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.

---

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.

Полет АС к Луне теперь осуществлялся в несколько этапов. После отделения от последней ступени и выхода станции на трассу перелета координационно-вычислительный центр, на основе траекторных измерений определяя отличие действительных траекторных параметров от расчетных, принимал решение о необходимой коррекции, вычисляя время включения двигателя и направление корректирующего импульса. Все эти данные в виде команд передавались на борт АС и закладывались в блок памяти системы управления.

Рис. 6. Схема спуска АС «Луна-16» на поверхность Луны

Перед включением корректирующего двигателя должен был быть произведен разворот станции и соответствующим образом измениться ее ориентация в пространстве. При этом сначала АС приводились в так называемое «базовое положение», когда чувствительные элементы системы ориентации «видят» Солнце и Землю. Затем с помощью разворотов вокруг двух осей АС устанавливалась в исходное положение. После того как в расчетное время по сигналу программно- временного устройства включался двигатель, гироскопические приборы, «запомнившие» нужное положение станции, с помощью управляющих органов «парировали» все возмущения, возникавшие при работе двигательной установки.

Как только скорость станции изменялась на необходимую величину, автоматика подавала команду на выключение двигателя. По аналогичной схеме происходил вывод станции на окололунную орбиту или осуществлялась коррекция орбитального движения.

После маневрирования в окололунном пространстве (так называемого процесса формирования посадочной орбиты) производилось уточнение параметров движения, и на борт АС выдавались кодограммы, определяющие последовательность операций при посадке. При приведении АС в исходное для торможения положение отбрасывались навесные отсеки, включалась двигательная установка и начинался спуск на лунную поверхность (рис. 6). Затем, когда станция получала необходимый тормозной импульс, двигатель выключался и АС совершала стабилизированный баллистический спуск, причем вертикальная и горизонтальная составляющие скорости при этом непрерывно измерялись с помощью доплеровской измерительной системы и высотомера.

При определенных значениях вертикальной составляющей скорости движения и высоты над поверхностью основной двигатель включался вновь, а после окончания его работы запускался двухкамерный двигатель малой тяги, который уже окончательно гасил скорость АС (он выключался по команде, подаваемой от бортового гамма-высотомера).

Для иллюстрации работы основного двигателя приведем значения высот над поверхностью в характерных точках участка спуска АС «Луна-17». Первое включение тормозного двигателя произошло на высоте 22 км над лунной поверхностью при продольной скорости АС 1692 м/с. На высоте 2,3 км двигатель выключился. Его второе включение произошло на высоте около 700 м, выключение — на высоте 20 м. В момент касания поверхности станция имела вертикальную скорость снижения около 3,5 м/с, боковая составляющая равнялась примерно 0,5 м/с.

К автоматическим станциям, выполненным на базе унифицированной посадочной ступени, относятся АС «Луна-16, -20, -24», доставившие на Землю грунт из различных районов Луны, а также «Луна-17, — 21», на которых были установлены передвижные самоходные научные лаборатории «Луноход-1, -2» (см. Приложение).

Рис. 7. Схема грунтозаборного устройства и возвращаемого аппарата станций «Луна-16»

Операции по забору лунного грунта совершались с помощью грунтозаборных механизмов. Грунтозаборное устройство, используемое, например, при полетах АС «Луна-16, -20» (рис. 7), состояло из штанги с укрепленным на ней буровым станком и электромеханических приводов, перемещающих штангу в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Рабочим органом бурового станка был виброударный бур с резцами на конце (внутри он был полым).

Буровые механизмы обеспечивали работу с горными породами, имеющими широкий диапазон физико-механических свойств — от пылевато-песчаных до скальных. Максимальная глубина бурения составляла 35 см. Это оборудование приводилось в движение электродвигателями, скорость углубления бура в грунт и мощность, потребляемая электродвигателями, контролировались с Земли телеметрически.

Бурение при работе АС «Луна-16» продолжалось около 6 мин и проводилось на полную глубину. В конце рабочего хода электродвигатели бурового станка автоматически отключались. Масса добытого образца составила около 100 г.

Процесс бурения грунта в материковом районе АС «Луна-20» был более сложным. Несколько раз происходила автоматическая остановка бура из-за того, что ток в электродвигателях превышал допустимую величину. Проходка скважины проводилась на глубину около 300 см (в тексте опечатка, дано «м»). Масса добытого образца составляла 50 г.

После выполнения всех необходимых операций станок отводился от грунта, поднимался и разворачивался на 180 градусов, а затем бур с находящимся внутри него грунтом помешался в герметически закрываемую капсулу возвращаемого аппарата.

Автоматическая станция «Луна-24» была оборудована приспособлением для глубинного бурения. Это устройство включало в себя буровую головку, перемещающуюся по специальным направляющим, закрепленным на посадочной ступени, и ракете «Луна-Земля», буровую штангу с коронкой, механизм подачи буровой головки, эластичный грунтонос для размещения добытого грунта, механизмы для намотки грунтоноса с грунтом на специальный барабан и для помещения его в возвращаемый аппарат.

Бурение производилось вращательным или ударно- вращательным движениями инструмента. Режим работы выбирался автоматически или по командам с Земли в зависимости от условий проходки, прочности и вязкости грунта. Установка позволила получить керн грунта диаметром 8 мм, максимальный рабочий ход буровой головки составлял 2,6 м. Масса образца, доставленного на Землю, — 170 г (фактическая длина добытого керна равнялась 1600 мм).

Доставка лунного грунта на Землю выполнялась с помощью взлетной ступени АС, после старта с Луны так называемой «Лунной ракеты», которая состояла из двигательной установки (имеющей шаровые баллоны с топливом и ракетный двигатель с насосной подачей компонентов топлива в камеру сгорания), приборного отсека с аппаратурой управления и возвращаемого аппарата, в котором лунный грунт совершал перелет Луна-Земля, спуск в атмосфере и приземление.

Возвращаемый аппарат имел шаровую форму и устанавливался вверху приборного отсека. Его оболочка была изготовлена из металла со специальным теплозащитным покрытием, предохраняющим от воздействия высоких температур на участке баллистического спуска в плотных слоях атмосферы. В возвращаемом аппарате размещались цилиндрический герметически закрываемый контейнер для лунного грунта, парашютная система, элементы автоматики, управляющие вводом в действие парашютной системы, аккумуляторные батареи, пеленгационные передатчики, радиоантенны и эластичные, наполненные газом, баллоны для обеспечения необходимого положения аппарата на поверхности Земли.

Старт «Лунной ракеты» к Земле происходил по направлению лунной местной вертикали. Это направление «запоминалось» системой управления при посадке на Луну. В случае если продольная ось взлетной ступени могла быть отклонена от вертикали при взлете, система управления выдавала необходимые команды, благодаря которым ракета выходила на нужную траекторию.

При достижении необходимой скорости разгона (например, у АС «Луна-16» она равнялась 2708 м/с) двигатель отключался, и «Лунная ракета» далее шла по баллистической траектории. В процессе перелета бортовой радиокомплекс обеспечивал связь с Землей и проведение траекторных измерений для уточнения места посадки возвращаемого аппарата. При подлете к Земле на борт АС передавалась команда на подрыв пиропатронов металлических лент крепления возвращаемого аппарата к приборному отсеку, и после того как благодаря движению в атмосфере космический аппарат гасил скорость до определенной величины, вводилась в действие парашютная система.

Самоходные аппараты, управляемые с Земли, «Луноход-1, -2», предназначенные для проведения комплексных научных исследований при длительной работе на лунной поверхности, доставлялись с помощью АС «Луна-17, -21».