Новая лунная космическая гонка. Луноход-1

Луноход-1

Станция «Луна-17» осуществила мягкую посадку на лунную поверхность в районе Моря дождей. Установленный на посадочной ступени станции самоходный аппарат «Луноход-1» по команде с Земли сошел с платформы и удалился от «Луны-17» на несколько метров. После проверки работоспособности всех систем «Лунохода-1» он приступил к выполнению намеченной программы экспериментов. Полеты «Луны-16» и «Луны-17» — впечатляющие достижения космической автоматики, создающие крупный задел для будущих исследований Луны и планет

Семнадцатого ноября на лунную поверхность в западной части Моря Дождей совершила посадку АС «Луна-17», доставив на нее самоходный аппарат «Луноход-1». В течение десяти с половиной месяцев проводился уникальный космический эксперимент с использованием лунной транспортной системы для проведения широкого комплекса научно-технических исследований.

Автоматическая станция (АС) «Луна-17» состояла из унифицированной посадочной ступени (ПС) и автоматической передвижной лаборатории — лунохода. Как и в полете станции «Луна-16», основными задачами ПС являлись: проведение коррекции траектории полета на участке перелета от Земли к Луне, обеспечение перехода станции на орбиту искусственного спутника Луны, формирование предпосадочной окололунной орбиты и посадка на поверхность Луны. На посадочной ступени ПС станции «Луна-17» устанавливались луноход и складывающиеся трапы для его схода на поверхность Луны.

Автоматический самоходный аппарат «Луноход-1» состоял из двух основных частей: герметичного приборного отсека и колесного шасси. Масса лунохода — семьсот пятьдесят шесть килограммов.

Корпус приборного отсека изготовлен из магниевых сплавов. Его верхняя часть использовалась как радиатор-охладитель в системе терморегулирования лунохода и закрывался специальной крышкой, выполняющей двойную функцию. В период лунной ночи крышка закрывала радиатор и препятствовала излучению тепла из отсека. В течение лунного дня крышка открывалась, и элементы солнечной батареи, расположенные на ее внутренней стороне, обеспечивали подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией. Крышка могла быть установлена на любой угол в пределах от нуля до ста восьмидесяти градусов, что позволяла максимальным образом использовать солнечную энергию. В передней части приборного отсека располагались иллюминаторы для телевизионных камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, предназначенной для передачи на Землю телевизионных изображений лунной поверхности, мало направленная антенна, обеспечивающая прием радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель.

По левому и правому борту устанавливались по две панорамных теле-фотокамеры (причем в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), четыре штыревые антенны для приема радиокоманд с Земли в другом диапазоне частот. Приборный отсек устанавливался на восьми-колесном шасси, которое обеспечивали передвижение автоматической лаборатории по поверхности Луны. Геометрия ходовой части, удельное давление на грунт, тяговые характеристики шасси, параметры упругой подвески и конструкция опорной поверхности колес позволяли уверенно передвигаться по поверхности с рыхлым, сыпучим слоем грунта, преодолевать крутые подъемы, переезжать через кратеры и препятствия в виде отдельных камней или гряды камней, соизмеримых с размерами ходовой части.

Самоходное шасси обеспечивали передвижение лунохода с двумя скоростями вперед и назад, повороты на месте и в движении. В состав самоходного шасси входили: ходовая часть, состоявшая из четырех блоков попарно расположенных колес, блок автоматики, система безопасности движения, прибор и комплекс датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Каждое из восьми ведущих колес имело индивидуальный силовой привод и независимую торсионную подвеску. Внутри каждой ступицы колеса располагались электродвигатель, редуктор, тормоз, механизм для отсоединения силового привода, датчики числа оборотов колес и температуры. Поворот лунохода достигался за счет различных скоростей вращения колес правого и левого бортов и изменением направления их вращения. Торможение лунохода осуществлялся переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и для его полной остановки включались дисковые тормоза с электромагнитным управлением.

Блок автоматики обеспечивал управление движением лунохода по радиокомандам с Земли, измерение и контроль основных параметров самоходного шасси и автоматическую работу приборов для исследования механических свойств лунного грунта. Все управление движением осуществлялось с помощью пяти команд движения и команды «стоп». Система управления движением, входящая в блок автоматики шасси, имела также автоматические устройства для дозированного по времени прямолинейного движения и выполнения поворотов на заданные углы. Система безопасности движения обеспечивала автоматическую остановку лунохода при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колес. При необходимости одно или несколько колес могли отключаться от силового привода. При этом тяговые характеристики самоходного шасси оставались достаточно высокими.

Для подогрева газа, циркулировавшего внутри аппарата, служил изотопный источник тепловой энергии. Рядом с ним располагались прибор для определения физико-механических свойств лунного грунта и механизм подъёма и опускания девятого колеса.

В приборном отсеке размещалось передающие и приемные устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления луноходом, система электропитания, блоки коммутации и автоматики, приборы системы обеспечения теплового режима, электронно-преобразовательные устройства научной аппаратуры.

Луноход имел две телевизионные системы. Система мало-кадрового телевидения, две камеры которой располагались в передней части корпуса, предназначалась для передачи на Землю телевизионных изображений местности, необходимых экипажу, управляющему с Земли движением лунохода. Вторая телевизионная система предназначалась для получения панорамного изображения окружающей местности и съемки участков звездного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации лунохода. Система состояла из четырех однотипных по устройству панорамных телефотокамер. Они располагались таким образом, что две из них обеспечивали обзор местности справа и слева от лунохода в пределах несколько более ста восьмидесяти градусов в горизонтальной плоскости и тридцати градусов в вертикальной. Две другие камеры дают изображение местности и пространства в пределах триста шестьдесят градусов в вертикальной и тридцати градусов в горизонтальной плоскостях.

Поддержание необходимого теплового режима лунохода обеспечивается пассивными и активными методами терморегулирования. Уменьшение теплообмена между отдельными элементами конструкции и окружающим пространством осуществляется применением экранновакуумной теплоизоляции и специальных внешних покрытий с особыми оптическими свойствами. Путем принудительной циркуляции газа-теплоносителя между радиатором и приборным оборудованием, осуществляемой системой вентиляторов, происходит отвод тепла через радиатор в космическое пространство. В период лунной ночи для обогрева оборудования приборного контейнера специальные заслонки прекращают циркуляцию газа-теплоносителя по контуру охлаждения и направляют его в контур подогрева, где он нагревается изотопным источником. Оценка проходимости шасси производится с помощью комплекса датчиков, которые непрерывно измеряют крен и дифферент лунохода, токи тяговых электродвигателей, число оборотов и температуру колес. Длина пройденного луноходом пути определяется числом оборотов ведущих колес. Для учета их пробуксовки вносится поправка, определяемая с помощью свободно катящегося девятого колеса, которое специальным приводом опускается на грунт и поднимается в исходное положение.

Управление самоходным аппаратом осуществляет экипаж из Центра дальней космической связи. В состав экипажа входят командир, водитель, штурман, оператор и борт-инженер. На «Луноходе-1» и посадочной ступени «Луны-17» установлены флаги и вымпелы с изображением Государственного герба СССР и барельефом В. И. Ленина.

Автоматическая станция «Луна-17» с «Луноходом-1» на борту была запущена десятого ноября в семнадцать часов сорок черыре минуты. Ее вывели на орбиту искусственные спутники земли (ИСЗ), а затем, используя двигатели последней ступени ракеты-носителя, направили к Луне. Проведенные двенадцатого и четырнадцатого ноября коррекции траектории и операция торможения позволили пятнадцатого ноября вывести станцию на селеноцентрическую орбиту со следующими параметрами: высота над поверхностью Луны составляла восемьдесят пять километров, наклонение орбиты к плоскости лунного экватора была ровна сто сорок один градус. Период обращения вокруг Луны составлял один час и пятьдесят шесть минут. В дальнейшем путем сложного маневрирования станции в окололунном пространстве была сформирована предпосадочная эллиптическая орбита с высотой в переселении девятнадцать километров. Семнадцатого ноября в шесть часов сорок одна минута был включен тормозной двигатель, и станция, совершив маневры, аналогичные маневрам автоматической станции АС «Луна-16», в шесть часов сорок семь минут мягко прилунилась в прибрежном районе западной части Моря Дождей, в точке с селенографическими координатами: тридцать восемь градусов семнадцать минут северной широты и тридцать пять градусов западной долготы В девять часов двадцать восемь минут «Луноход-1» съехал по трапу с посадочной платформы и приступил к выполнению программы научно-технических исследований и экспериментов.

Программа предусматривала: проведение испытаний и отработку лунной транспортной системы; приобретение опыта дистанционного управления самоходным аппаратом с помощью экипажа, находящегося на Земле; изучение топографических и селенолого-морфологических особенностей района прилунения аппарата; исследование химического состава и физико-механических свойств лунного грунта; изучение радиационной обстановки на участке полета Земля — Луна, в окололунном пространстве и на поверхности Луны; исследование интенсивности и углового распределения внегалактического рентгеновского излучения и рентгеновского излучения из Вселенной от отдельных источников; лазерную локацию Луны.

Топографическое изучение местности выполнялось на основе телевизионных панорам и снимков лунного ландшафта и данных о длине пройденного пути, курсе, крене и дифференте лунохода во время движения. Для проведения научных исследований на лунной поверхности «Луноход-1» был оборудован следующим комплексом приборов: спектрометрическим прибором для анализа химического состава лунного грунта, пенетрометром для исследования его механических свойств, радиометрической аппаратурой, рентгеновским телескопом и уголковым светоотражателем для лазерной локации Луны, разработанным и изготовленным во Франции.

Для экспериментов по лазерной локации Луны используются два комплекса наземной лазерно-локационной аппаратуры. Один комплекс был создан советскими учеными и инженерами и установлен на оптическом телескопе диаметром две целых шесть десятых метра Крымской астрофизической обсерватории Академии Наук СССР. Другой был разработан и изготовлен французскими учеными и инженерами и установлен на телескопе диаметром одна целая и пять десятых метра, расположенном в обсерватории Пик-дю-Миди в Пиренеях.

Западная часть Моря Дождей, где совершила посадку станция «Луна-17», представляет собой полого-волнистую равнину, на которой выделяется система пологих грядообразных возвышенностей с относительными высотами от двухсот до четырёхсот метров. Полого-волнистый характер местности в этом районе был подтвержден данными, полученными высотомерной аппаратурой станции «Луна-17» на этапе спуска. Анализ телевизионных изображений местности и параметров движения лунохода в районе места прилунения показал, что «Луна-17» совершила посадку на внутреннем склоне кратерообразной котловины поперечником порядка от ста пятидесяти до двухсот метров. Точка посадки находится в западной части котловины, примерно на середине внутреннего склона.

В первом сеансе движения «Луноход-1» спустился с посадочной ступени по восточному трапу и продвинулся в восточном направлении на двадцать метров. Движение происходило вниз по склону крутизной от пяти до десяти градусов.

Во втором сеансе движения «Луноход-1» двигался в юго-восточном направлении и прошел в общей сложности девяносто шесть метров. Луноход подошел к кратеру диаметром сверла двадцать метров. Вокруг кратера наблюдался обильный вывал камней остроугольной формы с размерами до ноль целых пять десятых метров. К югу в четыре, пять метров от места остановки на кромке небольшого кратера (диаметр около четырёх метров) был обнаружен камень необычной формы — призма пяти и шестиугольного сечения, лежащая на длинной боковой грани; длина призмы от тридцати до тридцати пяти сантиметров, поперечник сечения от пяти до десяти сантиметров, грани — плоские.

В третьем сеансе движения луноход прошел в юго-восточном направлении св. пятьдесят метров. И если во втором сеансе он прошел самую низкую точку маршрута первого лунного дня (ниже точки посадки станции примерно на два три метра), то в третьем сеансе движения луноход достиг уровня примерно на один два метра выше точки посадки станции. Продвинувшись затем дважды на небольшое расстояние, луноход остановился вблизи от бровки кратера, в котором «Луна-17» совершила посадку. За время первого этапа движения по лунной поверхности луноход прошел до ста девяносто семи метров. двадцать четвёртого ноября в Море Дождей наступила ночь, в период которой луноход находился в стационарном положении. пятого и шестого декабря при приближении утреннего терминатора к району стоянки самоходного аппарата были проведены эксперименты по лазерной локации. Наземной аппаратурой Крымской астрофизической обсерватории АН СССР были посланы в сторону Луны и зарегистрированы четкие отраженные сигналы от лазерного отражателя «Лунохода-1». Аналогичный эксперимент выполнялся французскими учеными в обсерватории Пик-дю-Миди.

С наступлением лунного дня десятого декабря «Луноход-1» покинул место стоянки и начал движение в южном направлении. Предстояло провести изучение лунной поверхности на трассе протяженностью около полутора километров. На пути лунохода попадалось много кратеров и камней; одни из этих препятствий он преодолевал, другие обходил. В период лунного полудня с четырнадцатого по семнадцатое декабря самоходный аппарат проводил исследования и эксперименты, находясь в стационарном положении, затем он опять начал движение на юг. В сеансе связи двадцатого декабря луноход встретил кратер диаметром около ста метров и глубиной от восьми до десяти метров и подверг его тщательному исследованию. В сеансах связи двадцать второго и двадцать третьего декабря били выполнены все операции по подготовке аппарата к лунной ночи, которая наступила двадцать четвёртого декабря одна тысяча девятьсот семидесятого года и продолжалась до девятого января одна тысяча девятьсот семьдесят первого года. В этот период луноход находился в стационарном положении. За второй лунный день «Луноход-1» преодолел расстояние в один километр пятьсот двадцать два метра, один километр триста семьдесят метров отделяло его от посадочной платформы.

За тридцать пять суток функционирования лунохода, включавших два периода активной работы в условиях лунного дня и лунную ночь, был получен большой объем информации о работе систем и агрегатов самоходного аппарата, его шасси, о результатах исследований Луны и космического пространства. За четырнадцать сеансов радиосвязи, в которых аппарат передвигался и маневрировал на лунной поверхности, было пройдено один километр семьсот девятнадцать метров. Движение по весьма сложному рельефу с препятствиями в виде кратеров, камней, подъемов и спусков показало хорошую проходимость и маневренность лунохода. В процессе его работы получено несколько десятков изображений различных участков лунного ландшафта. По трассе движения постоянно проводились исследования физико-механических свойств поверхностного слоя. С помощью спектрометра определялось в нескольких районах содержание основных химических элементов, образующих лунную породу. Проводились также исследования космических лучей, регулярно измерялись фон внегалактического рентгеновского излучения и рентгеновское излучение из Вселенной от отдельных источников.

Уникальный космический эксперимент в районе Моря Дождей продолжался до четвёртого октября одна тысяча девятьсот семьдесят первого года.