Зонд-3



КА «Зонд-3»: штанга с магнитометром; 2 - корректирующая двигательная установка; 3 - датчики; 4 - антенна; 5 - отсек с фототелевизионным устройством; 6 - радиатор системы терморегулирования; 7 - панель солнечной батареи; 8 - параболическая антенна; 9 - орбитальный отсек.


Схема полёта КА «Зонд-3»

Ежегодник 1966 г

Особое место среди космических экспериментов 1965 г. занимает запуск 18 июля автоматической межпланетной станции (АМС) «Зонд-3». Дата пуска АМС и траектория ее полета были выбраны таким образом, чтобы сфотографировать ту часть обратной стороны Луны, которая осталась несфотографированной в 1959 г. (см. Ежегодник БСЭ, 1960 г.). После запуска «Зонда-3» можно считать, что сфотографирована практически вся обратная сторона Луны (рис. 1), остались несфотографированными только небольшие области в районе полюсов.

На схеме (рис. 2) изображены область, отснятая станцией «Зонд-3»; граница области, отснятая в 1959 г.; показан терминатор и отмечены Восточное Море и другие объекты видимой стороны Луны, оказавшиеся в поле зрения фотокамеры «Зонд-3».

Станция «Зонд-3» пролетела около Луны со стороны Солнца. Траектория ее проходила южнее плоскости лунного экватора, что давало возможность лучше охватить южную, более широкую часть неисследованной области. В момент начала фотографирования станция находилась еще над видимой стороной Луны на расстоянии 11,57 тыс. км от ее поверхности. Луна, видимая со станции «Зонд-3», была в фазе, близкой к полнолунию, тогда как с Земли в это время она наблюдалась почти в последней четверти. При дальнейшем движении станция перешла на невидимую сторону Луны, постепенно приближаясь к ее поверхности до минимального расстояния - 9,22 тыс. км, после чего стала удаляться от Луны и к концу сеанса фотографирования оказалась уже на расстоянии 9,96 тыс. км.


Схема невидимой стороны Луны, сфотографированной AMС «Луна-3» 7 октября 1959 г. и станцией «Зонд-3» 20 июля 1965 г.

При расстоянии пролета ок. 10 тыс. км каждый снимок охватывал большую часть неисследованной области. За время фотографирования положение станции «Зонд-3» относительно центра Луны изменилось примерно на 60°, и каждый участок неисследованной области был снят под различными углами, так сказать в различных ракурсах, что создает дополнительные возможности как при исследовании рельефа поверхности, так и при изучении характеристик ее отражательной способности. Оптические оси спектральных приборов были направлены параллельно оптической оси фотокамеры, что обеспечило привязку полученных спектров к местности.

Фотографирование проводилось с помощью новой малогабаритной фототелевизионной системы, предназначенной одновременно для передачи изображения и обеспечения работы в условиях длительного космического полета. В этой системе полностью решен вопрос надежной защиты фотопленки от воздействия космической радиации. Использовалась специальная камера с фокусным расстоянием 106,4 мм, светосилой 1:8 и специальная 25 мм фотопленка. Экспозиции равнялись 1/100 и 1/300 сек

Процесс фотографирования и передачи снимков проходил следующим образом. Команда на начало сеанса фотографирования была выдана с Земли 20 июля в 3 час. 57 мин. Все дальнейшие операции проходили автоматически, без вмешательства с Земли. Сразу же после команды система ориентации начала поиск Луны и разворот станции таким образом, чтобы объектив фототелевизиошюй системы был направлен на освещенную часть Луны. Одновременно началась подготовка фототелевизионной аппаратуры. Через 14 мин. включилась система протяжки пленки и началась перемотка раккорда. Фотографирование Луны началось на 28-й мин. после подачи команды, т. е. в 4 ч. 24 мин., и продолжалось несколько более часа - до 5 ч. 32 мин. Автоматическая обработка фотопленки производилась одновременно с процессом фотографирования. Обработанная пленка поступала непосредственно в систему передачи изображения на Землю. Каждый кадр передавался за 34 мин. с разложением его на 1100 строк, что обеспечивало высокое качество полученных снимков. Съемка производилась с интервалами между кадрами примерно в 2,25 мин.; всего было получено 25 снимков лунной поверхности. Количество кадров определялось тем, что установленная на «Зонде-3» аппаратура предназначалась для фотографирования планет. Однако при выбранном угле зрения объектива имелась значительная повторяемость участков поверхности Луны на соседних кадрах, и 25 снимков при имеющейся четкости оказалось достаточным для получения всей фотографируемой области.

По полученным снимкам можно выявить не только наличие большого числа деталей, но и исследовать особенности строения лунной поверхности. Таким образом, мы располагаем теперь подробной информацией практически о всей поверхности Луны. Новые фотографии полностью подтвердили ранее сделанный вывод о малом количестве на невидимой стороне Луны протяженных темных впадин, по традиции называемых «морями». В то время как северная часть обращенного к Земле полушария Луны покрыта в основном морями, северная часть обратной стороны Луны занята гигантским материком, т. е. светлой возвышенностью, покрытой кратерами. Этот материк значительно превосходит по размерам своего антипода-южный материк видимого полушария.

Исключительный интерес представляют обнаруженные на обратной стороне мореподобные образования, называемые талассоидами. Это обширные впадины, дно которых усеяно кратерами. По своим размерам впадины сравнимы с морями - их поперечники достигают 500 км, однако дно их отличается от морей по своей структуре и не имеет характерной для морей темной окраски. На видимой стороне Луны не встречается столь четко выраженных гигантских впадин. Сходство с некоторыми талассоидами имеют сильно разрушенный кратер Деландр, расположенный недалеко от известного лучистого кратера Тихо, и, возможно, самый большой из кратеров видимой стороны - Байи.

После проведения первых статистических оценок можно констатировать, что ранее сделанный вывод о.высокой концентрации кратеров на обратной стороне Луны подтвердился. На вновь полученных фотографиях уже выявлено более тысячи образований. В частности, на поверхности обратной стороны Луны, отображенной на снимках, насчитывается св. 600 кратеров поперечниками 5-20 км, ок. 200 кратеров - 20-50 км, ок. 40 кратеров - 50-100 км и ок. десятка кратеров - св. 100 км в диаметре. Наименьшие различаемые на снимках кратеры имеют поперечник ок. 3 км. На фотографиях, получаемых с Земли с помощью крупных телескопов, разрешаются детали примерно такого же размера. Исследованные кратеры имеют типичную для Луны в целом форму, встречаются кратеры с центральными пиками и кратеры-центры лучевых систем.

Исключительно интересны цепочки кратеров большой протяженности, не встречающиеся на видимом полушарии. Их образуют кратеры средних размеров с поперечниками в 10-30 км. Некоторые из кратерных цепочек, расходящихся, по-видимому, из светлого материкового района к северу от Моря Восточного, имеют протяженность 600 и более км.

Особо следует сказать о темном пятне в правой нижней части снимков. Небольшая доля его была известна по наблюдениям с Земли под названием Моря Восточного. Теперь впервые мы можем судить об истинной конфигурации этого образования. Как уже отмечалось, в непосредственной близости от него расположены темные полосы Моря Осени и Моря Весны. Теперь к ним можно прибавить 2 темных образования, ранее не наблюдавшихся с Земли. Кроме того, основанное на визуальных наблюдениях предположение о существовании южнее Моря Восточного еще одного моря, условно названного Мелким, новыми фотографиями не подтверждено.

Наличие на снимках большого числа деталей, относящихся к видимому с Земли полушарию, позволило осуществить привязку новых образований в единой селенографической системе координат.

Совместное рассмотрение материалов фотографирования обратной стороны Луны 1959 г. и снимков, сделанных «Зондом-3», подтверждает вывод об ассиметрии Луны относительно плоскости, делящей ее на видимое и невидимое полушария: на обратной стороне мало морей и вся она более светлая и гористая.


Г.Максимов (Из истории, вып.71)
"Зонд-3". Этот КА выполнил все возложенные на него задачи. В частности, во время его полета удалось впервые произвести коррекцию траектории с использованием точного наведения КА не только на Солнце, но и на звезду (астрокоррекция траектории). При проведении коррекции столкнулись с одним явлением, которое было трудно предвидеть и, тем более, экспериментально проверить до пуска на Земле. Явление заключалось в следующем. Солнечно-звездный датчик ориентации был закрыт крышкой, защищающей астрокупол от пыли во время подготовки КА к пуску и при старте ракеты. Эта крышка открывалась перед первой коррекцией с помощью пиропатронов. При срабатывании пиропатронов создавался некоторый ударный импульс, небольшой по величине, но достаточный для выделения пыли из стекловолокна, содержащегося в теплоизоляции, закрывающей почти весь КА (эффект "пыльного мешка"). Облако пыли создавало на звездном объективе световой фон, не позволяющий обнаружить через него звезду. Наличие недопустимого фона было обнаружено по телеметрии во время первой попытки проведения коррекции, а эффект "пыльного мешка" сначала существовал как гипотеза, а затем был подтвержден при проведении второго сеанса коррекции, перед которым пыли уже не было, в результате чего звезда была обнаружена и КДУ включилась, создав импульс в нужном направлении. Наличие указанного эффекта было проверено при работе с КА "Венера-3", на котором крышка астрокупола была открыта за несколько суток до астрокоррекции траектории (по опыту работы с КА "Зонд-3"), в результате чего коррекция была удачно проведена и обеспечила попадание этого КА в планету.
Система наведения КА на Землю и работа высокоинформативной радиолинии через остронаправленную параболическую антенну были проверены при передаче с КА "Зонд-3" результатов фотографирования обратной стороны Луны. Качество полученных на земле снимков было хорошим.

Черток

Однако снова и в который уж раз следует восхищаться предусмотрительностью Королева. По его инициативе, поддержанной Келдышем, одна из автоматических станций, предназначенных для пуска в сторону Марса, была доработана и превращена в космический зонд. Этот "Зонд-3", запущенный нами 18 июля 1965 года, прошел над обратной, невидимой, стороной Луны. Фототелевизионное устройство, разработанное для передачи изображений Марса, было использовано для фотографирования и передачи изображения обратной стороны Луны. Качество полученных фотографий было значительно лучше того, что мы получили в 1959 году.

Это дало основания нашей прессе снова заговорить о крупной победе советской науки. Американские аппараты "Рейнджер" в 1964 и 1965 годах дали на подлете к Луне фотографии участков видимой стороны Луны очень хорошего качества. Но по фoтoгрaфиям обратной стороны мы вновь оказались впереди, нами были получены отличные изображения областей Луны, остававшихся ранее неизвестными. Передача изображений выполнялась в сантиметровом диапазоне радиоволн с помощью установленной на борту параболической антенны. В сеансах связи эта параболическая антенна с высокой точностью при помощи системы ориентации направлялась на большую наземную антенну. Передача изображений производилась по командам с Земли.

Разработка всей системы управления и антенной техники осуществлялась в ОКБ-1. Это было творчество коллективов, которыми руководили вместе со мной Раушенбах, Юрасов, Калашников и наши начальники отделов - Карпов, Башкин, Легостаев, Бабков, Краюшкин, Шустов, Куприянчик, Чижиков, Вильницкий. Они не скрывали своего торжества по этому поводу. Не без гордости говорили, что после успехов в управлении пилотируемыми кораблями справились с управлением спутником "Молния-1" и межпланетными автоматами лучше, чем специализированные фирмы Пилюгина и Морачевского с системой Е-6.

Эта "крупная победа советской науки" демпфировала на время наши неудачи по Е-6. Тем не менее после сентябрьского конфуза - отмены пуска - напряженность в "верхах" нарастала и требовала разрядки.

Варваров, 7 континент
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.



Схема движения станции «Зонд-3» около Луны.
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.
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.



Якобы такая камера была на "Зонде-3"

Маров
В результате пролетная космическая станция ЗМВ-4 №3 пропустила окно запуска на Марс в 1964 года и восемь месяцев спустя была запущена как космический аппарат «Зонд-3». ...Так родилась идея провести испытания бортовых систем и научных приборов станции ЗМВ-4 №3 при пролете Луны, а затем проверить ее работоспособность в условиях дальнего космоса, при удалении от Земли на расстояние до Марса, хотя и без встречи с самой планетой. Название «Зонд-3» она получила после успешного запуска, хотя первоначально так обозначались станции, которые со всей очевидностью не могли достичь заранее поставленных целей, как это было в случаях с «Зондом-1» и «Зондом-2». В дальнейшем так стали называть станции, запущенные с целью проведения испытаний или научных исследований. Пролет Луны был синхронизирован с фотосъемкой обратной стороны Луны при помощи камеры марсианской пролетной станции, и «Зонд-3» успешно справился с этой задачей. Ему не удалось в штатном режиме достичь Марса вне окна запуска, но он смог поддерживать связь с Центром управления полетом в течение почти 8 месяцев.
Связь с ним прекратилась на расстоянии 150 миллионов километров от Земли.
....
По своему внешнему виду и принципам работы космическая станция ЗМВ была аналогична станции 2MB. Она была немного длиннее (3,6 м) и строилась по той же линейной модульной схеме, состоявшей из последовательно расположенных корректирующей двигательной установки, герметичного орбитального отсека с системой управления и герметичного пролетного модуля с научными приборами или спускаемого аппарата. Были внесены небольшие изменения в форму конструкции, чтобы лучше учесть влияние на момент инерции станции углового момента солнечного ветра, остальные размеры сохранены такими же, как и у 2MB. Чтобы исключить влияние помех в оптических датчиках системы астроориентации из-за рассеянного света, был добавлен черный экран.
К корректирующей двигательной установке Исаева КДУ-414 был присоединен теплозащитный кожух. Такая же система применялась на аппаратах 1М, 1ВА, а также на всех космических станциях 2MB и ЗМВ, вплоть до «Венеры-8». Различия касались лишь размеров баков для топлива на основе несимметричного диметилгидразина и азотной кислоты. Двигательная установка позволяла осуществлять многократное зажигание, а на станциях типа 2MB и ЗМВ она дополнительно оснащалась шарнирами для задания направления вектора тяги, управляемого гироскопической системой. Длина всей КДУ вместе с топливными баками составляла 1 метр. В серии ЗМВ для подачи топлива в двигатель под давлением использовались газовые баллоны, наполненные азотом, которые применялись также в системе управления положением в пространстве струями холодного газа. На аппаратах ЗМВ «Марс» эти баллоны крепились на ферме между отсеком с системой управления и пролетным или спускаемым аппаратом. Основные усовершенствования были сделаны в системе управления (авионике), кроме того была создана резервная реактивная система управления положением в пространстве. Диаметр параболической антенны с высоким коэффициентом усиления был увеличен до 2,3 метра. На полусферическом радиаторе, в котором циркулировала жидкость, были смонтированы всенаправленные антенны с низким коэффициентом усиления. Кроме систем контроля положения в пространстве, навигации, терморегулирования и автономного контроля последовательности операций, система управления была оснащена дополнительным модулем, включавшем в себя передатчики, работавшее в 32-сантиметровом и метровом диапазонах длин волн, приемники 39-см и метрового диапазонов, и два магнитофона. Солнечные батареи заряжали кадмий-никелевые (NiCd) аккумуляторы емкостью 112 А-ч, которые питали космическую станцию постоянным током напряжением 14 В.
Аппаратура:
1. Факсимильная система фотосъемки.
2. Ультрафиолетовый спектрограф на диапазон 285-355 нм, вмонтированный в фотосистему.
3. Ультрафиолетовый спектрограф на диапазон 190-275 нм для обнаружения озона.
4. Инфракрасный спектрометр на диапазон 3-4 мкм для поиска органических соединений.
5. Газоразрядный и сцинтилляционный счетчики для обнаружения радиационных поясов Марса.
6. Радиационный детектор
7. Магнитометр.
8. Детектор микрометеоритов.
9. Детектор заряженных частиц.
... наибольшие изменения были внесены в аппаратуру фотосъемки и передачи изображения при пролете планеты. Масса аппаратуры была уменьшена от 32 до 6,5 кг при использовании 25,4-мм пленки, рассчитанной на 40 снимков. На «Зонде-2» было две таких фотокамеры, оборудованные 35-мм и 750-мм объективами. На «Зонде-3» была одна фотокамера с объективом 106,4 мм. Имелась возможность вести фотосъемку с выдержкой 1/100 с или 1/300 с, а снимки можно было получать и проявлять каждые 2,25 минуты. 25-мм пленку можно было многократно перематывать для сканирования с разрешением 550 или 1100 линий на кадр. Изображения записывались на магнитофоне, встроенном в электронику инфракрасного спектрометра. Использование 5-см импульсного передатчика и усовершенствованной системы модуляции позволили сократить время передачи изображений в четыре раза. В режиме высокого разрешения полученные фотокамерой изображения передавались со скоростью 550 пикселей/с, по 2 секунды на одну линию сканирования, и для передачи изображения 1100x1100 требовалось 34 минуты. При необходимости изображения можно было также передавать со значительно меньшей скоростью посредством непрерывного передатчика на волне 8 см. Ультрафиолетовый спектрометр работал в диапазоне 285-355 нм и был встроен в фотокамеру, что позволяло записывать его данные на три кадра пленки. Эти приборы находились внутри герметичного модуля пролетного аппарата и обзор обеспечивался тремя окнами — по одному на каждый объектив и спектрометр. Второй ультрафиолетовый спектрометр, работавший в диапазоне 190-275 нм, располагался снаружи и передавал данные в цифровом виде. Оптическая система инфракрасного спектрометра также монтировалась снаружи и была оснащена маленьким фотометром видимого диапазона, который обеспечивал опорный сигнал. У всех оптических приборов было узкое поле зрения.

18 июля 1965 года был успешно запущен «Зонд-3». Примерно через 33 часа началась передача изображений видимой стороны Луны с расстояния 11 570 км, которая продолжалась при облете обратной стороны в течение 68 минут при сближении с Луной до 9960 км. Ближайшая точка траектории отстояла от Луны на расстоянии 9 219 км. Всего было отснято 28 кадров, которые были переданы 29 июля, когда станция находилась на расстоянии 1,25 млн. км от Земли. Испытательный полет в дальний космос успешно продолжался, и 16 сентября на промежуточном участке траектории на расстоянии 12,5 млн. км была произведена коррекция курса с приданием аппарату скорости V = 50 м/с. Изображения передавались также с расстояния 2,2 млн. км, затем с расстояния 31,5 млн. км с целью тестирования системы связи. Последний сеанс связи состоялся 3 марта 1966 года, когда «Зонд-3» находился на расстоянии 153,5 млн. км, значительно превышающем радиус орбиты Марса.

Фото с КА «3онд-3»


Фотография невидимой стороны Луны, полученная станцией «3онд-3» 20 июля 1965 г.