Виталий Перов - Космические аппараты исследуют Луну

• Название: Космические аппараты исследуют Луну
• Автор: Виталий Перов
• Издательство: Знание
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1979

Брошюра посвящена 20-летию выдающегося события в истории человечества — запуску в январе 1959 г. в СССР автоматической станции «Луна-1», которая впервые в мире достигла окрестностей другого небесного тела. Приводится описание первых «разведчиков космоса» — советских автоматических станций «Луна», показано, какую эволюцию претерпела сейчас советская «лунная» космическая техника, даны краткие научные итоги космических исследований Луны.

Брошюра рассчитана на инженеров, преподавателей и студентов вузов, учащихся старших классов, а также на более широкий круг читателей, интересующихся вопросами космонавтики.

---

Искусственные спутники Луны имели на своем борту научные приборы, радиооборудование, источники электропитания и т. д. Необходимый тепловой режим поддерживался с помощью специальной системы терморегулирования. В состав научного оборудования ИСЛ могли входить весьма разнообразные приборы. На станции «Луна-10» (рис. 5), например, устанавливались: магнитометр для уточнения нижнего предела магнитного поля Луны, гамма-спектрометр для изучения спектрального состава и интенсивности гамма-излучения пород, слагающих поверхность Луны, приборы для регистрации корпускулярного солнечного и космического излучений, заряженных частиц земной магнитосферы. ионные ловушки для исследования солнечного ветра и лунной ионосферы, датчики для регистрации микрометеоритов на трассе перелета Земля-Луна и в окрестности Луны, инфракрасный датчик для регистрации теплового излучения Луны.

В состав научного бортового оборудования станции «Луна-11» входили приборы для регистрации гамма- и рентгеновского излучений поверхности (что позволяло получать данные по химическому составу лунных пород), датчики для изучения характеристик метеорных потоков и жесткой корпускулярной радиации в окололунном пространстве, приборы для измерения длинноволнового космического радиоизлучения.

Одной из основных задач третьего советского ИСЛ- автоматической станции «Луна-12» — было выполнение крупномасштабного фотографирования поверхности Луны, проводимого с различных высот орбиты ИСЛ. Площадь, охватываемая каждым снимком, равнялась 25 кв. км, и на них можно было различить детали поверхности размерами 5-20 м. Фототелевизионное устройство автоматически обрабатывало пленку и затем передавало изображения на Землю. Кроме фотографических экспериментов станция продолжала исследования, начатые и полетах предыдущих станций.

Автоматические аппараты, находящиеся на окололунных орбитах, являются эффективным инструментом выявления глобальных особенностей строения Луны, характеристик и свойств ее поверхности, изучения окололунной среды. Например, к фундаментальным исследованиям, проведенным с орбит искусственных спутников Луны, относится определение глобальных характеристик химического состава лунных пород. Выяснение же состава пород, слагающих поверхность Луны, давало ключ к проверке геохимических представлений об эволюции небесных тел.

Для дистанционного анализа химического состава лунного грунта предлагался целый ряд методов. Среди них и регистрация нейтронов, возникающих при взаимодействии космических лучей с веществом поверхности, измерение рентгеновского излучения, возбуждаемого солнечной радиацией, и некоторые другие. На АС «Луна-10» был установлен сцинтилляционный гамма-спектрометр, измерявший спектр лунного гамма-излучения. За время его работы на борту этого ИСЛ было получено девять спектров гамма-излучения в двух интервалах энергий 0,15-0,16 и 0,3–3,2 МэВ, а в 39 точках лунной поверхности была измерена интенсивность излучения в интервале энергий 0,3–0,7 эВ.

Сопоставление полученных спектров с калибровочными, а также со спектрами земных материалов показало, что поверхность Луны в глобальном масштабе слагают породы, имеющие базальтовый характер. В результате были отброшены предположения о том, что поверхность Луны имеет гранитный или ультраосновной состав, а также что она выстлана слоем хондритовых метеоритов или тектитами. Тем самым был получен важный аргумент в пользу магматического происхождения лунных пород.

Фотографическая съемка лунной поверхности использовалась для астрономоселенодезического и селенографического изучения Луны при проведении картографических работ. Полученные изображения (с различным разрешением) деталей поверхности позволили изучить характеристики лунного рельефа, распределение и особенности строения тектонических структур, последовательность лавовых излияний в морских районах.

Несколько магнитографических разрезов окололунного пространства, выполненных с помощью магнитометров ИСЛ, позволили выявить наличие слабого магнитного поля, вызванного взаимодействием Луны с солнечным ветром. Плазменные эксперименты положили начало изучению распределения заряженных частиц и условий их существования в окололунном пространстве как части общих закономерностей, свойственных процессу взаимодействия плазмы солнечного ветра с планетами Солнечной системы.

Анализ изменения параметров движения ИСЛ, проводимый наземными радиотехническими комплексами при полете космических аппаратов по различным орбитам, давал возможность провести предварительное определение гравитационного поля Луны. Оказалось, что возмущения движения станции за счет нецентральности поля тяготения Луны в 5–6 раз превышают возмущения, вызванные притяжением Земли и Солнца. Была установлена несимметричность поля на видимой и обратной сторонах Луны.

Систематические длительные наблюдения за изменением параметров орбиты позволили значительно уточнить отношение масс Луны и Земли, форму Луны и ее движение.

Полеты ИСЛ принесли значительный объем информации об условиях прохождения и стабильности радиосигналов, передаваемых с Земли на борт АС и обратно. Были получены очень интересные сведения о характеристиках отражения радиоволн поверхностью Луны, что позволило не только выявить изменение характеристик отражения радиоволн, но и оценить диэлектрическую проницаемость и плотность вещества различных районов Луны.

ЗА ЛУННЫМ КАМНЕМ. ЛУНОХОДЫ

К 70-м годам в Советском Союзе создается новое поколение «лунных» космических аппаратов, позволявших решать широкий спектр научных задач. В основу конструктивного построения этих автоматических станций было положено их разделение на ступени, первая из которой (посадочная) представляла собой унифицированный автономный ракетный блок, обеспечивающий выполнение коррекции траектории при перелете Земля-Луна, выход на селеноцентрические орбиты с широким диапазоном орбитальных параметров, маневрирование в окололунном пространстве и, наконец, осуществление посадки в различных районах лунной поверхности. В качестве полезного груза ступень могла нести различное оборудование.

Создание станций нового поколения стало решающим фактором при осуществлении выдающихся экспериментов в области изучения Луны с помощью космических аппаратов — забор лунного грунта с его доставкой на Землю и работа передвижных лабораторий на лунной поверхности. Однако прежде чем перейти непосредственно к этим экспериментам, рассмотрим более подробно элементы конструкции новых АС и их оборудование.

Посадочная ступень включала в себя систему топливных баков, жидкостные ракетные двигатели с регулируемой тягой, приборные отсеки и амортизирующие опоры. На посадочной ступени монтировались микродвигатели и датчики системы ориентации, а также емкости с рабочим телом двигателя и антенны радиокомплекса.

Основным силовым элементом посадочной ступени был блок топливных баков, состоявший из четырех сферических емкостей, соединенных в единую конструкцию. На них крепилась двигательная установка и все необходимое оборудование. Снизу к бакам пристыковывались амортизирующие опоры.

Посадочная ступень имела два сбрасываемых отсека, каждый из которых состоял из двух топливных баков и расположенного между ними герметичного контейнера с аппаратурой системы астроориентации и автоматики радиокомплекса. В специальных отсеках (они отбрасывались перед заключительным этапом торможения при посадке) размещалось оборудование и топливо, необходимое для перелета к Луне.

Двигательная установка новых АС состояла из основного однокамерного двигателя, двухкамерного двигателя малой тяги, управляющих газовых сопел и системы подачи топлива в камеру сгорания.

Основной двигатель АС предназначался для проведения коррекции траектории и для торможения. Двигатели малой тяги работали непосредственно перед посадкой. Основной двигатель имел насосную подачу топлива в камеру сгорания и допускал возможность многоразового включения. Работал он в трех режимах — в диапазоне тяги 750-1930 кг. Двухкамерный двигатель малой тяги имел вытеснительную подачу топлива, мог включаться только один раз и работал в трех режимах — в диапазоне тяги от 210 до 350 кг.

Каждая из опор посадочного устройства, предназначенных для гашения кинетической энергии станции в момент касания лунной поверхности и для сохранения устойчивого положения после посадки, состояла из V-образного подкоса, опорного диска и амортизатора.

Во время старта ракеты-носителя с АС опоры были подняты и находились в сложенном состояния. После отделения станции от последней ступени ракеты- носителя опоры под действием пружины открывались в рабочее положение.