Советские автоматические станции "Луна"

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-3" запущена 4 октября 1959. Конечная масса последней ступени РН с АМС "Луна-3" 1553 кг, при массе научной и измерительной аппаратуры с источниками питания 435 кг. В состав аппаратуры входили системы: радиотехническая, телеметрическая, фототелевизионная, ориентации относительно Солнца и Луны, энергопитания с солнечными батареями, терморегулирования, а также комплекс научной аппаратуры. Двигаясь по траектории, огибающей Луну, АМС прошла на расстоянии 6200 км от её поверхности. 7 октября 1959 с борта "Луна-3" сфотографирована обратная сторона Луны. Фотокамеры с длинно- и короткофокусным объективами засняли почти половину поверхности лунного шара, одна треть которой находилась в краевой зоне видимой с Земли стороны, а две трети - на невидимой. После обработки плёнки на борту полученные изображения были переданы фототелевизионной системой на Землю, когда станция находилась от неё на расстоянии 40 000 км. Полёт "Луна-3" был первым опытом изучения другого небесного тела с передачей его изображения с борта космического аппарата. После облёта Луны АМС перешла на вытянутую, эллиптическую орбиту ИСЗ с высотой апогея 480 тысяч км. Совершив 11 оборотов по орбите, она вошла в земную атмосферу и прекратила существование.


"Луна-4" - "Луна-8" - АМС, запущенные в 1963-65 для дальнейшего исследования Луны и отработки мягкой посадки на неё контейнера с научной аппаратурой. Была завершена экспериментальная отработка всего комплекса систем, обеспечивающих мягкую посадку, включая системы астроориентации, управления бортовой радиоаппаратуры, радиоконтроля траектории полёта и приборов автономного управления. Масса АМС после отделения от разгонной ступени РН 1422-1552 кг.


"Луна-9" - АМС, впервые в мире осуществившая мягкую посадку на Луну и передачу изображения её поверхности на Землю. Запущена 31 января 1966 4-ступенчатой РН с использованием опорной орбиты ИСЗ. Автоматическая лунная станция прилунилась 3 февраля 1966 в районе Океана Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марий, в точке с координатами 64° 22" з. д. и 7° 08" с. ш. На Землю переданы панорамы лунного ландшафта (при разных углах Солнца над горизонтом). Проведено 7 сеансов радиосвязи (продолжительностью более 8 ч) для передачи научной информации. АМС работала на Луне 75 ч. "Луна-9" состоит из АМС, предназначенной для работы на поверхности Луны, отсека с аппаратурой управления и двигательной установки для коррекции траектории и торможения перед посадкой. Общая масса "Луна-9" после выведения на траекторию полёта к Луне и отделения от разгонной ступени РН 1583 кг. Масса АМС после посадки на Луну 100 кг. В её герметичном корпусе размещены: телевизионная аппаратура, аппаратура радиосвязи, программно-временное устройство, научная аппаратура, система терморегулирования, источники электропитания. Изображения лунной поверхности, переданные "Луна-9", и успешная посадка имели решающее значение для дальнейших полётов к Луне.


"Луна-10" - первый искусственный спутник Луны (ИСЛ). Стартовала 31 марта 1966. Масса АМС на трассе полёта к Луне 1582 кг, масса ИСЛ, отделённого 3 апреля после перехода на селеноцентрическую орбиту, 240 кг. Параметры орбиты: периселений 350 км, апоселений 1017 км, период обращения 2 ч 58 мин 15 сек, наклонение плоскости лунного экватора 71° 54". Активная работа аппаратуры 56 суток. За это время ИСЛ совершил 460 витков вокруг Луны, проведено 219 сеансов радиосвязи, получена информация о гравитационных и магнитном полях Луны, магнитном шлейфе Земли, в который не раз попадали Луна и ИСЛ, а также косвенные данные о химическом составе и радиоактивности поверхностных лунных пород. С ИСЛ передавалась на Землю по радио мелодия "Интернационала", впервые - во время работы 23-го съезда КПСС. За создание и запуск АМС "Луна-9" и "Луна-10" Международная авиационная федерация (ФАИ) наградила советских учёных, конструкторов и рабочих почётным дипломом.


"Луна-11" - второй ИСЛ; запущена 24 августа 1966. Масса АМС 1640 кг. 27 августа "Луна-11" была переведена на окололунную орбиту с параметрами: периселений 160 км, апоселений 1200 км, наклонение 27°, период обращения 2 ч 58 мин. ИСЛ совершил 277 витков, проработав 38 суток. Научные приборы продолжали исследование Луны и окололунного пространства, начатые ИСЛ "Луна-10". Проведено 137 сеансов радиосвязи.


"Луна-12" - третий советский ИСЛ; запущена 22 октября 1966. Параметры орбиты: периселений около 100 км, апоселений 1740 км. Масса АМС на орбите ИСЛ 1148 кг. "Луна-12" активно функционировала 85 суток. На борту ИСЛ, кроме научной аппаратуры, находилась фототелевизионная система с высоким разрешением (1100 строк); с её помощью получены и переданы на Землю крупномасштабные изображения участков лунной поверхности в районе Моря Дождей, кратера Аристарх и других (различаются кратеры размером до 15-20 м, а отдельные объекты размером до 5 м). Станция функционировала до19 января 1967. Проведено 302 сеанса радиосвязи. На 602-м витке после выполнения программы полета радиосвязь со станцией была прервана.


"Луна-13" - вторая АМС, совершившая мягкую посадку на Луну. Запущена 21 декабря 1966. 24 декабря произвела посадку в районе Океана Бурь в точке с селенографическими координатами 62° 03" з. д. и 18° 52" с. ш. Масса АМС после посадки на Луну 112 кг. С помощью механического грунтомера, динамографа и радиационного плотномера получены данные о физико-механических свойствах поверхностного слоя лунного грунта. Газоразрядные счётчики, регистрировавшие космическое корпускулярное излучение, позволили определить отражательную способность лунной поверхности для космических лучей. На Землю переданы 5 крупных панорам лунного ландшафта при различных высотах Солнца над горизонтом.


"Луна-14" - четвёртый советский ИСЛ. Запущена 7 апреля 1968. Параметры орбиты: периселений 160 км, апоселений 870 км. Проводилось уточнение соотношения масс Земли и Луны; исследовались гравитационное поле Луны и её форма методом систематических длительных наблюдений за изменениями параметров орбиты; изучались условия прохождения и стабильности радиосигналов, передаваемых с Земли на борт ИСЛ и обратно при различных положениях его относительно Луны, в частности при заходе за лунный диск; измерялись космические лучи и потоки заряженных частиц, идущих от Солнца. Получена дополнительная информация для построения точной теории движения Луны.


"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-16" - АМС, впервые совершившая рейс Земля - Луна - Земля и доставившая образцы лунного грунта. Стартовала 12 сентября 1970. 17 сентября вышла на селеноцентрическую круговую орбиту с удалением от лунной поверхности 110 км, наклонением 70°, периодом обращения 1 ч 59 мин. В дальнейшем была решена сложная задача формирования предпосадочной орбиты с низким периселением. Мягкая посадка произведена 20 сентября 1970 в районе Моря Изобилия в точке с координатами 56°18" в. д. и 0°41" ю. ш. Грунтозаборное устройство обеспечило бурение и забор грунта. Старт с Луны ракеты "Луна - Земля" произведён по команде с Земли 21 сентября 1970. 24 сентября возвращаемый аппарат был отделен от приборного отсека и совершил посадку в расчётном районе. "Луна-16" состоит из посадочной ступени с грунтозаборным устройством и космической ракеты "Луна - Земля" с возвращаемым аппаратом. Масса АМС при посадке на поверхность Луны 1880 кг. Посадочная ступень - самостоятельный ракетный блок многоцелевого назначения, имеющий жидкостный ракетный двигатель, систему баков с компонентами топлива, приборные отсеки и амортизированные опоры для посадки на поверхность Луны.


"Луна-17" - АМС, доставившая на Луну первую автоматическую передвижную научную лабораторию "Луноход-1". Запуск "Луна-17" - 10 ноября 1970, 17 ноября - мягкая посадка на Луну в районе Моря Дождей, в точке с координатами 35° з. д. и 38°17" с. ш.

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.


"Луноход-1" детально обследовал лунную поверхность на площади 80 000 м2. Для этого с помощью телевизионных систем было получено более 200 панорам и свыше 20 000 снимков поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведён анализ его химического состава. Прекращение активного функционирования "Лунохода-1" было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника тепла. В конце работы он поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый светоотражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.


"Луна-18" запущена 2 сентября 1971. На орбите станция осуществляла маневрирование с целью отработки методов автоматической окололунной навигации и обеспечения посадки на Луну. "Луна-18" совершила 54 витка. Проведено 85 сеансов радиосвязи (проверка работы систем, измерение параметров траектории движения). 11 сентября была включена тормозная двигательная установка, станция сошла с орбиты и достигла Луны в материковой части, окружающей Море Изобилия. Район посадки был выбран в гористой местности, представляющей большой научный интерес. Как показали измерения, прилунение станции в этих сложных топографических условиях оказалось неблагоприятным.

"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-20" запущена 14 февраля 1972. 18 февраля в результате торможения переведена на круговую селеноцентрическую орбиту с параметрами: высота 100 км, наклонение 65°, период обращения 1 ч 58 мин. 21 февраля осуществила мягкую посадку на поверхность Луны впервые в горном материковом районе между Морем Изобилия и Морем Кризисов, в точке с селенографическими координатами 56° 33" в. д. и 3° 32" с. ш. "Луна-20" по конструкции аналогична "Луна-16". Грунтозаборный механизм произвёл бурение лунного грунта и забор образцов, которые были помещены в контейнер возвращаемого аппарата и загерметизированы. 23 февраля с Луны стартовала космическая ракета с возвращаемым аппаратом. 25 февраля возвращаемый аппарат АМС "Луна-20" совершил посадку в расчётном районе территории СССР. На Землю были доставлены образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном материковом районе Луны.


"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".


16 января 1973 с помощью автоматической станции "Луна-21" в район восточной окраины Моря Ясности (древний кратер Лемонье) был доставлен "Луноход-2". Выбор указанного района посадки диктовался целесообразностью получения новых данных из сложной зоны сочленения моря и материка (а также, по утверждению некоторых исследователей, с целью проверки достоверности факта высадки американцев на Луну). Усовершенствование конструкции к бортовых систем, а также установка дополнительных приборов и расширение возможностей аппаратуры позволили значительно повысить манёвренность и выполнить большой объём научных исследований. За 5 лунных дней в условиях сложного рельефа "Луноход-2" прошёл расстояние 37 км.


"Луна-22" была запущена 29 мая 1974 года и 9 июня перешла на лунную орбиту. Выполняла функции искусственного спутника Луны, исследования окололунного пространства (в том числе метеоритной обстановки).

"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.