«Исследования Луны»

Еще через год, в октябре 1959 года автоматический аппарат «Луна-3», оснащенный аппаратурой для фотографирования, провел съемку обратной стороны Луны (около 70 % поверхности) и передал ее изображение на Землю. Аппарат имел систему ориентации с датчиками Солнца и Луны и реактивными двигателями, работавшими на сжатом газе, систему управления и терморегулирования. Его масса 280 килограмм. Создание «Луны-3» было техническим достижением для того времени, принесло информацию об обратной стороне Луны: обнаружены заметные различия с видимой стороной, прежде всего отсутствие протяженных лунных морей.

В феврале 1966 года аппарат «Луна-9» доставил на Луну автоматическую лунную станцию, совершившую мягкую посадку и передавшую на Землю несколько панорам близлежащей поверхности - мрачной каменистой пустыни. Система управления обеспечивала ориентацию аппарата, включение тормозной ступени по команде от радиолокатора на высоте 75 километров над поверхностью Луны и отделение станции от нее непосредственно перед падением. Амортизация обеспечивалась надувным резиновым баллоном. Масса «Луны-9» около 1800 килограмм, масса станции около 100 килограмм.

Следующим шагом в советской лунной программе были автоматические станции «Луна-16, -20, -24», предназначенные для забора грунта с поверхности Луны и доставки его образцов на Землю. Их масса была около 1900 килограмм. Помимо тормозной двигательной установки и четырехлапого посадочного устройства, в состав станций входили грунтозаборное устройство, взлетная ракетная ступень с возвращаемым аппаратом для доставки грунта. Полеты состоялись в 1970, 1972 и 1976 годах, на Землю были доставлены небольшие количества грунта.

В ноябре 1970 АМС «Луна-17» доставила на Луну в Море Дождей лунный самоходный аппарат «Луноход-1», который за 11 лунных дней (или 10.5 месяцев) прошел расстояние в 10 540 м и передал большое количество панорам, отдельных фотографий поверхности Луны и другую научную информацию. Установленный на нем французский отражатель позволил с помощью лазерного луча измерить расстояние до Луны с точностью до долей метра. В феврале 1972 АМС «Луна-20» доставила на Землю образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном районе Луны. В январе 1973 АМС «Луна-21» доставила в кратер Лемонье (Море Ясности) «Луноход-2» для комплексного исследования переходной зоны между морскими и материковыми равнинами. «Луноход-2» работал 5 лунных дней (4 месяца), прошел расстояние около 37 километров. Кроме панорамных камер на луноходах были установлены: грунтозаборное устройство, спектрометр для анализа химического состава грунта, измеритель пути. Массы луноходов 756 и 840 кг.

Космические аппараты «Рейнджер» разрабатывались для получения снимков во время падения, начиная с высоты около 1600 километров до нескольких сот метров над поверхностью Луны. Они имели систему трехосной ориентации и были оснащены шестью телевизионными камерами. Аппараты при посадке разбивались, поэтому получаемые изображения передавались сразу же, без записи. Во время трех удачных полетов были получены обширные материалы для изучения морфологии лунной поверхности. Съемки «Рейнджеров» положили начало американской программе фотографирования планет.

Конструкция аппаратов «Рейнджер» сходна с конструкцией первых аппаратов «Маринер», которые были запущены к Венере в 1962 году. Однако дальнейшее конструирование лунных космических аппаратов не пошло по этому пути. Для получения подробной информации о лунной поверхности использовались другие космические аппараты – «Лунар Орбитер». Эти аппараты с орбит искусственных спутников Луны фотографировали поверхность с высоким разрешением.

Одна из целей полетов состояла в получении высококачественных снимков с двумя разрешениями, высоким и низким, с целью выбора возможных мест посадки аппаратов «Сервейор» и «Аполлон» с помощью специальной системы фотокамер. Снимки проявлялись на борту, сканировались фотоэлектрическим способом и передавались на Землю. Число снимков ограничивалось запасом пленки (на 210 кадров). В 1966-1967 годах было осуществлено пять запусков «Лунар орбитер» (все успешные). Первые три «Орбитера» были выведены на круговые орбиты с небольшим наклонением и малой высотой; на каждом из них проводилась стереосъемка избранных участков на видимой стороне Луны с очень высоким разрешением и съемка больших участков обратной стороны с низким разрешением. Четвертый спутник работал на гораздо более высокой полярной орбите, он вел съемку всей поверхности видимой стороны, пятый, последний «Орбитер» вел наблюдения тоже с полярной орбиты, но с меньших высот. «Лунар орбитер-5» обеспечил съемку с высоким разрешением многих специальных целей на видимой стороне, большей частью на средних широтах, и съемку значительной части обратной с малым разрешением. В конечном счете, съемкой со средним разрешением была покрыта почти вся поверхность Луны, одновременно шла целенаправленная съемка, что имело неоценимое значение для планирования посадок на Луну и ее фотогеологических исследований.

Аппараты «Лунар орбитер» имели систему трехосной ориентации, их масса составляла около 390 килограммов. После завершения картографирования эти аппараты разбивались о лунную поверхность, чтобы прекратить работу их радиопередатчиков.

Полеты космических аппаратов «Сервейор», предназначавшихся для получения научных данных и инженерной информации (такие механические свойства, как, например, несущая способность лунного грунта), внесли большой вклад в понимание природы Луны, в подготовку посадок аппаратов «Аполлон».

Автоматические посадки с использованием последовательности команд, управляемых радаром с замкнутым контуром, были большим техническим достижением того времени. «Сервейоры» запускались с помощью ракет «Атлас-Центавр» (криогенные верхние ступени «Атлас» были другим техническим успехом того времени) и выводились на перелетные орбиты к Луне. Посадочные маневры начинались за 30 - 40 минут до посадки, главный тормозной двигатель включался радаром на расстоянии около 100 километров до точки посадки. Конечный этап (скорость снижения около 5 м/с) проводился после окончания работы главного двигателя и сброса его на высоте 7500 метров. Масса «Сервейора» при запуске составляла около 1 тонны и при посадке – 285 килограмм. Главный тормозной двигатель представлял собой твердотопливную ракету массой около 4 тонн. Космический аппарат имел трехосную систему ориентации.

Прекрасный инструментарий включал две камеры для панорамного обзора местности, небольшой ковш для рытья траншеи в грунте и (в последних трех аппаратах) альфа-анализатор для измерения обратного рассеяния альфа - частиц с целью определения элементного состава грунта под посадочным аппаратом. Ретроспективно результаты химического эксперимента многое прояснили в природе поверхности Луны и ее истории. Пять из семи запусков «Сервейоров» были успешными, все опустились в экваториальной зоне, кроме последнего, который сел в районе выбросов кратера Тихо на 41° ю.ш. «Сервейор-6» был в некотором смысле пионером - первым американским космическим аппаратом, запущенным с другого небесного тела (но всего лишь ко второму месту посадки в нескольких метрах в стороне от первого).

Пилотируемые космические аппараты «Аполлон» были следующими в американской программе исследований Луны. После «Аполлона» полеты на Луну е проводились.

Человек на Луне.

Работа над этой программой началась в США в конце 60 - х годов. Было принято решение осуществить полет человека на Луну и его успешное возвращение на Землю в течение ближайших десяти лет. Летом 1962 года после длительных дискуссий пришли к заключению, что наиболее эффективным и надежным способом является вывод на окололунную орбиту комплекса в составе командно - вычислительного модуля, в состав которого входят командный и вспомогательный модули, и лунного посадочного модуля. Первоочередной задачей было создание ракеты носителя, способной вывести не менее 300 тонн на околоземную орбиту и не менее 100 тонн на окололунную орбиту. Одновременно велась разработка космического корабля «Аполлон», предназначенного для полета американских астронавтов на Луну. В феврале 1966 года «Аполлон» был испытан в беспилотном варианте.

Однако то, что произошло 27 января 1967 года, помешало успешному проведению программы в жизнь. В этот день астронавты Э. Уайт, Р. Гаффи, В. Гриссом погибли при вспышке пламени во время тренировке на Земле. После расследования причин испытания возобновились и усложнились. В декабре 1968 года «Аполлон – 8» (еще без лунной кабины) был выведен на селеноцентрическую орбиту с последующим возвращением в атмосферу Земли со второй космической скоростью. Это был пилотируемый полет вокруг Луны.

Снимки помогли уточнить место будущей посадки на Луну людей. 16 июля «Аполлон – 11» стартовал к Луне и 19 июля вышел на лунную орбиту. 21 июня 1969 года на поверхность Луны впервые ступила нога человека.

Фриэк Борман, командир космического корабля «Аполлон-8» говорил: «Полет нам стал возможным благодаря работе тысяч людей. И не только в США. Без первого искусственного спутника Земли и полета Ю. Гагарина, без исследований ученых многих стран полеты к Луне не могли бы состояться… земля действительно очень маленькая планета. Мы в этом воочию убедились, и, земляне, ее жители, должны объединяться перед миром космоса. Освоение космического пространства - это задача всего человечества, а не только отдельных стран».

День прилунения длился очень долго, и все это время у космонавтов не было ни минуты покоя. Они были целиком поглощены работой ЭВМ и потому не могли уделить должного внимание ориентировке «по местности». И лишь когда они стремились спуститься ниже 3 тысяч футов, им впервые удалось посмотреть наружу. Горизонт на Луне очень близкий, поэтому с такой высоты много не увидишь.

Единственным ориентиром, который они заметили, был большой и весьма внушительный кратер. В последние секунды спуска двигатель "Орла" поднял значительное количество пыли, которая с очень большой скоростью разлеталась радиально, почти параллельно поверхности Луны. На Земле пыль обычно весит в воздухе и оседает очень медленно. Поскольку на Луне нет атмосферы, лунная пыль лежит по плоской и низкой траектории, оставляя позади себя чистое пространство. Космонавтам понадобилось несколько больше времени, чтобы выбраться из «Орла», чем предполагалось. Нил Армстронг, командир «Аполлоона-11» прежде чем ступить на поверхность Луны обдумывал, что сказать в этот момент. Он думал об это еще до полета, но лишь после прилунения произнес: «один небольшой шаг для человека – огромный скачок для человечества».

Находясь на лунной поверхности космонавты ни ощущали никаких запахов ни в скафандрах, ни в гермошлемах. А вернувшись в кабину и сняв шлемы, почувствовали какой-то запах. Запах лунного грунта, едкий, как запах пороха. В кабину они занесли много лунной пыли на скафандрах, башмаках. Запах чувствовался сразу. Лунная поверхность в момент прилунения была ярко освещена. На черном небе ни звезд, ни планет, за исключением Земли, не было видно.

Лунный отсек стоял в рабочем вертикальном положении. Соблюдать равновесие было нетрудно. Встать на ноги после случайного падения тоже не составляло затруднений. Вообще ощущение притяжения на Луне приятнее, чем земное, и даже приятнее состояния невесомости, как писал Н. Армстронг.

Солнце во время пребывания корабля на Луне поднималось над горизонтом. В среднем уровень освещения оказался очень высоким (как в безоблачный день на Земле). Тени были густыми, но не черными. Солнечный свет отражался от склонов лунных кратеров, и видимость установилась хорошая.

Своеобразные фотометрическое свойства Луны известны давно. Существовало опасение, что в определенный момент глаза космонавтов, ослепленные Солнцем, ничего не смогут увидеть, поэтому траектория снижения лунной кабины была рассчитана так, чтобы в точке прилунения солнечные лучи не мешали космонавтам. Цвет едва заметен или не обнаруживался вообще. При незначительной высоте Солнца над горизонтом практически различать цвета невозможно. Когда солнце поднимается над горизонтом до 10(начинают появляться коричневые и бурые оттенки. А при выходе из кабины космонавты неожиданно обнаружили, что обломки пород и частично лунного грунта имеют темно-серый или угольно-серый цвет.

Во время полета «Аполлона-11» земля находилась приблизительно в 30 (от зенита). Она казалось выпуклой и очень яркой. Преобладали 2 цвета: синий — океанов и белый — облаков. Однако легко было различить и серо-коричневый цвет континентов. Угловой диаметр Земли при наблюдении и Луны в 4 раза больше, чем у Луны, наблюдаемой с Земли. Хотя Земля не казалась маленькой, все же это было весьма красочное зрелище, по мнению космонавтов.

Скорость хождения не превышала 0,5 м/с. При больших скоростях космонавт, делая шаг, как бы взлетал вверх. При беге вприпрыжку он обеими ногами одновременно отталкивался от поверхности. Последний способ оказался наиболее эффективным при передвижении на большие расстояния, т.к. достигалась скорость 1-1,5 м/с, а на отдельных участках до 2 м/с. много времени уходило на то, чтобы выбрать наилучший путь на неровной поверхности. Скачки похожи на бег вприпрыжку, но при них на Луне в отличии от бега ноги двигаются довольно медленно. Создается ощущение медленного бега. Бег, каким мы его знаем на Земле, на Луне воспроизвести невозможно. Останавливаться во время ходьбы сразу нельзя. Шаги в строну затруднены ограниченной подвижностью скафандра. В общем, движение на Луне требует большего расчета и внимания, чем на Земле. Конечно, вусловия лунного притяжения хочется прыгать вверх. Свободные прыжки с сохранением контроля за движением возможны до 1 м. Прыжки на большую высоту часто заканчиваются падением. Наибольшая высота прыжки составила 2 м. Падения не имели неприятных последствий. Обычно при нарушении равновесия падение можно предотвратить поворотом и шагом в ту сторону, куда падаешь. Если космонавт упадет лицом вниз, то можно легко подняться без посторонней помощи. При падении на спину нужно приложить больше усилий, чтобы подняться самостоятельно. След от ходьбы углублялся в лунном грунте на 1 см, его частицы прилипали к обуви.

Это было выдающиеся достижение в истории освоение космического пространства - впервые человек достиг поверхности другого небесного тела и пробыл на нем более двух часов. Вслед за полет корабля «Аполлон – 11» к Луне на протяжении 3.5 - х лет было направлено шесть экспедиций («Аполлон-12» — «Аполлон -17»), пять из которых прошли вполне успешно.

На корабле «Аполлон – 13» из-за аварии на борту пришлось изменить программу полета, и вместо посадки на Луну был сделан ее облет и возвращение на Землю. Всего на Луне побывало 12 астронавтов, некоторые пробыли на Луне несколько суток, в том числе до 22 часов вне кабины, проехали на самоходном аппарате несколько десятков километров.

Ими был выполнен довольно большой объем научных исследований, собрано свыше 380 килограммов образцов лунного грунта, изучение которых занимались лаборатории США и других стран. Работы над программой полетов на Луну велись и в СССР, но в силу нескольких причин не были доведены до конца.

В 1994 году по программе «Клементина» на орбиту вокруг Луны был запущен небольшой спутник. Это первый шаг по возобновлению исследований Луны после 20-летнего перерыва. Следующая стадия, видимо, будет включать строительство автоматических обсерваторий с работающими роботами. Астрономы уже накопили большой опыт по управлению телескопами в космосе. Полеты на Луну без участия человека станут началом исследования и использования Луны. Лунные обсерватории будут располагаться на обратной стороне Луны, поэтому на лунную орбиту будут запущены спутники, чтобы принимать сигналы и передавать их на Землю. Одна из идей, которую разрабатывают в университете Аризоны (США), - создание стационарного телескопа почти без подвижных деталей. Благодаря медленному осевому вращению Луны и ее орбитальному движению вокруг Земли, направление обзора такого телескопа будет постепенно меняться с продолжительностью цикла на 18,6 лет. С течением времени этот телескоп сможет изучить миллионы звезд и галактик. На Луне можно также построить большие радиотелескопы. Это впервые даст возможность принимать идущие из Вселенной радиоволны очень большой длины. Сопоставление и объединение данных, полученных от телескопов, расположенных на Земле и на Луне, позволит ученым заглянуть в центральную часть наиболее мощных галактик Вселенной.

1. 
   Болдуин Р. Что мы знаем о Луне. М., «Мир», 1967 г.
   
2. 
   Воронцов–Вельяминов Б. А. Очерки о Вселенной. М., «Наука», 1975 г.
   
3. 
   Куликов К. А. Первые космонавты на Луне. М., «Наука», 1965
   
4. 
   Шевченко В. В. Луна и ее наблюдения. М., «Наука»,1983