|
Ежегодник 1967 г 3 февраля в 21 час 45 мин. 30 сек. по московскому времени впервые в истории науки была осуществлена мягкая посадка космического аппарата: автоматическая лунная станция (АЛС) «Луна-9» прилунилась в Океане Бурь, в районе точки с селенографическими координатами 7° 08' с. ш. и 64° 22' з. д. В течение трех дней (с 4 по 6 февраля) станцией регулярно передавались на Землю телевизионные изображения лунного ландшафта. Эти передачи дали ценный материал для исследования микроструктуры поверхности Луны. Конструкция автоматической станции (АС) «Луна-9» (рис. 6) включала: АЛС «Луна-9» (7), двигательную установку, отсек системы управления (2), аппаратуру (3, 4), установленную на корпусе станции, радиотелеметрическую слстему, радиовысотомер, антенно-фидерную систему, систему терморегулирования, энергопитания и бортовой автоматики. Аппаратура и агрегаты, необходимые только при полете к Луне, размещались в отделяемых перед торможением отсеках. Вес АС «Луна-9» - 1583 кг, АЛС - ок. 100 кг. Двигательная установка АС предназначалась для проведения коррекции траектории полета, торможения при подлете к Луне и стабилизации положения станции в пространстве при работе двигателя. Она состояла из жидкостного ракетного двигателя (5), сферического бака (7) с окислителем, торового бака с горючим (8) и управляющих двигателей (6). Двигатель и система подачи топлива обеспечивали двухразовое включение в невесомости и работу на двух режимах: при коррекции - с постоянной тягой и при торможении - с широким диапазоном регулирования тяги. Управляющие (верньерные) двигатели небольшой тяги создавали моменты, необходимые для сохранения ориентации станции в пространстве во время работы основного двигателя. Сферический бак - основа силовой конструкции аппарата, на которую закреплялись все системы и двигатель. Система ориентации осуществляла ориентацию двигателя в направлении, заданном с Земли, при проведении коррекции и ориентацию по лунной вертикали перед торможением. Она состояла из оптического блока, датчиков угловых скоростей, счетно-решающих и логических устройств. Исполнительными органами системы служили микродвигатели (9), работающие на сжатом газе, находящемся в баллонах (10). Перед включением двигателя система ориентации передавала свои функции системе, предназначенной для стабилизации станции в период работы двигателя и состоящей из гироскопических устройств. Одновременно с включением двигателя при выполнении коррекции начинал работать прибор, интегрировавший ускорение. Когда интеграл от ускорения (кажущаяся продольная скорость) достигал заданной величины, двигатель выключался. При торможении на посадку системе управления ставилась задача обеспечить не только расчетную результирующую скорость в конце торможения - интеграл от ускорения, но и изменение скорости по высоте с целью выхода на заданное расстояние от поверхности Луны. Регулирование тяги двигателя при торможении обеспечивалось системой управления двигателем. Управление процессами коррекции и торможения проводилось автономно бортовыми программно-временными и логическими устройствами. Исходные данные для них зависели от параметров действительной траектории. Они определялись на Земле и в виде кодированного сигнала передавались на борт станции. Включение двигателя на коррекцию производилось после выполнения заданной ориентации; включение двигательной установки при торможении происходило по сигналу от радиовысотомера (11) с узконаправленной параболической антенной (12), выдаваемому на заданной высоте (ок. 75 км) от поверхности Луны. Сеансы радиосвязи, предназначенные для траекторных измерений, передача телеметрической информации, прием на борту установочных данных осуществлялись по командам с Земли. После посадки АЛС управление могло вестись как по командам с Земли, так и от бортового программного устройства. Радиотелеметрические системы АС и АЛС обеспечивали передачу научной информации, контроль за работой аппаратуры и состоянием различных элементов конструкции. В качестве источников энергопитания были выбраны химические батареи. Тепловой режим станции и всех систем при полете к Луне обеспечивался соответствующим подбором окраски элементов конструкции и созданием определенного режима вращения станции относительно Солнца. Основные системы АЛС «Луна-9» находились внутри герметичного контейнера. Корпус лунной станции состоял из двух полуоболочек. Внутри корпуса была установлена рама с приемно-передающей аппаратурой, приборами командной радиолинии, электронными программно-временными устройствами, химическими батареями, приборами автоматики, научной и телеметрической аппаратурой. В нижней полуоболочке помещалась система терморегулирования, а в верхней - телевизионная система и счетчики космической радиации для исследования радиационных условий на поверхности Луны. На внешней стороне корпуса АЛС (рис. 7) устанавливались четыре лепестковые антенны (1), четыре штыревые антенны (2) с подвешенными на них эталонами яркости (3), три двугранных зеркала (4) и телевизионная камера (5), частично утопленная в корпусе (состояла из оптико-механического сканирующего устройства, близкого по своей конструкции к приборам механического телевидения или фототелеграфии). Камера позволяла различать детали микрорельефа размером 1,5-2 мм с расстояния 1,5 м. Дальность видимости на ровном участке лунной поверхности - ок. 1,5 км. Вертикальный угол зрения - 29°. Двугранные зеркала позволяли передавать стереоскопическое изображение шести узких участков лунной поверхности, а эталоны яркости, имеющие различную окраску с известными коэффициентами отражения, предназначаюсь для оценки альбедо лунных пород в районе посадки. АЛС вместе с посадочными устройствами была закреплена на отсеке системы управления АС. В момент, предшествующий касанию грунта, АЛС с системой амортизации отделилась от АС, а затем опустилась в стороне от точки, в которую падала двигательная установка. Сложенные лепестки-антенны придавали АЛС яйцевидную форму; ее центр тяжести располагался ближе к основанию. Благодаря этому лунная станция после отделения посадочных устройств приняла заданное положение на лунной поверхности - лепестками вверх. После раскрытия лепестков-антенн станция, штыревые антенны и зеркала были приведены в рабочее положение. Размеры АЛС: от основания до центра объектива телевизионной камеры - 58 см, высота со штыревыми антеннами - 112 см, диаметр описанной окружности по открытым лепесткам - 160 см.  Рис. 5. Часть панорамы лунной поверхности, переданная АЛС «Луна-9». Рис. 6. Автоматическая станция «Луна-9». Рис. 7. Автоматическая лунная станция «Луна-9». Рис. 8. Схема полета автоматической станции «Луна-9». Рис. 9. Схема полета автоматической станции «Луна-9» на участке торможения. Схема полета АС «Луна-9» включала четыре основных этапа (рис. 8): выведение на орбиту спутника Земли АС с ракетным блоком; запуск ракетного блока и перевод станции на траекторию полета к Луне; средний участок траектории, на котором выполнялась коррекция движения (1 февраля, 22 часа 29 мин.), обеспечившая встречу станции с поверхностью Луны в заданном районе; снижение с торможением и мягкая посадка на поверхность Луны (рис. 9). Для получения наиболее благоприятных условий фотографирования лунной поверхности и для обеспечения теплового режима АЛС посадка осуществлена в районе терминатора, когда Солнце находилось над местным горизонтом под углом ~ 3°. На основании данных наземных наблюдений выдвигались различные гипотезы о структуре и физико-химических свойствах лунной поверхности: гипотеза о пылевом покрове, о пемзовой или шлаковой структуре, о лавовых потоках базальтового типа и т. д. Из переданных АЛС фотографий видно (рис. 5): станция не погрузилась заметно в грунт, что свидетельствует о достаточной прочности пород поверхности Луны и отсутствии значительного слоя пыли. Поверхность более или менее ровная и, судя по линии горизонта, слабо волнистая. Основные элементы рельефа поверхности - впадины разного размера и камни. Эта поверхность, по-видимому, представляет собой излияния базальтовой лавы. Структура поверхности пород достаточно однообразна, что указывает на регулярность воздействующих факторов. Однако рельеф, показанный на фотографиях, может быть вторичного происхождения, возникший под влиянием различных процессов на поверхности Луны - например, значительного колебания температуры от +100° до - 150°С, воздействия ударов микрометеоритов, корпускулярного, рентгеновского и ультрафиолетового излучений, химических реакций. Результаты измерений, проводимых с помощью установленных на станции «Луна-9» газоразрядных счетчиков, показали, что на участке полета между Землей и Луной интенсивность излучения превышает интенсивность излучения на поверхности Луны в 1,58 раза. Когда АЛС находится на поверхности, Луна экранирует счетчик излучения практически в половине телесного угла, и при отсутствии добавочного излучения уменьшение должно бы быть в два раза. Наблюдаемое избыточное излучение, составляющее 26% от половины интенсивности первичных космических лучей, обусловлено радиоактивностью лунной поверхности и вторичными частицами (частицами альбедо Луны), образованными первичными при взаимодействии с поверхностью и летящими в направлении от Луны. Большую часть добавочного излучения составляют частицы альбедо Луны, поэтому наиболее вероятная оценка величины радиоактивности лунной поверхности приводит к значениям радиоактивности на Луне, близким к значениям радиоактивности на Земле. |
|
Маров: К центральному цилиндру крепилась навигационная система, состоявшая из двух отсеков. В одном из них находились двигатели малой тяги для ориентации на трассе полета Земля-Луна и радиолокационный высотомер для запуска и управления последовательностью команд на участке прилунения. В другом отсеке находились датчики системы управления для определения и контроля положения аппарата в пространстве. Оба модуля отделялись после того, как высотомер запускал процесс посадки. Посадочный аппарат был установлен в верхней части конструкции. В отличие от своих планетных аналогов, лунные станции не оснащались солнечными батареями, поскольку время полета орбитального модуля и время нахождения посадочного аппарата на поверхности было достаточно коротким, так что аккумуляторы не требовали подзарядки. Новая автономная система управления И-100, разработанная для Е-6, управляла не только самой космической станцией, но также обеспечивала управление положением в пространстве и включением третьей и четвертой ступеней ракеты-носителя. Такая схема существенно экономила вес за счет исключения собственных систем управления третьей и четвертой ступеней со всеми необходимыми кабелями и преобразователями. Однако такой не традиционный и недостаточно апробированный подход вызвал в дальнейшем сбои при управлении ракетой-носителем, ставшие причиной девяти из десяти аварийных пусков. Посадочный аппарат представлял собой 105-килограммовую герметичную сферу, находившуюся внутри двух полусферических подушек безопасности в виде воздушных мешков, служивших амортизаторами при посадке. Внутри посадочного аппарата находились система связи, программно-временное устройство, система терморегулирования, аккумуляторы и научные приборы, включая телевизионную систему. После прилунения раскрывались четыре лепестка, образующие верхнюю полусферу посадочного модуля, и четыре 75-см антенны. Аккумуляторы были рассчитаны на 5 часов работы в течение 4 дней, циклограмма работы управлялась программно-временным устройством или командами с Земли. Центр масс посадочного аппарата был смещен книзу относительно геометрического центра, чтобы обеспечить необходимую центровку аппарата на поверхности на момент раскрытия лепестков. Идея использования воздушных подушек безопасности для посадки и шарнирного соединения лепестков для обеспечения вертикального положения на поверхности была исключительно умным инженерным решением, но она не была запатентована, и американцы использовали ее для посадочного аппарата пирамидальной формы «Марс-Пасфайндер» (Mars Pathfinder) в программе исследования Марса в 1996 году. Последовательность команд при посадке включалась при непосредственном сближении с выбранным районом посадки на Луне на высоте 8 300 км. Двигатели управления ориентацией стабилизировали станцию, прекращая ее вращение и выравнивая по лунной вертикали. На высоте от 70 до 75 км включался радиолокационный высотомер, по сигналам от которого происходило отделение навигационных блоков, надувались подушки безопасности до давления 1 бар и включался главный двигатель. В этот момент скорость станции относительно Луны составляла примерно 2 630 м/с. Двигатель отключался на высоте 250-265 м, после чего включались четыре вспомогательных двигателя малой тяги, установленные на кронштейнах, для завершения спуска и мягкой посадки. В тот момент, когда 5-метровая вертикальная штанга касалась поверхности, посадочная капсула отстреливалась в вертикальном направлении, что позволяло снизить ее скорость прилунения до 15 м/с. Воздушные подушки безопасности должны были смягчить удар. Спустя четыре минуты после посадки подушки безопасности разделялись по соединительному шву, чтобы освободить станцию. Еще минутой позже раскрывались четыре подпружиненных лепестка, образующие верхнюю полусферу посадочного аппарата, и антенны Районы посадки, доступные для данного типа космической станции, были сильно ограничены из-за того, что на конечном участке траектории ее нужно было ориентировать строго перпендикулярно лунной поверхности, с тем чтобы направить полную тягу тормозного двигателя вертикально вниз. Система управления посадочного аппарата не была рассчитана на то, чтобы гасить поперечные компоненты скорости. На практике границы доступных областей изменялись в некоторых пределах по западной долготе и широте в зависимости от времени года. Полезная нагрузка посадочного модуля 1. Панорамная фотокамера. 2. Радиационный детектор. 9.1. Серия лунных посадочных аппаратов Е-6: 1963-1965 годы 163 Фотокамера весила 3,6 кг и потребляла 15 Вт. Она представляла собой фотометр, находившийся внутри герметичного стеклянного цилиндра и направленного в зенит. Для сканирования панорамы поверхности по горизонтали и вертикали использовалось поворотное зеркало с изменяемым углом наклона. Фотокамера могла сделать полный 360-градусный панорамный снимок за один час с разрешением по местности 5,5 мм на расстоянии 1,5 м. Три маленьких пространственно разнесенных зеркал двугранной формы обеспечивали трехмерный обзор на поверхности в узких полосах. На четырех штыревых антеннах были установлены калибровочные мишени, которые одновременно обеспечивали измерение наклона посадочного модуля относительно поверхности. Радиационный детектор представлял собой миниатюрный газоразрядный счетчик Гейгера.   Стартовав 31 января 1966 года, космическая станция «Луна-9» безупречно преодолела пространство между Землей и Луной, совершила маневр торможения и отделила спускаемый аппарат в виде сферической капсулы, которая упала на поверхность и покатилась, пока не остановилась. Это произошло 3 февраля в 18:45:04 по Гринвичу на 7,08° с. ш. и 295,63° в. д. в Океане Бурь. После раскрытия четырех лепестков и стабилизации капсулы была отдана команда на выпуск зачекованных подпружиненных антенн, одна из которых не сработала. Спустя пять минут после посадки была активирована телекамера для передачи первых поверхностных пейзажей Луны. В этот момент Солнце возвышалось над горизонтом всего на 3,5°, и значительная часть поверхности находилась в тени. По иронии времен холодной войны первое изображение, полученное «Луной-9», опубликовали британцы, воспользовавшиеся радиотелескопом Джодрелл Бэнк для радиоперехвата и распознавшими сигнал факсимильной передачи. И хотя Советский Союз сам же опубликовал соответствующие частоты и привлек к участию обсерваторию Джодрелл Бэнк для страховки приема сигнала, сам факт, что сенсационная новость о выдающемся советском достижении оказалась раньше опубликованной в мировой прессе, по понятным причинам был воспринят крайне негативно. Не менее досадным было то обстоятельство, что, не зная истинного аспектного соотношения, британцы опубликовали изображение в искаженном виде. Радиосигнал с Луны перехватила также разведывательная станция в Асмаре, Эфиопия, но в те времена об этом событии никак не сообщалось. «Луна-9» остановилась у края кратера диаметром 25 метров и оказалась расположенной под наклоном 15° к местной вертикали. На протяжении последующих нескольких часов, когда за счет оседания угол наклона достиг 22,5°, производилась съемка стереоизображений близлежащих областей лунной поверхности. Было проведено свыше семи сеансов связи общей продолжительностью 8 часов 5 минут и передано четыре панорамных снимка, последний из которых был снят, когда Солнце взошло над горизонтом на 40°. Последний сеанс состоялся 6 февраля в 22:55 по Всемирному времени, когда сели аккумуляторы. |
