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.
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" 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-3
"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-4
"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-9
"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-10
"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-11
"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-12
"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-13
"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-15
"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-16
"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.
Луна-17
"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.
"Луноход-1"
"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-19"
"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" .
"Луна-21"
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.
"Луноход-2"
"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.
"Луна-24"
От запуска первого спутника Земли до начала исследования Луны космическими аппаратами прошёл срок меньше полутора лет. И в этом нет ничего удивительного так как Луна является ближайшим к Земле объектом и весьма необычным для Солнечной системы объектом: соотношение масс Земля/Луна превосходит все остальные спутники планет и составляет 81/1 – ближайший таким показателем является всего лишь 4226/1 у связки Сатурн/Титан.
За счёт того что вулканическая активность на Луне быстро сошла на нет (из-за её относительно малой массы) её поверхность является очень древней и оценивается в почти 4,5 млрд лет, а отсутствие атмосферы приводит к накапливанию на поверхности метеоритов возраст и состав которых может достигать и даже превосходить возраст самой Солнечной системы. Всё это, помимо самой близости к нам Луны, вызывало активный научный интерес у людей и желание её исследовать: общее число космических аппаратов отправленных для её исследования (включая не удавшиеся миссии) уже переваливает за 90 штук. И именно обо всём их разнообразии и пойдёт сегодня речь.
Первые шаги
Первые исследования Луны начинались довольно плохо как у СССР, так и у США: даже частично успешными являлись только четвёртые из серии запускаемых к Луне аппаратов (Луна-1 и Пионер-3 соответственно). Это было не удивительно так как исследования Луны стартовали в момент когда и у них, и у нас было на счету по паре успешных запусков спутников так что об условиях открытого космоса было известно очень мало. Добавив к этому ограниченные технические сложности не позволявшие в то время напичкать космические аппараты кучами датчиков как это можно сделать сейчас (так что о причинах аварии можно было порою только гадать) - и можно себе представить в каких условиях приходилось порою работать конструкторам космических аппаратов.Обсуждение неудачи станции «Луна-8» из книги «Королёв: факты и мифы» Я. К. Голованова - журналиста, чуть не ставшего космонавтом:
Первый искусственный спутник Земли (слева), и станция Луна-1 (справа)
Та же шарообразная форма, те же четыре антенны… но на самом деле между этими двумя спутниками было мало общего: Спутник-1 имел только радиопередатчик в то время как на Луне-1 уже было установлено несколько научных приборов. С помощью них впервые было установлено что Луна не имеет магнитного поля и впервые был зафиксирован солнечный ветер. Также в ходе её полёта был проведён эксперимент по созданию искусственной кометы: на расстоянии около 120 тыс. км от Земли из станции было выпущено облако паров натрия весом около 1 кг которое фиксировалось как объект 6-й звёздной величины .
Станция Луна-1 в сборе с блоком «Е» - третьей ступенью ракета-носителя «Восток-Л», с помощью которого также были выведены станции Луна-2 и Луна-3.
Фильм, посвящённый станции Луна-1
Изначально Луну-1 предполагалось разбить об её поверхность, однако в ходе подготовки полёта не было учтено запаздывание сигнала от ЦУПа до аппарата (в то время применялось радиокомандное управление с земли) и сработавшие чуть позже необходимого двигатели привели к промаху в 6 тыс. км - что ж, «rocket science» никогда не была простым делом…
3 марта 1959 года по такой же пролётной траектории с набором второй космической скорости был отправлен американский аппарат Пионер-4 . Его целью было изучение Луны с пролётной траектории, но промах в целых 60 тыс. км привёл к тому что фотоэлектрический датчик не смог зафиксировать Луну и провести её фотографирование не получилось, однако счётчик Гейгера установил что лунные окрестности не отличаются уровнем радиации от межпланетной среды.
Сборка аппарата Пионер-3 - полного аналога Пионера-4
12 сентября 1959 года был осуществлён запуск станции Луна-2. Для неё кроме попадания в Луну была поставлена дополнительная задача - доставить на Луну вымпел СССР. К тому моменту ещё не были готовы системы ориентации и коррекции орбиты, поэтому удар предполагался серьёзным - со скоростью более 3 км/с. Разработчики аппарата пошли на две технические хитрости: 1)вымпелы размещались на поверхности двух шаров диаметром около 10 и 15 см:
При «касании» Луны заряд взрывчатки внутри этих шаров детонировал, что позволяло части из вымпелов погасить скорость относительно Луны.
2) Другое решение предусматривало использование алюминиевой ленты длиной 25 см на которой были нанесены надписи. Сама лента помещалась в прочный корпус заполненный жидкостью с плотностью как у ленты, а уже этот корпус в свою очередь помещался в менее прочный. В момент удара внешний корпус сминался и гасил энергию удара. Жидкость служила дополнительным амортизатором и позволяла быть уверенными в сохранности ленты. Вся эта конструкция размещалась на третьей ступени ракеты выводившей станцию на траекторию отлёта к Луне. Факт попадания в Луну станции и последней ступени был зафиксирован, но о том сколь хорошо сохранились вымпелы - ничего не известно. Возможно в будущем экспедиция историков космонавтики сможет ответить на этот вопрос.
К 7 октября 1959 года были получены первые снимки обратной стороны Луны с помощью станции Луна-3 , стартовавшей 4 октября как и все остальные миссии программы «Луна» с Байконура. Она весила 287 килограммов и на ней уже была установлена полноценная система ориентации по Солнцу и Луне обеспечивающая точность в 0,5 градуса при съёмке. Станция впервые использовала гравитационный манёвр:
Траектория полёта станции Луна-3 - эта траектория была рассчитана при руководстве Келдыша для того чтобы обеспечить пролёт станции над территорией СССР когда она будет возвращаться к Земле. Следующий гравитационный манёвр выполнит только Маринер-10 пролетая вблизи Венеры 5 февраля 1974 года.
Интересен был способ с помощью которого осуществлялась съёмка: сначала снимки делались с помощью фотоаппаратуры, затем плёнка проявлялась и оцифровывалась с помощью камеры бегущего луча, после чего уже передавалась на Землю. Чтобы избежать риска выхода аппарата из строя до возврата к Земле (полёт к Луне и обратно занимал более недели) было предусмотрено два режима связи: медленный (когда аппарат находился у Луны, вдалеке от принимающей станции) и быстрый (для связи в моменты когда аппарат пролетал над СССР). Решение дублировать системы связи оказалось абсолютно правильным - станция смогла передать только 17 из сделанных ею 29 снимков, после чего связь с ней прервалась и восстановить её уже не получилось.
Первая в мире фотография обратной стороны Луны. Фотография была посредственного качества из-за помех при передаче сигнала. Но последующие фотографии были уже намного лучше:
В итоге с помощью этих 17 снимков удалось построить довольно подробную карту:
Фотографии видимой стороны Луны в высоком разрешении были получены Рейнджером-7 запущенным 28 июля 1964. Так как это являлось единственной целью данного аппарата, для неё на борту было установлено целых 6 телевизионных камер, которые за последние 17 минут полёта перед столкновением успели передать 4300 снимков Луны.
Процесс приближения к Луне (видео ускорено)
Съёмка велась вплоть до самого столкновения, но из-за высокой скорости станции относительно Луны последнее изображение была сделано с высоты примерно 488 метров и было передано не до конца:
С точно такой же целью были запущены Рейнджер-8 и Рейнджер-9 (17 февраля и 21 марта 1965 года соответственно).
Более качественные снимки обратной стороны Луны были получены станцией Зонд-3 запущенной 18 июля 1965 года. Изначально эта станция готовилась вместе с Зондом-2 для полёта к Марсу, но из-за проблем стартовое окно было упущено и Зонд-3 отправился в облёт Луны. Для тестирования новой системы связи фотографии полученные станцией передавались на Землю по несколько раз.
Фотография полученная Зондом-3
Мягкая посадка и доставка грунта
Задача мягкой посадки на Луну была намного более сложной и после была осуществлена только 3 февраля 1966 года станцией Луна-9 стартовавшей 31 января. Аппарат имел довольно сложную конструкцию:
По причине того что о поверхности Луны не было ничего известно, процесс посадки был довольно замысловатым:
Сложность системы посадки не прошла бесследно: от садящейся станции в 1,5 тонны оставалась АЛС всего в 100 кг весом, которая на поверхности выглядела примерно так:
Так как освещённость на Луне меняется крайне медленно (Луна относительно Солнца поворачивается всего на 1° за 2 часа) было решено использовать оптико-механическую систему съёмки которая была намного надёжнее, легче и потребляла меньше энергии. Её медленная скорость работы оказывалась даже положительным фактором - для передачи данных было достаточно медленного канала связи, так АЛС могла обойтись ненаправленными антеннами.
Первая фотография лунной поверхности представляла собой круговую панораму с разрешением в 500 на 6000 пикселей для съёмки одной фотографии требовалось 100 минут. Телевизионная камера имела угол зрения 29° по вертикали, в дополнение к чему конструкцией аппарата было предусмотрено его наклонение на 16° относительно вертикали местности - для того чтобы можно она могла захватить и дальнюю панораму, и близлежащий микрорельеф поверхности:
По клику полная панорама Луны. Дополнительные фотографии устройства станции можно увидеть , а сама камера ведущая съёмку выглядела так:
В данный момент энтузиасты из NASA собираются искать перелётный блок и остатки надувного амортизатора станции с помощью фотографий LRO (сам аппарат слишком мал для того чтобы его можно заметить - на снимках LRO он должен бы выглядеть как 2*2 пикселя).
Американцам удалось посадить спускаемый аппарат Сервейер-1 к 2 июня (спустя 4 месяца после нашей станции). На нём было установлено множество датчиков:
Аппарат сам осуществлял посадку с перелётной траектории поэтому на нём были установлены приборы для этой цели: основной двигатель (сбрасывался на высоте 10 км), рулевые двигатели и высотомер/датчик скорости. Посадочные опоры выполнялись из алюминиевых сот для смягчения удара при прилунении. Среди целевого оборудования аппаратов были телекамера, датчик для анализа отражённого от поверхности света (для определения химического состава грунта) и датчики для определения температуры поверхности. Начиная с третьего аппарата устанавливался также пробоотборник которым делались траншеи для определения свойств грунта. Из 7 отправленных на Луну Сервейеров до февраля 1968 года два разбились в процессе торможения у Луны, а 5 остальных сели и выполнили свои задачи по исследованию Луны.
31 марта 1966 года была запущена станция Луна-10 которая к 3 апреля впервые в истории вышла на орбиту нашего спутника. Она имела гамма-спектрометр, магнитометр, детектор метеоритов, прибор для исследования солнечного ветра и инфракрасного излучения Луны. Так же проводились исследования гравитационных аномалий Луны (масконов). Общая продолжительность миссии составила около 3 месяцев. С той же целью были запущены станции Луна-11 и Луна-12 (24 августа и 22 октября соответственно).
Общий вид станции с перелётной ступенью и её конструкция. Данная перелётная ступень также использовалась в станциях с Луна-4 по Луна-9 включительно.
С 10 августа 1966 года к Луне были отправлены пять аппаратов серии «Лунар орбитер». Как и советские станции они использовали для съёмок фотоплёнку. Так как они запускались уже в рамках подготовки программы «Аполлон» - картография Луны в первую очередь включала в себя снимки будущих мест посадки Лунных модулей . Время их работы составляло менее двух недель, снимки имели разрешение до 20 метров и покрывали 99% всей лунной поверхности, а для 36 потенциальных мест посадки были сделаны снимки с разрешением в 2 метра.
Сам аппарат был довольно большим: при общем весе конструкции всего в 385,6 кг размах солнечных батарей имел 3,72 метра, а направленная антенна имела 1,32 метра в диаметре. Фотоаппаратура имела два объектива для одновременных широкоугольных снимков и снимков в высоком разрешении. Эта система разрабатывалась фирмой Kodak на основе систем оптической разведки самолётов U-2 и SR-71 .
Дополнительно они имели детекторы микрометеоритов и радиомаяк для измерения гравитационных условий вблизи Луны (с помощью которого также были замечены масконы). Они угрожали безопасности астронавтов, так как посадка без их учёта по расчётам могла привести к отклонению в 2 км вместо штатных 200 м. Кропотливое исследование орбит аппаратов позволило измерить влияние масконов и повысить точность посадки - уже Аполлон-12 смог сесть с отклонением всего в 163 метра от своей цели.
19 июля 1967 года параллельно с программами «Сервейер» и «Лунар орбитер» был запущен аппарат Эксплорер-35 который проработал на орбите Луны целых 6 лет - вплоть до 24 июня 1973 года. Аппарат был предназначен для исследования магнитного поля, состава поверхностных слоёв Луны (по отражённому электромагнитному сигналу), регистрации ионизирующих частиц, измерению характеристик микрометеоритов (по скорости, направлению и вращательному моменту) а также исследования солнечного ветра.
Следующим советским аппаратом направленным к Луне был Зонд-5 запущенный 15 сентября 1968 года. Аппарат представлял из себя корабль «Союз 7К-Л1» запускаемый ракета-носителем «Протон» и предназначался для облёта Луны. Кроме тестирования самого корабля у него была и научная цель: на нём летели первые живые существа совершившие облёт Луны за 3 месяца до Аполлона-8 - это были две черепахи, дрозофилы, а также несколько видов растений. После облёта Луны спускаемый аппарат приводнился в водах Индийского океана:
Не считая проблем с перегрузками при посадке полёт прошёл нормально, так что следующий аппарат Зонд-6 (запущенный 10 ноября 1968 года) садился уже не в море а в штатный район посадки на территории СССР. Н к сожалению он потерпел аварию на этапе спуска на парашютах: они были отстрелены на высоте около 5 км вместо расчётного момента прямо перед касанием земли и все биологические объекты на борту (которые отправляли в облёт Луны и в этом полёте) погибли. Однако плёнка с чёрно-белыми и цветными фотографиями Луны сохранилась.
Были произведены ещё два удачных запуска этого корабля: Зонд-7 и Зонд 8 (8 августа 1969 и 20 октября 1970 года соответственно) с успешными возвращениями спускаемых аппаратов.
13 июля 1969 года (за три дня до старта Аполлона-11) была запущена станция Луна-15 которая должна была доставить образцы лунного грунта на Землю до того как это должны были успеть сделать американцы. Однако в процессе торможения у Луны с ней была потеряна связь. В итоге первой автоматической станцией доставившей образцы лунного грунта стала Луна-16 запущенная 12 сентября 1970 года:
20 сентября посадочный аппарат весом в 1880 килограмм достигла поверхности Луны. Образец был получен с помощью дрели которая в течении 7 минут достигла 35 см глубины и забрала 101 грамм лунного грунта. Затем возвращаемый аппарат весом 512 кг стартовал с Луны и уже 24 сентября образцы на 35-килограммовом спускаемом аппарате приземлились на территории Казахстана.
Так же, с целями доставки лунного грунта были отправлены станции Луна-20 и Луна 24 (стартовавшие 14 февраля 1972 и 9 августа 1976 года, доставившие по 30 и 170 граммов грунта соответственно). Луне-24 удалось получить пробы грунта с глубины 1,6 м. Небольшая порция лунного грунта была передана NASA в декабре 1976 года. Станция Луна-24 стала последним на последующие 37 лет аппаратом осуществившим мягкую посадку на Луну - вплоть до посадки китайского «Нефритового зайца» .
Луноходы и финал первого этапа исследований
Стартовавшей 10 ноября 1970 года станцией Луна-17 был доставлен первый в мире планетоход: «Луноход-1» который проработал на поверхности 301 день. На нём были установлены две телекамеры, 4 телефотометра, рентгеновский спектрометр и рентгеновский телескоп, одометр-пенетрометр, детектор радиации и лазерный рефлектор.
За время своей работы он проехал более 10 км, передал на землю около 25 тыс. фотографий, было произведено 537 измерений физико-механических свойств лунного грунта, и 25 раз - химических.
Пульт дистанционного управления Луноходом
8 января 1973 года был запущен Луноход-2 который имел туже конструкцию. Не смотря на поломку системы навигации ему удалось проехать больше 42 км что являлось рекордом для планетоходов вплоть до 2015 года, когда этот рекорд был побит марсоходом «Оппортьюнити». Полёт Лунохода-3 запланированный на 1977 год - к сожалению был отменён.
Фотографии Лунохода-3 в музее НПО имени С. А. Лавочкина
3 октября 1971 года на орбиту Луны ракетой «Протон-К» была выведена автоматическая межпланетная станция Луна-19, которая проработала 388 дней. Её вес составлял 5,6 тонн и она была построена на базе конструкции предыдущей станции Луна-17:
В состав научной аппаратуры входил дозиметр, радиометрическая лаборатория, магнитометр установленный на 2 метровой штанге, аппаратура для определения плотности метеоритного вещества а также камеры для съёмки поверхности Луны. Одной из основных задач аппарата было изучение масконов . Из-за отказа системы управления и выхода на не расчётную орбиту от задачи картографии Луны решено было отказаться. В ходе полёта были получены дополнительные данные о магнитном поле Луны и установлено что плотность метеоритных частиц вблизи Луны не отличается от их концентрации в диапазоне 0,8-1,2 а.е. от Солнца.
29 мая 1974 года был осуществлён запуск станции Луна-22 с той же научной программой, станция проработала 521 день. Эти станции позволили уточнить гравитационные поля Луны, и упростить посадку станциям Луна-20 и Луна-24 для отбора грунта.
Исследования Луны имеют длинную историю. Они начались еще до нашей эры, когда Гиппарх изучал движение Луны по звёздному небу, определил наклон лунной орбиты относительно эклиптики, размеры Луны и расстояние от Земли, а также выявил ряд особенностей движения.
С середины XIX века, в связи с открытием фотографии, начался новый этап исследования Луны: появилась возможность более детально анализировать поверхность Луны по подробным фотографиям (Уоррен де ла Рю и Льюис Резерфорд). В 1881 г. Пьер Жансен составил детальный «Фотографический атлас Луны».
В XX веке началась космическая эра, знания о Луне значительно расширились. Стал известен состав лунного грунта, учёные получили его образцы, составлена карта обратной стороны.
Изучение Луны автоматическими аппаратами
Впервые Луны достиг советский космический корабль «Луна-2» 13 сентября 1959 года. А впервые заглянуть на обратную сторону Луны удалось в 1959 г., когда советская станция «Луна-3» пролетела над ней и сфотографировала невидимую с Земли часть её поверхности. Ученые считают, что обратная сторона Луны представляет собой идеальное место для астрономической обсерватории. Оптические телескопы, размещенные здесь, не пробивались бы сквозь плотную земную атмосферу. А для радиотелескопов Луна послужила бы естественным щитом из твёрдых горных пород толщиной 3500 км, который надёжно прикрыл бы их от любых радиопомех с Земли.
Во второй половине XX века США начали активно готовиться к высадке на Луну. Но для подготовки к пилотируемому полёту НАСА запланировало несколько космических программ: «Рейнджер» (фотографирование ее поверхности), «Сервейер » (мягкая посадка и съёмки местности) и «Лунар орбитер» (детальное изображение поверхности Луны). В 1965-1966 гг. НАСА осуществил проект MOON-BLINK по исследованию необычных явлений (аномалий) на поверхности Луны . "Сервейры" 3,4 и 7 были укомплектованы ковшом-захватом для зачерпывания грунта.
СССР проводил исследования на поверхности Луны с помощью двух радиоуправляемых самоходных аппаратов, «Луноход-1», запущенный к Луне в ноябре 1970 г., и «Луноход-2» - в январе 1973 г. «Луноход-1» работал 10,5 земных месяцев, «Луноход-2» - 4,5 земных месяцев (то есть 5 лунных дней и 4 лунные ночи). Оба аппарата собрали и передали на Землю большое количество данных о лунном грунте и множество фотоснимков деталей и панорам лунного рельефа.
«Луноход-1»
«Лунохо́д-1» - первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности Луны. Принадлежит к серии советских дистанционно-управляемых самоходных аппаратов «Луноход» для исследования Луны, проработал на Луне одиннадцать лунных дней (10,5 земных месяцев).
«Луноход-1» был оборудован:
- двумя телекамерами (одна резервная), четырьмя панорамными телефотометрами;
- рентгеновским флуоресцентным спектрометром РИФМА;
- рентгеновским телескопом РТ-1;
- одометр-пенетрометром ПрОП;
- детектором радиации РВ-2Н;
- лазерным рефлектором ТЛ.
Автоматическая межпланетная станция «Луна-17» с «Луноходом-1» стартовала 10 ноября 1970 г. и вышла на орбиту искусственного спутника Луны, а 17 ноября 1970 г. станция благополучно прилунилась в Море Дождей, и «Луноход-1» съехал на лунный грунт.
За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 м 2 , передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Максимальная скорость движения составила 2 км/час. В 25 точках лунного грунта проведён его химический анализ. На «Луноходе-1» был установлен уголковый отражатель, с помощью которого ставились эксперименты по точному определению расстояния до Луны.
«Луноход-2»
«Лунохо́д-2» - второй из серии советских лунных дистанционно-управляемых самоходных аппаратов-планетоходов. Был предназначен для изучения механических свойств лунной поверхности, фотосъёмки и телесъёмки Луны, проведения экспериментов с наземным лазерным дальномером, наблюдений за солнечным излучением и прочих исследований.
15 января 1973 г. доставлен на Луну автоматической межпланетной станцией «Луна-21». Посадка произошла в 172 километрах от места прилунения «Аполлона-17». Система навигации «Лунохода-2» оказалась повреждена и наземный экипаж лунохода ориентировался по окружающей обстановке и Солнцу. Несмотря на это, аппарат преодолел бо́льшее расстояние, чем «Луна-1», так как был внедрён ряд нововведений, например, третья видеокамера на высоте человеческого роста.
За четыре месяца работы прошёл 37 километров, передал на Землю 86 панорам и около 80 000 кадров телесъёмки, но его дальнейшей работе помешал перегрев аппаратуры внутри корпуса. Официально работа «Лунохода-2» прекращена 4 июня 1973 г.
Космическая программа «Луна» была свернута в СССР в 1977 г. Запуск «Лунохода-3» был отменен.
В августе 1976 г. советская станция «Луна-24» доставила на Землю образцы лунного грунта, японский спутник «Hiten» полетел к Луне лишь в 1990 г. Далее были запущены два американских космических аппарата - «Clementine» в 1994 г. и «Lunar Prospector» в 1998 г.
«Клементина»
«Клементина» - объединённая миссия Командования воздушно-космической обороны Северной Америки и НАСА по испытанию военных технологий и параллельного произведения детальной фотосъемки поверхности Луны.
Зонд «Clementine» передал на Землю около 1,8 млн. снимков поверхности Луны в чёрно-белом изображении. «Клементина» - первый зонд, передавший научную информацию, подтверждающую гипотезу о наличии воды на полюсах Луны. Это очень важное открытие, что вода в твёрдом состоянии, присутствует на Луне. Жидкая вода не может находиться на лунной поверхности, так как она испаряется под воздействием солнечного света и затем рассеивается в космическом пространстве. Но еще с 1960-х годов существует гипотеза, о том, что водный лёд сохраняется в кратерах Луны, куда не могут проникать лучи Солнца или же залегает на большой глубине. И вот она подтверждена. В чем важность этого открытия? Лунные ледники могут обеспечить водой первых колонистов, при этом на Луне возможно появление растительности.
«Lunar Prospector»
«Lunar Prospector» - а мериканская автоматическая межпланетная станция для исследования Луны, созданная в рамках программы НАСА «Discovery». Запущена 7 января 1998 г. Завершила работу 31 июля 1999 г.
АМС « Lunar Prospector» предназначена для глобальной съёмки элементного состава поверхности Луны, исследования её гравитационного поля и внутреннего строения, магнитного поля и выделения летучих веществ. «Lunar Prospector’у» предстояло дополнить и уточнить изыскания «Клементины», а главное - проверить наличие льда.
«Lunar Prospector» был запущен 7 января 1998 года на ракете-носителе Athena-2. В течение 1998 года были решены большинство научных задач, ради которых запускался аппарат: уточнён возможный объём льда на южном полюсе Луны, его содержание в грунте учёные оценили как 1-10 % и ещё более сильный сигнал указывает на наличие льда на северном полюсе. На обратной стороне Луны магнитометром были обнаружены сравнительно мощные локальные магнитые поля, которые сформировали 2 небольшие магнитосферы диаметром около 200 км. По возмущениям в движении аппарата было обнаружено 7 новых масконов (регион литосферы планеты или естественного спутника, вызывающий положительные гравитационные аномалии).
Также была проведена первая глобальная спектрометрическая съемка в гамма-лучах, по итогам которой были составлены карты распределения титана, железа, алюминия, калия, кальция, кремния, магния, кислорода, урана, редкоземельных элементов и фосфора, создана модель гравитационного поля Луны, что позволяет очень точно рассчитывать орбиту спутников Луны.
В 1999 г. АМС закончила свою работу.
Автоматические исследования Луны в XXI веке
После окончания советской космической программы «Луна» и американской «Аполлон» исследования Луны с помощью космических аппаратов были практически прекращены.
Но в начале XXI века Китай начал свою программу освоения Луны. Она включает: доставку лунохода и отправку грунта на Землю, затем экспедицию на Луну и постройку обитаемых лунных баз. Остальные космические державы, конечно, не могли промолчать и снова развернули свои лунные программы. О планах будущих лунных экспедиций заявили Россия, Европа, Индия, Япония. Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 г. запустило свою первую автоматическую межпланетную станцию (АМС) «Смарт-1». 14 сентября 2007 г. Япония запустила вторую АМС для исследования Луны «Кагуя». А 24 октября 2007 г. в лунную гонку вступила и КНР - был запущен первый китайский спутник Луны «Чанъэ-1». С помощью этой и следующей станций учёные создают объёмную карту лунной поверхности, что в будущем может поспособствовать амбициозному проекту колонизации Луны. 22 октября 2008 г. была запущена первая индийская АМС «Чандраян-1». В 2010 г. Китай запустил вторую АМС «Чанъэ-2».
В 2009 г. НАСА были запущены лунные орбитальные зонды- Lunar Reconnaissance Orbiter и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite для сбора информации о лунной поверхности, поиска воды и подходящих мест для будущих лунных экспедиций. 9 октября 2009 г. космический аппарат LCROSS и разгонный блок «Центавр» совершили запланированное падение на поверхность Луны в кратер Кабеус , расположенный примерно в 100 км от южного полюса Луны, а потому постоянно находящийся в глубокой тени. 13 ноября НАСА сообщило о том, что с помощью этого эксперимента на Луне обнаружена вода.
К изучению Луны приступают частные компании. Был объявлен всемирный конкурс Google Lunar X PRIZE по созданию небольшого лунохода. В конкурсе участвуют несколько команд из разных стран, в том числе российская «Селеноход». Существуют планы по организации космического туризма с полётами вокруг Луны на российских кораблях - сначала на модернизированных «Союзах», а затем на разрабатываемых перспективных универсальных ПТКНП «Русь».
США собираются продолжать исследования Луны автоматическими станциями «GRAIL» (запущена в 2011 г.), «LADEE» (планируемой к запуску в 2013 г.) и др. Китай планирует запуск своей первой посадочной АМС «Чанъэ-3» в 2013 г., а затем лунохода к 2015 г. и АМС, возвращающей лунный грунт, к 2017 г. и строительства лунной базы к 2050 г. Япония объявила о будущих исследованиях Луны роботами. Индия планирует миссию в 2017 г. своего орбитального аппарата «Чандраян-2» и небольшого лунохода, доставляемого российской АМС «Луна-Ресурс», и дальнейшие исследования Луны вплоть до пилотируемых экспедиций. Россия сначала запускает многоэтапную программу исследования Луны автоматическими станциями «Луна-Глоб» в 2015 г., «Луна-Ресурс-2» и «Луна-Ресурс-3» с луноходами в 2020 и 2022 гг., «Луна-Ресурс-4» по возврату собранного луноходами грунта в 2023 г., а затем планирует пилотируемые экспедиции в 2030-х гг.
Ученые не исключают, что на Луне может находиться не только серебро, ртуть и спирты, но и прочие химические элементы и соединения. Водяной лёд, молекулярный водород указывают на то, что на Луне действительно есть ресурсы, которые могут быть использованы в будущих миссиях. Анализ топографических данных, присланных аппаратом LRO, и гравитационные измерения «Кагуя» показали, что толщина коры на обратной стороне Луны не постоянна и меняется с широтой места. Самые толстые участки коры соответствуют наибольшим возвышенностям, что характерно и для Земли, а самые тонкие обнаружены в приполярных широтах.
Вся эта вновь открытая лунная гонка связана с возможностью колонизации Луны. Что это значит?
Колонизация Луны
Под колонизацией Луны понимают заселение Луны человеком. Сейчас это не вымысел фантастических произведений, а реальные планы по строительству на Луне обитаемых баз. Бурное развитие космической техники позволяет надеяться, что колонизация космоса - вполне достижимая цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские программы «Луна» и «Луноход» и американская программа «Аполлон» продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну, они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов, необходимых для жизни на Луне.
Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля-Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории. Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми: железом, алюминием, титаном; в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита, найдены залежи водяного льда. Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, литейного производства, металлообработки и материаловедения. Луна также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма, который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну. Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе. Таким образом, колонизация Луны – вполне вероятное событие ближайших десятилетий.
Людей всегда интересовал космос. Луна, находясь ближе всего к нашей планете, стала единственным небесным телом, на котором побывал человек. С чего начинались исследования нашего спутника, и кто одержал пальму первенства в приземлении на Луну?
Естественный спутник
Луна - небесное тело, веками сопровождающее нашу планету. Она не излучает свет, а только отражает его. Луна является спутником Земли, который ближе всего расположен к Солнцу. На небосводе нашей планеты она является вторым объектом по яркости.
Мы всегда видим одну сторону Луны из-за того, что вращение её синхронизировано с вращением Земли вокруг своей оси. Движется Луна вокруг Земли неравномерно - то отдаляясь, то приближаясь к ней. Великие умы мира издавна ломали себе голову над изучением её движения. Это невероятно сложный процесс, на который влияет сплюснутость Земли и притяжение Солнца.
О том, как образовалась Луна, ученые спорят до сих пор. Существует три версии, одна из которых - основная - была выдвинута после получения образцов лунного грунта. Её прозвали теорией гигантского столкновения. В основе лежит предположение, что больше 4 миллиардов лет назад столкнулись две протопланеты, а их отколовшиеся частицы застряли на околоземной орбите, образовав со временем Луну.
Другая теория предполагает, что Земля и её естественный спутник образовались благодаря газопылевому облаку в одно время. Сторонники третьей теории предполагают, что Луна возникла далеко от Земли, но была захвачена нашей планетой.
Начало исследования Луны
Даже в древние времена это небесное тело не давало покоя человечеству. Первые исследования Луны велись ещё во II веке до нашей эры Гиппархом, попытавшимся описать её движение, размеры и расстояние от Земли.
В 1609 году Галилей изобрел телескоп, и освоение Луны (хоть и визуальное) перешло на новую ступень. Стало возможным изучить поверхность нашего спутника, разглядеть его кратеры и горы. Например, Джованни Риччиоли это позволило создать одну из первых лунных карт в 1651 году. В то время и родился термин «море», обозначающий темные области поверхности Луны, а кратеры начали называть в честь известных личностей.
В XIX веке на помощь астрономам приходит фотография, что позволяет вести более точные исследования особенностей рельефа. Льюис Резерфорд, Уоррен де ла Рю и Пьер Жансен в разное время активно изучали лунную поверхность со снимков, а последний создал её «Фотографический атлас».
Освоение Луны. Попытки создания ракеты
Первые этапы изучения пройдены, и интерес к Луне становится все горячее. В XIX веке зарождаются первые мысли о космическом путешествии к спутнику, с чего и начинается история освоения Луны. Для такого полета нужно было создать аппарат, скорость которого была бы способна преодолеть гравитацию. Оказалось, что существующие двигатели недостаточно мощные, чтобы набрать необходимую скорость и поддерживать её. Сложности были также и с вектором движения аппаратов, так как после взлета они обязательно закругляли свое движение и падали на Землю.
Решение пришло в 1903 году, когда инженер Циолковский создал проект ракеты, способной преодолеть гравитационное поле и достичь цели. Топливо в двигателе ракеты должно было сгорать в самом начале полета. Так, её масса становилась гораздо меньше, а движение осуществлялось за счет освобожденной энергии.
Кто первый?
XX век ознаменовался масштабными военными событиями. Весь научный потенциал направлялся в военное русло, и с исследованиями Луны пришлось притормозить. Развернувшаяся в 1946 году холодная война заставила астрономов и инженеров вновь задуматься о космическом путешествии. Одним из вопросов в соперничестве Советского Союза и США стал следующий: кто же первый приземлится на поверхность Луны?
Первенство в борьбе за освоение Луны и космического пространства досталось Советскому Союзу, и 4 октября 1957 года был выпущен первый а через два года к Луне направилась первая космическая станция «Луна-1», или, как её называли, «Мечта».
В январе 1959 года АМС - автоматическая межпланетная станция - прошла около 6 тысяч километров от Луны, но приземлиться не смогла. «Мечта» попала на гелиоцентрическую орбиту, став искусственным Период её обращения вокруг светила составляет 450 дней.
Высадка на Луну не удалась, зато были получены весьма ценные данные о внешнем радиационном поясе нашей планеты и солнечном ветре. Удалось установить, что у естественного спутника незначительное магнитное поле.
Вслед за Союзом в марте 1959 года США выпустило Pioneer-4, который пролетел в 60 000 км от Луны, попав на солнечную орбиту.
Настоящий прорыв случился 14 сентября этого же года, когда космический корабль «Луна-2» совершил первое в мире «прилунение». Станция не имела амортизации, поэтому приземление было жестким, но знаменательным. Сделала это «Луна-2» около Моря Дождей.
Изучение лунных просторов
Первое приземление открыло путь дальнейшим исследованиям. Вслед за «Луной-2» была отправлена «Луна-3», облетевшая спутник и сфотографировавшая «темную сторону» планеты. Лунная карта стала более полной, на ней появились новые наименования кратеров: Жюль Верн, Курчатов, Лобачевский, Менделеев, Пастер, Попов и др.
Первая американская станция приземлилась на спутник Земли лишь в 1962 году. Это была станция Ranger-4, которая упала на
Дальше американские «Рейнджеры» и советские «Луны» и «Зонды» по очереди атаковали космические просторы, то совершая телесъемки лунной поверхности, то вдребезги об неё разбиваясь. Первой мягкой посадкой порадовала станция «Луна-9» в 1966 году, а «Луна-10» стала первым спутником Луны. Обогнув эту планету 460 раз, «спутник спутника» прервал связь с Землей.
«Луна-9» транслировала снимаемую автоматом телепередачу. С экранов телевизоров советский зритель наблюдал за съемкой холодных пустынных просторов.
США следовали тому же курсу, что и Союз. В 1967 году американская станция «Сурвейэр-1» совершила вторую мягкую посадку в истории космонавтики.
До Луны и обратно
За несколько лет советским и американским исследователям удалось достичь немыслимых успехов. Таинственное ночное светило много веков будоражило сознание как великих умов, так и безнадежных романтиков. Шаг за шагом Луна становилась всё ближе и доступнее для человека.
Следующей целью было не просто отправить на спутник космическую станцию, но и вернуть её обратно на Землю. Перед инженерами стояли новые задачи. Аппарат, летевший обратно, должен был войти в земную атмосферу под не слишком крутым углом, иначе он мог сгореть. Слишком большой угол, наоборот, мог создать эффект рикошета, и аппарат снова полетел бы в космос, так и не добравшись до Земли.
Сложности с калибровкой угла были решены. Серия аппаратов «Зонд» с 1968 по 1970 г. успешно совершала полеты с приземлением. «Зонд-6» стал испытательным. Он должен был исполнить проверочный полет, чтобы потом его смогли осуществить пилоты-космонавты. Аппарат облетел Луну на расстоянии 2500 км, но при возвращении на Землю парашют открылся чересчур рано. Станция разбилась, а полет космонавтов был отменен.
Американцы на Луне: первые лунопроходцы
Степные черепахи, вот кто первым облетел Луну и вернулся на Землю. Животных отправили в космический полет на советском корабле «Зонд-5» в 1968 году.
США явно отставали в освоении лунных просторов, ведь все первые успехи принадлежали СССР. В 1961 году президент Штатов Кеннеди сделал громкое заявление о том, что к 1970 году произойдет высадка на Луну человека. И сделают это американцы.
Для осуществления подобного плана требовалось подготовить надежную почву. Изучались снимки лунной поверхности, сделанные кораблями «Рейнджер», исследовались аномальные явления Луны.
Для пилотируемых полетов была открыта программа «Аполлон», которая пользовалась расчетами траектории полета к Луне, сделанными украинцем Впоследствии эта траектория была названа «Трассой Кондратюка».
«Аполлон-8» произвел первый пробный пилотируемый полет без высадки. Ф. Борман, У. Андерс, Дж. Ловелл совершили несколько кругов вокруг естественного спутника, сделав съемку местности для будущей экспедиции. Т. Стаффорд и Дж. Янг на «Аполлоне-10» осуществили второй полёт вокруг спутника. Космонавты отделились от модуля корабля и пребывали в 15 км от Луны по отдельности.
После всех подготовок, наконец, был отправлен «Аполлон-11». Американцы на Луне высадились 21 июля 1969 года возле Моря Спокойствия. Первый шаг совершил Нил Армстронг, за ним последовал Космонавты пробыли на естественном спутнике 21,5 часа.
Дальнейшие изучения
После Армстронга и Олдрина на Луну отправлялись ещё 5 научных экспедиций. Последний раз астронавты высаживались на поверхность спутника в 1972 году. За всю человеческую историю только в этих экспедициях люди высаживались на другие
Советский Союз не оставлял изучение поверхности естественного спутника. С 1970 года были отправлены радиоуправляемые «Луноходы» 1-й и 2-й серии. Луноход на Луне собирал образцы грунта и фотографировал рельеф.
В 2013 году Китай стал третьей страной, которая достигла нашего спутника, совершив мягкую посадку с помощью лунохода «Юйту».
Заключение
С давних времен являлся увлекательным объектом для изучения. В XX веке освоение Луны из научного исследования превратилось в разгоряченную политическую гонку. Для путешествия на неё было проделано немало. Теперь Луна остается наиболее изученным астрономическим объектом, на котором, к тому же, побывал человек.