Первые полёты к луне. Исследования объектов Солнечной системы космическими аппаратами: Луна

Рис.1

2 января 1959 года состоялся первый в истории запуск в сторону ночного светила. Луна-1 ("Мечта", так называли её журналисты) прошла в близи Луны и стала первым в истории первым искусственным спутником Солнца (рис. 1). Масса ее составляет 361кг. Она впервые достигла второй космической скорости и прошла на расстоянии шести тысяч километров от Луны. На станции размещались научные приборы для изучения радиационных поясов Земли, космических лучей, метеорных частиц.

Американская АМС "Пионер 4", массой всего 6кг, запущенная 3 марта 1959г прошла намного дальше от Луны - всего 60500км.

Победой советских инженеров стал запуск 14 сентября 1959 АМС "Луна 2". Она достигла Лунной поверхности, и доставила на Луну металлический диск с гербом СССР. Научные приборы показали, что Луна практически не имеет магнитного поля. Этот полет показал, что все расчеты были выполнены правильно.

Рис.2

Уже в следующем полете "Луна 3" облетела наш спутник (рис. 2). На борту этой станции была размещена фототелевизионная аппаратура, впервые передавшая на Землю снимки части видимой и невидимой стороны Луны. Это были самые первые фотографии, полученные из космоса. На них было много помех, но ученые все же выявили множество деталей обратной стороны Луны. В обработке этих снимков принимали участие ГАИШ, ЦНИИГАиК, Пулковская и Харьковская обсерватории. Благодаря методике отождествления деталей рельефа, разработанной под руководством Ю.Н.Липского, именно этой группе исследователей удалось выявить кратеров и других образований рельефа. Именно так появилась первая в мире карта обратной стороны Луны.

Через несколько лет фотографирование отдельных участков поверхности видимого полушария выполнили американские космические аппараты "Рейнжер 7,8,9 ". Эти аппараты разбились, но за время падения передавали на Землю снимки различного разрешения.

В 1965году советская космическая станция "Зонд" завершила фотосъёмку обратной стороны Луны. Оказалось, что там меньше темных участков поверхности, а вот кратеров было так же много, как и на видимой стороне Луны, некоторые из них были названы именами ученых и космонавтов. И, наконец, была создана первая полная карта Лунной поверхности. Она была составлена под научным руководством Ю.Н.Липского.

Первая мягкая посадка была осуществлена автоматической межпланетной станцией "Луна 9" в 1966г. Способ посадки был предложен главным конструктором С.П.Королевым. Телекамеры станции передали на Землю панорамы окружающей местности с разрешением в несколько миллиметров.

В 1966 на орбиту вокруг Луны были выведены искусственные спутники "Луна 10,11,12". В состав аппаратуры входили приборы спектрального анализа, гамма излучения и инфракрасного излучения.

В 1966 году американский аппарат "Сервейер 1" осуществил мягкую посадку на Луну и в течение шести недель передавал снимки поверхности.

В июне 1968 года аппарат "Сервейер" совершил мягкую посадку и исследовал образцы лунного грунта.

После этого американцы занялись подготовкой к отправке на Луну пилотируемого корабля. При этом они опирались на результаты полетов советских автоматических станций "Зонд", которые осенью 1968 года впервые совершили путешествие по маршруту Земля - Луна - Земля Была решена задача возвращения космических кораблей из межпланетных полетов. Были запущены "Сервейер 3, 5, 6, 7" (1966-1967) с целью исследования Лунной поверхности, для выбора места посадки космических кораблей "Апполон".

Пять американских искусственных спутников "Лунар Орбитер" фотографировали Лунную поверхность и изучали ее гравитационное поле.

Астронавты Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин осуществили посадку лунной кабины 20 июля 1969 года. Астронавты установили отражатель лазерного излучения, сейсмометр, сделали снимки, собрали 22кг образцов лунного грунта, пройдя около100 метров от посадочного модуля и пробыв на поверхности 2 часа 30 минут. В основном блоке на орбите находился Майкл Коллинз.

Советские автоматические станции "Луна 16, 20, 24" с помощью специального грунтозаборного устройства в автоматическом режиме собирали породу и в возвращаемых аппаратах доставляли ее на Землю.

Самоходные аппараты "Луноход 1, 2" выполняли исследования вдоль пути передвижения в 10,5 и 37 км, передавая на Землю множество снимков и панорам окружающей местности, а так же данные о физико-химическом составе лунного грунта. С помощью лазерного отражателя установленного на луноходе удалось уточнить расстояние от Земли до Луны.

В 1958 году в США было создано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства - НАСА. Первоначально планировалось, что астронавты полетят уже в 1958 году, но многочисленные неполадки отодвигали дату запуска. Корабль, который вывел астронавтов на орбиту - назывался - "Меркурий". Кабина "Меркурия" была очень тесной и неудобной. В 1965 году НАСА приняла новую программу космических полетов "Джемини". Корабли этой серии оказались намного совершеннее и удобнее. Последний корабль серии "Джемини-12" совершил полет в ноябре 1966 года. Но гораздо раньше этого НАСА разработала проект под названием "Апполон". Серия "Апполон" оказалась самой совершенной из всех, которые удавалось до сих пор создавать конструкторами CLIA. Корабль вмещал трех астронавтов, имел надежный спускаемый аппарат и стыковочный модуль. Он имел возможность состыковываться одновременно с несколькими кораблями. Но даже такой совершенный аппарат имел свои недостатки. Один из них стал причиной трагедии на стартовом комплексе. Во время предполетной тренировки в электрической сети произошли короткое замыкание. В считанные минуты пламя охватило всю площадку и астронавты Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт Роджер Чаффи погибли.

Почти в тоже время погиб советский космонавт Владимир Комаров на экспериментальном корабле "Союз".

Длительный перерыв с 1977 по 1990 г.г. в исследованиях Луны космическими аппаратами объясняется, по-видимому, переосмыслением программ, связанных с дальнейшими исследованиями и подготовкой аппаратов нового поколения.

Япония в марте 1990 года своей ракетой "Нисан" вывела на орбиту вокруг Луны автоматический аппарат "Mycec A", с целью дистанционного исследования поверхности Луны. Однако выполнить эту программу не удалось.

Спектральную съемку поверхности Луны в 1990 и 1992 г. осуществила американская АМС "Галилео", которая, двигаясь по сложной орбите к Юпитеру, возвращалась к Земле дважды и фотографировала ее спутник.

КА "Клементина", запущенный в 1994 году помимо фотографирования поверхности Луны с помощью лазерного передатчика выполнял измерения высот рельефа, а по траекторным данным уточнялась модель гравитационного поля и некоторые другие параметры.

Специальные измерения в районе полюсов показали, что на дне постоянно затененных глубоких кратеров могут быть кусочки льда.

Запущенный в январе 1998 года американский космический аппарат "Лунар Проспектор" специально предназначался для уточнения площадей занятых льдом в приполярных районах. На основании данных, переданных космических аппаратов с орбиты в 100 км, предполагается, что у Луны имеется железосиликатное ядро размером в 300 км. Обширные исследования выполнялись этим аппаратом с низкой орбиты в 25 км.

2 января 1959 года советская космическая ракета впервые в истории достигла второй космической скорости, необходимой для межпланетных полетов, и вывела на лунную траекторию автоматическую-межпланетную станцию «Луна-1». Это событие положило начало «лунной гонки» между двумя сверхдержавами - СССР и США.

«Луна-1»

2 января 1959 года СССР осуществил пуск ракеты-носителя «Восток-Л», которая вывела на лунную траекторию автоматическую межпланетную станцию «Луна-1». АМС пролетела на расстоянии 6 тыс. км. от лунной поверхности и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Целью полёта было достижение «Луной-1» поверхности Луны. Вся бортовая аппаратура работала корректно, но в циклограмму полёта закралась ошибка, и АМП на поверхность Луны не попала. На результативности бортовых экспериментов это не отразилось. В ходе полёта «Луны-1» удалось зарегистрировать внешний радиационный пояс Земли, впервые измерить параметры солнечного ветра, установить отсутствие у Луны магнитного поля и провести эксперимент по созданию искусственной кометы. К тому же «Луна-1» стала космическим аппаратом, который сумел достичь второй космической скорости, преодолел земное притяжение и стал искусственным спутником Солнца.

«Пионер-4»

3 марта 1959 с космодрома на мысе Канаверал был запущен американский космический аппарат «Пионер-4», который первым совершил облёт Луны. На его борту были установлены счётчик Гейгера и фотоэлектрический сенсор для фотографирования лунной поверхности. Космический аппарат пролетел на расстоянии 60 тыс. километров от Луны на скорости 7,230 км/с. На протяжении 82 часов «Пионер-4» передавал на Землю данные о радиационной обстановке: в лунных окрестностях радиации обнаружено не было. «Пионер-4» стал первым американским космическим аппаратом, которому удалось преодолеть земное притяжение.

«Луна-2»

12 сентября 1959 года с космодрома Байконур стартовала автоматическая межпланетная станция «Луна-2», которая стала первой в мире станцией, достигшей поверхности Луны. Собственной двигательной установки у АМК не было. Из научного оборудования на «Луна-2» были установлены счётчики Гейгера, сцинтилляционные счётчики, магнитометры и детекторы микрометеоритов. «Луна-2» доставила на лунную поверхность вымпел с изображением герба СССР. Копию этого вымпела Н.С. Хрущев вручил президенту США Эйзенхауэру. Стоит отметить, что СССР демонстрировал модель «Луна-2» на различных европейских выставках, и ЦРУ смогло получить неограниченный доступ к модели для изучения возможных характеристик.

«Луна-3»

4 октября 1959 года с Байконура стартовала АМС «Луна-3», целью которой было изучение космического пространства и Луны. В ходе этого полёты впервые в истории были получены фото обратной стороны Луны. Масса аппарата «Луна-3» - 278,5 кг. На борту космического аппарата были установлены системы телеметрической, радиотехнической и фототелеметрической ориентации, позволявшие ориентироваться относительно Луны и Солнца, система энергопитания с солнечными батареями и комплекс научной аппаратуры с фотолабораторией.

«Луна-3» совершила 11 оборотов вокруг Земли, а затем вошла в земную атмосферу и прекратила своё существование. Несмотря на низкое качество снимков, полученные фотографии обеспечили СССР приоритет в наименовании объектов на поверхности Луны. Так на карте Луны появились цирки и кратеры Лобачевского, Курчатова, Герца, Менделеева, Попова, Склодовской-Кюри и лунное море Москвы.

«Рейнджер-4»

23 апреля 1962 года с мыса Канаверал стартовала американская автоматическая межпланетная станция Рейнджер-4. АМС несла капсулу весом 42,6 кг, содержавшую магнитный сейсмометр и гамма- спектрометр. Американцы планировали произвести сброс капсулы в районе Океана Бурь и в течение 30 суток проводить исследования. Но бортовая аппаратуры вышла из строя, и Рейнджер-4 не смог обрабатывать команды, которые поступали с Земли. Продолжительность полёта АМС «Рейнджер-4» 63 часа и 57 минут.

«Луна-4С»

4 января 1963 года ракета-носитель «Молния» вывела на орбиту АМС «Луна-4С», которая должна была впервые в истории космических полётов совершить мягкую посадку на поверхность Луны. Но старт в сторону Луны по техническим причинам не произошёл, и 5 января 1963 года «Луна-4С» вошла в плотные слои атмосферы и прекратила существование.

Рейнджер-9

21 марта 1965 года американцы запустили Рейнджер-9, целью полёта которого было получение детальных фото лунной поверхности на последних минутах перед жёсткой посадкой. Аппарат был сориентирован таким образом, чтобы центральная ось камер полностью совпадала с вектором скорости. Это должно было позволить избежать «смазывания изображения».

За 17,5 минут до падения (расстояние до поверхности Луны составляло 2360 км) удалось получить 5814 телевизионных изображений лунной поверхности. Работа Рейнджера-9 получила высшие оценки мирового научного сообщества.

«Луна-9»

31 января 1966 года с Байконура стартовала советская АМС «Луна-9», которая 3 февраля совершила первую мягкую посадку на Луне. АМС прилунился в Океане Бурь. Со станцией состоялось 7 сеансов связи, продолжительность которых составляла более 8 часов. Во время сеансов связи «Луна-9» передавала панорамные изображения лунной поверхности вблизи места посадки.

«Аполлон-11»

16-24 июля 1969 года состоялся полёт американского пилотируемого космического корабля серии «Аполлон». Этот полёт знаменит в первую очередь тем, что земляне впервые в истории совершили посадку на поверхность космического тела. 20 июля 1969 года в 20:17:39 лунный модуль корабля на борту с командиром экипажа Нилом Армстронгом и пилотом Эдвином Олдрином прилунился в юго-западной части Моря Спокойствия. Астронавты совершили выход на лунную поверхность, который продолжался 2 часа 31 минуту 40 секунд. Пилот командного модуля Майкл Коллинз ждал их на окололунной орбите. Астронавтами в месте посадки был установлен флаг США. Американцы разместили на поверхности Луны комплект научных приборов и собрали 21,6 кг образцов лунного грунта, который доставили на Землю. Известно, что после возвращения члены экипажа и лунные образцы прошли строгий карантин, не выявивший никаких лунных микроорганизмов.

«Аполлон-11» привёл к достижению цели, поставленной президентом США Джоном Кеннеди – осуществить высадку на Луну, обогнав в лунной гонке СССР. Стоит отметить, что факт высадки американцев на поверхность Луны вызывает у современных учёных сомнения.

«Луноход-1»

За время работы «Луноход-1» преодолел 10 540 метров, двигаясь со скоростью 2 км/ч, и обследовал площадь 80 тыс. кв.м. Он передал на землю 211 лунных панорам и 25 тыс. фото. За 157 сеансов с Землёй «Луноход-1» принял 24 820 радиокоманд и произвёл химический анализ грунта в 25 точках.

15 сентября 1971 года ресурс изотопного источника тепла исчерпался, и температура внутри герметичного контейнера лунохода начала падать. 30 сентября аппарат на связь не вышел, а 4 октября учёные прекратили попытки войти с ним в контакт.

Стоит отметить, что битва за Луну продолжается и сегодня: космические державы разрабатывают самые невероятные технологии, планируя .

Метки

Советские автоматические станции "Луна"

"Луна-1" - первая в мире АМС, запущенная в район Луны 2 января 1959. Пройдя вблизи Луны на расстоянии 5-6 тысяч км от её поверхности, 4 января 1959 АМС вышла из сферы действия земного тяготения и превратилась в первую искусственную планету Солнечной системы с параметрами: перигелий 146,4 млн. км и афелий 197,2 млн. км. Конечная масса последней (3-й) ступени ракеты-носителя (РН) с АМС "Луна-1" 1472 кг. Масса контейнера "Луна-1" с аппаратурой 361,3 кг. На АМС размещались радиоаппаратура, телеметрическая система, комплекс приборов и другое оборудование. Приборы предназначены для изучения интенсивности и состава космических лучей, газовой компоненты межпланетного вещества, метеорных частиц, корпускулярного излучения Солнца, межпланетного магнитного поля. На последней ступени ракеты была установлена аппаратура для образования натриевого облака - искусственной кометы. 3 января на расстоянии 113 000 км от Земли было образовано визуально наблюдаемое золотисто-оранжевое натриевое облако. При полёте "Луна-1" впервые была достигнута вторая космическая скорость. В межпланетном пространстве впервые зарегистрированы сильные потоки ионизированной плазмы. В мировой печати АМС "Луна-1" получила название "Мечта".

"Луна-2" 12 сентября 1959 совершила первый в мире перелёт на другое небесное тело. 14 сентября 1959 АМС "Луна-2" и последняя ступень РН достигли поверхности Луны (западнее Моря Ясности, вблизи кратеров Аристилл, Архимед и Автолик) и доставили вымпелы с изображением Государственного герба СССР. Конечная масса АМС с последней ступенью РН 1511 кг при массе контейнера, а также научной и измерительной аппаратуры 390,2 кг. Анализ научной информации, полученной "Луна-2", показал, что Луна практически не имеет собственного магнитного поля и радиационного пояса.

Луна-2

Луна-3

Луна-4

Луна-9

Луна-10

Луна-11

Луна-12

Луна-13

"Луна-15" запущена 13 июля 1969 года, за три дня до запуска «Аполлона-11». Целью данной станции было взятие проб лунного грунта. На лунную орбиту вышла одновременно с «Аполлоном-11». В случае успеха наша станциям могла бы взять пробы грунта и впервые совершить старт с Луны с возвращением на Землю раньше американцев. В книге Ю.И.Мухина «Анти-Аполлон: лунная афера США» говорится: «хотя вероятность столкновения была гораздо ниже, чем в небе над Боденским озером, американцы запросили АН СССР о параметрах орбиты нашей АМС, Они были им сообщены. АМС почему-то долго болталась на орбите. Потом совершила жесткую посадку на реголит. Американцы состязание выиграли. Как? Что значат эти дни кружения «Луны-15» вокруг Луны: возникшие на борту неполадки или… переговоры каких-то инстанций? Сама ли крахнулась наша АМС или ей помогли это сделать?». Взять пробы грунта смогла только «Луна-16».

Луна-15

Луна-16

Перед советскими учеными и конструкторами при разработке и создании лунохода встала необходимость решения комплекса сложных проблем. Надо было создать совершенно новый тип машины, способной длительное время функционировать в необычных условиях открытого космоса на поверхности другого небесного тела. Основные задачи: создание оптимального движителя с высокой проходимостью при малых массе и энергопотреблении, обеспечивающего надёжную работу и безопасность движения; систем дистанционного управления движением лунохода; обеспечение необходимого теплового режима с помощью системы терморегулирования, поддерживающей температуру газа в приборных отсеках, элементов конструкции и оборудования, расположенных внутри герметичных отсеков и вне их (в открытом космосе в периоды лунных дней и ночей) в заданных пределах; выбор источников питания, материалов для элементов конструкции; разработка смазочных материалов и систем смазок для условий вакуума и другое.

Научная аппаратура Л. с. а. должна была обеспечить изучение топографических и селено-морфологических особенностей местности; определение химического состава и физико-механических свойств грунта; исследование радиационной обстановки на трассе перелёта к Луне, в окололунном пространстве и на поверхности Луны; рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны. Первый Л. с. а. - советский "Луноход-1" (рис. 1), предназначенный для проведения большого комплекса научных исследований на поверхности Луны, был доставлен на Луну автоматической межпланетной станцией "Луна-17" (смотри Ошибка! Источник ссылки не найден.), проработал на её поверхности с 17 ноября 1970 по 4 октября 1971 и прошёл 10540 м. "Луноход-1" состоит из 2 частей: приборного отсека и колёсного шасси. Масса "Лунохода-1" 756 кг. Герметичный приборный отсек имеет форму усечённого конуса. Корпус его изготовлен из магниевых сплавов, обеспечивающих достаточные прочность и лёгкость. Верхняя часть корпуса отсека используется как радиатор-охладитель в системе терморегулирования и закрывается крышкой. В период лунной ночи крышка закрывает радиатор и препятствует излучению тепла из отсека. В течение лунного дня крышка открыта, и элементы солнечной батареи, расположенные на её внутренней стороне, обеспечивают подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией.

В приборном отсеке размещены системы терморегулирования, электропитания, приёмные и передающие устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления и электронно-преобразовательные устройства научной аппаратуры. В передней части расположены: иллюминаторы телевизионных камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, служащей для передачи на Землю телевизионных изображений лунной поверхности; малонаправленная антенна, обеспечивающая приём радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель, изготовленный во Франции. По левому и правому бортам установлены: 2 панорамные телефотокамеры (причём в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), 4 штыревые антенны для приёма радиокоманд с Земли в другом диапазоне частот. Для подогрева газа, циркулирующего внутри аппарата, служит изотопный источник тепловой энергии. Рядом с ним расположен прибор для определения физико-механических свойств лунного грунта.

Резкие температурные перепады при смене дня и ночи на поверхности Луны, а также большая разница температур между деталями аппарата, находящимися на Солнце и в тени, обусловили необходимость разработки специальной системы терморегулирования. При низких температурах в период лунной ночи для обогрева приборного отсека автоматически прекращается циркуляция газа-теплоносителя по контуру охлаждения и газ направляется в контур подогрева.

Система электропитания лунохода состоит из солнечной и химической буферных батарей, а также приборов автоматического управления. Управление приводом солнечной батареи осуществляется с Земли; при этом крышка может быть установлена на любой угол в пределах от нуля до 180°, необходимый для максимального использования солнечной энергии.

Бортовой радиокомплекс обеспечивает приём команд из Центра управления и передачу информации с борта аппарата на Землю. Ряд систем радиокомплекса используется не только при работе на поверхности Луны, но и на участке перелёта с Земли. Две телевизионные системы Л. с. а. служат для решения самостоятельных задач. Система малокадрового телевидения предназначена для передачи на Землю телевизионных изображений местности, необходимых экипажу, управляющему с Земли движением лунохода. Возможность и целесообразность применения такой системы, для которой характерна более низкая по сравнению с вещательным телевизионным стандартом скорость передачи изображения, была продиктована специфическими лунными условиями. Основное из них - медленное изменение ландшафта при движении лунохода. Вторая телевизионная система служит для получения панорамного изображения окружающей местности и съёмки участков звёздного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации. Система состоит из 4 панорамных телефотокамер.

Самоходное шасси обеспечивает решение принципиально новой задачи космонавтики - передвижение автоматической лаборатории по поверхности Луны. Оно выполнено таким образом, чтобы луноход имел высокую проходимость и надёжно работал в течение длительного времени при минимальной собственной массе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивает передвижение лунохода вперёд (с 2 скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состоит из ходовой части, блока автоматики, системы безопасности движения, прибора и комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигается за счёт различных скоростей вращения колёс правого и левого бортов и изменением направления их вращения. Торможение осуществляется переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и его полной остановки включаются дисковые тормоза с электромагнитным управлением. Блок автоматики управляет движением лунохода по радиокомандам с Земли, измеряет и контролирует основные параметры самоходного шасси и автоматическую работу приборов для исследования механических свойств лунного грунта. Система безопасности движения обеспечивает автоматическую остановку при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колёс.

Прибор для определения механических свойств лунного грунта позволяет оперативно получать информацию о грунтовых условиях движения. Пройденный путь определяется по числу оборотов ведущих колёс. Для учёта их пробуксовки вносится поправка, определяемая с помощью свободно катящегося девятого колеса, которое специальным приводом опускается на грунт и поднимается в исходное положение. Управление аппаратом осуществляется из Центра дальней космической связи экипажем в составе командира, водителя, штурмана, оператора, бортинженера.

Режим движения выбирается в результате оценки телевизионной информации и оперативно поступающих телеметрических данных о величине крена, дифферента пройденного пути, состояния и режимах работы приводов колёс. В условиях космического вакуума, радиации, значительных перепадов температур и сложного рельефа местности по трассе движения все системы и научные приборы лунохода функционировали нормально, обеспечив выполнение как основной, так и дополнительной программ научных исследований Луны и космического пространства, а также инженерно-конструкторских испытаний.

Луна-17

"Луноход-1"

"Луна-19" - шестой советский ИСЛ; запущена 28 сентября 1971. 3 октября станция вышла на селеноцентрическую круговую орбиту с параметрами: высота над поверхностью Луны 140 км, наклонение 40° 35", период обращения 2 ч 01 мин 45 сек. 26 и 28 ноября станция была переведена на новую орбиту. Проводились систематические длительные наблюдения за эволюцией её орбиты с целью получения необходимой информации для уточнения гравитационного поля Луны. Непрерывно измерялись характеристики межпланетного магнитного поля в окрестностях Луны. На Землю переданы фотографии лунной поверхности.

"Луна-19"

"Луна-21" доставила на поверхность Луны "Луноход-2". Запуск был осуществлен 8 января 1973. "Луна-21" совершила мягкую посадку на Луну на восточной окраине Моря Ясности, внутри кратера Лемонье, в точке с координатами 30° 27" в. д. и 25° 51" с. ш. 16 января с посадочной ступени "Луна-21" по трапу сошёл "Луноход-2" .

"Луна-21"

"Луноход-2"

"Луна-23" была запущена 28 октября 1974 года и совершила мягкую посадку на Луну 6 ноября. Вероятно, ее запуск был приурочен к очередной годовщине Великого Октября. В задачи станции входили взятие и исследование лунного грунта, однако прилунение состоялось в области с неблагоприятным рельефом, из-за чего грунтозаборное устройство сломалось. 6-9 ноября исследования проводились по сокращенной программе.

"Луна-24" была запущена 9 августа 1976 года и прилунилась 18 августа в районе Моря Кризисов. Задачей станции было взятие "морского" лунного грунта (при том, что "Луна-16" взяла грунт на границе моря и материка, а "Луна-20" - на материковой области). Взлетный модуль с лунным грунтом стартовал с Луны 19 августа, и 22 августа капсула с грунтом достигла Земли.

"Луна-24"

После первых успехов по изучению Луны (первая жесткая посадка зонда на поверхность, первый облет с фотографированием невидимой с Земли обратной стороны) перед учеными и конструкторами СССР и США, задействованными в «лунной гонке», объективно встала новая задача. Нужно было обеспечить мягкую посадку исследовательского зонда на поверхность Луны и научиться выводить на ее орбиту искусственные спутники.

Задача эта была непростой. Достаточно сказать, что Сергею Королеву, руководившему ОКБ-1, так и не удалось этого добиться. В 1963-1965 было осуществлено 11 запусков космических аппаратов (каждый удачно запущенный получал официальный номер серии «Луна») с целью мягкой посадки на Луне, и все они потерпели неудачу. Между тем, загруженность ОКБ-1 проектами была чрезмерной, и в конце 1965 года Королев был вынужден передать тему мягкого прилунения в КБ Лавочкина, которым руководил Георгий Бабакин. Именно «бабакинцам» (уже после смерти Королева) удалось войти в историю благодаря успеху «Луны-9».

Первая посадка на Луну

(Нажмите на картинку, чтобы посмотреть схему прилунения космического аппарата)

Вначале станция «Луна-9» 31 января 1966 года была доставлена ракетой на орбиту Земли, а затем с нее отправилась в сторону Луны. Тормозной двигатель станции обеспечил гашение посадочной скорости, а надувные амортизаторы защитили посадочный модуль станции от удара о поверхность. После их отстрела модуль развернулся в рабочее состояние. Полученные от «Луны-9» за время связи с ней первые в мире панорамные изображения лунной поверхности подтвердили теорию ученых о поверхности спутника, не покрытой значительным пылевым слоем.

Первый искусственный спутник Луны

Вторым успехом «бабакинцев», использовавших задел ОКБ-1, стал первый лунный искусственный спутник. Старт космического аппарата «Луна-10» состоялся 31 марта 1966 года, а успешный вывод на окололунную орбиту - 3 апреля. За более чем полуторамесячный период научные приборы «Луны-10» исследовали Луну и окололунное пространство.

Достижения США

Тем временем США, уверенно шедшие к своей главной цели - высадке человека на Луне, стремительно сократили разрыв с СССР и вырвались вперед. Пять космических аппаратов серии Surveyor совершили мягкое прилунение и провели важные исследования в местах посадки. Пять орбитальных картографов Lunar Orbiter составили детальную карту поверхности с высоким разрешением. Четыре испытательных пилотируемых полета космических кораблей Apollo, в том числе два с выходом на орбиту Луны, подтвердили правильность принятых при разработке и проектировании программы решений, а техника доказала свою надежность.

Первая высадка человека на луне

В экипаж первой лунной экспедиции вошли астронавты Нил Армстронг, Эдвин Олдрин м Майкл Коллинз. Космический корабль Apollo 11 отправился в полет 16 июля 1969 года. Гигантская трехступенчатая ракета Saturn V отработала без замечаний, и Apollo 11 отправился к Луне. Выйдя на окололунную орбиту, он разделился на орбитальный модуль Columbia и лунный модуль Eagle, пилотируемый астронавтами Армстронгом и Олдрином. 20 июля он прилунился на юго-западе Моря Спокойствия.

Спустя шесть часов после посадки, Нил Армстронг вышел из кабины лунного модуля и в 2 часа 56 минут 15 секунд по всемирному времени 21 июля 1969 года впервые в человеческой истории ступил на лунный реголит. Вскоре к командиру первой лунной экспедиции присоединился Олдрин. Они провели на поверхности Луны 151 минуту, разместили на ней атрибутику и научную аппаратуру, взамен загрузив в модуль 21,55 кг лунных камней.

Окончание «лунной гонки»

Оставив на поверхности посадочный блок, взлетная ступень Eagle стартовала с Луны и состыковалась с Columbia. Воссоединившись, экипаж направил Apollo 11 к Земле. Затормозившись в атмосфере со второй космической скоростью, командный модуль с астронавтами после более чем 8-суточного полета мягко опустился в волны Тихого океана. Главная цель «лунной гонки» была достигнута.

Обратная сторона луны

(Фотоснимок обратной стороны Луны с приземлившегося аппарата "Чаньэ-4" )

Это сторона невидимая с Земли. 27 октября 1959 года с лунной орбиты обратную сторону сфотографировала советская космическая станция "Луна-3", а спустя более полувека 3 января 2019 года китайский космический аппарат "Чаньэ-4" успешно приземлился на поверхность обратной стороны и прислал первый снимок с ее поверности.

Л уна всегда привлекала человека. Литература богата описаниями фантастических путешествий на Луну, самое раннее из которых «состоялось» почти 2000 лет назад. Однако до недавнего времени практическое осуществление таких полетов было за пределами возможностей человека, который довольствовался изучением ее с помощью телескопов. Первым наблюдал Луну в телескоп астроном эпохи Возрождения Галилео Галилей. Он видел большие темные относительно гладкие равнины и более светлые пространства, покрытые горами и кратерами. Со временем картографы назовут эти равнины морями, хотя очевидно, что они не имеют ничего общего с морями в нашем представлении. Развитие фотографии в значительной мере облегчило технологию картографирования. К концу XIX в. вся полусфера Луны, которая всегда обращена к Земле, была сфотографирована с разрешением менее 1 км и в результате были составлены подробные атласы. Тем не менее многие основные свойства Луны оставались неизвестными.

Было установлено, что диаметр Луны примерно в 4 раза меньше диаметра Земли и что она движется по почти круговой орбите вокруг Земли с периодом обращения 1 мес. Отсутствие атмосферы и признаков воды исключало надежду обнаружить на Луне жизнь, сходную с земной. Средняя плотность, составляющая лишь 61% плотности Земли, позволяла предполагать другое внутреннее строение Луны, но, насколько велики эти отличия, оставалось загадкой. Еще менее ясными были состав слагающих Луну пород и происхождение Луны. За миллиарды лет существования Земли первоначальные свойства ее поверхности давно изменились под действием ветра, воды, ледников и биологических процессов. Поверхность Луны испытывала воздействие солнечного ветра и бомбардировку метеоритами, выдерживала контрасты температуры. Однако влияние этих факторов было минимальным. На самом деле Луна очень хорошо сохранилась со времени своего образования; она - немой свидетель прошлого. Непосредственное изучение Луны помогло бы лучше понять происхождение системы Земля - Луна, а возможно, и происхождение самой Солнечной системы. Исходя из этого, СССР и США в конце 50-х годов готовились к запуску автоматических аппаратов в направлении Луны.

Первые попытки

Перед первыми автоматическими межпланетными станциями (АМС), запускаемыми к Луне, ставилась весьма скромная задача: развить достаточно высокую скорость и обеспечить необходимую точность наведения для гарантированного пролета достаточно близко к Луне, чтобы передать максимум информации. Достичь этой цели на столь раннем этапе развития космической техники было нелегко. Представьте себе, что Земля - гигантская карусель, а Луна - цель, отстоящая на расстояние 384 000 км и проходящая в течение часа путь, равный своему диаметру. С помощью винтовки, установленной на карусели, попытайтесь поразить цель пулей, которая достигнет ее через несколько суток, двигаясь по дуге большой протяженности со снижающейся скоростью. Выстрел должен быть рассчитан по секундам, чтобы гарантировать либо прямое попадание, либо пролет вблизи цели.

Первые три попытки ВВС США запустить к Луне АМС «Пионер» в августе, октябре и ноябре 1958 г. потерпели неудачу, поскольку не была развита достаточная скорость для выхода на отлетную траекторию; аналогично закончился эксперимент армии США.

В конце концов армии США удалось обеспечить пролет космического аппарата на некотором расстоянии от Луны, но это произошло лишь после аналогичного успеха СССР.

Хотя первые американские «Пионеры» не выполнили основной цели - пролета вблизи Луны, они впервые произвели измерения межпланетного магнитного поля и протяженности радиационного пояса Земли. Советская АМС «Луна» впервые совершила успешный полет в январе 1959 г., пройдя на расстоянии менее 5000 км от лунной поверхности. Выдающийся успех был достигнут в сентябре этого же года, когда станция «Луна-2» достигла поверхности Луны в точке, находящейся на расстоянии около 800 км севернее центра видимой части вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик, и стала первым изделием человека, доставленным на другое небесное тело. Непосредственно перед падением на лунную поверхность бортовые приборы передали информацию, свидетельствующую об отсутствии значительного магнитного поля и радиационных поясов вокруг Луны.

В октябре того же года была запущена АМС «Луна-3» на траекторию облета Луны, проходящую на расстоянии 6200 км от Луны. Под действием гравитационного поля Луны станция обогнула ее и вышла на траекторию возврата к Земле в северной части небосвода, что создавало весьма благоприятные условия для работы советских станций слежения. Операция была спланирована таким образом, что облет произошел в то время, когда почти вся обратная сторона Луны была освещена солнечным светом и могла быть сфотографирована бортовыми камерами. В таком положении станция, ориентированная на Луну в лучах Солнца, сфотографировала около 30% видимой и 70% никогда ранее не видимой сторон Луны. Имеющаяся информация о видимой стороне была использована для составления карты невидимой стороны. Фотоснимки были проявлены на борту станции «Луна-3» и с помощью телевизионной системы переданы на Землю. В результате был опубликован атлас, представляющий первый взгляд человека на обратную сторону Луны.

В 1959 и 1960 гг. НАСА предпринимало попытки запуска еще пяти более тяжелых АМС «Пионер» с выступающими панелями солнечных элементов. На аппаратах были установлены жидкостные однокомпонентные двигатели на гидразине, предназначенные для торможения с целью выхода на окололунную орбиту. К сожалению, все носители «Атлас-Эйбл» потерпели аварии либо при статических огневых испытаниях, либо при запуске, и полезные грузы были потеряны.

Пятидесятые годы закончились впечатляющими успехами СССР в космосе, оставившими далеко позади все, что было сделано в США. В трех удачных запусках Советским Союзом было послано 1030 кг полезного груза на Луну и в окружающее ее пространство, тогда как США удалось запустить лишь один аппарат массой 6 кг.

Луна крупным планом

«Рейнджер-7» 1 Малонаправленная антенна. 2 Отверстие для шести телевизионных камер (двух с большими и четырех с малыми углами обзора). 3 Замок крепления солнечных батарей. 4 Раскладные панели солнечных батарей (2 шт.). 5 Аккумуляторные батаеи 6 Газовый баллон реактивной системы ориентации. 7 Остронаправленная антенна. 8 Электронное оборудование системы ориентации. 9 Телевизионная подсистема. «Рейнджер-7» был выведен 28 июля 1964 г. ракетой-носителем «Атлас-Аджена-В» на траекторию встречи с Луной. Аппарат имел шесть телевизионных камер. В течение последних 13 мин полета перед падением на территорию Моря Облаков (10°38" ю.ш., 20°36" з.д.) со скоростью около 9300 км/ч было получено более 4300 телевизионных изображений. Две из шести камер имели широкоугольную оптику и развертывали изображение на 1150 строк с целью достижения высокой четкости. Эти камеры передавали изображения поверхности Луны, начиная с высоты 1600 км до момента касания. Четыре камеры с малыми углами обзора развертывали изображение на 300 строк.

Они передавали изображения небольших территорий. Эти камеры работали попарно с переключением каждые 0,2 с. В отличие от аппарата «Рейнджер-6», вышедшего из строя при включении телевизионных камер, «Рейнджер-7» выполнил программу полностью. Сигналы принимались в Лаборатории реактивных двигателей 31 июля 1964 г. в течение 19 мин. Полученные изображения поверхности Луны позволяли различить топографические особенности кратеров диаметром до 30 м!

Первые АМС «Пионер» обладали весьма ограниченными возможностями. Поэтому в 60-х годах НАСА приступило к совершенно новой программе разработки существенно более крупного стандартизированного космического аппарата, способного выполнить детальные исследования Луны и планет. Эта программа, именуемая «Рейнджер», первоначально предусматривала осуществление пяти полетов: двух испытательных и трех эксплуатационных. Когда высадка человека на Луне стала национальной программой, число полетов было увеличено.

Схема полета АМС «Рейнджер-6» - «Рейнджер-9» 1 Запуск ракетой-носителем «Атлас-Аджена». 2 Первое включение ступени «Аджена». 3 «Аджена» в пассивном полете по круговой промежуточной орбите со скоростью 28 900 км/ч на высоте 185 км. 4 Второе включение ступени «Аджена» для перехода на траекторию полета к Луне. 5 АМС приближается к коридору диаметром 16 км с отклонением от расчетной начальной скорости в пределах 26 км/ч. С помощью двигателя промежуточной коррекции аппарат выводится на траекторию встречи с Луной. 6 Коррекции траектории с целью компенсации ошибок системы управления по определению координат АМС и скорости полета.

«Рейнджер-1 и -2» были первыми базовыми стандартизированными космическими станциями, предназначенными для технических исследований и измерений в окружающем пространстве на высоких околоземных орбитах. При запусках обоих аппаратов не состоялось повторное включение двигателей верхних ступеней носителей и были достигнуты лишь низкие орбиты с малым временем существования. Тем не менее полеты позволили получить некоторую научную и техническую информацию.

АМС следующей серии были оснащены тормозными двигателями, которые, как полагали, позволят доставить на поверхность Луны сейсмометр, рассчитанный на «жесткую» посадку. После удара при встрече с поверхностью Луны со скоростью до 200 км/ч сейсмометр должен был самостоятельно прийти в рабочее состояние и передавать информацию о сейсмических характеристиках и падении метеоритов в течение последующих 60-90 сут. К сожалению, ракета-носитель аппарата «Рейнджер-3» сообщила ему избыточную скорость, что сделало невозможной встречу с Луной. Однако все системы аппарата оставались в рабочем состоянии, и был проведен большой объем исследований в полете, включая впервые выполненный промежуточный маневр коррекции орбиты. С АМС «Рейнджер-4 и -5» возникли трудности на начальных этапах полетов. С помощью передатчиков, которые были установлены на посадочных капсулах, используемых в качестве маяков, осуществлялось управление аппаратом «Рейнджер-4», обеспечившее его падение на обратную сторону Луны; это была первая американская АМС, достигшая Луны. Управление аппаратом «Рейнджер-5» велось в течение 11 сут, он пролетел на расстоянии 725 км от Луны и вышел на орбиту вокруг Солнца.

После этого был проведен тщательный анализ всех систем аппарата с целью выявления и модернизации элементов, обладающих недостаточной надежностью, а также резервирования наиболее ответственных элементов, чтобы гарантировать успех последующих запусков. Полет АМС «Рейнджер-6» протекал успешно до момента включения съемочной камеры. Впоследствии было установлено, что во время запуска образовалась дуга высокого напряжения, повредившая телевизионную аппаратуру. Аппарат вышел на цель, но не передал ни единого изображения.

Тщательный анализ изображений, полученных с аппаратов «Рейнджер», показал, что «морские» равнины не имеют никаких особенностей, кроме кратеров с ровными краями. Отсутствие валунов, крупных камней и расщелин позволило перейти к следующему этапу изучения Луны - мягкой посадке.

После реконструкции системы в июле 1964 г. был запущен аппарат «Рейнджер-7», полет которого в отличие от предшествующих стал выдающимся успехом: было передано более 4300 высококачественных телевизионных изображений Луны, полученных перед контактом с поверхностью. Последнее изображение, снятое с высоты 1600 м, охватывало площадь 30 X 50 м; на нем были отчетливо видны кратеры диаметром до 1 м. Разрешение этого последнего изображения составляло около 0,4 м.

Полеты аппаратов «Рейнджер-8 и -9» в начале 1965 г. прошли успешно, было передано соответственно 7137 и 5814 телевизионных изображений лунной поверхности. В соответствии с программой полета аппарат «Рейнджер-8» должен был приблизиться к Морю Спокойствия по пологой траектории с углом наклона 42°, чтобы при съемках охватить большую площадь. Даже при значительной боковой составляющей скорости разрешение на последнем изображении было менее 2 м. Наведение аппарата «Рейнджер-9» производилось на кратер Альфонса диаметром 130 км, падение произошло с отклонением в пределах 5 км от расчетной точки, разрешение на последнем снимке достигло 0,3 м.

Советские автоматические межпланетные станции мягкой посадки

Для мягкой посадки полезного груза на Луну требуются точность предыдущих операций и в дополнение к этому гашение конечной скорости, составляющей не менее 2,6 км/с. Посадка с орбиты на Землю сопряжена с меньшими трудностями, поскольку почти вся орбитальная скорость спутника может быть погашена при торможении в атмосфере. При посадке на Луну, не имеющей атмосферы, уменьшение скорости может быть достигнуто только с помощью тормозных двигателей и расхода значительного количества топлива.

В СССР впервые были созданы возможности для осуществления мягкой посадки на Луну с созданием новых станций серии «Луна» в 1963 г. Эти станции массой до 1,8 т были рассчитаны на доставку приборного контейнера массой 100 кг в точку поверхности Луны между 62 и 64° з. д. вблизи экватора. Это была единственная точка на Луне, при приближении к которой траектория полета станции «Луна» становилась почти вертикальной, что упрощало схему управления аппаратом.

Программой предусматривалась следующая типовая операция. После запуска на околоземную промежуточную орбиту станция «Луна» с последней ступенью ракеты-носителя остается на этой орбите на период одного витка до повторного появления над территорией СССР. Затем включается двигатель последней ступени, который переводит аппарат на траекторию полета к Луне длительностью 3,5 сут. На расстоянии около 75 км от Луны радиолокационная установка и астронавигационный блок, которые уже не нужны, сбрасываются и начинается снижение с работающим двигателем. Сферический полезный груз отделяется от двигательного отсека перед самым касанием поверхности, и после его спуска на его верхней полусфере раскрываются четыре лепестковые панели, выставляя антенны и телевизионную камеру.

При запуске станции «Луна-9» в феврале 1966 г. была впервые успешно осуществлена мягкая посадка на Луну объекта, изготовленного руками человека. Подобная башенке автоматическая лунная станция (АЛС) с телевизионной камерой, снабженной механическим приводом сканирования, в течение 75 ч передала с умеренным разрешением несколько панорам окружающей местности и данные по радиации.

Второй советской станцией, совершившей мягкую посадку на Луну в декабре 1966 г., была «Луна-13». После раскрытия четырех защитных панелей были приведены в действие два сложенных механических манипулятора с приборами для исследования грунта. С помощью механического грунтомера на одном манипуляторе и радиационного плотномера - на другом получена уникальная информация о плотности и составе поверхности грунта.

Схема посадки АМС «Луна-9» 1 Отделение автоматической лунной станции при касании поверхности штырем, установленным на основном блоке, после ракетодинамического торможения. 2 АЛС падает с отскоком и перекатывается по поверхности. Из-за смещенного центра тяжести она занимает расчетное положение. 3 Начало перехода в рабочее состояние. 4 Раскрываемые лепестки панели способстуют ориентации АЛС в вертикальном положении; выставляется телевизионная камера и развертываются антенны. Сигналы передаются на Землю. Общая масса АМС «Луна-9» после выведения на траекторию полета к Луне 1583 кг. Масса АЛС после посадки на Луну 100 кг. Время активного существования 75 ч.

Все остальные АМС «Луна» этого поколения выводились на окололунные орбиты по программам, не предусматривающим посадку.

Для размещения объекта на окололунной орбите требуется изменение его скорости на 1 км/с, тогда как для спуска на лунную поверхность необходимо изменение скорости на 2,6 км/с, т. е. для спутника Луны требуется значительно меньше топлива, чем для аппарата, совершающего посадку. Чтобы не разрабатывать серию лунных спутников новой конструкции, в СССР было принято решение взять за основу двигательную установку лунного посадочного блока, заправлять ее топливом на 2/3 номинального объема и использовать оставшийся объем для увеличения доставляемого полезного груза. Масса полезного груза, доставленного на поверхность Луны «Луной-9», составляла приблизительно 100 кг, тогда как масса первого искусственного спутника Луны, доставленного АМС «Луна-10», составляла 240 кг. Этот аппарат был оснащен приборами для измерения радиации и регистрации микрометеоритов в окололунном пространстве. С первого спутника Луны неоднократно передавалась на Землю мелодия «Интернационала». Спутник «Луна-11» имел приблизительно такой же полезный груз, но его конструкция была усовершенствована исходя из опыта, полученного при эксплуатации станции «Луна-10». Спутники «Луна-12» и «Луна-14» не отделялись от двигательных отсеков после завершения маневров выведения на окололунную орбиту. Не сбрасывались также радиолокационная установка и астронавигационный блок, чтобы обеспечить необходимую астроориентацию аппаратов для съемки и передачи на Землю изображений лунной поверхности.

В рассматриваемый период в СССР был осуществлен еще один полет к Луне. На траекторию пролета мимо Луны в июле 1965 г. была запущена автоматическая межпланетная станция «Зонд-3» с целью получения снимков части обратной стороны Луны, не сфотографированной со станции «Луна-3». Из 28 полученных снимков 25 содержали изображения лунной поверхности, причем три из них - в ультрафиолетовом диапазоне спектра. В целом с помощью аппаратов «Луна-3» и «Зонд-3» были получены изображения, охватывающие 95% площади обратной стороны Луны.

Перед полетами космического корабля «Аполлон»

Следовавшие один за другим запуски автоматических межпланетных станций «Луна», подготовившие успешный полет «Луны-9», предшествовали запуску американской автоматической станции «Сервейер».

Первоначально была задумана двухчастная программа, включающая орбитальные и посадочные блоки для обеспечения работ по программе посадки на Луну пилотируемого корабля «Аполлон». Впоследствии часть программы, касающаяся орбитальных аппаратов, получила самостоятельное развитие в серии лунных спутников «Лунар Орбитер».

«Сервейер-1» был запущен к Луне спустя 4 мес после «Луны-9» по траектории прямого выведения. Он был оснащен четырьмя двигателями: тремя управляющими ЖРД с регулируемой тягой и одним (основным) твердотопливным двигателем торможения. После промежуточной коррекции с помощью управляющих двигателей была проведена подготовка к посадке. Основной тормозной двигатель был включен на расстоянии 75 км от поверхности Луны и, работая совместно с управляющими ЖРД, затормозил аппарат до скорости 70 м/с.

«Сервейер-2» был потерян в результате незапуска одного из трех управляющих двигателей. Посадка «Сервейера-3» заставила персонал управления полетом поволноваться, поскольку лунная поверхность с высоким коэффициентом отражения, очевидно, внесла помехи в работу посадочного радиолокатора, что привело к двум подскокам аппарата перед отсечкой двигателей, первый раз до 10 м и второй раз до 3 м. В течение последующих двух недель лунного дня аппарат передал на Землю 6300 изображений района посадки. Среди них было много фотографий механического ковша-захвата, который погружался в грунт на глубину до 18 см. Полученная информация показала, что по структуре грунт на лунной поверхности аналогичен мокрому береговому песку на Земле и отвечает требованиям посадки пилотируемого аппарата. Позже астронавты космическогокорабля «Аполлон-12» совершили посадку на расстоянии около 400 м от станции «Сервейер-3», демонтировали и возвратили на Землю некоторые ее элементы для изучения влияния на конструкцию длительного пребывания в условиях Луны.

«Сервейер-4» был потерян во время работы тормозного двигателя, когда внезапно прекратились все передачи с борта. Начиная с «Сервейера-5», все аппараты этой серии оснащались альфа-анализаторами, содержащими радиоактивный источник (кюрий-252), для определения химического состава лунного грунта.

«Сервейер-6» после тщательного обзора места посадки был поднят с поверхности Луны с помощью управляющих двигателей, совершил боковой маневр на расстояние 2,5 м и повторную посадку для продолжения исследований.

В отличие от предыдущих полетов, проводившихся с целью изучения возможных мест посадки «Аполлона» в районе экватора, «Сервейер-7» был направлен в точку, расположенную в непосредственной близости к кромке кратера Тихо в южном материковом районе. После неудачной попытки развернуть альфа-анализатор он был принудительно опущен к поверхности с помощью ковша-захвата. С «Сервейера-7» было получено свыше 21 000 изображений; на некоторых из них видны два лазерных луча, генерированных станциями на теневой стороне Земли.

По программе «Сервейер» была исследована лунная поверхность в предполагаемых районах посадки корабля «Аполлон» и было установлено, что она имеет достаточную прочность для посадки лунной кабины корабля. Обзорные телевизионные камеры дали важнейшую информацию, свидетельствующую о малом количестве обломков пород, которые могли бы помешать посадке пилотируемого аппарата.

АМС «Зонд» 1 Остронаправленная антенна. 2 Возвращаемый аппарат. 3 Служебный отсек с двигателем маневрирования и системой управления ориентацией. 4 Солнечные батареи (вид снизу). 5 Приборный отсек. Эта АМС предназначена для изучения космического пространства и отработки техники дальних космических полетов. Создана на основе пилотируемого корабля «Союз». В сентябре 1968 г. «Зонд-5» совершил облет Луны по баллистической траектории; на борту станции находились живые черепахи и другие биологические образцы, которые благополучно вернулись на Землю. «Зонд-5» и «Зонд-8» приводнились в акватории Индийского океана. «Зонд-6» и «Зонд-7» осуществили рикошетирующий вход в атмосферу Земли, что позволило им совершить посадку на территории СССР.

Рикошетирующий вход в атмосферу Возвращаемый аппарат должен войти в атмосферу в пределах узкого коридора шириной 10 км и спуститься до высоты 45 км над поверхностью Земли. Аппарат был ориентирован таким образом, что создавалась аэродинамическая подъемная сила, выталкивающая его обратно в космос с последующим повторным погружением в атмосферу над территорией СССР, завершаемым посадкой на парашюте.

Последовательность операций АМС «Луна-16» После маневрирования на окололунной орбите станция по команде с Земли была переведена на траекторию снижения путем запуска основного двигателя посадочной ступени. На высоте около 20 м от поверхности Луны основной двигатель был отключен, и на конечном этапе посадки работали два управляющих двигателя. По команде с Земли к поверхности Луны была опущена штанга с грунто-заборным устройством. По завершении бурения штанга была поднята и полый бур с образцами лунного грунта заключен в контейнер сферического возвращаемого аппарата в верхней части взлетной ступени. После пребывания на Луне в течение 26 ч 30 мин взлетная ступень стартовала к Земле, причем коррекции траектории ее полета не проводились. Оставшиеся на Луне приборы посадочной ступени передавали на Землю телеметрическую информацию о радиации и температуре. В период полетов и высадки американских астронавтов на Луну в СССР была предпринята серия смелых экспериментов по запускам дистанционно управляемых аппаратов для исследования Луны с меньшими затратами и без риска для жизни людей. Первой была станция «Луна-15», которая в июле 1969 г. была выведена на окололунную орбиту, а затем достигла поверхности Луны в заданном районе на территории Моря Кризисов. В сентябре следующего года впервые был совершен рейс по трассе Земля - Луна - Земля. Станция «Луна-16» совершила мягкую посадку в Море Изобилия и с помощью специального грунтозаборного устройства взяла образцы лунного грунта и доставила их на Землю для исследований. Затем через два месяца последовал полет станции «Луна-17», которая произвела огромное впечатление на западных специалистов, доставив в Море Дождей дистанционно управляемый аппарат для передвижения по лунной поверхности. Этот восьмиколесный аппарат «Луноход-1», управляемый по телевизионному и радиоканалам, прошел в общей сложности 10 540 м за 10 мес, передавая телевизионные изображения окружающей местности и периодически исследуя физико-механические свойства лунного фунта и его химический состав. В январе 1973 г. станция «Луна-21» доставила «Луноход-2» на территорию кратера Лемонье у восточной границы Моря Ясности. В течение пяти земных месяцев «Луноход» проделал путь длиной 37 км, выполняя все команды экипажа из Центра управления. Станция «Луна-16» 1 Возвращаемый аппарат. 2 Ленточное крепление возвращаемого аппарата. 3 Антенна на взлетной ступени. 4 Приборный отсек взлетной ступени. 5 Топливные баки взлетной ступени. 6 Телефотометр. 7 Приборный отсек посадочной ступени. 8 Штанга грунтозаборного устройства. 9 Грунтозаборное устройство. 10 Один основной и два управляющих ракетных двигателя посадочной ступени (в данном ракурсе рисунка не видны). 11 Посадочные стойки. 12 Тарельчатые опоры. 13 Топливные баки посадочной ступени. 14 Ракетные двигатели малой тяги для управления в полете. 15 Ракетный двигатель взлетной ступени (на рисунке закрыт приборным отсеком). 16 Малонаправленная антенна на посадочной ступени. Первая АМС, доставившая на Землю образцы лунного грунта. Совершила посадку в Море Изобилия (0°41" ю.ш., 56°18" в.д.) 20 сентября 1970 г. Автоматическое грунтозаборное устройство с дистанцией захвата 0,9 м было рассчитано на извлечение породы с глубины до 35 см. На участке входа в атмосферу Земли был раскрыт парашют, выставлены штыревые антенны и металлические «стрелы», облегчающие радиолокацию. Сигналы бортового радиомаяка принимались самолетами и вертолетами поисково-спасательной службы. Технические характеристики Высота около 3,96 м. Ширина по размаху посадочных опор 3,96 м. Масса при посадке на поверхность Луны 1880 кг.

Наблюдения с орбиты

Последним этапом подготовки к полетам космического корабля «Аполлон» была детальная съемка с орбиты местности в районе лунного экватора. Для этой цели были подготовлены пять искусственных спутников Луны «Лунар Орбитер», каждый из которых был оснащен фотографической системой. Аппараты запускались в период полетов «Сервейеров» и использовались также для выбора мест их посадки.

С помощью двигательных установок «Лунар Орбитера» проводились промежуточные коррекции траектории его полета к Луне и впоследствии обеспечивался переход на окололунную орбиту.

Начальные эллиптические орбиты обычно имели высоты периселения и апоселения соответственно 200 и 1850 км. После нескольких суток подготовки к фотосъемке осуществлялось уменьшение высоты периселения до 50 км. На каждом аппарате имелся запас пленки длиной 80 м на 210 кадров. После экспозиции пленка обрабатывалась на борту, негатив считывался и изображения передавались на Землю каждые 40 мин.

На ИСЛ «Лунар Орбитер-1» с помощью камеры с высоким разрешением были получены непригодные (размытые) фотографии. Камера умеренного разрешения функционировала нормально, и, таким образом, 75% полетного задания было выполнено: сфотографированы возможные районы посадки корабля «Аполлон» общей площадью 41 500 км 2 , 360 000 км 2 прилегающих и 5 200 000 км 2 отдаленных районов.

При полете ИСЛ «Лунар Орбитер-2» были получены 184 снимка тринадцати возможных мест посадки корабля «Аполлон», остальные кадры охватывали прилегающие и отдаленные районы.

С помощью ИСЛ «Лунар Орбитер-3» было получено 182 снимка, после чего отказал двигатель лентопротяжного механизма. В число фотографий входили изображения десяти возможных районов посадки корабля «Аполлон». На основании этих снимков производился уже не поиск, а выбор места посадки. Кроме того, были сфотографированы «Сервейер-1», 1 550 000 км 2 прилегающей и 650 000 км 2 отдаленной территории Луны. Этими исследованиями было завершено выполнение основной задачи обследования мест посадки аппаратов «Сервейер» и «Аполлон».

Исходя из этого, ИСЛ «Лунар Орбитер-4 и -5» были запущены на приполярные орбиты с целью проведения фотосъемки остальных областей Луны, а также обзора неэкваториальных районов посадки для аппаратов по предполагаемой, но впоследствии отмененной программе «Пост-Аполлон». При полетах «Лунар Орбитера-4» было получено лишь 163 снимка, а с «Лунар Орбитера-5» - все 213 снимков. Фотографии охватили около 99% лунной поверхности.

С помощью ИСЛ «Лунар Орбитер» была также получена информация о микрометеоритной и радиационной обстановке, а слежение за их орбитами позволило составить подробную карту гравитационного поля Луны.

Для изучения радиационной обстановки на окололунную орбиту был запущен еще один космический аппарат «Эксплорер-35». Он подтвердил почти полное отсутствие магнитного поля и не обнаружил ни радиационных поясов, ни ионосферы вокруг Луны. Это означало, что в отличие от Земли на Луне ничто не препятствует разрушающему воздействию солнечного ветра на ее поверхность.

Следующий этап полетов автоматических станций

Последней автоматической межпланетной станцией, запущенной США в январе 1968 г. в обеспечение программы «Аполлон», был «Сервейер-7». Оставалось 18 мес до запуска первого корабля «Аполлон» с посадкой на Луне.

Весной 1968 г. в СССР была запущена автоматическая космическая станция «Зонд-4» на траекторию, которая в конечном итоге перешла в орбиту вокруг Солнца. Через шесть месяцев «Зонд-5» совершил облет Луны и вернулся на Землю, приводнившись в Индийском океане. На его борту находились земные живые существа - черепахи. Спустя два месяца «Зонд-6» повторил эту операцию, совершил рикошетирующий вход в атмосферу и посадку на территории СССР. Позже были запущены «Зонд-7» и «Зонд-8». Космические аппараты «Зонд» представляли собой модифицированные варианты трехместного космического корабля «Союз» без экипажа, но с биологическими образцами. Целью запусков автоматических межпланетных станций «Зонд-4» -«Зонд-8» было проведение летно-конструкторской отработки в автоматическом варианте корабля для облета Луны, проведение научных исследований и возвращение на Землю с второй космической скоростью.

В СССР изучение Луны продолжалось с помощью автоматических станций серии «Луна». Как и ранее, более тяжелые станции «Луна» нового поколения представляли собой унифицированную конструкцию, рассчитанную на установку специализированного полезного груза. «Луна-16» имела четыре сферических бака с топливом, обеспечивающим изменение скорости на 2,6 км/с для спуска с окололунной орбиты на поверхность, и четыре цилиндрических бака с топливом, обеспечивающим изменение скорости на 1 км/с для выхода на окололунную орбиту и совершения орбитальных маневров.

Новое семейство станций «Луна» делится на три группы: аппараты, предназначенные для доставки на Землю образцов лунного грунта, луноходы и спутники Луны. Из этого семейства первым был успешно запущен 13 июля 1969 г. за трое суток до полета корабля «Аполлон-11» аппарат «Луна-15». После четырех суток полета он вышел на окололунную орбиту, где оставался в течение нескольких суток, дважды производя коррекции орбиты. Были проведены научные исследования в окололунном пространстве, получена информация о работе новых систем станции, обеспечивающих посадку в заданных районах Луны. По завершении 52 витков вокруг Луны была включена тормозная установка, станция сошла с орбиты и упала на лунную поверхность в заданном районе.

Спустя 14 мес первую автоматическую операцию доставки образцов лунного грунта осуществила «Луна-16», мягкая посадка которой была произведена 20 сентября 1970 г. в районе Моря Изобилия. На поверхность Луны было опущено специальное грунтозаборное устройство на длинной штанге. Полый бур вращательно-ударного действия углубился в грунт на 0,35 м с заполнением полости. После этого грунтозаборное устройство было поднято на взлетную ступень и помещено в возвращаемую капсулу. На Землю было доставлено 105 г «морского» грунта. При выполнении той же задачи станцией «Луна-20» на Землю удалось доставить 55 г материковой породы. После этого грунтозаборное устройство было существенно модифицировано и при полете «Луны-24» бур был погружен на глубину почти 2 м. В полости бура находилась эластичная оболочка, которая по мере его углубления наполнялась, как при начинении колбасы. По окончании бурения заполненная оболочка (диаметром 8 мм, длиной 1600 мм) извлекалась, свертывалась, подобно тросу на лебедке, и упаковывалась в возвращаемый аппарат. Разгруженное буровое устройство отбрасывалось от верхней части аппарата, запускались двигатели взлетной ступени, обеспечивая вертикальный подъем и разгон до скорости 2,7 км/с. Место взятия проб грунта было выбрано с таким расчетом, что, выйдя из зоны притяжения Луны, взлетная ступень оказывалась на траектории прямого попадания на Землю, благодаря чему исключалась необходимость промежуточной коррекции. Со временем взлетная ступень была усовершенствована, что позволило брать пробы грунта не только вблизи экватора на 56° в. д. Через трое суток возвращаемая капсула вернулась на Землю, и образцы грунта массой 0,17 кг были извлечены для исследований.

При запуске станции «Луна-17» впервые была поставлена задача передвижения по лунной поверхности. После успешной посадки с посадочной ступени бьи опущен специальный трап для схода на поверхность Луны восьмиколесной тележки «Лунохода-1». Это был один из наиболее важных советских экспериментов по исследованию Луны; «Луноход-1» в течение десяти месяцев работы прошел более 10,5 км. Во время лунного дня крышка на верхней части корпуса «Лунохода» откидывалась, и элемент солнечной батареи, расположенный на ее внутренней стороне, вырабатывал электроэнергию. В течение двух недель лунной ночи крышка была закрыта и циркуляция воздуха, нагретого изотопным источником тепла, обеспечивала внутреннее термостатирование. «Луноход-1» был оснащен двумя, а «Луноход-2» тремя телевизионными камерами, позволяющими пяти операторам на Земле управлять движением аппарата. «Луноход» периодически останавливался для телевизионной передачи полной панорамы окружающей местности. Проводились также исследования грунта: физико-механических свойств с помощью механического грунтомера и химического состава с помощью рентгеновского спектрометра. Оптический уголковый отражатель, состоящий из 14 элементов, позволял проводить лазерное измерение расстояния между Землей и Луной с точностью в пределах 40 см.

«Луноход-2» был доставлен на Луну станцией «Луна-21», совершившей мягкую посадку на территории кратера Лемонье диаметром 55 км. Этот древний кратер когда-то наполнился лавой, и на поверхности осталась лишь часть его кромки. Таким образом, в нем объединены свойства лунного моря и материка. Маршрут «Лунохода» пролегал сначала на юг в зону переходного рельефа, а затем на восток к длинному разрыву породы, напоминающему борозду Гадлея, которую обследовали астронавты корабля «Аполлон-15». За пять месяцев активного существования «Луноход-2» проделал путь длиной 37 км.

Станция «Луна-18», запущенная в сентябре 1971 г., осуществляла маневрирование на орбите с целью отработки методов окололунной навигации и посадки на Луну, а затем достигла Луны у границы Моря Изобилия. В феврале 1972 г. станция «Луна-20» совершила посадку в труднодоступном материковом районе между Морем Изобилия и Морем Кризисов; в этом полете на Землю были доставлены образцы лунного грунта.

«Луна-19» была выведена на окололунную круговую орбиту с высотой над поверхностью Луны 140 км, а затем переведена на новую орбиту с параметрами 135 X 127 км. С этой орбиты были получены изображения района с границами 30 - 60° ю. ш. и 20 - 30° в. д., а также результаты изучения радиационной и микрометеоритной обстановки. Наблюдения за эволюцией орбиты в течение первых двух месяцев активного существования спутника позволили выявить асимметрию северного и южного полушарий Луны. В феврале 1972 г. станция «Луна-20» совершила посадку в труднодоступном материковом районе между Морем Изобилия и Морем Кризисов; в этом полете на Землю были доставлены образцы лунного грунта.

При полете станции «Луна-22» в течение 18 мес ее активного существования проводились обширная программа маневров на окололунной орбите и съемка лунной поверхности. Кроме того, измерялось гамма-излучение поверхности с целью выявления ее детального химического состава. Слежение за параметрами орбиты способствовало определению характеристик аномалий гравитационного поля Луны, обусловленных местными концентрациями плотных пород. Над таким районом космический аппарат испытывает более сильное притяжение, приводящее к незначительному искривлению орбиты.

Станция «Луна-24» совершила посадку в юго-восточной части Моря Кризисов; на Землю доставлены образцы лунного грунта с глубины около 2 м.

На окололунную орбиту был выведен еще один американский аппарат, но не для исследования Луны. Это был радиоастрономический спутник «Эксплорер-49», оснащенный четырьмя антеннами длиной по 230 м, которые в полностью развернутом положении образовывали фигуру, похожую на гигантскую букву X. Находясь на окололунной орбите, этот аппарат регистрировал небесные источники радиосигналов в отсутствие шумового фона Земли. Координаты источников могли быть зафиксированы по времени исчезновения и повторного появления сигналов из-за Луны.

Как и миллиарды лет назад, Луна продолжает вращаться вокруг Земли. Почти в тридцати точках ее поверхности остались доказательства присутствия человека: созданные его руками автоматические устройства и следы двенадцати астронавтов с шести кораблей «Аполлон». Полученная информация позволила найти ответы на многие важные вопросы о Луне, но при этом возникло значительно больше новых вопросов. Со временем человек, новые приборы и механизмы вернутся на Луну, возможно, для сооружения постоянно действующих баз, что станет реальностью благодаря знаниям, приобретенным с помощью автоматических аппаратов, совершивших полеты к Луне в течение последних десятилетий.

Главная » Части речи » Первые полёты к луне. Исследования объектов Солнечной системы космическими аппаратами: Луна