пропорциональные счетчики, снабженные характеристическими фильтрами, улавливали отраженное от лунной почвы излучение, подсчитывали ответные кванты и определяли их энергию. Показания счетчиков в виде телеметрических сигналов передавались на Землю. А поскольку всякий химический элемент излучает присущий только ему спектр рентгеновских лучей, по нему и определяли содержание того или иного химического элемента в составе грунта. Проведенные исследования позволили определить содержание в лунном грунте алюминия, магния, кальция, железа, кремния и некоторых других элементов и изменение их процентного состава в зависимости от геоморфологических особенностей обследуемых участков.
  • РИФМА как бы спрашивала: «Есть железо? Есть кальций?» — и получала точный ответ. Заметим, однако, что РИФМА позволяет определять химический состав только тонкого поверхностного слоя лунного грунта. А как узнать состав пород на некоторой глубине? Для этого аппарат опускался в небольшие кратеры, взбирался на вал кратеров. На валах молодых кратеров есть материал, выброшенный из глубины кратеров. При выборе кратера необходимого морфологического класса и при знании глубины, с которой выброшен материал, удавалось получить достоверную картину состава горных лунных пород, лежащих на глубине.
  • Этот эксперимент показал, что необязательно доставлять лунный грунт на Землю. В ходе этого уникального эксперимента неожиданно выявилась и еще одна весьма важная особенность использования описываемого прибора — способность исследовать и фиксировать вспышки на Солнце и прослеживать их развитие во времени.
  • В декабре 1970 г. приборы автоматической станции «Венера-7», подлетавшей к Венере, и искусственных спутников Земли зафиксировали вспышку на Солнце. Об этом сообщила на Землю и РИФМА. Столь важная научная информация о ритмах жизни нашего дневного светила была одновременно получена из разных точек мирового пространства, удаленных друг от друга на сотни тысяч и миллионы километров. Такая информация имеет очень важное значение для обеспечения безопасности полетов пилотируемых космических аппаратов в Солнечной системе.
  • Исследование механических свойств лунного грунта производилось с помощью пенетрометра. Его рабочей частью служил конус с крестообразными лопастями. Под действием специального механизма конус вдавливался в грунт и затем поворачивался вокруг продольной оси. Усилия, действующие на конус в процессе его погружения в грунт и поворота, непрерывно регистрировались. Измерялась и глубина погружения конуса, а также угол поворота его лопастей. В результате была получена целая гамма характеристик лунного грунта, с помощью которой было определено, как он сопротивляется сжатию и сдвигу.
  • * * *
  • 4 октября 1971 г., в 14-ю годовщину со дня запуска советского искусственного спутника Земли — первого в истории земной цивилизации, завершилось путешествие лунохода по поверхности лунного шара. Десять с половиной месяцев он неутомимо странствовал по пустынной равнине Моря Дождей. Он детально обследовал грунт и рельеф на площади 80 тыс. м2, передал на Землю более 200 панорам и свыше 20 тыс. пейзажей лунного ландшафта. Более чем в 500 местах трассы движения он исследовал физико-механические свойства, а также несущую способность поверхностного слоя лунного грунта, а в 25 точках провел анализ его химического состава.


    Часть лунной панорамы, преданной на Землю с лунохода.
  • Обработка результатов телевизионной съемки и изучение физико-механических свойств лунного грунта и его химического состава позволили дать количественную оценку топографическим и морфологическим особенностям лунной поверхности в районе работы лунохода. Уникальны по продолжительности наблюдения космического рентгеновского излучения и исследования радиационной обстановки на Луне.
  • Прекращение активного функционирования лунохода вызвано выработкой ресурса его изотопного источника тепла, что привело к понижению температуры внутри герметичного приборного отсека аппарата. Луноход поставлен в такое положение, при котором помещенный на нем французский уголковый светоотражатель направлен на Землю с целью осуществления многолетней лазерной локации.
  • Работа лунохода подтвердила правильность принятых инженерных решений и высокую эксплуатационную надежность элементов конструкции его бортовых систем, научной аппаратуры и наземных средств управления и наблюдения. Неспешное, целенаправленное странствие лунохода позволило проверить принципы впервые примененной системы дистанционного управления аппаратом, находящимся на другом небесном теле, и способы его навигации в суровых условиях лунного мира.
  • Опыт показал, что такие аппараты способны с наименьшими затратами средств приносить большой научный эффект в исследовании небесных тел. Ученые получили поистине могучее, качественно новое средство исследования других миров Солнечной системы. Полностью оцепить значение лунохода можно, лишь представив себе будущее космонавтики, то время, когда аналогичные аппараты станут активными помощниками в строительстве лунных научных баз, когда они будут перевозить грузы, выполнять бульдозерные, ремонтные и многие другие работы.
  • В каждом деле самое трудное — начало. «Луноход-1» успешно сдал экзамен на зрелость. Беспримерный эксперимент, в ходе которого был отработан доселе невиданный способ взаимодействия автомата на Луне с экипажем на Земле, войдет в историю космонавтики как одно из самых смелых и перспективных новаторских решении эпохи вторжения человека в космос.

    ЛУННЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ США

  • Первые попытки полета к Луне были предприняты Соединенными Штатами Америки во второй половине 1958 г. с целью создания искусственного спутника Луны. 17 августа 1958 г. трехступенчатая ракета «Тор-Эйбл» (высота 25,85 м, стартовый вес 77,5 т), направлявшаяся к Луне, через 77 сек. полета взорвалась в воздухе. Вторая попытка запуска состоялась 11 октября. Ракета несла автоматическую станцию «Пионер-I». Но и она, забравшись на высоту 127630 км, из-за недостатка скорости возвратилась в земную атмосферу и упала в океан. Третья попытка запуска, предпринятая 8 ноября 1958 г., также окончилась неудачей. Космический аппарат «Пионер-II», совершив 45-минутный полет по баллистической траектории, сгорел в атмосфере над восточной частью Центральной Америки.
  • Эти неудачи заставили США заменить малонадежную ракету «Тор-Эйбл» четырехступенчатой ракетой «Юнона-II» (высота 23 м, вес 60,5 т). 6 декабря 1958 г. «Юнона-II», неся космический аппарат «Пионер-III», удалилась на 108700 км от Земли, но затем начала падать и, войдя в плотные слои земной атмосферы, сгорела над Алжиром. 3 марта 1959 г., через два месяца после успешного запуска первой советской космической ракеты в сторону Луны, США послали в направлении к Луне станцию «Пионер-IV» весом 6 кг. Но и она не выполнила своей задачи. Пролетев на расстоянии 59 тыс. км от Луны, станция стала искусственным спутником Солнца. Аналогичная участь постигла и другие аппараты «Пионер», запуск которых вскоре был прекращен.

    ЗАПУСКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ СЕРИИ «РЕЙНДЖЕР» И «СЕРВЕЙОР»

  • Прошло около двух лет, и вновь Луна стала объектом пристального внимания американцев. Теперь основную нагрузку по доставке на Луну космических аппаратов «Рейнджер» США возложили на двухступенчатую ракету «Атлас-Аджену» (высота 30 м, вес 124 т). 23 августа 1961 г. она вывела «Рейнджер-I» на эллиптическую орбиту вокруг Земли. Но из-за неполадок в ракете аппарат вошел в плотные слои, атмосферы и сгорел. 18 ноября 1961 г. была предпринята попытка вывести «Рейнджер-II» на сильно вытянутую орбиту. Но и она закончилась полной неудачей.
  • Основная цель этих запусков состояла в проведении научных исследований, связанных с предстоящими запусками новой серии аппаратов «Рейнджер», которые должны были совершить жесткую посадку на поверхность Луны. «Рейнджер-III», весом 330 кг, запущенный 26 января 1962 г., через 50 час. после старта пролетел мимо Луны на расстоянии 36600 км, не выполнив запланированных исследований. «Рейнджер-IV», того же веса, стартовавший 23 апреля, полетел по нерасчетной траектории и через 63 часа 17 мин. упал, как предполагают американские ученые, на невидимой с Земли стороне Луны. «Рейнджер-V», весом 342 кг, запущенный 18 октября 1962 г., прошел мимо Луны на расстоянии 725 км, не выполнив поставленной перед ним задачи.
  • На этом попытки США достичь видимой с Земли поверхности Луны с осуществлением жесткой посадки аппаратов закончились. Через некоторое время с помощью «Рейнджеров» американские ученые попытались забросить на Луну «говорящий мяч» - сферический контейнер весом 150 кг с сейсмометром, гамма-лучевым спектрометром, датчиком температуры и радиопередающей аппаратурой. Сохранность содержимого «говорящего мяча» должна была обеспечиваться жесткой посадкой - частичным гашением скорости космического аппарата - носителя «мяча» - с 8 - 9 тыс. примерно до 500 км/час. Нагрузка вследствие удара с такой скоростью компенсировалась бы амортизационным устройством. Но и этот план не был осуществлен.
  • В дальнейшем конструкция «Рейнджеров» была пересмотрена, и несколько научных задач, которые ранее ставились перед ними, были заменены одной: фотографированием видимого с Земли полушария Луны. Для этого на каждом аппарате было установлено по шесть телекамер, скомпонованных в два независимых комплекта. Каждый комплект имел свой источник питания электрической энергией. Общий вес аппарата не превышал 400 кг. Телекамеры должны были обеспечить получение изображений области прилунения аппарата в течение 30 мин. с высоты от 4 тыс. км до 24 км. Изображение, полученное с высоты 24 км, должно было охватить часть поверхности Луны площадью 350 км2.
  • 30 января 1964 г. был запущен «Рейнджер-VI». Основная цель запуска - фотографирование поверхности Луны с близкого расстояния. Через 65 час. 35 мин. полета он упал на Луну в районе Моря Спокойствия. Это был успех, но неполный - ведь ни одного телеснимка лунной поверхности «Рейнджер-VI» на Землю не передал.
  • Полет «Рейнджера-VII» завершился успехом. 31 июля 1964 г. он достиг поверхности Луны в районе Моря Познания. Перед падением фототелевизионные системы аппарата передали на Землю 4316 фотоснимков поверхности Луны. Первые кадры были сняты с высоты 180 км, последний - с высоты 500 м. Аппарат упал недалеко от неглубокого кратера Герике. Падение на Луну наблюдалось визуально, с помощью телескопа. Примерно через 20 сек. после падения в месте падения было замечено маленькое черное пятнышко, которое быстро превратилось в небольшое белое облако, напоминавшее трехлепестковый клеверный лист. Облако быстро рассеялось и исчезло.
  • Космический аппарат «Рейнджер-VIII», стартовавший 17 февраля 1965 г., через 64 часа 52 мин. достиг Луны в районе Моря Спокойствия, предварительно передав на Землю более 7 тыс. фотоснимков большой контрастности.
  • Телефотосъемки видимой с Земли поверхности Луны по программе «Рейнджер» закончились 21 марта 1965 г. запуском «Рейнджера-IХ». который перед прилунением в кратере Альфонс передал иа Землю 5814 фотографий. Фотографирование производилось в последние 17 мин. полета - на высоте от 1800 км до 300 м. Качество снимков было хорошим. Различимые на них детали были в 100 - 1000 раз меньше, чем наблюдаемые в лучшие земные телескопы. (Детали, различимые на снимках, полученных с советской станции «Луна-9», в 1000 раз мельче, чем на лучших фотографиях, переданных с аппаратов «Рейнджер».) Предельная разрешающая способность земных телескопов при фотографировании лунной поверхности практически оценивается в 1 км. На снимках, выполненных с самого близкого к Луне расстояния аппаратами «Рейнджер», наиболее мелко различимые детали имеют размер около 1 м (на снимках, сделанных со станции «Луна-9», - 1 - 2 мм). Снимки, полученные с аппаратов «Рейнджер», при их несомненной научной ценности, не позволяли ответить на вопрос о прочности лунного грунта и о возможности прилунения автоматических станций.
  • Анализ фотографий отдельных участков лунной поверхности, полученных с аппаратов «Рейнджер», показывал, что на поверхности Луны широко распространены небольшие кратеры (диаметром около 1 м и глубиной не более 30 см) и впадины. Не нашлось ни одного снимка, на котором не были бы видны такие образования. До этого времени на Луне наблюдались только крупные образования.
  • 30 мая 1966 г. запуском космического аппарата «Сервейор-1» американцы начали полеты по программе, предусматривающей мягкую посадку на Луну. Станция, совершившая мягкую посадку на Луне спустя четыре месяца после посадки на ней станции «Луна-9», была предназначена для передачи телевизионных изображений поверхности Луны. На траекторию полета к Луне она была выведена с помощью ракеты-носителя «Атлас-Кентавр» сразу, минуя этап промежуточной орбиты. Для посадки был выбран район в Океане Бурь. С Земли этот район представлялся довольно ровным, и американские ученые решили исследовать его с точки зрения пригодности для посадки лунной кабины пилотируемого космического корабля «Аполлон». Взлетная масса аппарата составляла 950 кг, причем две трети ее приходилось на тормозную двигательную установку.
  • Мягкая посадка «Сервейора-1» осуществлялась в таком порядке: за 41 мни. до прилунения, когда «Сервейор-1» находился на расстоянии 3200 км от поверхности Луны, с Земли были посланы три последовательные команды для ориентации аппарата, и тормозные двигатели были точно направлены на Луну. Включилась телекамера, которая каждые три секунды передавала изображение участка лунной поверхности.
  • Двигатели включались с помощью бортового альтиметра-автомата. Когда «Сервейор-1» находился на расстоянии 96 км от поверхности Луны и скорость его была снижена с 9400 до 400 км/час, альтиметр-автомат дал команду включить основной двигатель. Затем основной двигатель был сброшен и включились корректировочные тормозные двигатели. Они уменьшили скорость «Сервейора-1» до 12,8 км/час. Стабилизация аппарата производилась с помощью корректировочных двигателей, которые, постепенно переводя движение аппарата на вертикаль, на высоте 12 м уменьшили его скорость до 1,5 м/сек и поддерживали ее постоянной до высоты 4 м, после чего выключились.
  • Аппарат упал на поверхность Луны со скоростью, близкой к 5 м/сек. Удар смягчился тремя посадочными амортизационными ногами с гидравлическими амортизаторами. Нет сомнений в том, что полет станции «Луна-9» и полученные ею результаты способствовали форсированию работ по программе «Сервейор» и были учтены при планировании и осуществлении описанного эксперимента, «Успех мягкой посадки русской станции «Луна-9», - заявил доктор У. Пикеринг, руководитель лаборатории, готовившей «Сервейор-I» к запуску, - уже сам по себе сделал важное добавление к нашим познаниям о поверхности Луны».
  • Осуществление мягкой посадки на Луну - большой успех американских ученых. Вслед за советской станцией «Луна-9» станция «Сервейор-1» сообщила много важных сведений о поверхности Луны. Весьма оригинально американцы решили задачу определения мощности пылевого покрова в месте посадки. Для этого синхронно с работой телекамеры на секунду были включены двигатели бортовой системы стабилизации аппарата. Снимки показали, что работа двигателей не вызвала появления пыли. Можно было прийти к заключению, что лунная поверхность обладает достаточно большой твердостью. Данные полета «Сервейора-1» подтвердили вывод советских ученых о том, что на поверхности Луны отсутствует мощный пылевой слой.
  • В течение 1966 - 1968 гг. было запущено семь аппаратов серии «Сервейор». Пять из них совершили мягкую посадку на Луну. Они передали на Землю брлее 86 тыс. снимков лунной поверхности. Станции серии «Сервейор» помогли узнать механические и физико-химические параметры поверхностного слоя лунного грунта. Оказалось, что лунный грунт состоит в основном из вулканических пород, аналогичных некоторым земным. Плотность его составляет 2,4 - 3,1 г/см3, что близко к значениям плотности грунта на Земле.
  • Одновременно с изучением Луны автоматическими станциями, совершающими мягкую посадку в различных районах лунной поверхности, видимой с Земли, США проводили исследования окололунного пространства и глобальное фотографирование Луны с помощью искусственных спутников Луны серии «Лунар орбитер». Основной целью запусков спутников был поиск участков лунной поверхности, пригодных для высадки космонавтов, и выяснение воздействия на спутники лунного гравитационного поля. Вес спутников составлял 386 кг, вес их фототелевизионного устройства - 68 кг. Изучение результатов траекторных измерений обнаружило, что в моменты пролета над «морями» округлой формы - Морем Дождей, Морем Ясности, Морем Кризисов, Морем Нектара, Морем Влажности и т. п, - скорость спутников возрастала. Причиной изменения скорости, вероятно, служила концентрация массы вещества повышенной плотности над поверхностью этих «морей» (подробнее об этом см. в разделе «Лунные масконы»).
  • В течение 1966 - 1967 гг. на селеноцентрическую орбиту было выведено пять спутников. Запуск первого состоялся 10 августа 1966 г. Ввиду неисправности одной фотокамеры выполнить задачу до конца не удалось. Каждый из следующих спутников почти полностью передал запланированные фотоснимки. Всего на Землю с пяти спутников было передано 833 пары снимков. По ним было выбрано семь районов, пригодных для посадки на Луну пилотируемых космических кораблей по программе «Аполлон». С помощью «Лунар орбитер» удалось получить знаменитую фотографию кратера Коперника.

    ПРОГРАММА «АПОЛЛОН»

  • К высадке на Луну людей американцы готовились около десяти лет. В течение 1962 - 1968 гг. в США была создана и испытана новая мощная ракета «Сатурн-5» вместе с космическим кораблем «Аполлон». Ракетно-космическая система «Сатурн-5» - «Аполлон» состоит из ракеты-носителя «Сатурн-5» и трехместного пилотируемого корабля «Аполлон».
  • «Сатурн-5» - трехступенчатая ракета. Общая длина ее вместе с космическим кораблем «Аполлон» и системой аварийного спасения - 110,6 м, начальная масса - около 3 тыс. т. Она способна сообщить первую космическую скорость полезной нагрузке в 130 т и вторую космическую скорость - полезной нагрузке в 44 т.
  • Космический корабль «Аполлон» состоит из трех отсеков: командного, служебного (двигательного) и лунного. Максимально допустимая общая масса корабля - 43,8 т. Лунный отсек предназначен для высадки двух космонавтов на Луну и возвращения их на окололунную орбиту. Отсек состоит из посадочной и взлетной ступеней. Каждая ступень имеет собственные двигатели и топливные баки. К посадочной ступени крепятся четыре амортизационные стойки посадочного шасси. У каждой из них есть щуп длиной 168 см. Соприкосновение его с поверхностью Луны вызывает сигнал на выключение тормозного посадочного двигателя.
  • Взлетная ступень состоит из кабины (полезный объем 6,7 м3), рассчитанной на двух космонавтов, системы жизнеобеспечения (на 49 час.), аппаратуры навигации, управления, радиосвязи, источников электроэнергии. Из соображений экономии в весе и объеме кабина лишена кресел, и космонавты пользуются привязными ремнями. На взлетной ступени есть один основной двигатель и 16 вспомогательных, которые предназначены для ориентации корабля и стабилизации его положения в пространстве, а также для выполнения таких операций, как отделение лунного отсека от основного блока корабля, горизонтальное перемещение лунного отсека при выборе места посадки на лунную поверхность, «помощь» двигателю взлетной ступени при старте с Луны, а в случае необходимости - для причаливания и стыковки с основным блоком на окололунной орбите.
  • Для успешного решения задачи высадки космонавтов на Луну программа «Аполлон» предусматривала отработку сначала ракеты-носителя «Сатурн-5», а затем и всего комплекса «Сатурн-5» - «Аполлон» на околоземной и окололунной орбитах. Вначале в околоземное пространство запускались ракеты «Сатурн-5» без корабля. Когда этап их испытаний был закончен, на околоземную орбиту дважды выводили ракетно-космическую систему с кораблями «Аполлон-7» и «Аиоллон-9». Только после этого были предприняты пилотируемые полеты к Луне на кораблях «Аполлон-8» и «Аполлон-10».
  • Полет корабля «Аполлон-10» завершил экспериментальную отработку ракетно-космической системы «Сатурн-5» - «Аполлон».

    ВЫСАДКА ЛЮДЕЙ НА ПОВЕРХНОСТЬ ЛУНЫ

  • 16 июля 1969 г„ три американских космонавта: Нейл Армстронг (командир корабля), Майкл Коллинз (пилот основного блока) и Эдвин Олдрин (пилот лунного отсека) - заняли свои рабочие места в корабле «Аполлон-11». Экипажу предстояло решить главную и, по сути дела, конечную задачу программы «Аполлон» - совершить путешествие на Луну и высадить двух космонавтов на ее поверхность. Это историческое путешествие началось в 16 час. 32 мин. по московскому времени.
  • Через 11 мин. 53 сек. после старта «Аполлон-11» был выведен на близкую к круговой промежуточную орбиту высотой 190 км. Масса объекта, вышедшего на орбиту, составила 128 т. Совершив полтора витка, экипаж повторно включил двигатель третьей ступени, который, проработав 5 мин. 47 сек., довел скорость корабля до 10,8 км/сек (38945 км/час). Примерно в 20 час. началось перестроение отсеков корабля, после чего корабль продолжил полет к Луне.
  • 19 июля в 0 час. 47 мин. космонавты Олдрин и Армстронг перешли из командного отсека в лунный. Проверив исправность оборудования лунного отсека, они приблизительно через два часа возвратились обратно. В 20 час. 13 мин. того же дня начался заход корабля за Луну. В 20 час. 22 мин. на высоте 166 км над невидимой стороной Луны был включен маршевый двигатель, который проработал 362 сек. Благодаря ему селеноцентрическая скорость уменьшилась с 2,5 до 1,7 км/сек, и корабль перешел на окололунную орбиту с высотой периселения 99,4 км и апоселения - 121,5 км.
  • На этой орбите «Аполлон-11» находился около суток. За это время был проведен ряд телевизионных сеансов, навигационные измерения и коррекция орбиты корабля. Затем корабль был переведен почти на круговую орбиту высотой 110 км. 20 июля Армстронг и Олдрии снова перешли в лунный отсек для подготовки его к отделению и автономному полету. В 20 час. 47 мин., когда корабль находился над невидимой с Земли стороной лунного шара, была произведена расстыковка, после чего лунный отсек получил название «Орел», а основной блок, управляемый Коллинзом, - «Колумбия».
  • В 20 час. 55 мин. оба объекта вышли из-за Луны, находясь на расстоянии 12 - 20 м один от другого. В 22 часа 9 мин., когда они снова зашли за лунный диск, разделенные уже расстоянием около 3 км, был включен двигатель посадочной ступени, и «Орел», получив тормозной импульс, перешел на эллиптическую орбиту с высотой в периселении 15 км. Групповой полет продолжался 25 мин.
  • В 22 часа 47 мин. «Орел» вышел из-за Луны. Примерно через 20 мин. снова был включен двигатель посадочной ступени, который, проработав 8 мин., уменьшил скорость полета с 1,7 км/сек до 140 - 150 м/сек. За это время лунный отеек пролетел «ногами вперед» примерно 400 км и снизился с высоты 15 км до 1,6 км. Начался этап выведения лунного отсека в район посадки, до которого было еще 12 - 13 км. Космонавты, глядя в иллюминаторы, выбрали место прилунения. С этого момента отсек двигался почти горизонтально.


    Схема посадки на Луну и взлета с Луны космического корабля «Аполлон-11».
  • На последнем участке с высоты 150 м Армстронг стал управлять лунным отсеком вручную. Горизонтальная скорость была погашена, аппарат ориентирован «ногами вниз», и после короткого зависания на высоте примерно 30 м экипаж осуществил плавное вертикальное снижение. По сигналу щупа посадочного шасси был выключен двигатель. В 23 часа 17 мин. 32 сек. «Орел» совершил посадку на поверхность Луны в юго-западной части Моря Спокойствия. Он прилунился в 6,4 км от расчетной точки. Масса лунного отсека составляла 7211 кг. В момент прилунения в посадочной ступени осталось топлива на 47 сек. горизонтального полета. В случае перерасхода топлива пришлось бы отказаться от посадки, отбросить посадочную ступень и с помощью двигателя взлетной ступени пойти на встречу с «Колумбией».
  • Время прилунения было выбрано так, чтобы Солнце находилось над горизонтом, за спиной космонавтов, и своим ярким светом не ослепляло их, а наоборот, чтобы длинные тени помогали экипажу обнаруживать валуны и другие неровности рельефа. Прежде чем выйти из корабля, космонавты, помогая друг другу, облачились в скафандры, еще раз проверили их герметичность и работу системы жизнеобеспечения. Примерно через пять с половиной часов после прилунения Армстронг открыл люк разгерметизированного лунного отсека и осторожно с помощью Олдрина ползком вылез через него. Находившийся внутри отсека Олдрин включил камеру, и на экране телевизора появилось изображение Армстронга, который, встав на площадку перед люком и оглядевшись вокруг, начал спускаться по девятиступенчатой лестнице. Спустив с лестницы правую, а затем левую ногу, он встал на лунный грунт. Затем он отошел от лунного отсека. Движения его напоминали движения водолаза на морском дне. Да и сам он в своем скафандре был очень похож на водолаза. За Армстронгом тянулся специальный фал, который держал оставшийся в отсеке Олдрин, чтобы оградить товарища от всяческих неожиданностей. В этот волнующий момент миллионы телезрителей нашей планеты наблюдали первого человека на Луне.
  • Первые шаги по Луне Армстронг специально замедлял для того, чтобы определить, насколько прочен лунный грунт и как можно передвигаться в громоздком скафандре с ранцевой системой жизнеобеспечения за плечами в условиях притяжения, в шесть раз меньшего, чем на Земле. Главной задачей экипажа была доставка на Землю образцов лунного грунта. Поэтому, когда Армстронг увлекся хождением по лунной поверхности, из центра управления ему напомнили, чтобы он как можно скорее собрал «аварийные» образцы лунного грунта на тот случай, если потребуется немедленно стартовать с Луны. Армстронг собрал в пластмассовый мешочек около килограмма образцов и положил их в карман скафандра. Через 19 мин. к нему присоединился Олдрин. Большая часть времени, проведенная космонавтами на Луне, была затрачена на фотографирование и сбор лунных пород.
  • Образцы лунного грунта космонавты брали с поверхности при помощи пробоотборников, напоминающих небольшой совок с длинной ручкой. Армстронг отмечал и фотографировал положение и местонахождение каждого образца. Лунка, оставшаяся после взятия образца, также фотографировалась. С помощью пробоотборников с пустотелыми трубками на концах были взяты образцы с глубины нескольких сантиметров. Такие трубки космонавты заглубляли в грунт примерно на 12 см молотком или просто руками. Глубже вбить стальной штырь они не могли. Толщина верхнего, рыхлого слоя была неодинакова, пробоотборник иногда сразу натыкался на твердые породы. Всего космонавты собрали 22 кг образцов. С помощью блочного устройства контейнеры с образцами были подняты на борт лунной кабины. Образцы были уложены в два герметически закрывающихся контейнера, которые должны были предохранить их от воздействия кислорода на корабле и воздуха па Земле.
  • Космонавты оставили на Луне эмблему космического корабля «Аполлон-1» в память о погибших при наземных испытаниях на космодроме мыса Кеннеди американских космонавтах Вирджиле Гриссоме, Эдуарде Уайте и Роджере Чаффи, а также медали в честь Юрия Гагарина и Владимира Комарова.
  • Армстронг и Олдрин разместили на поверхности Луны комплект научных приборов. Сначала они отнесли на значительное расстояние от «Орла» сейсмометр, который должен регистрировать колебания, вызванные тектоническими процессами на Луне (если таковые происходят) и падением метеоритов, а также колебания, вызванные падением на Луну искусственных объектов. Затем космонавты установили лазерный отражатель и развернули рулон алюминиевой фольги для улавливания частиц благородных газов в «солнечном ветре».


    Взлетный и посадочный блоки лунного отсека корабля «Аполлон-11».
  • Пребывание космонавтов на Луне по телевидению передавалось на Землю. Первая прогулка землян по Луне продолжалась 2 часа 21 мин. Место посадки корабля было названо Базой Спокойствия. Через 1 час 44 мин. после выхода из лунной кабины Олдрин вернулся в нее, а спустя 10 мин. за ним последовал и Армстронг. Отдых космонавтов продолжался около 7 час. Затем началась подготовка к старту взлетной ступени с поверхности Луны. Из нее были изъяты оборудование н припасы, которые космонавтам уже были не нужны. 21 июля, после 21 часа 36 мин. 41 сек. пребывания космонавтов на Луне, был включен двигатель взлетной ступени, имеющей массу 2648 кг, и лунная кабина направилась вверх, на окололунную орбиту, на встречу с основным блоком. Если бы из-за отказа двигателя взлетной ступени «Орел» не смог взлететь с Луны, гибель двух космонавтов оказалась бы неизбежной. Только после выхода взлетной ступени на окололунную орбиту, по которой совершала полет «Колумбия», «Орел» и «Колумбия» могли встретиться и стыковаться. Это был риск, и, как говорили сами космонавты, риск немалый. Три с половиной часа длилась операция по сближению и стыковке. После ее завершения лунные путешественники перешли в командный отсек. Взлетная ступень за ненадобностью была оставлена на селеноцентрической орбите.
  • Включив маршевый двигатель основного блока, который проработал 149 сек. и сообщил ему необходимую скорость, экипаж взял курс к Земле. На расстоянии 300 тыс. км от нее была проведена коррекция траектории, что обеспечило вход основного блока в заданный коридор. При подлете к Земле состоялся последний телевизионный сеанс. После отделения служебного отсека от командного, в котором находился экипаж, командный блок вошел в атмосферу Земли на высоте 120 км и совершил управляемый спуск с использованием аэродинамического качества.
  • 24 июля в 23 часа 20 мин., после восьмисуточного путешествия, космонавты приводнились в Тихом океане, в районе Гавайских островов. Теперь нужно было обеспечить биологическую изоляцию космонавтов на случай занесения ими на Землю лунных микроорганизмов. Поэтому космонавтам, находящимся в командном отсеке, были переданы через люк специальные скафандры, облачившись в которые они вышли наружу, на резиновый плот. Тут же скафандры обработали специальным дезинфицирующим средством «Бетадин» (неорганическое соединение йода.) Черед 63 мин. после приводнения космонавты были доставлены на вертолете на борт авианосца «Хорнет». Прямо из вертолета по дорожке-настилу они перешли в герметизированный «фургон». 27 июля космонавты прибыли в порт Пирл-Харбор и в тот же день на самолете, имеющем герметичный отсек, были доставлены в специальную лунную приемную лабораторию в Хьюстоне, где должны были пройти карантин. В течение 18 суток космонавты были изолированы от внешнего мира. Никаких признаков заражения зафиксировано не было.
  • По окончании карантина народ торжественно встречал героев в Нью-Йорке, Чикаго и Лос-Анджелесе. В телеграмме президенту США Председатель Президиума Верховного Совета СССР Н. В. Подгорный от имени советского народа поздравил мужественных космонавтов с успешным завершением выдающегося полета. Приветствие экипажу передали все советские космонавты. От имени советских ученых американских космонавтов поздравил президент Академии наук СССР М. В. Келдыш.

    НЕКОТОРЫЕ ВПЕЧАТЛЕНИЯ ПЕРВЫХ КОСМОНАВТОВ, ПОБЫВАВШИХ НА ЛУНЕ

  • Нейл Армстронг рассказывал: «Из лунной кабины небо казалось черным, но на Луне было светло, как днем, и поверхность ее была рыжевато-коричневой. На Луне наблюдается загадочное явление: цвет ее поверхности меняется. Я полностью еще не постиг этого. Если смотреть в направлении своей тени, стоя спиной к Солнцу, или в строго противоположном направлении - поверхность выглядит коричневой. Если вы смотрите перпендикулярно солнечным лучам - поверхность темнеет, а если смотреть прямо себе под ноги, особенно в тени, поверхность кажется очень и очень темной. Когда вы берете в руки образцы пород, они тоже темные, серые или черные. Как правило, структура пород сыпучая, они почти как мука, но встречаются и более грубые частицы, похожие на песок.
  • При ходьбе по Луне не приходилось затрачивать особых усилий. Правда, поверхностный рыхлый слой несколько препятствовал свободному передвижению - скользили ноги. Чтобы не потерять равновесия и не упасть, приходилось передвигаться, наклонившись вперед. Дело в том, что у космонавта, облаченного в скафандр и снабженного ранцем, центр тяжести перемещается вверх и смещается несколько назад.
  • Неровности горизонта в сочетании с небольшой силой тяжести затрудняли определение вертикали (точность определения, вероятно, не превышала 5°). Отчетливо выраженная неровность лунной поверхности усугублялась тем, что скрадывалось расстояние до удаленных форм рельефа. Неровности создавали такое же впечатление, какое бывает у человека, плывущего по сильно взволнованному морю. Переход из состояния покоя в состояние движения тоже совершался заметно медленнее, чем на Земле. Чтобы двигаться быстрее, нужно было сделать три или четыре шага с небольшим ускорением или сильно наклониться вперед и энергично оттолкнуться, набрав нужную скорость с первого шага.


    Эдвин Олдрин на Луне.
  • Было использовано три способа движения вперед: хождение, подскоки при ходьбе и бег вприпрыжку. Хождение использовалось для обычных операций около лунной кабины и для переноски грузов. Скорость хождения не превышала полуметра в секунду. При больших скоростях, делая шаг, как бы взлетаешь вверх. При беге вприпрыжку надо обеими ногами одновременно отталкиваться от поверхности. Этот способ оказался наиболее эффективным при передвижении на большие расстояния, так как достигалась скорость 1 - 1,5 м/сек, а на отдельных участках до 2 м/сек. Много времени уходило на то, чтобы выбрать наилучший путь по неровной поверхности.
  • Скачки похожи на бег вприпрыжку, но при скачках на Луне, в отличие от бега, ноги двигаются довольно медленно, Создается ощущение медленного бега. Бег, каким мы его знаем на Земле, на Луне воспроизвести невозможно. Остановиться во время ходьбы сразу нельзя, можно остановиться только после одного или двух шагов, а во время скачков - после трех или четырех скачков. Шаги в сторону затруднены ограниченной подвижностью скафандра. В общем передвижение по лунной поверхности требует больше расчета и внимания, чем передвижение по Земле.
  • Конечно, в условиях лунного притяжения хочется прыгать вверх. Свободные прыжки с сохранением контроля за движением возможны на высоту до одного метра. Прыжки на большую высоту часто заканчивались падением. Наибольшая высота прыжка составляла два метра - Олдрин прыгнул до третьей ступени лестницы лунной кабины. В этом случае ему удалось сохранить равновесие только потому, что он сумел схватиться за поручни.
  • Падения не имели неприятных последствий. Скорость их настолько мала, что нет оснований опасаться каких-либо травм. Обычно при нарушении равновесия падение можно предотвратить простым поворотом и шагом в ту сторону, куда падаешь. Если упадешь лицом вниз, можно легко подняться без посторонней помощи. При падении на спину нужно приложить больше усилий, чтобы подняться самостоятельно. Конечно, с помощью другого космонавта встать на ноги проще всего.
  • Скорость передвижения и стабильное положение в известной степени зависят от самой природы лунной поверхности. Хотя грунт и кажется мягким, след углублялся обычно менее чем на сантиметр. Частицы грунта малы и легко прилипали к скафандру и к обуви. Намного глубже (5 см) следы были на валу и в донной части кратера. Обычно наш путь между двумя точками был извилистым, так как мы старались избежать неровностей.
  • Вид Луны изменяется в зависимости от угла солнечного освещения. Когда Солнце ближе к лунному терминатору рассвета или сумерек, пейзаж становится суровым и непривлекательным, как мы часто видим на снимках. С другой стороны, когда Солнце ближе к зениту, в положении полудня, лунные краски приобретают теплые коричневые тона. Тогда Луна кажется почти розовой, приветливой. Так что с рассвета до сумерек можно увидеть весь облик Луны: вначале она суровая и угрюмая, затем более дружелюбная и, наконец, по мере того как заходит Солнце, снова мрачная».

    А вот что рассказал Эдвин Олдрин: «Луна представляет собой весьма удобное и очень приятное место для работы. Она обладает многими преимуществами невесомости в том смысле, что на любое движение там требуется минимальная затрата сил. При ее тяготении в одну шестую земного тяготения получаешь вполне определенное ощущение, что ты находишься «где-то» и обладаешь постоянным, хотя порой и ошибочным чувством направления и силы. Будущим космонавтам я бы рекомендовал уделить первые 15 - 20 мин. пребывания вне кабины только тому, чтобы выработать для себя способ передвижения по лунной поверхности.

  • Оказывается, в лунных условиях не так-то легко определить свое положение в пространстве. Иными словами, трудно понять, когда ты наклоняешься вперед, а когда назад, и насколько сильно. Это, а также поле зрения, ограниченное шлемами, приводило к тому, что предметы на местности, казалось, меняли свою кривизну в зависимости от того, откуда на них смотришь и как стоишь.
  • Заспинный ранец на Луне весит несколько больше 20 фунтов (фунт равен 453 г). На Земле его вес - 124 фунта, но и этот вес тянет тебя назад, и, чтобы уравновесить его, приходится немного наклоняться вперед. Кажется, кто-то описал это положение как позу «усталой обезьяны» - стоишь почти прямо, но в полуприсяде. Иногда было трудно определить, прямо ли ты стоишь. Я определял это положение так же, как и свой центр тяжести, покачиваясь из стороны в сторону. Ощущение такое, что на Луне можно гораздо сильнее, чем на Земле, наклониться в любую сторону без потери равновесия. Во время работы мы ни разу не падали. Нам показалось, что на Луне очень легко опуститься на колени, а потом снова встать.
  • Сила сцепления подошв с грунтом оказалась меньшей, а восстановление равновесия более легким, чем во время тренажа в самолете с лунной гравитацией. Поверхность пружинящего резинового мата в самолете была вполне надежной, а сцепление - хорошим. На Луне дело обстояло иначе. Значительно менялась глубина, на которую погружались наши ноги в этот странный порошкообразный грунт. Во многих местах они погружались в грунт только на долю дюйма (дюйм равен 2,5 см), тогда как кромка некоторых небольших кратеров оказывалась покрытой более глубоким и рыхлым слоем грунта. Наши, башмаки уходили вглубь на 3 - 4 дюйма и скользили куда-то вбок, покуда не натыкались на что-то твердое. Так что мы старались ходить по ровным участкам, избегая впадин, и не наступать на камни, которые очень легко сдвигались с места. Я встал на один довольно большой камень, и он показался мне скользким. Это ощущение создавалось благодаря слою мелкой пыли, покрывавшей его, и частичкам грунта, приставшим к подошвам моих башмаков.
  • За все время работы ни Нейл, ни я не испытывали усталости: не было желания остановиться и отдохнуть. Разумеется, нам хотелось узнать, тяжело ли будет взбираться по трапу в лунную кабину, поэтому, прежде чем приступить к работе, я попробовал прыгнуть на последнюю ступеньку трапа. Вначале я не знал, какое на это понадобится усилие, но после нескольких попыток обнаружил, что сделать это вовсе нетрудно, Впоследствии у меня осталось достаточно сил для того, чтобы подниматься по лестнице, перешагивая через несколько ступеней.
  • Технически самой трудной для меня задачей был забор проб лунного грунта, поскольку было необходимо заглублять в грунт трубки пробоотборников. Мягкий порошкообразный грунт Луны обладает удивительной сопротивляемостью уже на глубине нескольких дюймов. Это ни в коем случае не означает, что он приобретает твердость каменной породы, однако на глубине 5 - 6 дюймов начинаешь ощущать его постепенное противодействие. Еще одно удивительное явление состоит в том, что при всей своей сопротивляемости этот грунт был настолько рыхлый, что не удерживал трубку в вертикальном положении. Я с трудом погружал трубку в грунт, и все же она продолжала качаться из стороны в сторону.
  • Одним из объяснений необычной сопротивляемости лунного грунта может служить то, что, будучи уже уплотненным ввиду отсутствия на Луне атмосферы, он постоянно подвергается бомбардировке метеоритами. В результате этой бомбардировки лежащий над поверхностью слой почвы уплотнился до такой степени, что заглубление в него трубки с режущим наконечником требует приложения значительной силы. Когда я наконец взял пробу грунта, по тому, как он прилипал к поверхности трубки, казалось, что грунт этот имеет влажную консистенцию.
  • До полета нам с Нейлом надо было решить, когда надо начинать работы вне кабины, У нас был выбор: либо проводить их после короткого сна, либо до него. Мы подумали, что, пожалуй, не в наших интересах разбивать сон, даже если нам придется поработать длительное время без отдыха. А так как мы чувствовали себя бодро, то решили поспать после выхода из кабины. Это нам не очень удалось. Словом, спали мы плохо. У меня было более удобное место - на полу лунной кабины. Нейл же устроился в ее кормовой части, на кожухе двигателя взлетной ступени. Для ног он соорудил нечто вроде гамака, сунув их в петлю, прикрепленную к какой-то стойке.
  • В кабине было очень прохладно, а через три часа стало невыносимо холодно. Наши костюмы были снабжены системой жидкостного охлаждения, и мы подумали, что, если почти полностью отключить циркуляцию воды, мы почувствуем себя лучше. Толку от этого было мало. Затем мы поставили на минимум регулятор температуры системы кислородного питания. И это не дало ожидаемого эффекта. Можно было еще поднять шторки окон и впустить в кабину свет, но тогда нам совсем не удалось бы заснуть.
  • Свет вообще доставлял нам много хлопот, потому что, когда он падал на шлем сбоку и попадал на забрало, вызывал ослепительный блеск. В тени же на забрале отражались наши собственные лица, а это мешало нам смотреть. Когда лицо оказывалось в тени, требовалось почти 20 сек. для того, чтобы глаза снова могли различать мелкие предметы.
  • Находясь на поверхности Луны, мы не ощущали никаких запахов ни в скафандрах, ни в гермошлемах. Вернувшись в кабину и сняв шлемы, мы почувствовали какой-то запах. Вообще запах - это вещь весьма субъективная, но я уловил отчетливый запах лунного грунта, едкий, как запах пороха. Мы занесли в кабину довольно много лунной пыли на скафандрах, башмаках и на конвейере, при помощи которого переправляли внутрь ящики и оборудование. Запах ее мы почувствовали сразу.
  • Сейчас мне трудно сказать, что я думал тогда о значении этого полета. Человеку судьбой было предначертано рано или поздно высадиться на Луне. Этот вызов стоял перед ним с тех пор, как он впервые взглянул на Луну, и он неизбежно должен был принять его».
  • Третий член экипажа - Майкл Коллинз - рассказал о том, как он наблюдал старт своих коллег с Луны: «Для меня самым приятным было сидеть, как «Орел» поднимается с поверхности Луны. Это привело меня в сильное возбуждение, так как впервые стало ясно, что мои товарищи справились с задачей. Они сели на Луну и снова взлетели. То был прекрасный лунный день, если только можно говорить о лунных днях. Луна не казалась зловещей и мрачной, какой она иногда выглядит, если освещена Солнцем под очень острым углом. Радостно было видеть лунную кабину, которая становилась все больше и больше, сверкала все ярче и ярче и приближалась к точно заданному месту. Остались позади самые сложные этапы сближения, теперь надо было лишь осуществить стыковку и приземлиться. Электронно-вычислительная машина, разумеется, «докладывала», что все идет хорошо, но ее сообщения имели довольно отвлеченный характер. Разве сравнишь их с возможностью самому смотреть в иллюминатор и убеждаться в том, что «Орел» в самом деле надежно состыковался с кораблем.
  • Процесс стыковки начинается с того, что два аппарата соприкасаются и щуп входит в специальный якорь. Вместе их удерживают три миниатюрные защелки, и впечатление создается такое, будто два аппарата, один весом 30000 фунтов, а второй - 5000, соединены бумажными скрепками. Соединение довольно непрочное. Чтобы сделать стыковку более жесткой, пускаешь в ход небольшой газовый баллон, который приводит в действие механизм, буквально присасывающий один аппарат к другому. В этот момент срабатывают двенадцать механических запоров, аппараты прочно сцепляются.
  • Как только я пустил в ход газовый баллон, аппарат стал совершать ненормальные, рыскающие движения. В течение 8 - 10 тревожных секунд я опасался, что в такой ситуации стыковка не состоится и придется освободиться от лунной кабины и произвести стыковку заново.
  • Как бы то ни было, я немедленно приступил к делу, а Нейл сделал то же самое в «Орле», и совместными усилиями нам удалось выровнять положение аппаратов. Все это время действовала автоматическая стыковка, и вскоре мы услышали громкий щелчок - значит, сработали двенадцать больших запоров. Слава богу, мы жестко состыковались. Первым делом предстояло освободить тоннель, сняв для этого люк и убрав стыковочный якорь. Потом я «поплыл» по тоннелю, чтобы встретить их.
  • Вот они оба, я вижу их блестящие глаза. Самое ужасное то, что я не могу вспомнить, кто из них первым вернулся со мной в «Колумбию». Я встретил их обоих в тоннеле, мы пожали друг другу руки, крепко пожали, и все. Я был рад видеть их, и они не меньше моего были рады возвращению. Они передали мне ящики с породой, с которыми я обращался так, будто они были битком набиты драгоценностями. Впрочем, в каком-то отношении так оно и было на самом деле.
  • Мне ни разу не удалось разглядеть «Орла» на поверхности Луны, но время от времени я слышал их. Находясь на Луне, лунная кабина всегда была обращена к какой-то точке Земли, поэтому Нейл и Эд все время могли поддерживать с ней связь. Я же находился на круговой орбите и за 2 часа полного оборота в течение 40 мин. не мог ни с кем поговорить. Когда я попадал в поле видимости Земли, устанавливалась связь с Центром. Лунную кабину я все-таки не видел, поскольку она находилась за линией горизонта. За те 1 час и 15 мин., которые я находился на видимой стороне Луны, я мог поддерживать связь с внешним миром, а с лунной кабиной мог говорить непосредственно лишь в течение 6 - 7 мин.
  • У меня было относительно много времени для того, чтобы поразмыслить обо всем понемногу. Я думал, конечно, о семье, но, кроме того, размышлял о Земле и о том, как прекрасно на ней жить и какой величественной она выглядит из космоса. Как приятно, думал я, увидеть ее голубую воду вместо безжизненного, пустынного мира, вокруг которого ты вращаешься. Понимаете, есть планеты и планеты. Пока я видел только две из них, но сравнивать их совершенно невозможно. Луна - удивительная планета, и для геологов она - настоящее сокровище. Но Землю я не променяю ни на что на свете».
  • Прошло около четырех месяцев, и путь «Аполлона-11» повторил «Аполлон-12». 14 ноября 1969 г. в 19 час. 22 мин. космический корабль «Аполлон-12» стартовал к Луне. На его борту находились космонавты Чарльз Конрад (командир корабля), Ричард Гордон (пилот основного блока) и Алан Бин (пилот лунного отсека). Конрад уже дважды побывал в космосе, совершая полеты на корабле «Джемини-11».
  • «Аполлон-12» стартовал в грозу. Сложная метеорологическая обстановка не могла заставить руководителей полета на время отложить его. За это едва не пришлось расплачиваться тотчас после того, как ракета оторвалась от Земли: нарушилось функционирование системы электрообеспечения, возникли помехи в радиосвязи. «Над космодромом, - писала газета «Нью-Йорк тайме», - на несколько секунд навис зловещий призрак катастрофы». К счастью, удар молнии, попавшей в корабль, или, как считают некоторые эксперты, разряд статического электричества, накопившегося в корпусе ракеты, лишь на секунды нарушил нормальный ритм полета, дальше все шло благополучно.
  • Чем же отличался полет «Аполлона-12» от полета «Аполлона-11»? Экипаж «Аполлона -12» должен был совершить посадку в непосредственной близости от того места, где в 1967 г. прилунилась автоматическая станция «Сервейор-3». С этой задачей экипаж справился блестяще. Посадка лунного отсека была произведена 19 ноября в 9 час. 54 мин. 35 сек. в Океане Бурь, на расстоянии 6 м от намеченного места, в 180 м от станции «Сервейор-3» и в 1280 км от места посадки лунного отсека «Аполлона-11».
  • Космонавты Конрад и Бин два раза выходили на лунную поверхность, каждый раз находясь на ней около 4 час. Во время второго выхода космонавты совершили «поход» к аппарату «Сервейор-3», который находился внутри кратера диаметром 200 м, на расстоянии 45 м от края кратера. По пути они продолжали собирать образцы лунного грунта, укладывая экспонаты в небольшой пластмассовый мешочек, который затем был положен в тефлоновую сумку. Космонавты сфотографировали площадку, на которой лежал «Сервейор-3», чтобы впоследствии можно было определить изменения, происшедшие за два с половиной года со времени передачи станцией фотографий того же участка. Затем они сняли с «Сервейора-3» кусочки кабеля и стеклянной облицовки, телекамеру, алюминиевую трубку с земными микроорганизмами и демонтировали копательное устройство.
  • За время первого выхода из лунного отсека космонавты прошли 1,5 км, за время второго выхода - 1,8 км. Наибольшее расстояние, на которое они удалялись от лунного отсека, составляло 45 м. Район прилунения «Аполлона-12» оказался покрытым густым слоем черной пыли, чего не было в районе прилунения «Аполлона-11».
  • 20 ноября в 17 час. 23 мин., после 31 часа пребывания на Луне, взяв около 50 кг лунного грунта, космонавты стартовали с Луны, а в 20 час. 58 мин. взлетная ступень лунного отсека была состыкована с основным блоком, управляемым космонавтом Гордоном. После отделения от основного блока взлетная ступень не осталась на окололунной орбите, а посредством тормозного двигателя была сброшена на лунную поверхность. Ударившись об нее со скоростью 1,68 км/сек, ступень вызвала колебания лунной коры, которые регистрировались в течение 55 мин. Приводнение командного отсека произошло 24 ноября в 23 часа 58 мин. в Тихом океане, приблизительно в 736 км юго-восточнее Паго-Паго.

    ДРАМАТИЧЕСКИЙ ПОЛЕТ «АПОЛЛОНА-13»

  • «Аполлон-13» стартовал 11 апреля 1970 г. в 22 часа 13 мин. Джеймс Ловелл (командир корабля) совершал уже четвертый полет в космос, Фред Хейс (пилот лунного отсека) и Джон Суиджерт (пилот основного блока) летели в космос впервые. Полет был рассчитан на десять суток и предусматривал посадку двух космонавтов на Луну.
  • Однако в первые же минуты после старта на корабле возникли неполадки. Еще на участке выведения центральный двигатель второй ступени ракеты-носителя выключился на 2 мин. раньше расчетного времени. Работу двигателей второй и третьей ступени сопровождала вибрация. В ходе перестроения отсеков корабля автоматика не обеспечила стыковку командного отсека с лунным, поэтому два замка пришлось закрывать вручную.
  • Утром 14 апреля, когда корабль находился на расстоянии 328 тыс. км от Земли, аварийный сигнал разбудил космонавтов. В результате повышения давления взорвался баллон с жидким кислородом. Осколками был поврежден и второй такой баллон. А поскольку жидкий кислород использовался для работы батарей топливных элементов, составляющих главный источник электроэнергии основного блока корабля и системы жизнеобеспечения, то экипаж сразу оказался в критическом положении.
  • С этого момента о выполнении запланированной программы уже не могло быть и речи. До конца полета знания и опыт космонавтов и специалистов наземных служб были направлены лишь на то, чтобы спасти экипаж и вернуть корабль на Землю. В Хьюстоне - центре управления - специалисты и опытные космонавты занимались поисками оптимальных режимов экономии электроэнергии и кислорода. Была создана специальная группа, которая руководила возвращением «Аполлона-13». Поскольку двигательный отсек, который должен был питать корабль электроэнергией на протяжении всего полета, вышел из строя, «спасательной шлюпкой» для космонавтов стал лунный отсек. Два члена экипажа по внутреннему лазу перешли в него и включили энергетическую установку и систему жизнеобеспечения. Люки в лазе остались открытыми, чтобы кислород поступал в командный отсек, где остался третий член экипажа.
  • Казалось, непосредственную угрозу жизни удалось устранить. Однако вскоре выяснилось, что сиетема жизнеобеспечения лунного отсека не может справиться с поглощением углекислоты. Используя шланги от скафандров, космонавты подключили систему лунного отсека к находившемуся в командном отсеке прибору с гидроокисью лития.
  • Выходя из одного сложного положения, экипаж тут же попадал в другое. Недостаток электроэнергии сразу отразился на работе системы терморегулирования. В командном отсеке температура упала до +5°. А «Аполлон-13» приближался к Луне. Неотложной задачей, которая встала перед экипажем и руководителями полета, был перевод корабля на траекторию свободного возвращения к Земле. Сделать это можно было лишь с помощью двигателя посадочной ступени лунного отсека. Но там уменьшилось давление в баке с гелием, который применяется в системе подачи двигателю топлива.
  • 15 апреля Председатель Совета Министров СССР А. Н. Косыгин направил президенту США Р. Никсону телеграмму, в которой выразил тревогу за жизнь космонавтов и готовность содействовать их спасению.
  • В таких сложных условиях космонавтам все же удалось облететь Луну на расстоянии 250 км и направить корабль к Земле. На трассе Луна - Земля экипаж провел еще две коррекции траектории для того, чтобы приводниться в заданном районе. Незадолго до посадки космонавты покинули лунный отсек и перешли в командный. Операции по разделению служебного и лунного отсеков прошли нормально. Космонавты заметили большие повреждения служебного отсека - по всей его длине была порвана обшивка. «Сплошной хаос», - передали они в центр управления. 17 апреля в 21 час 8 мин., после семи суток тревожного и исключительно опасного полета, командный отсек приводнился в Тихом океане, юго-восточнее островов Самоа.
  • Весь мир с напряжением и тревогой следил за этим полным драматизма полетом. Председатель Президиума Верховного Совета СССР Н. В. Подгорный, обращаясь к президенту США Р. Никсону, выразил искреннюю радость в связи с благополучным возвращением на Землю экипажа «Аполлона-13» и просил передать отважным космонавтам наилучшие пожелания.

    ПОЛЕТ «АПОЛЛОНА-14», «АПОЛЛОНА-15», «АПОЛЛОНА-16» И «АПОЛЛОНА-17»

  • 1 - 10 февраля 1971 г. на Луну и обратно летал корабль «Аполлон-14». В полете принимали участие Аллан Шепард (командир), Стюарт Русса (пилот основного блока) и Эдгар Митчелл (пилот лунной кабины). Конструкция некоторых систем корабля подверглась модификации во избежание неполадок, которые случились при полете «Аполлона-13».
  • Лунная кабина совершила посадку недалеко от расчетной точки, в районе кратера Фра Мауро, расположенного южнее Моря Дождей, где в это время успешно работал автоматический самоходный аппарат «Луноход-1». Этот район должен был обследовать еще экипаж корабля «Аполлон-13», но данная задача не была им выполнена. Космонавты провели на Луне в общей сложности 33 l/2 часа, совершили два выхода, прошли по ее поверхности 2,7 км и привезли на Землю 43 кг лунного грунта.
  • 26 июля 1971 г. на корабле «Аполлон-15» к Луне отправился экипаж в составе Дэвида Скотта (командира), Альфреда Уордена (пилота основного блока) и Джеймса Ирвина (пилота лунной кабины). Лунная кабина совершила мягкую посадку в Заливе Гнилое болото, у подножья лунных Апеннин, высота которых достигает 4600 м. На Луне космонавты пробыли 76 час. 54 мин. Вне лунной кабины они были 18 час. 37 мин., на тележке проехали 28,1 км и собрали 77 кг лунной породы. В месте посадки они оставили пластину с именами советских и американских космонавтов, отдавших жизнь делу покорения космоса. Рядом с пластиной они установили фигуру, изображающую погибшего космонавта.
  • 2 августа взлетная ступень лунной кабины стартовала с Луны. Впервые такой старт был передан по телевидению с помощью аппаратуры, расположенной на тележке, оставленной на Луне. С лунной орбиты корабля на более высокую орбиту был запущен небольшой лунный спутник. Через пять суток полета по трассе Луна - Земля экипаж «Аполлона-15» приводнился в Тихом океане, в районе Гавайских островов. По возвращении на Землю космонавты не проходили карантина, так как предыдущие полеты убедили ученых в отсутствии на Луне вредных для человека бактерий.
  • 16 апреля 1972 г. на Луну был запущен космический корабль «Аполлон-16» с экипажем в составе Джона Янга (командира корабля), Томаса Маттингли (пилота основного блока) н Чарльза Дьюка (пилота лунной кабины). 19 апреля корабль вышел на селеноцентрическую орбиту, а 21 апреля была осуществлена посадка лунной кабины на равнину Хейли плоскогорья Декарта.
  • Пробыв на Луне 71 час 2 мин., Д. Янг и Ч. Дьюк совершили три выхода на поверхность Луны общей длительностью 20 час. 14 мин., собрали 110 кг образцов лунного грунта. Протяженность маршрута, пройденного космонавтами на луноходе, составила 27,1 км.
  • 24 апреля лунная кабина стартовала с Луны. Состыковавшись с основным блоком корпуса на селеноцентрической орбите, космонавты перешли в основной блок, который 27 апреля приводнился в Тихом океане приблизительно в 300 км к юго-востоку от острова Рождества.
  • Последней экспедицией на Луну по программе «Аполлон» стал полет корабля «Аполлон-17» с 7 по 19 декабря 1972 г. В нем участвовали Юджин Сернан (командир корабля), Рональд Эванс (пилот основного блока) и геолог Харрисон Шмитт, первый ученый, отправившийся на Луну.
  • Посадка лунной кабины была осуществлена на северо-востоке видимого с Земли лунного диска, в горной долине, расположенной к югу от гор Тауруси и кратера Литтроу. Селенологи считали этот район едва ли не самый интересным на Луне, доскольку здесь они надеялись обнаружить наиболее древние лунные породы и отыскать следы сравнительно недавней вулканической деятельности.
  • Пробыв на Луне в общей сложности около 75 час., космонавты Сернан и Шмитт совершили три выхода на лунную поверхность. За 22 час. 5 мин. пребывания вне лунной кабины, передвигаясь на специальной тележке, они проехали 36,1 км, собрав 113 кг лунной породы.
  • Успешные полеты автоматических станций серии «Луна» и пилотируемых космических кораблей «Аполлон» приблизили время создания на «седьмом континенте» научных станций. Расположенная на Луне научная аппаратура позволит более полно исследовать лунный мир, окажет огромную помощь в изучении Земли, космического пространства и небесных тел.
    далее

    назад