Дистанционно управляемый самоходный аппарат-планетоход «Луноход-1» разрабатывался в НПО имени Лавочкина в рамках советской космической программы. После успеха «Спутника» и знаменитого гагаринского «Поехали!» в СССР серьезно готовились к следующему шагу — освоению Луны. В Крыму под Симферополем был создан полигон, на котором будущие обитатели лунной базы тренировались управлять специальными аппаратами для передвижения по лунному грунту, а инженеры-испытатели учились контролировать передвижения «беспилотных» луноходов – машин класса «Луноход-1».
45 лет назад, 17 ноября 1970 года, на Луне начал работать первый в мире самоходный аппарат — «Луноход-1». О полученных им результатах рассказывалось уже не раз, а вот о подготовке к запуску известно гораздо меньше.
История разработки и постройки
О самоходном лунном аппарате в королевском ОКБ-1 заговорили еще в 1959 году, сразу после первых запусков к Луне. Машина должна была обладать высокой проходимостью, поэтому вполне естественно, что в 1961 году, когда Сергей Королев стал прицельно искать разработчика, он обратился к танкистам. Заказ, однако, был столь необычным, что от него после тщательного анализа отказалось сначала танковое КБ Кировского завода (главный конструктор Жозеф Котин), а потом московский Научный автотракторный институт (НАТИ). Лишь в конце 1963 года директор ленинградского ВНИИ-100 (ныне ВНИИТрансмаш) Василий Старовойтов взял на себя смелость принять это предложение. Была создана группа «для изучения и определения возможных направлений работ по созданию самоходных средств передвижения по поверхности Луны». Тему поручили начальнику отдела новых принципов движения Александру Кемурджиану, ставшему потом главным конструктором шасси «Лунохода». На первом этапе рассматривались самые разные способы передвижения: шагающий, прыгающий, винтовой, кувыркающийся, перекатывающийся и даже ползущий, как змея. Но в итоге остановились на традиционных гусеничном и колесном вариантах. В конце мая 1964 года познакомиться с разработками приехали Сергей Королев и Михаил Тихонравов.
Кемурджиан сделал доклад, в котором описал преимущества и недостатки разных вариантов, — рассказывает один из конструкторов шасси «Лунохода», Михаил Маленков, ныне первый вице-президент Петербургского отделения Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского. — Завязалась острая дискуссия, участники которой спросили мнение Королева, но тот не стал «давить авторитетом» и ушел от вопроса: «Вы тут специалисты — как скажете, так и будет». Выбор был очень трудным, а споры — крайне эмоциональными. Доходило до того, что соперники просто переставали здороваться друг с другом.
Поначалу преимущество было у сторонников гусеничного шасси — как-никак разработкой занимался танковый институт. Проходимость у гусеницы, конечно, выше, чем у колеса, но для машин малой мощности у нее есть серьезные недостатки: большой вес и низкая надежность. Ажурной космической машине не под силу, как танку, перемалывать попадающие под катки камни. Если хоть один каток заклинит, машина остановится. И обрыв гусеницы, легко поправимый на Земле, на Луне станет концом путешествия. А вот со сломавшимся колесом движение можно продолжать. (Это на практике продемонстрировал американский марсоход «Спирит», который большую часть времени проработал с заклинившим правым передним колесом.) В итоге победили все-таки сторонники колесного шасси, хотя гусеничный вариант обсуждался до последнего момента. Так что конструкция «Лунохода» принципиально допускала переход на гусеницу. Именно поэтому ориентация колес у него фиксированная, а поворот он выполняет по-танковому — реверсом вращения. Официально работа над созданием «Лунохода» стартовала, 10 февраля 1965 года. И, конечно, в первую очередь перед конструкторами встал вопрос о свойствах грунта, по которому предстоит передвигаться машине…
А все-таки она твердая
В том же 1959 году, когда возникла идея лунного ровера, молодой выпускник Ленинградского горного института Генрих Штейнберг впервые посмотрел на Луну и был поражен открывшимся зрелищем. На следующий год, приступив к аэрофотосъемке камчатских вулканов, он обнаружил сходство между лунными и вулканическими ландшафтами.
Поверхность Луны тогда считалась полностью сформированной внешними воздействиями. Американский физик Ральф Болдуин по геометрии лунных кратеров (соотношениям диаметра, глубины и высоты кольцевого вала) доказал, что они образовались взрывным механизмом, вероятно, при метеоритных ударах. Общепринятой была также теория астронома Томаса Гулда о том, что Луна из-за микрометеоритной бомбардировки покрыта многометровым слоем пыли. Это ставило под вопрос не только идею «Лунохода», но и саму возможность посадки на Луну.
Другое дело, если в формировании лунной поверхности значительную роль играла вулканическая активность, тогда слой пыли не будет толстым. И Генрих Штейнберг пишет в 1964 году статью, в которой отмечает, что сам факт взрывной природы лунных кратеров еще не доказывает их ударно-метеоритного происхождения: взрывы могут быть и вулканическими. А поверхность Луны тогда будет твердой, близкой по свойствам к вулканическому шлаку. Статья предназначалась для публикации в «Докладах Академии наук», а в это издание по правилам статью должен представлять академик. Но кто из них занимается столь экзотической темой, как строение поверхности и геологическая история Луны? Ценный совет дал тогда научный обозреватель «Комсомольской правды» Ярослав Голованов, который раньше работал в КБ Королева. Имя Королева было еще строго засекречено, и, выступая в печати с научно-популярными статьями об освоении космоса, он пользовался псевдонимом «проф. К. Сергеев». Однако в справочнике Академии наук он был упомянут без указания рода деятельности.
Отправленная на его имя статья была напечатана в 1965 году и впоследствии оказалась единственной работой, которую Королев рекомендовал как академик, а также первым случаем появления его имени в открытой публикации по космической тематике.
Интерес Королева к этой теме был связан с тем, что как раз в это время строились первые советские станции для мягкой посадки на Луну и не утихали споры о характере ее поверхности. От Королева требовали технических параметров. По Гулду выходило, что поверхность спутника Земли совсем рыхлая. Это, однако, прямо противоречило данным проводившихся в Горьком радиоастрономических исследований Луны. Их научный руководитель Всеволод Троицкий был единственным, кто на совещании у Королева подписался, что Луна твердая. Тогда уже сам Королев заявил: «А мне вот и вулканологи пишут, что поверхность Луны твердая». И прямо на докладной написал по диагонали: «Посадку следует рассчитывать на достаточно твердый грунт типа пемзы». Правильность этого решения подтвердилась через год, 3 февраля 1966 года: станция «Луна-9» совершила первую мягкую посадку на естественный спутник Земли.
Борьба с неизвестностью
Тем временем работа над «Луноходом» сосредоточилась вокруг двух совершенно неизученных вопросов: работоспособности зубчатых передач в космосе и неизвестных свойств лунного грунта. До «Лунохода» космическая механика никогда не работала подолгу при высоких нагрузках. Конструкторы опасались, что в вакууме при низкой температуре рабочие поверхности зубчатых передач и других пар трения будут схватываться, приводя к блокировке колес (в вакууме нет оксидной пленки на деталях, и при очень сильном сжатии они могут просто свариться друг с другом). Для проверки был создан небольшой экспериментальный редуктор, который ставился на лунных спутниках «Луна-11» и «Луна-12». Получаемые с него данные сравнивались с показателями аналогичного устройства в земной вакуумной камере, чтобы понять, при каких условиях в дальнейшем испытания можно было проводить в лаборатории.
Ни в одном эксперименте спекания шестеренок не случилось, но колеса «Лунохода» все равно оснастили взрывными устройствами, которые могли по команде с Земли разорвать силовую связь колеса с двигателем. Воспользоваться этой пиротехникой так и не довелось, хотя разработчики просили разрешения опробовать ее, когда «Луноход» уже в несколько раз перекрыл запланированное время работы.
Другим постоянным источником беспокойства для конструкторов были свойства лунного грунта. Долгое время о них можно было лишь догадываться. Первые измерения его физико-механических свойств сделала лишь в самом конце 1966 года станция «Луна-13». Стало ясно, что реголит легко прессуется, не восстанавливая потом исходную форму, и что у него низкое внутреннее трение, а значит, в нем ничего не стоит забуксовать. Стали искать похожие по свойствам земные породы. Сначала использовали кварцевый песок и молотый базальт. Но потом пришли к выводу, что лучше всего свойства лунной поверхности передает вулканический шлак, желательно свеже-высохший. Вполне естественно встал вопрос об испытаниях «Лунохода» на Камчатке.
Камчатский Тест-Драйв
К тому времени Генрих Штейнберг уже не первый год занимался на Камчатке изучением вулканических пород. С 1964 года совместно с астрономами из ГАИШ он выполнял аэрофотосъемку и спектроскопию вулканических ландшафтов. Затем, с 1967 года совместно с профессором Игорем Черкасовым изучал физико-механические свойства вулканических пород в естественном залегании. Для этого в изучаемой точке вертолет ставили на домкрат и измеряли, как деформируется поверхность шлаков.
В итоге именно Штейнбергу предложили в 1968 году найти на Камчатке площадки для ходовых испытаний «Лунохода». Все работы проводились по заказу ВНИИ-100 Институтом вулканологии Сибирского отделения АН СССР. Всего были подобраны четыре площадки в районе вулканов Шивелуч, Толбачик, Ключевской и Крашенинникова. Причем на Шивелуче было два участка: один на пирокластическом потоке, а другой на отложениях направленного взрыва. Обе эти площадки сформировались в ходе катастрофического извержения 1964 года, когда мощный взрыв образовал новый кратер и сильно разрушил прежнюю вулканическую постройку.
Тренировки экипажей «Лунохода-1» проводились под Симферополем. Причем для срочного создания там «лунодрома» были использованы стройматериалы, завезенные ранее для строительства жилья военнослужащим, что вызвало определенное недовольство
Первые испытания планировалось провести в июле — августе 1969 года на Шивелуче и Толбачике, однако обстоятельства сложились иначе. «Луноход» доставили с опозданием, только 7-8 августа все оборудование было на месте. Дней пять ушло на обустройство лагеря, и 12 августа машина поехала. «Луноход» работал на аккумуляторах, которых хватало на целый день, если не больше. Подзаряжали их движком от бензопилы «Дружба». Управление велось с портативного пульта по кабелю длиной метров 20. Никакой полезной нагрузки не было, поскольку при земной гравитации, которая в шесть раз больше лунной, шасси просто не выдержало бы вес снаряженного «Лунохода». А вот чтобы центр тяжести оставался на правильной высоте, на шасси ставилась мачта с грузом.
Однако полностью воспроизвести условия движения по Луне в земных условиях невозможно. Хотя на Луне аппарат весит меньше, динамические нагрузки, возникающие при резком торможении или повороте, зависят не от его веса, а от массы, и на Луне они такие же, как на Земле. Поэтому устойчивость к опрокидыванию в условиях слабой гравитации снижается. Именно поэтому «Луноход-1» не разгонялся свыше 2 км/ч, и на нем была предусмотрена система безопасности на основе гироскопических датчиков, которая просто отключала питание в случае достижения предельных углов наклона.
Также во всех колесах были датчики тока — чтобы моторы не сгорели при высокой нагрузке во время пробуксовки. Для измерения физико-механических свойств грунта и оценки проходимости на «Луноходе» был установлен пенетрометр. Периодически он опускался и проверял поверхность. Важность этого инструмента впоследствии подтвердил американский опыт. Астронавты со своим ровером как-то раз застряли, преодолевая борозду, где глубина сыпучего грунта больше, чем на ровных участках. Тогда им пришлось на руках вытаскивать свою машину. Но «Луноходу» никто бы не помог в подобной ситуации, поэтому его движение следовало организовать надежнее.
Тайные испытания
Проследить за испытаниями прилетел главный конструктор шасси Александр Кемурджиан, а также ряд ученых, включая академика Георгия Флерова. «Луноход» работал на пирокластическом потоке, а 17 августа руководству решили показать отложения направленного взрыва. Вертолет минут десять кружился, выбирая место для посадки среди обломков вулканического конуса, которые после взрыва катились километра три, подминая тайгу. А когда осмотр был закончен, случилась авария. Рассказывает Генрих Штейнберг:
Взлетаем, зависли, пошли в разгон, и вдруг я слышу какой-то стук. Выглядываю в блистер — падаем. Позже выяснилось — «полетел» цилиндр. Машина села очень жестко. Бледный бортмеханик выскакивает наружу, осматривается и кричит мне: «Выводи людей!» Машина села с большим креном, и можно просто попасть под несущий винт, если пойти не в ту сторону. Потом мы с бортмехаником и вторым пилотом минут сорок таскали камни под работающим винтом, приваливая вертолет, чтобы он не завалился набок после остановки двигателя. Наконец закрылись внутри, выключили двигатель и ждали: сейчас лопасти провиснут и пойдут по земле. Но пронесло: в запасе осталось всего четыре сантиметра. В полной тишине пилот доложил в Петропавловск: «38271 упали на вынужденную. Жертв нет». Через полчаса нас забрал другой вертолет, а дальше начались проблемы.
Другого свободного вертолета не было. А объяснять, что здесь идут важные работы по космической тематике, нельзя — все строго засекречено и оформлено как рядовой хоздоговор. «Ждите, пока починят вашу машину», — отвечает начальство. Лишь через несколько дней удалось выбить вертолет у «Аэрофлота», но тут в поселке Ключи, где базировалась экспедиция, кончился бензин. В Петропавловске говорят, что в курсе, закачивают танкер, топливо будет через пару недель. Но Шивелуч — самый северный камчатский вулкан, площадка находится на высоте 1200 метров, там уже в сентябре может выпасть снег, а программа ходовых испытаний еще на две недели.
Директор Института вулканологии устно посоветовал Штейнбергу просто расторгнуть договор на испытания и тем самым полностью их сорвать. Мол, не наши проблемы. Оно и понятно, сам он как раз покидал институт, уходя на повышение в Москву. Не оказалось в институте и заместителей: один незадолго до того покончил с собой, другой погиб в авиакатастрофе, главным остался один из завлабов. Ситуация патовая: топлива нет, начальства нет, испытательная бригада сидит в поселке Ключи, совсекретный «Луноход» стоит без присмотра в палатке у подножия вулкана. Программа находится на грани срыва, а о ней даже упомянуть никому нельзя — секретность.
Ступица колеса в разрезе. Видны понижающий редуктор (1:216) и электромотор (сзади)
Кемурджиан, в состоянии красного каления, требует: в течение четырех дней возобновить испытания. Тут вспомнили: военные, у них здесь эскадрилья. Запросили. Через день появился какой-то человек: «Деньги вечером — бензин утром».
А где забирать?
— А где вам надо?
— На вертолетной площадке.
— Там все и будет.
Только цена вдвое выше государственной и оплата, конечно, наличными. За 25 тонн бензина и тонну масла — 10000 рублей, это стоимость пары автомобилей. Кемурджиан на месте увеличивает сумму договора, и уже через сутки приходит телеграмма: деньги перечислены.
На следующий день я отдал 10000 незнакомому человеку, без расписки, без документов, — вспоминает Генрих Штейнберг. — Сказал милиции, что за вертолетной площадкой можно не следить — сами присмотрим. В назначенное время там стояли 125 бочек бензина и 5 бочек масла. Прерванные после аварии испытания возобновились 26 августа и продолжались примерно до 10 сентября.
Второй Тест-Драйв
Осенью 1969-го старт «Лунохода» не состоялся. Его отложили на год, что позволило в июле — сентябре 1970 года провести еще одну серию испытаний в районе вулкана Толбачик. На этот раз тоже не обошлось без происшествий. По пути из Ленинграда в Петропавловск-Камчатский потерялись два ящика с узлами «Лунохода». Несколько дней их пытались разыскать по аэропортам, где садился рейс, и когда скрывать от КГБ утрату секретного груза больше было нельзя, ящики нашлись в Магадане, где их выгрузили по ошибке и как «чужие» даже не приняли на склад. Сов.секретное оборудование так и простояло почти неделю на улице.
Шестиколесное шасси с грузом на мачте во время испытаний на камчатском полигоне
К счастью, дальше все пошло гладко. Машину успешно откатали. Она уверенно, практически без пробуксовки взбиралась по 20-градусным сыпучим склонам с креном далеко за пределами допусков, установленных для движения по Луне, куда «Луноход-1» отправился спустя два месяца. Полученные в ходе его работы данные показали, что местность в районе Толбачика имеет с поверхностью Луны коэффициент соответствия 96%. После этого ее статус был повышен с экспериментальной площадки до полигона, и с тех пор там неоднократно испытывались прототипы различных планетоходов, включая «Луноход-2», неполетевший «Луноход-3», а также ряд зарубежных моделей.
В советской лунной программе усовершенствованный луноход должен был обеспечить рекогносцировку перед высадкой на Луну космонавта, а затем стать его персональным транспортом. А в случае повреждения спускаемого аппарата луноход обеспечил бы доставку космонавта к запасному кораблю, который должен был совершить посадку заранее. Не случайно за ходовыми испытаниями «Лунохода-1» на Камчатке наблюдал космонавт Евгений Хрунов, входивший в группу потенциальных лунных пилотов. Впоследствии на Камчатке испытывали «Луноход-2», который прошел по Луне 37 километров, «Луноход-3», оставшийся на Земле из-за нехватки ракет «Протон», а также шестиколесный прототип лунохода для так и несостоявшегося советского пилотируемого полета на Луну.
А вот «левый» бензин для секретных испытаний «Лунохода» в 1969-м едва не стоил Штейнбергу карьеры. В 1971 году по этому эпизоду было возбуждено уголовное дело, и хотя обвинение не было предъявлено, его «авансом» исключили из партии, а потом уволили из института. Дело было закрыто за отсутствием состава преступления, но для отмены партийного взыскания пришлось за несколько лет дойти с апелляцией до уровня даже не ЦК, а съезда КПСС в 1976-м. Лишь тогда одному из создателей советского «Лунохода» вновь дали возможность работать по специальности.
- Приборный гермоотсек. По ночам научное оборудование в гермоотсеке обогревалось радиоизотопным источником тепла.
- Навигационная телекамера. За время работы «Лунохода» камера малокадрового телевидения передала водителям более 25 тысяч снимков.
- Основная телекамера. Ею отснято более 200 панорам по пути следования.
- Остронаправленная антенна. Для экономии мощности передатчика данные отправлялись на Землю с ее помощью.
- Уголковый отражатель много лет служил для лазерной локации Луны с Земли.
- Шасси 8×8. Каждое колесо вращалось расположенным в ступице электромотором; сетчатый обод с грунтозацепами крепился к ступице велосипедными спицами.
- Анализатор химсостава. Спектрометр «Рифма», разработанный в Ленинградском Физтехе, изучал грунт в 25 точках.
TTX
- Общая масса — 756 кг,
- в том числе шасси — 105 кг
- Источники энергии: солнечные батареи, полониевый теплогенератор
- Напряжение бортовой сети: — 27 В
- Скорость: первая — 0,8 км/ч, вторая — 2,0 км/ч
- Колесная формула: — 8×8
- Мощность двигателей: — 40 Вт (в каждом колесе)
- Колесная база: — 1705 мм
- Колея: — 1600 мм
- Дорожный просвет: — 380 мм
- Диаметр колес: (по грунтозацепам) — 510 мм
- Ширина колеса: — 200 мм
- Угол статической устойчивости: — 43-45*
- Высота преодолеваемых препятствий: — 0,35-0,4 м
- Угол подъема по сыпучему грунту: — 20 градусов
- Период работы: — 17.11.1970-04.10.1971
- Пройденный путь: — 10 540 м
В общей сложности было построено четыре таких машины. Одна из них должна была стать первым земным объектом, достигшим поверхности спутника. 19 февраля 1969 года ракета-носитель серии «Протон», которая несла «Луноход-1», стартовала с космодрома Байконур. Однако на 52-й секунде полета ракета взорвалась из-за аварийного отключения двигателей первой ступени. Организовать новый старт сразу же было невозможно, и в итоге американцы, которые не менее напряженно работали над программой пилотируемых полетов, успели первыми. Запуск космического корабля «Аполлон-11», на борту которого находились Нил Армстронг, Базз Олдрин и Майкл Коллинз, состоялся 16 июля того же года.
Следующий запуск лунохода состоялся почти через два года. Станция Е-8 №203 (№202 имел искусственный спутник Луны серии Е-8ЛС, известный как Луна-19), названная в печати Луной-17, стартовала в 17:44 10 ноября 1970 года и, совершив не полный виток вокруг Земли, направилась к Луне. 12 и 14 ноября были проведены плановые коррекции траектории перелета. 15 ноября Луна-17 вышла на орбиту искусственного спутника Луны высотой 85/141 км и периодом обращения 116 минут.
16 ноября прошли коррекции, в результате которых минимальная высота над поверхностью снизилась до 19 км. Наконец 17 ноября 1970 года в 06:46:50 станция Е-8 №203 благополучно прилунилась в Море Дождей в точке с координатами 38° 17″ с.ш. 35° 00″ з.д. Два с половиной часа ушло на осмотр места посадки и развертывания трапов.
В 09:28 17 ноября Луноход-1 (аппарат 8ЕЛ №203) съехал со ступени КТ на лунный грунт. Он стал пятым подвижным образованием на Луне после Армстронга, Олдрина, Конрада и Бина. Самым сложным оказалось, все-таки, управление аппаратом. Две телевизионные камеры стояли на Луноходе-1 слишком низко. Работала лишь одна из них, вторая была запасной. Картинка с луны была очень контрастной, без полутеней. Весь первый лунный день экипажи лунохода приноравливались к необычным теле-изображениям.
Пульт дистанционного управления Луноходом (пульт оператора остронаправленной антенны)
«Когда я в первый раз увидел картинку с лунохода, хотя видел до этого много раз картинку при испытаниях на „лунодроме», это было небо и земля», — вспоминал Г.Н. Роговский. — «Мы увидели там лишь какие-то черно-белые пятна. Определить где камни, где кратер казалось было невозможно. Требовался большой навык, большой опыт, чтобы разобраться в этом хаосе. Кратер, например, был виден в виде темной полоски, поскольку камеры стояли очень невысоко, на уровне глаз сидящего на стуле человека. Поэтому поначалу часто въезжали в кратеры. А въезжаешь в кратер — начинаются неприятности. Стенки у него рыхлые, луноход начинает буксовать, его сносит».
Некоторые панорамные снимки Лунохода-1 (Время работы аппарата с 17.11.1970 до 15.09.1971)
«И при этом надо учитывать еще вот что. Мы хоть и говорим, что на луноходе стояло телевидение, а, в общем то, это телевидением назвать было нельзя», — добавил О.Т. Ивановский. — «Это было, скорее, слайдовидение. На передачу одного кадра уходило от трех до 20 секунд в зависимости от рельефа! А ведь в нормальном телевидение — 25 кадров в одну секунду. Поэтому динамика движения воспринималась рывками. Есть статичный кадр. Он стоит, например, шесть секунд, а потом на его место приходит следующий статичный кадр. И учтите еще задержку прихода сигнала с Луны. Это было очень трудно — воспринимать окружающую луноход обстановку, ориентироваться. Чтобы закончить эту тему по работе экипажа, я скажу следующее: работа для этих ребят была чрезвычайно сложная. Не случайно у нас было две смены, две пятерки. Два часа — и люди больше уже работать не могли. Через два часа они уже были измочалены и больше работать не могли. В основном эта нагрузка ложилась на водителя, потому что управление движением было в его руках. Все эти проблемы очень осложняли и без того тяжелую работу. Физически тяжелую. Экипажи, ведь, отвечали за жизнь лунохода. И когда возникали какие-то сложные ситуации, а вокруг было много советчиков.»
Научная программа лунохода была весьма обширной – аппарат должен был изучать физические и механические свойства лунного грунта, фотографировать окружающий пейзаж и его отдельные детали и передавать все данные на Землю. Похожее на каравай „тело» лунохода располагалось на платформе, снабженной восемью колесами. Аппарат был более чем полноприводным – операторы могли независимо регулировать направление и скорость вращения каждого из колес, изменяя направление движения ровера практически как угодно.
Бабакин говорил: „Нет, ребята. Вы все валите отсюда. Есть экипаж, есть командир. Пусть он и принимает решение.» И экипаж принимал решение. Если за неполный первый лунный день луноход прошел лишь 197 метров, то за второй уже полтора километра. Экипаж и вся группа управления и анализа работала в Центре дальней космической связи под Евпаторией. Сеансы связи проводились с аппаратом ежедневно в течение всего лунного дня. Хотя, что значит лунный лень? Если подходить с чисто астрономической точки зрения это — 13.66 суток. Но на самом деле первые два дня луноход „отходил» от лунной ночи. подзаряжая бортовые аккумуляторы. Потом, в середине лунного дня. Солнце стоит слишком высоко, теней, практически, нет, на телекартинке — сплошное светлое пятно. Снова перерыв в работе на два-три дня. А за двое суток до конца лунного дня уже пора готовиться к ночи. Надо развернуть луноход на восток, чтобы при восходе Солнца солнечная батарея, поднятая на 90°, была освещена прямыми лучами. Длительность же ежедневных сеансов связи составляла в среднем 4-6 часов: пока Луна поднимется над земным горизонтом на достаточный угол. пока аппарат войдет в радиоконтакт. За это время надо было успеть проехать какое-то расстояние, на забывая при этом и о науке. Причем ехать приходилось по совершенно неизвестной местности. Ведь настолько подробных карт района посадки лунохода у советских ученых тогда не было.
Три первых „гарантийных» месяца помимо изучения лунной поверхности луноход выполнял еще и прикладную программу: отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. Сначала аппарат шел на юго-восток. В конце третьего дня направление его маршрута изменилось на северо-западное. Перед экипажами стояла задача: с использованием только навигационных средств (а не по старой колее) вывести луноход к посадочной ступени. Это удалось. 18 января Луноход-1 вернулся на место своей посадки. После этого аппарат пошел на север, продолжая научную программу. 20 февраля, по окончанию 4 лунного дня, ТАСС сообщил о полном выполнении первоначальной программы работ лунохода.
Однако „лунный странник» не собирался «помирать». Пришлось управленцам вместе с учеными разрабатывать программу работ на следующий лунный день, и еще на следующий, и еще… В итоги луноход в три раза перекрыл свой первоначально рассчитанный ресурс. Всякое случалось за это время. В 6 лунный день, 12 апреля 1971 года (прямо в День космонавтики) луноход попал в сложный кратер с очень сыпучими, крутыми краями. Выбраться из него было очень сложно. Пробуксовка колес достигала 90%, углы наклона — 24°. Вот как вспоминал эту ситуацию Гарри Николаевич Роговский:
«Мы никак не могли вылезти из этого кратера. Идем по стенке, а нас сносит вниз. А движение проходило во время лунного дня, солнышко стояло высоко. Обязательное условие при этом: панель солнечной батареи должна быть освещена, чтобы вырабатывать энергию для зарядки аккумуляторов и питания всех систем. Панель закрывалась только на время ночи для сохранения тепла. Для того же, чтобы выбраться из этого кратера, мы были вынуждены занять солнечную батарею. Риск был большой, так как мы нарушали тепловой баланс. Окончательное решение принимал именно экипаж, закрыли, вылезли из кратера, открыли. Все закончилось благополучно.»
Седьмой лунный день луноход маневрировал в зоне еще более сложного рельефа: жуткое хитросплетение кратеров и крупных камней. В результате удалось преодолеть всего 197 м пути. Однако ресурс лунохода был не бесконечным. До 18 июня (конец восьмого лунного дня во всех сообщениях ТАСС говорилось, что состоянии служебных систем аппарата „нормальное»; После восьмой ночи „нормальное» изменилось в „удовлетворительном». Проход за день лунохода резко снизился. Последний сеанс с луноходом завершился 14 сентября в 16:05 ДМВ. 15 сентября, при наступлении одиннадцатой лунной ночи Лунохода-1, ТАСС сообщил, что температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла в системе „ночного» подогрева. 30 сентября в месте стоянки лунохода наступил 12 лунный день, но аппарат так на связь и не вышел. Все попытки войти с ним в контакт были прекращены 4 октября. Деятельность аппарата на Луне завершилась „естественной смертью в весьма преклонном возрасте».
Пройденный Луноходом-2 путь по лунным дням:
| Лунный день | Пройденное расстояние, м | Лунный день | Пройденное расстояние, м |
| №1 (16-24.01.1973) | 1148 | №2 (07-22.02.1973) | 9919 |
| №3 (09-23.03.1973) | 16533 | №4 (08-23.04.1973) | 8600 |
| №5 (07-09.05.1973) | 800 | Завершение миссии Лунохода |
|---|
«Серебренно-кадмиевые аккумуляторные батареи предназначались на вполне конкретное количество заряд-разрядных циклов», — рассказывал О.Г. Ивановский. — «Все гарантировали только три месяца их работы. Также как и ходовой части, и системы питания. А за год в аккумуляторах стал уже накапливаться газ, емкость их падала. Зарядный ток шел, а аккумуляторы его уже не воспринимали». Основными итогами работы Лунохода-1 были названы: обследована площадь в 80000 кв.м., с помощью телесистем получено свыше 20000 снимков поверхности и более 200 панорам, более чем в 500 точках поверхности определялись физико-механические свойства поверхностного слоя лунного грунта, а в 25 точка проведен его химический анализ, пройденное расстояние — 10540 м. длительность активного функционирования — 301 сут 06 час 37 мин.
Учитывая все остальные работы по межпланетной и «прикладной» тематике, Машиностроительный завод имени С.А. Лавочкина мог производить один луноход в два года. Следующий аппарат этой серии не стал точной копией предыдущего. Прежде всего конструкторы прислушались к пожеланиям экипажей и сделали третью верхнюю телекамеру, на уровне роста человека. Это существенно улучшило обзор. Изменился и приборный состав лунохода. Луноход-2 в составе станции Е-8 №204 (Eyna-21) был запущен 8 января 1973 года в 09:55. 09 января была выполнена одна коррекция траектории. вторая не понадобилась. 12 января станция вышла на орбиту ИСЛ высотой 90×110 км, наклонением 60° и периодом 118 мин. 13 и 14 января были проведены коррекции, в результате которых минимальная высота над поверхностью Луны снизилась до 16 км. Луна-21 села 16 января 1973 гола в 01:35 в Море Ясности в точке с координатами 25° 51″ с.ш. 30° 27″ вд. Всего в 172 км к югу за месяц до нее сел Аполлон-17.
Посадка станции Е-8 №204 произошла всего в 3 метрах от края кратера. Стенки кратера были достаточно круты. Еще чуть-чуть и ступень КТ с луноходом могла бы опрокинуться. Повезло. В 04:14 16 января 1973 года Луноход-2 съехал со ступени КТ. Съехал прямо в кратер, который при первом осмотре местности просто не заметили. Повезло опять, аппарат не перевернулся. Но вот с навигационной системой лунохода на этот раз не повезло. Она вышла из строя при посадке. В результате возросла нагрузка на штурманов экипажа. Им приходилось ориентироваться по окружающей обстановке и Солнцу. Положение же корпуса определялось косвенным путем по загрузкам на колесах. При этом выручила детальная фотокарта района посадки. О ней ходят различные слухи. Район посадки Лунохода-2 мог быть, в принципе, отснят станцией Луна-19, которая работала в 1971 году на окололунной орбите, имевшей наклонение 40°. Хотя Кеннет Гэтланд в своей книге Космическая техника утверждает, что эта станция отсняла только район между 30-60 ю.ш. и 20-30° в.д. Однако в Ежегоднике Большой советской энциклопедии 1972 года приведена фотография поверхности Луны-19 в районе Залива Зноя, который лежит на широте 15° с.ш Но оказывается все было не так.
Олег Генрихович Ивановский рассказал о фотокарте района работ Лунохода-2 крайне занятную историю. Сразу после посадки Луны-21 в Море Ясности в Москву приехала американская делегация для обсуждению результатов и задач исследования планет Солнечной системы. Встреча проходила с 29 января по 2 февраля 1973 года в ИКИ АН СССР. К тому времени координаты посадки Лунохода-2 были уже объявлены. На встрече в ИКИ один из американских ученых осторожно подошел к Ивановскому и положил в карман его пиджака фотографию. Это оказалась детальная фотография района посадки Луны-21. Район был отснят американцами в преддверии посадки лунного модуля Аполлона-17. Используя эту фотографию в дальнейшем и намечался маршрут Лунохода-2. Этот «шпионский» рассказ подтверждает и то, что в одном из газетных репортажей тех времен рассказывалось, как принималось решение о поездке Лунохода-2 к разлому Прямой. Из этого репортажа становилось ясным, что до посадки станции в Море Ясности о существовании разлома никто не предполагал, или уж по крайней мере, экспедиции к нему не планировалось. Предполагалось лишь провести исследования пограничного района «море-горы».
Несмотря на отказ навигационной системы, Луноход-2 оказался шустрее своего предшественника. Сеансы связи с ним длились порой более 11 часов. Сказывался и опыт экипажей, и верхняя третья телекамера. В сложных для проходимости местах можно было сделать стереоскопические панорамы с помощью телефотометров, установленных с каждой стороны лунохода, попарно. Поэтому пройденное расстояние за лунный день доходило до 16.5 км. Примерные значения связаны с отказавшей навигационной системой. 12 февраля 1973 года луноход достиг ближайшего выступа береговой линии Залива Лемонье (холмы Встречные). Далее он исследовал предгорья гор Тавр, обследовал крупный кратер (диаметр 2 км). 14 марта луноход вернулся в морскую зону и направился к разлому Прямой (длина 16 км, ширина 300 м). 11 апреля он подходил до расстояния 50 м от края разлома. 13-18 апреля луноход обогнул разлом с юга и вышел на его восточную границу.
Последнее сообщение ТАСС о движении аппарата было датировано 9 мая. Говорилось, что луноход начал движение от разлома Прямой на восток к мысу Дальний. Судя по всему, было пройдено лишь 800 м. Там луноход и остался. Погубил его все-таки кратер. Не по вине экипажа, -, а просто из-за ограниченных технических возможностей аппарата, произошла аварийная ситуация. Вот как о ней рассказывал О.Г. Ивановский: «Это произошло при движении в очень сложных условиях внутри одного из кратеров. На стенке этого кратера притаился еще один, вторичный, маленький. Это самое подлое на Луне. Чтобы выбраться из этого паршивого кратера оператор-водитель принял вместе с экипажем решение луноход сдать назад. А солнечная панель была откинута. И получилось так, что крышкой солнечной панели он въехал в стенку этого невидимого, ведь камеры смотрели только вперед, кратера. Он черпнул лунного грунта на солнечную панель. А после того, как выбрались, решили эту панель закрыть. Но лунная пыль такая противная, что ее так просто не стрясешь. За счет запыления солнечной батареи упал зарядный ток., а из-за того, что пыль стряслась на радиатор, нарушился тепловой режим.
В итоге в этом злополучном кратере Луноход-2 и остался. Все попытки спасти аппарат закончились ничем. 3 июня было передано сообщение ТАСС о завершении работ с луноходом. Это был „официальный некролог». Однако и Луноход-2 смог превысить отпущенные ему ресурсом три месяца. Еще через два года в МЗЛ был изготовлен очередной луноход — 8ЕЛ №205. Аппарат стал еще одним шагом вперед по сравнению со своими предшественниками. Еще совершенной стала телевизионная система лунохода. Прежде всего она была стереоскопической: разработчики умудрились обеспечить одновременную передачу с двух телекамер сразу. Телевизионная стереопара стояла в поворотном гермоблоке, который значительно расширял возможности обзора. Теперь аппарату было достаточно покрутить „головой», а не разворачиваться целиком для обзора местности. Гермоблок стоял на выносной штанге, как и дополнительная камера на Луноходе-2. От телекамер, жестко закрепленных на гермоотсеке лунохода конструкторы вообще отказались.
Аппарат 8ЕЛ №205 был полностью укомплектован научным оборудованием, прошел весь цикл наземных испытаний и подготовлен к экспедиции на Луну. Но так и остался на Земле. Причин тому было несколько. Прежде всего изменилось отношение к лунной тематике руководства МЗЛ. Его тогдашний генеральный директор Сергей Сергеевич Крюков активно „проталкивал» программу доставки на Землю марсианского грунта. Все силы КБ были брошены на решению этой задачи. И хотя аппарат Е-8 №205 и был готов, сами же его творцы пускать его не собирались. В лунной тематике середины 70-х годов приоритет получила модифицированная станция для доставки лунного грунта Е-8-5М. На ней уже отрабатывались некоторые элементы марсианской „грунтовой» программы. Однако лишь с третьей попытки удалось провести штатный полет Е-8-5М.
Луноход-1 был первым из двух автоматических аппаратов, изучавших Луну в рамках советской программы «Луноход». Космический корабль, доставивший Луноход-1 на поверхность Луны, назывался Луна-17. Луноход-1 стал первым управляемым колесным роботом, который работал за пределами Земли. Дата начала работы аппарата на Луне — 17 ноября 1970 года. Луноход-2 был запущен спустя три года.
«Луноход» — транспортное устройство, управляемое автоматически, способное передвигаться по Луне и предназначенное для проведения исследования Луны.
Перед советскими учеными и конструкторами при разработке и создании первого автоматического 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 двигателя с высокой проходимостью при малых массе и энергопотреблении, обеспечивающего надежную работу и безопасность движения, систем дистанционного управления движением лунохода; обеспечение необходимого теплового режима с помощью системы терморегулирования, поддерживающей температуру газа в приборных отсеках, температуру 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 лунохода должна была обеспечить: изучение топографии местности; определение химического состава и физико-механических свойств грунта; исследование радиационной обстановки на трассе перелета к Луне и на ее поверхности; изучение рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны. Первый луноход — советский «Луноход-1» был доставлен на Луну космическим аппаратом «Луна-17» и проработал на ее поверхности почти год (с 17.11.1970 по 4.10.1971).
«Луноход-1» состоит из двух частей: герметичного приборного отсека с аппаратурой и самоходного шасси. Масса «Лунохода-1» 756 кг, длина (с открытой крышкой) 4,42 м, ширина 2,15 м, высота 1,92 м. Приборный отсек служит для размещения аппаратуры бортовых систем и зашиты ее от воздействия внешней среды в условиях космоса. Имеет форму усеченного конуса с выпуклыми верхним и нижним днищами. Корпус отсека изготовлен из магниевых сплавов, обеспечивающих достаточные прочность и легкость. Верхнее днище отсека используется как радиатор-охладитель в системе терморегулирования и закрывается крышкой. В период лунной ночи крышка закрывает радиатор и препятствует отводу теплоты из отсека благодаря тепловому излучению радиатора. В течение лунного дня крышка открыта, и элементы солнечных батарей, расположенные на ее внутренней стороне, обеспечивают подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией.
В приборном отсеке размещены системы терморегулирования, электропитания, приемные и передающие устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления и электронно-преобразовательного устройства научной аппаратуры. В передней части расположены: иллюминаторы ТВ камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, служащей для передачи на Землю ТВ изображений лунной поверхности; малонаправленная антенна, обеспечивающая прием радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель, изготовленный во Франции. По левому и правому бортам установлены: 2 панорамные телефотокамеры (в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), 4 штыревые антенны для приема радиокоманд с Земли. 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 солнечной стороне и в тени, сделали необходимой разработку 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 солнечных и химических буферных батарей, а также приборов автоматического управления. Управление приводом солнечных батарей осуществляется с Земли; при этом крышка может быть установлена на любой угол в пределах от 0 до 180°, необходимый для максимального использования солнечного излучения.
Бортовой радиокомплекс обеспечивает прием 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 перелета с Земли на Луну. Две ТВ системы лунохода служат для решения самостоятельных задач. Система малокадрового телевидения предназначена для передачи на Землю ТВ 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 ТВ система служит для получения панорамного изображения окружающей местности и съемки участков звездного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации. Система состоит из четырех панорамных телефотокамер.
Самоходное шасси предназначено для перемещения лунохода по поверхности Луны. Характеристика шасси: число колес — 8 (все ведущие); колесная база — 170 мм; колея — 1600 мм; диаметр колеса по грунтозацепам — 510 мм; ширина колеса — 200 мм. Шасси выполнено таким образом, чтобы луноход имел высокую проходимость и надежно работал в течение длительного времени при минимальной собственной массе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивает передвижение «Лунохода» вперед (с двумя скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состоит из ходовой части (упругая подвеска и движитель), блока автоматики, системы безопасности движения, прибора и комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигается за счет различной частоты вращения колес 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 лунохода при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колес.Прибор для определения механических свойств лунного грунта позволяет оперативно получать информацию о движения. Пройденный путь определяется по числу оборотов ведущих грунтовых условиях 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 аппаратом осуществляется из Центра дальней космической связи экипажем в составе командира, водителя, штурмана, оператора, бортинженера.
Режим движения выбирался в результате оценки телевизионной информации и оперативно поступающих телеметрических данных о крене, дифференте, пройденном пути, состоянии и режимах работы приводов колес. 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 дополнительных программ научных исследований Луны и космического пространства, а также инженерно-конструкторских испытаний.
«Луноход-1» детально обследовал лунную поверхность на площади 80000 м2. С помощью ТВ систем было получено более 200 панорам и свыше 20000 снимков поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведен анализ его химического состава. Пройденное расстояние 10 км 540 м. Длительность активного функционирования «Лунохода-1» составила 301 сутки 6 ч 37 мин; прекращение работы было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника теплоты. В конце работы он поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый отражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.
16.1.1973 с помощью автоматической станции «Луна-21» в район восточной окраины Моря Ясности (древний кратер Лемонье) был доставлен «Луноход-2». Района посадки был выбран, чтобы получить новые данных о сложной зоне сочленения лунного «моря» и «материка». Усовершенствование конструкции и бортовых систем, а также установка дополнительных приборов и расширение возможностей аппаратуры позволили значительно повысить маневренность и выполнить большой объем научных исследований. За 5 лунных дней в условиях сложного рельефа «Луноход-2» прошел расстояние 37 км.
«Луноход-1» (кодовое название 8ЕЛ № 203) являлся уникальным в своем роде, ведь с его помощью впервые в истории человечества были проведены исследования поверхности небесного объекта, а именно спутника Земли — Луны. Построенный в рамках специального проекта Е-8 (серии дистанционно-управляемых аппаратов «Луноход» для исследования лунной поверхности), аппарат проработал на Луне практически целый лунный год (10 с половиной земных месяцев).
Краткое описание
Аппарат был построен с целью изучения характера поверхности Луны, рентгеновского и радиоактивного космического излучения на лунной поверхности, а также свойств и химического состава лунной почвы.
«Луноход-1»
Вес планетохода составил 756 кг, его длина была почти 4,5 м, а ширина — чуть более 2-х м. Высота лунохода была почти 2 метра (1,92 м). Ширина колеи составляла 1 600 мм, сами колеса были не слишком большими — 200 мм в ширину и с диаметром 510 мм.
На Луну аппарат был доставлен 17 ноября 1970 года носителем — межпланетной станцией «Луна-17».
«Луноход-1» в действии
Старт состоялся осенью, 10 ноября 1970 года. Через неделю «Луна-17» произвела посадку в Море Дождей, и исследовательский аппарат был спущен на лунный грунт.
Первые три месяца на Луне аппарат не только исследовал поверхность спутника Земли, но и осуществлял прикладную программу, отрабатывая поиск района и места возможного приземления лунной кабины. Программа была выполнена, после чего «Луноход-1» успешно продолжил свою работу. Он смог проработать в три раза больше, чем теоретически позволял ему первоначальный ресурс (3 месяца).
За все время исследовательской миссии «Луноходом-1» было пройдено 10 540 м, обследовано 80 000 м2 и передано на Землю 25 000 фотографий и 211 лунных панорам. Максимальная скорость, которую мог развивать луноход, — 2 км/час. В общей сумме длительность активной деятельности аппарата составила около 301 суток. Было проведено 157 сеансов с Землей и передано 24 820 радиокоманд. Аппаратура, оценивавшая проходимость, в 25 точках произвела химический анализ верхнего слоя местного грунта и отработала 537 циклов, определяя его физические и механические свойства.
15 сентября 1971 года стало очевидно, что ресурс аппарата начинается исчерпываться, о чем свидетельствовало снижение температуры внутри полностью герметичного контейнера «Лунохода-1». 30 сентября исследовательский аппарат впервые не вышел на связь, а 4 октября все попытки наладить с ним контакт были окончательно прекращены.
Если исходить из того, что братьев по разуму у нас нет, этот транспорт можно считать самым надежным во всей Вселенной. Американцы не в счет: они дважды ремонтировали свой «Лунный ровер» прямо на Луне. Наш «Луноход», сломайся он в «рейсе», ремонтировать было бы некому – экипаж находился от него за 400 тыс. километров…
Шасси для беспилотника
В освоении иных планет мы, как это бывало не раз, тоже пошли своим путем. Вместо человека СССР решил послать на соседнюю планету робота-исследователя.
Чтобы он смог делать всё то же, что и живой космонавт, ему было необходимо транспортное средство. Ключевой проблемой было шасси, и решить ее поручили военному НИИ из Ленинграда, проектировавшему ходовую часть. Военные конструкторы остановились на старом добром колесе, отвергнув гусеничный ход, шагающий, прыгающий, перекатывающийся… Определяющих требований к шасси «Лунохода» было несколько.
Прежде всего движитель должен быть настолько универсальным, чтобы свести к минимуму вероятность «засадить» планетоход – подтолкнуть-то его будет некому! Да и с «раскачкой», как покажет жизнь, у космических роботов проблемы. Кроме того, профиль протекторной части должен был препятствовать боковому сползанию транспортного средства при движении по склонам. Во-вторых, важна надежность, а что может быть проще колеса? Тут, кстати, сразу и в-третьих, по причине простоты колесо как таковое – предельно легкий узел. Наконец, оно – один из самых эффективных движителей и требует наименьших энергозатрат. Применение шасси с колесами дает возможность варьировать их количество, а помимо снижения давления на грунт, это еще и возможность повысить живучесть транспортного средства – за счет исключения из игры отказавших колес.
Колесо заново
Правда, колесо пришлось существенно дорабатывать, и прежде всего потому, что в конце 1960-х человек очень приблизительно знал, что представляет собой лунный грунт. Комбинация камней всех калибров с рыхлыми породами непредсказуемой плотности требовала колеса с противоречивыми свойствами. И военные такое сделали. Три тонких титановых обода легко катились по твердой поверхности, натянутая между ними сетка вступала в действие на сыпучем грунте, когда обода начинали проваливаться. Приваренные поверх всего уголки-грунтозацепы помогали выгребать на рыхлой поверхности под нагрузкой. Как потом оказалось, они были востребованы чаще, чем хотелось бы. Легкие спицы вместо дисков обеспечивали необходимую прочность и упругость на случай жесткого контакта колеса с камнями.
Окончательный вариант колес рождался в результате расчетов и многочисленных испытаний. Опытные образцы катали на трех полигонах с разными типами грунтов и даже в отсеке самолета, имитирующего лунную гравитацию, которая составляет 1/6 часть земной. Например, много времени занял подбор величины ячейки сетки, натянутой на обод.
В тонкую ступицу колес встроили электродвигатель постоянного тока с редуктором и пиропатроном. Последний подрывался дистанционно в случае аварийного заклинивания привода, и колесо, разобщенное таким образом с осью редуктора, превращалось из ведущего в ведомое, то есть просто катилось по поверхности. Таким образом можно было без непосредственного участия человека «отремонтировать» привод пяти колес из восьми имеющихся, и аппарат мог продолжать выполнение задачи с тремя оставшимися ведущими!
Нервы длиной 400 тыс. км
Самым сложным пунктом в лунном проекте СССР было управление «Луноходом». Оно было дистанционным, и более дистанционное найти было трудно: расстояние от Моря Дождей на Луне, куда высадился наш космический робот, до Центра дальней космической связи в Крыму, где располагался его экипаж, превышало 400 000 километров.
Командный радиосигнал преодолевал этот путь за 2,5 секунды, то есть с такой задержкой аппарат реагировал на команды водителя. Но это была не главная проблема. Основная трудность была в скорости обновления картинки на мониторе перед оператором. Передача изображения с камер «Лунохода» на Землю только называлось телевизионной, на самом деле водитель видел перед собой, мягко говоря, слайд-шоу: кадр сменялся не 25 раз в секунду, а один раз в 3–20 секунд (в зависимости от рельефа местности)! Ничего не поделаешь – обеспечить более быструю передачу данных каналы связи и счетно-решающие машины того времени не могли. Таким образом, после обнаружения препятствия машина продолжала двигаться еще не менее 8 секунд! Именно поэтому водители никогда не «гнали» быстрее 2 км/ч.
Усугубляли проблему особенности лунного освещения – настолько резкого и контрастного, что дорожная ситуация «за лобовым стеклом» выглядела для оператора как набор черных и белых пятен. В некоторые дни, когда солнце стояло в зените, «ехать» было вообще нельзя. Поэтому в помощь глазам водителя аппарат присылал ему данные с дополнительных датчиков: крена, дифферента, нагрузки и пробуксовки колес. Анализируя их, экипаж быстрее понимал, что происходит с его машиной: накренилась на каменной гряде, спускается в кратер, карабкается из него с 90-процентной пробуксовкой… Работа экипажа была столь напряженной, что больше двух часов «за рулем» он не выдерживал.
1 / 6
2 / 6
3 / 6
4 / 6
5 / 6
6 / 6
Что внутри?
Кстати, об экипаже. Он состоял из пяти человек. Кроме водителя, сидевшего на рычагах (поворачивал «Луноход» по-танковому, с подтормаживанием колес), были еще штурман, бортинженер, оператор остронаправленной антенны и командир экипажа. Как бы там ни было, даже при прочих благоприятных условиях поместиться в своей машине все эти люди не могли бы, поскольку ее округлый корпус (макс. диаметр 2 150 мм) полностью занят научной аппаратурой и системами, отвечающими за работу шасси. Маршевые электродвигатели планетохода питались от серебряно-кадмиевых аккумуляторных батарей, которые получали зарядку от солнечных панелей, размещенных на верхней откидывающейся крышке. Ночью (1 лунная ночь, как и лунный день, длится почти 14 земных суток) крышка закрывалась, чтобы беречь тепло в корпусе, и аппарат на это время замирал в «анабиозе». Причина не в отсутствии мощных фар, а в отсутствии возможности подзаряжать батареи без солнца.
1 / 2
2 / 2
Одной из ключевых систем «Лунохода» была климатическая установка, которая обеспечивала заданную температуру в герметичном корпусе при забортной температуре –150 °С ночью и +150 °С днем. Источником тепла служила капсула с радиоизотопом Полоний-210, излишнее же тепло отводилось через крышу корпуса, являющуюся радиатором. Газ-теплоноситель циркулировал внутри корпуса по двум контурам, причем второй был выделен для аппаратуры с особо строгим тепловым режимом. Эффективность тогдашнего климат-контроля была столь высока, что позволяла не беспокоиться за сохранность аппаратуры при разнице температур левого и правого бортов аппарата в 100 градусов!
Гарантийные обязательства
Всего было выпущено четыре экземпляра «Лунохода», не считая опытных версий и тренировочных экземпляров. Самый первый «боевой» экземпляр, которому впоследствии присвоили наименование «Луноход-0», из-за аварии ракеты на старте в космос не попал. Второй аппарат под именем «Луноход-1» наездил по Луне 10 540 метров, выполнив множество научных задач. Производитель – оборонное предприятие Машиностроительный завод имени С. А. Лавочкина – гарантировал три месяца бесперебойной работы своего детища, но «Луноход-1» отработал без малого год, с 17 ноября 1970 г. по 15 сентября 1971 г. Эксплуатацию пришлось прекратить после того, как выработал свой ресурс изотопный источник тепла и «начинка» восьмиколесного робота окончательно замерзла холодной лунной 150-градусной ночью…
10 ноября 1970 г. с Земли стартовала советская автоматическая станция «Луна-17». Она доставила на поверхность нашего естественного спутника самоходный аппарат «Луноход-1», предназначенный для комплексных исследований лунной поверхности. «Луна-17» совершила мягкую посадку в западной части Моря Дождей 17 ноября. В тот же день «Луноход-1» сошел с посадочной ступени станции по специальному трапу и начал свое путешествие по лунной поверхности, продолжавшееся почти год — с 17 ноября 1970 г. по 4 октября 1971 г. За это время аппарат прошел 10,5 км.
«Луноход-1» состоял из двух основных частей: герметичного приборного отсека и 8-колесного шасси. Каждое из 8 колес шасси было ведущим и имело электродвигатель, расположенный в ступице колеса. Управлял движением лунохода экипаж, находившийся на Земле, в Центре дальней космической связи.
В приборном отсеке лунохода помимо служебных систем находилась научная аппаратура: прибор для анализа химического состава лунного грунта, прибор для исследования механических свойств грунта, радиометрическое оборудование, рентгеновский телескоп и лазерный уголковый отражатель французского производства.
За время своей работы «Луноход-1» детально обследовал лунную поверхность на площади 80 000 м2. Телевизионные системы аппарата передали на Землю более 200 панорам и свыше 20 000 отдельных снимков лунной поверхности. Были получены новые данные о физико-механических и химических свойствах лунного грунта.
С помощью «Лунохода-1» ученые исследовали характер и особенности типичного лунного моря — Моря Дождей. Оказалось, что обследованный район по своей структуре близок к прежде изученным морским районам экваториальной зоны Луны. Ученые узнали, что в этом районе мало каменистых кратеров с четкими формами рельефа. Отсюда они сделали вывод, что процесс образования кратеров на поверхности Луны идет медленно и со временем контуры кратеров сглаживаются. Большинство таких кратеров образовались при ударах и взрывах метеоритов, падавших на поверхность Луны.
Результаты анализа химического состава пород показали, что горные породы в районе исследований по составу близки к базальтам. Эти данные подтвердили гипотезу об интенсивной деятельности вулканов на Луне на ранних этапах ее существования. При извержении вулканов на поверхность Луны изливалась расплавленная базальтовая магма. Базальты широко распространены и на Луне, и на Земле. Это свидетельствует о том, что начальный этап формирования всех планет земной группы проходил одинаково.
16 января 1973 г. автоматическая станция «Луна-21» доставила в восточную часть Моря Ясности (в кратер Лемонье) «Луноход-2». Этот самоходный автоматический аппарат имел усовершенствованные конструкцию и бортовые системы, а также дополнительную научную аппаратуру. Это значительно повысило маневренность лунохода и позволило выполнить большой объем научных исследований. За более короткое по времени путешествие (4 месяца) «Луноход-2» проделал путь в 37 км и передал на Землю 86 панорам и свыше 80 ООО снимков лунной поверхности. Он обследовал зону сочленения морских и материковых районов Луны.
Интересный астрономический эксперимент был выполнен на «Луноходе-2» с помощью астрофотометра. Он заключался в определении светимости лунного неба в видимой и ультрафиолетовой областях спектра (см. Электромагнитное излучение небесных тел).
Ученые пытались выяснить, насколько небо на Луне темнее, чем на Земле, т. е. насколько условия наблюдения с Луны далеких звездных миров лучше, чем с Земли или с орбиты спутника Земли. Результат оказался неожиданным. Выяснилось, что светимость лунного неба значительно выше, чем предполагали ученые. Анализируя полученные результаты, астрономы пришли к выводу, что Луна окружена слоем пылевых частиц, сильно рассеивающих солнечный свет и отраженный свет Земли.
В трех экспедициях на Луну космических кораблей «Аполлон» американские космонавты передвигались по лунной поверхности на двухместных луноходах «Ровер». Эти аппараты значительно облегчили космонавтам работу на Луне и позволили им удаляться от точки посадки на расстояния до 27-35 км.
Луноходы — разновидность планетоходов. Это космические машины принципиально нового типа. В отличие, например, от спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станцийкоторые проводят измерения в какой-то одной точке на поверхности планеты, планетоходы будут исследовать обширные пространства поверхностей планет и их спутников. Уже существует проект марсоходов, и, возможно, в недалеком будущем мы станем свидетелями путешествия планетохода по поверхности Марса.