лунный трактор что это
Большая прогулка «лунного трактора»
Константин Богданов, для РИА Новости.
17 ноября 1970 года советская станция «Луна-17» совершила мягкую посадку в лунном Море Дождей. Через два с половиной часа с «макушки» станции неуклюже скатился на рыхлый лунный грунт чудной, похожий на фантастическое насекомое «глазастый» аппарат на восьми ажурных колесах. Но поверхности ночного светила началась работа «Лунохода-1».
Историю экспедиции «любимого лунного трактора» в Советском Союзе назубок знал каждый школьник. Провал пилотируемой лунной программы СССР на фоне громкого успеха американского «Аполлона» вызвал к жизни настоятельную необходимость укрепить пошатнувшийся имидж мировой «космонавтики номер один».
Объяснив общественности, что посылка людей на Луну не входит в планы советской науки в связи с необходимостью «исключить риск для их жизни», отечественная космическая отрасль сосредоточилась на изучении Луны автоматами.
Первые попытки «оседлать» Луну
Первая попытка «достать» Луну удалась Советскому Союзу еще в сентябре 1959 года, когда разработанная в ОКБ-1 Сергея Королева станция типа Е-1 (впоследствии названная «Луна-2») совершила там «жесткую посадку» (проще говоря, врезалась в поверхность). Впоследствии началось и проектирование аппарата, способного произвести мягкую посадку на единственный спутник Земли.
С 1963 по 1965 год ОКБ-1 тянуло печальную эпопею, сопоставимую с наблюдаемой ныне историей баллистической ракеты «Булава». Отработка платформы Е-6, предназначенной для мягкого прилунения, привела к одиннадцати (!) неудачам подряд. Отказывал носитель «Молния», нештатно работали разгонные блоки, но куда чаще «чудил» сам лунный аппарат. Спасла ситуацию только передача аппарата в КБ Машиностроительного завода имени С.А. Лавочкина, которое с этого момента стало головным в стране по автоматам дальнего космоса. Лавочкинцы (специалисты по крылатым и зенитным ракетам) блестяще справились с перестройкой системы управления станцией и уже в 1966 году станции «Луна-9» и «Луна-13» успешно прилунились.
Что должен был делать луноход: ездить или плавать?
Параллельно с безуспешными попытками добиться мягкой посадки на Луну, в ОКБ-1 прорабатывались и вопросы создания подвижного аппарата для изучения лунной поверхности (аппарат Е-8). Разработку платформы поручили ленинградскому «ВНИИтрансмашу» (непосредственно связанному с СКБ-2 Кировского завода, которое возглавлял Жозеф Котин, создатель танков КВ-2 и ИС). Старшим по «лунной» теме, непривычной для «танкистов», стал Александр Кемурджиан.
Надо сказать, задача выпала нетривиальная: никто понятия не имел, что из себя представляет лунный грунт. Насколько он вязок, каковы его характеристики?
Бытовала теория «скользкой пыли», согласно которой Луна покрыта многометровым слоем «зыбучего песка», в котором уже нужно «плавать», а не ездить поверху. Доходило до анекдота: кто-то на полном серьезе предлагал засыпать семенами проса (они довольно скользкие) целый ангар, чтобы испытать прототип лунохода.
Сергей Королев эту проблему решил одним ударом, как у него получалось всю жизнь. «Луну считать твердой» – чеканную резолюцию Генерального можно было отливать в бронзе. Остается только гадать, что случилось бы, доживи Королев до конца 60-х годов, когда у СССР еще оставался небольшой шанс выиграть у США хотя бы первенство в пилотируемом облете Луны. Но сил у ОКБ-1 и так не хватало. Вслед за платформой Е-6 все королевские наработки по будущему луноходу ушли к лавочкинцам.
К 1968 году, перебрав массу идей (среди которых были и самые экзотические, наподобие шагоходов и шнековых движителей), удалось выкристаллизовать итоговый проект лунохода. Аппарат получался очень забавного внешнего вида: эдакий крытый «таз» с двумя телекамерами-«глазами», со складывающейся солнечной батареей и антеннами связи наверху, на четырех колесных парах с хорошей амортизацией.
Трудный путь лунохода к месту работы
Первый старт к Луне состоялся 19 февраля 1969 года. На 52-й секунде полета из-за нарастающей вибрации разрушился недоработанный головной обтекатель ракеты-носителя «Протон», разнеся в куски разгонный блок «Д» и прошив насквозь третью и вторую ступени, что привело к самовоспламенению топлива и взрыву.
Отметив неудачный старт масштабным фейерверком, советская космонавтика устроила себе «оргпериод» на перепроверку оборудования сроком на полтора года. Самое интересное, что часть деталей собственно лунохода, подобранных с земли после аварии, оказались вполне работоспособными и были использованы в построении тестовых макетов для дальнейшей отработки системы.
10 ноября 1970 года ракета удачно стартовала, а спустя семь расчетных суток станция «Луна-17» опустилась в Море Дождей и выгрузила луноход.
По Луне почти вслепую
Движение по Луне – дело нелегкое. Команда операторов несколько лет тренировалась управлять аппаратом по плохому сверхконтрастному изображению черно-белых камер, с учетом задержки сигнала. Телеизображения как такового не было: на экранах с частотой от трех до двадцати секунд менялись статичные кадры. «Телевидением это было назвать нельзя. Скорее, слайдовидение», – вспоминает Олег Ивановский, в те годы – заместитель главного конструктора лавочкинского КБ по лунной тематике. В течение первой недели луноход прошел по поверхности только 197 метров. Потом операторы приноровились и недельный пробег стал порой доходить до одного километра. Сильно тормозило продвижение несовершенная телесистема: «подслеповатая» машина частенько попадала в ямы, выбираться из которых был довольно сложно.
Движение было возможно только во время лунного дня, длившегося около 13,5 суток. Ночью машина стояла и поддерживала минимальные жизненные функции за счет изотопного источника питания и накопленного запаса солнечной энергии. «Утром» она включала солнечные батареи и начинала снова заряжать аккумуляторы, попутно выполняя программу передвижения на день.
Программы были короткие: за земные сутки удавалось «поговорить» с луноходом от четырех до шести часов. С успехом выполнена была задача вождения аппарата «по счислению»: без использования знания о своей колее луноход вывели к месту посадки «Луны-17». Так продолжалось три месяца, после чего гарантийный срок работы аппарата по энергетике и системам жизнеобеспечения истек. Луноходу это было, похоже, невдомек: он продолжал усердно ехать, совершенно не собираясь «ложиться и помирать».
Так продолжалось в течение весны и лета 1971 года. Однако все хорошее кончается: даже добротно спроектированные аккумуляторы постепенно деградировали. 14 сентября 1971 года «Луноход-1» встал на свою очередную, одиннадцатую по счету ночную стоянку. 30 сентября, с наступлением лунного дня, машина на связь не вышла. Как шутили разработчики, аппарат скончался от естественных причин, что порой случается в преклонном возрасте.
Краткий итог: 301 сутки работы, 10,5 километров пройденного пути, свыше 20000 снимков лунной поверхности, из них около 200 – панорамных. Исследованы физико-механические и химические свойства лунного грунта.
Судьба «Лунохода-2», «Лунохода-3» и опять «Лунохода-1»
В январе 1973 году на Луну слетал «Луноход-2». Ему посчастливилось: со станции «Луна-21» аппарат «сгрузили» прямо в лунный кратер Моря Ясности, лишь по случайности не перевернув. К сожалению, отказала навигационная система и водить второго лунного «ровера» пришлось чисто визуально. Аппарат работал пошустрее своего старшего брата, но жизни ему было отведено меньше: 9 мая на границе лунного разлома Прямой при неаккуратном маневрировании на склоне крупного кратера «Луноход-2» зачерпнул солнечной батареей грунт, существенно снизив тем самым зарядный ток аккумуляторов и выведя из строя радиатор охлаждения. 3 июня связь с аппаратом была окончательно потеряна.
«Луноход-3» так и не состоялся, хотя программы по дальнейшей разработке космических планетоходов Советский Союз вел достаточно активно. Создатель луноходов Александр Кемурджиан до 1991 года руководил всеми работами по подвижным шасси для исследования небесных тел Солнечной системы.
А в 1986 году он в срочном порядке создавал автоматы, способные работать в условиях повышенной радиации: чернобыльским ликвидаторам нужен был способ очистить крышу машинного зала станции от высокоактивных кусков ядерного топлива, а спешно закупленные японские роботы в таких гамма-полях отказывали.
22 апреля 2010 года сотрудники университета Сан-Диего во главе с физиком Томом Мэрфи при лазерном лоцировании лунной поверхности отчетливо «поймали зайчика». Уголковый отражатель «Лунохода-1», который никто не мог нащупать с 1971 года, дал о себе знать. Американцы намерены использовать эту возможность для точных измерений, связанных с изучением лунной орбиты, и проверки некоторых элементов общей теории относительности. Советский «лунный трактор», навеки застывший на склоне пыльного холма Моря Дождей, продолжает работать.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции
И зачем нам лунный трактор?
Планируемые исследования Луны с высадкой на неё людей, похоже, не имеют научной ценности, но грозят отобрать ресурсы у действительно перспективных космических проектов
Но это был не праздник пионеров
Здание Президиума РАН. Фото: www.globallookpress.com
Это было совместное заседание Научно-технического совета Роскосмоса и Совета по космосу РАН. С участием президента академии Александра Сергеева и гендиректора госкорпорации Роскосмос Дмитрия Рогозина.
То, что на встрече обсуждалось, действительно могло напомнить светлые 60-е и тогдашние всеобщие ощущения, что советскому народу всё по плечу. По крайней мере в космосе. Тем более что пионерам было не до проблем родителей с мясом и молоком, а на плакатах и открытках русские космонавты гуляли по Луне, как по Москве.
Правда, ныне сроки в обсуждениях фигурируют другие – 2040 год, на который в 60-е ожидалась уже по меньшей мере первая межзвёздная экспедиция. Это значительно снижало пафос собрания. Как его снижали и воспоминания многих его участников о предыдущем (предыдущих) совещаниях по космосу. Где обсуждалось примерно то же, только с другими датами. Например, в 2014 году тогдашний директор Института космических исследований РАН академик Лев Зелёный рассказывал, что «первый этап нашей лунной программы уже реализуется» и уже «финансируются работы по созданию первых трёх космических аппаратов – «Луна-25», «Луна-26», «Луна-27».
Фото: www.globallookpress.com
Планировалось, что «Луна-25» и «Луна-27» будут работать на поверхности спутника, а «Луна-26» станет проводить его дистанционное зондирование с орбиты. Запуски планировались на период с 2016 по 2019 год. И это казалось чересчур далеко и слишком медленно – были времена, когда станции на Луну отправлялись чуть ли не раз в полгода.
И вот теперь, в ноябре 2018 года, уже и директором ИКИ РАН работает другой человек, но идея запуска тех же лунных зондов обсуждается по-прежнему. С другими сроками. Но с тем же оптимизмом, да. А как ещё расценивать слова о том, что целью программы исследования и освоения Луны является «обеспечение национальных интересов на новом космическом рубеже»? Или о том, что ближайшим этапом лунной программы должно быть обеспечение создания обитаемой базы на поверхности спутника Земли?
Вот это, пожалуй, стоит запомнить: научных целей на орбите вокруг Луны «не так много».
А. Сергеев. Фото: www.globallookpress.com
Президент РАН Александр Сергеев говорил, как всегда, настолько обтекаемо, что смысл его речений несколько терялся. Но всё же пресса отметила такие его слова:
Мы понимаем нашу ограниченность в ресурсах. Геополитическая ситуация не способствует привлечению этих ресурсов. Поэтому очень важным является вопрос выбора нашей стратегии. Есть много различных мнений, что является движущей силой – проекты, которые могут сплотить общество и научное сообщество, или это что-то прорывное с научной точки зрения. Луна может оказаться очень важным объектом, где всё это будет.
В переводе на набор осмысленных понятий это, видимо, должно значить, что лететь на Луну нам нужно ради сплочения общества, а также потому, что на нашем спутнике может оказаться нечто прорывное с научной точки зрения.
Отметим: может оказаться. А может не оказаться?
Может, да, а может, нет
Итак, директор космического института не видит много целей для научной станции возле Луны, а директор РАН льстит себе и сплачиваемому Луной обществу надеждой, что там может оказаться нечто интересное для науки. Что же это может быть? Есть ответ у науки?
Н. Севастьянов. Фото: www.globallookpress.com
Вот тут самая закавыка и есть. Не будем приводить сомнения специалистов, уже высказанные в прессе, на тему того, каким образом на Луну будет доставляться пресловутый корабль «Федерация», если нет ещё ни самого корабля, ни тяжёлой ракеты, способной его поднять. Не будем также цепляться к срокам и графикам, которые практически по всем темам сдвигались с такой же удручающей неизбежностью, как сроки запуска всего лишь (да, всего лишь!) лунных автоматических межпланетных станций. Первая из которых, напомним, совершила мягкую посадку на поверхность спутника Земли более полувека назад – в 1966 году! Это как в начале реактивной эры в авиации, в 1948 году, самолёты не могли бы повторить полёт братьев Райт на их «этажерке»!
Закавыка в том, что потому и проваливается «научная» космонавтика уже более полустолетия, что все задачи, так сказать, «по мозгу» уже и без того оказались ей по плечу!
Правда, не по российскому…
Фото: www.globallookpress.com
В самом деле, для чего сегодня нужен, например, «Луноход»? Что там он может нового заснять по сравнению с тем, что сделал в 1970 году первый «любимый лунный трактор»? Такого, имеется в виду, что перевернуло бы какие-то имеющиеся научные представления?
Примерное представление об этом может дать та самая…
Российская программа освоения Луны
…которая была составлена в том самом 2014 году в ИКИ РАН по поручению Роскосмоса и которая, в общем, и лежит в основе нынешней обсуждаемой программы. Какие же сверхценные данные должны были узнать и привезти с Луны даже не пилотируемые экспедиции, а те самые автоматические номерные «Луны», что хотя бы не коммерчески, а с точки зрения фундаментальной науки окупили бы те 2 триллиона рублей, что запрашивал на лунные темы Роскосмос?
Итак, самое перспективное: обсерватории. Поначалу одна из них предполагалась как оптическая: в условиях отсутствия на Луне атмосферы можно вести гораздо более точные наблюдения космоса, нежели на Земле. Но в процессе развития знаний и технологий выяснилось, что, во-первых, орбитальные телескопы полностью покрывают все запросы астрофизиков, и, значит, речь может идти только об устройстве на Луне в разы более дорогого конкурента, например, орбитального телескопа «Уэбб». А тот, между прочим, 17 стран собирают уже 17 лет и потратили на это уже почти 10 млрд долларов. И можно ли будет превзойти диаметр его зеркала – 6,5 метра – большой-большой вопрос!
А главное – атмосфера на Луне всё же есть. Хоть и жиденькая, зато пылевая. И это перечёркивает все научные перспективы лунного телескопа в сравнении с тем, который летает себе в чистейшем космосе в точке Лагранжа в полутора миллионах километров за земной орбитой.
Вот потому речь и зашла об исследовании космических лучей. О коих тоже, в общем, сегодня достаточно много известно, а те мелочи, что хотят ещё узнать вдумчивые исследователи, вполне могут быть решены автоматическими космическими зондами.
Фото: www.globallookpress.com
Вторая обсерватория описывалась как автоматический радиотелескоп-интерферометр. Это такое устройство, которое работает сопряжённо с ему подобными и обеспечивает сравнение волн излучения от одного и того же космического объекта с разных точек пространства. Только на том же принципе уже работает российский аппарат «Спектр-Р» в эксперименте «Радиоастрон», который отлетает от Земли на 350 тыс. км (Луна находится на расстоянии 380 тыс. км) и в связке с наземными радиотелескопами приносит роскошные данные о галактических и внегалактических радиоизлучающих объектах. При этом угловое разрешение составляет всего 8 микросекунд дуги – такой аппарат увидел бы с Земли рублёвую монету на поверхности Луны. Но это очень дорогое удовольствие, отчего великолепно проходящий эксперимент так до сих пор и не находит себе продолжения в виде давно полагающихся быть запущенными «Спектра-РГ» и «Спектра-УФ». Не говоря уже о «Миллиметроне» – «Спектре-М» миллиметрового и инфракрасного диапазона, который теоретически может решать вообще какое-то бесконечное количество задач. Даже заглядывать в другие вселенные через так называемые «кротовьи дыры» – внепространственные туннели, если они, конечно, существуют.
Отсюда важнейший вопрос: может, лучше не новый «лунный трактор», а доведение до эксплуатации того, что уже практически готово? И обещает истинно фундаментальные научные открытия вместо того, что можно нарыть на голой и мёртвой Луне. А?
А что на Луне? А на Луне планировалось взять следующее.
Фото: www.globallookpress.com
«Луна-25» должна исследовать лунную породу реголит в полярной области. Это такая «новая» тема, что кусочки лунного грунта, привезённые советскими аппаратами с Луны ещё в 1970-х годах, ныне продаются на аукционах… Кроме того, весьма «ценными» должны быть результаты исследования «пыли, микрометеоритов и электрических полей» в «окрестностях космического аппарата».
«Луна-26», которая будет летать по орбите вокруг Луны, займётся «картированием поверхности спутника», изучением магнитных аномалий, опять сбором информации о микрометеоритах и изучением космической пыли и частиц ультравысокой энергии.
Да, ещё аппарат будет измерять сейсмическую активность Луны – давно признанного мёртвым космического тела…
Наш советский лунный трактор
17 ноября 1970 года мир облетела сенсационная новость: русские послали на луну огромный самоходный робот под названием «Луноход-1». Доставила его на Луну автоматическая станция «Луна-17», с которой он съехал в Море Дождей.
«Луноход-1″проработал на Луне одиннадцать лунных дней (10,5 земных месяцев или 301 сутки 06 ч 37 мин), и проехал десять с половиной километров. 15 сентября 1971 года температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла. 30 сентября аппарат на связь не вышел, и 4 октября все попытки войти с ним в контакт были прекращены.
Обратно на Землю его забирать не собирались, ремонтную бригаду с запасным аккумулятором послать не смоги, и он так и остался припаркованным где-то в Море Дождей на Луне.
А вот в Музее Космонавтики посетители могут полюбоваться его полноразмерным макетом.
Масса планетохода составила 756 кг, длина с открытой солнечной батареей — 4,42 м, ширина — 2,15 м, высота — 1,92 м. Диаметр колёс — 510 мм, ширина — 200 мм, колёсная база — 1700 мм, ширина колеи — 1600 мм. Максимальная скорость была не более 1-2 км/ч.
По сути дела, наш «советский лунный трактор» был не роботом, а одним из первых представителей беспилотных дронов.
Основная сложность при управлении была в задержке времени. Радиосигнал шёл до Луны и обратно около 2 секунд, к тому же применение видеокамер с частотой смены картинки от 1 кадра в 4 секунды до 1 в 20 секунд доводило общую задержку в управлении до 24 секунд. Но команда из пяти человек с честью провела советский трактор по поверхности Луны!
Увы, «наш советский лунный трактор» уже давно не наш. Продали его американцам в начале «весёлых 90-х».
11 декабря 1993 года Луноход-1 вместе с посадочной ступенью станции Луна-17 были выставлен фирмой Lavochkin Association на аукционе Сотбис. В каталоге было указано, что лот «покоится на поверхности Луны». При заявленной начальной цене 5 тысяч долларов, торги закончились на сумме 68,5 тысяч. По информации СМИ, покупателем оказался сын одного из американских астронавтов.
Американский лунный трактор
«Луноход-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ (1971 год). Фото Александра Конькова (ТАСС), источник: https://mbk-news.appspot.com/suzhet/lunohodu-50/
⇡#В погоню за Советами
Быстрое и для многих неожиданное развитие ракетной техники и радиоэлектроники открыло перед учёными по обе стороны Атлантики небывалые перспективы для инструментальных исследований других небесных тел. Разумеется, в первую очередь астрономы и планетологи обратили взоры к Луне: она рядом, энергетика для её достижения представлялась вполне доступной, а вопросов научного характера к вечному спутнику Земли — множество. Особая её ценность заключалась в том, что серебряный лик не изувечило длительное воздействие атмосферы, и поверхность (или доступные слои под ней), по логике, должна была сохранить первозданные следы эпохи зарождения Солнечной системы. По мнению западных историков, «многие ученые считали Луну «Розеттским камнем» освоения космоса, полагая, что ее девственность поможет раскрыть секреты происхождения Вселенной».
Поначалу собственные космические программы развили все американские военные ведомства. Однако, как показали события октября 1957 года, преуспеть им особо не удалось, и для координации разрозненных усилий по инициативе президента Дуайта Эйзенхауэра (Dwight David Eisenhower) в феврале 1958 года было создано Агентство перспективных исследовательских проектов ARPA (Advanced Research Projects Agency). Его основной задачей стала разработка новых (в основном закрытых) технологий для использования в вооруженных силах.
ARPA и NASA были созданы в 1958 году по инициативе президента Эйзенхауэра. Источник: https://www.nasa.gov/feature/60-years-ago-eisenhower-proposes-nasa-to-congress
Космос быстро вошёл в сферу интересов людей в погонах, но, как выяснилось, не менее (а на тот момент и более) важным оказался его политический аспект. Вследствие такого «расслоения» по инициативе того же Эйзенхауэра в июле 1958 года было образовано Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA (National Aeronautics and Space Administration) с задачей реализации гражданской космической программы. Последняя была призвана поддержать пошатнувшийся престиж США.
Очередное упоминание космической гонки, вероятно, уже набило оскомину. Однако большинство проектов изучения пространства на рубеже пятидесятых-шестидесятых невозможно рассматривать в отрыве от этого феномена: после запуска Первого спутника при их закладке первичным зачастую становился именно фактор реванша, а не научные соображения. Эти настроения в концентрированном виде выразил руководитель Директората космических полетов NASA Эйб Сильверстайн (Abe Silverstein), написавший как-то: «Люди [мира] с ожиданием наблюдают, есть ли у Соединенных Штатов научная любознательность, технические способности и национальная энергия, соответствующие усилиям Советов». Не удивительно, что вскоре после создания NASA взялось за реализацию более амбициозных задач.
Среди работ, начатых военными и переданных в гражданское космическое агентство, были доставка человека за пределы земной атмосферы (превратилась в проект Mercury), создание мощного средства выведения путем соединения «в связку» существующих управляемых ракет Redstone и Jupiter (вылилось в программу Saturn) и запуск первых автоматов для прощупывания окололунного пространства (вошёл в историю под именем зондов серии Pioneer). Как показывают документы, изучение Луны и ближайших планет Солнечной системы считалось весьма перспективной задачей. Теперь эти усилия следовало упорядочить, добавив к ним новизны и актуальности.
17 августа 1958 года была предпринята первая попытка запуска искусственного спутника Луны с помощью ракеты-носителя Thor DM-18 Able I. Фото NASA. Источник: https://www.nasaspaceflight.com/2018/09/evolution-thor-delta-swansong/
Поначалу первый администратор NASA Томас Кейт Гленнан (Thomas Keith Glennan), отражая осторожный подход президента США, не горел желанием инициировать сложные проекты, сосредоточившись на относительно простых задачах, под которые нетрудно было выбить поддержку Конгресса и, разумеется, бюджет. Однако вскоре под давлением общественного мнения ему пришлось заняться чем-то более интересным и сложным. Впрочем, как отмечают западные историки, помимо очевидных мотивов национального престижа, призывы к более смелому подходу раздавались и со стороны учёных, стремившихся использовать новые возможности техники для исследований космоса.
Основной задачей теоретического отдела, созданного среди прочих в NASA, была оценка технических потребностей и научных целей в таких областях, как планетология, астрономия и космология. Вскоре руководитель отдела, известный астроном Роберт Джастроу (Robert Jastrow), предложил сосредоточиться на Луне: по сравнению с дальними планетами её изучение сулило крупный результат при меньших затратах времени и средств. Внутри Национальной администрации была создана рабочая группа, которая должна была сформулировать основные задачи по исследованию Луны. В неё вошли многие ведущие эксперты, работавшие в этом направлении.
Незадолго до того, как группа собралась на свое первое заседание, русские запустили «Мечту». Первый в мире рукотворный объект, развивший вторую космическую скорость и впоследствии названный «Луной-1», добавил к любопытству американских ученых чувство уязвленного самолюбия. Возникла острая необходимость сформировать задачи для первых проектов близких — фактически контактных — исследований ночного спутника.
После непродолжительных обсуждений группа пришла к консенсусу. Эксперты признали, что максимальный результат принесёт прямой зондаж Селены путем визуального осмотра её поверхности с близкого расстояния и доставки туда научной аппаратуры, а также возвращение образцов лунного грунта для лабораторных исследований.
Запуск «Мечты» («Луны-1») заставил NASA форсировать работы по исследованию Селены космическими аппаратами. Фото Александра Моклецова / РИА «Новости». Источник: https://rg.ru/2019/01/02/60-let-nazad-byla-zapushchena-pervaia-v-mire-kosmicheskaia-stanciia-luna-1.html
⇡#Поиск концепции
Для понимания развития дальнейших событий надо держать в уме один важный аспект. Проработка самой грандиозной из программ NASA — проекта высадки человека на Луну — началась ещё до образования агентства и с определённого момента рассматривалась как логичный шаг после реализации первого проекта запуска человека в космос. Эта логика наложила отпечаток на остальные работы NASA начала 1960-х: всё, что было связано с космосом, так или иначе рассматривалось через призму полезности для лунной миссии.
Инженерные проработки аппаратов для решения перспективных задач начали Лаборатория реактивного движения JPL (Jet Propulsion Laboratory) и Агентство по баллистическим ракетам армии США ABMA (Army Ballistic Missile Agency). Обе организации, вошедшие в состав NASA — первая в качестве основного центра по исследованию планет, на основе второй был образован Центр космических полётов имени Маршалла, — весной 1959 года представили предварительные результаты своих изысканий.
Отчёт «Исследование Луны, планет и межпланетного пространства», подготовленный Лабораторией JPL, которой поручалось составить пятилетнюю программу изучения дальнего космоса, включал план десятка миссий, в том числе по облёту Венеры и Марса, выходу аппаратов на орбиту искусственных спутников планет и изучению их с поверхности. Зримое место занимала мягкая посадка на Луну стационарной станции и двух видов самоходных аппаратов-роверов: первая размещала сейсмографы, термометры и магнитометры, вторые должны были нести оборудование для исследования лунной поверхности и окружающей среды в различных точках, удалённых от места посадки. Первый ровер «всё своё носил с собой», второй был более простым — в его задачу входил сбор образцов грунта и передача их на стационарную станцию.
Хотя второй самоходный аппарат считался более надёжным (в случае его поломки терялась отменялась лишь часть программы миссии), с высот конца 1950-х все три проекта казались смелыми, амбициозными и… излишне рискованными. Не следует забывать, что к моменту выхода отчёта США предприняли в общей сложности 26 попыток космических запусков, и лишь 9 из них можно считать успешными. Ещё предстояло освоить даже не мягкую посадку, а сам полёт к Луне. Что уж говорить про сложные автономные напланетные станции и самоходных роботов!
Лаборатория JPL предлагала одним прыжком преодолеть пропасть между простейшими аппаратами для исследования Луны (на фото – Pioneer 3) и самоходными роверами-роботами. Фото NASA. Источник: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pioneer_3.jpg
Подводя итог, специалисты JPL сделали вывод: если передвижение по поверхности и манипуляции с образцами окажутся слишком сложными, то разумнее отказаться от ровера и ограничиться стационарным посадочным аппаратом, а о возврате образцов грунта пока вообще не думать.
Предложения армейских ракетчиков, поданные в отчёте «Предварительные исследования беспилотного летательного аппарата для мягкой посадки на Луну», были менее смелыми (тяжёлая стационарная напланетная станция с большим набором инструментов), но опирались на носитель Saturn и позволяли «не экономить на спичках» в части массы научного оборудования. Ракета, над которой в ABMA начали работать в апреле 1957 года, считалась очень мощной (на порядок превосходила самые тяжёлые средства выведения, разрабатываемые на тот момент), сложной и дорогой. Поскольку военных задач под неё не находилось, разработка не двигалась из-за отсутствия финансирования. «Продать» её NASA представлялось возможным, загрузив Saturn сложной лунной миссией.
Космическому ведомству идея приглянулась, поскольку в ней увидели возможность отработать предварительную стадию программы высадки на Луну. И уже в феврале 1960 года армейцы представили доработанный отчёт «Программа исследования Луны на основе систем, запускаемых носителем Saturn», где излагалась стройная концепция из трёх взаимосвязанных проектов.
Первым был тяжёлый аппарат для облёта Луны и возвращения на Землю — по сути, полноценный корабль, на котором предполагалось выполнить сначала беспилотные миссии, затем полёты с приматами, а потом и вовсе с экипажем из двух человек. Он мог бы служить основой пилотируемого лунного посадочного корабля, к которому прилагалась система орбитальной сборки и дозаправки.
Вторым шла автоматическая напланетная станция с большим блоком научной аппаратуры, способная проработать на поверхности два лунных дня, или 28 земных суток.
Третьим значился автоматический вездеход, который должен был за один лунный день пройти 80 км, неся почти аналогичный комплект приборов.
Все три аппарата проектировались для запуска четырёхступенчатым вариантом носителя, который на тот момент обозначался как Saturn B-1. Станция и ровер строились на общей базе, и прилунять их предполагалось с помощью единого блока, включающего двигательную установку и посадочную платформу.
Ракета Saturn была на тот момент самым мощным из разрабатываемых космических носителей. Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Файл:Early_Rocketry_Models_0501018.jpg
Схема миссии выглядела любопытно. Аппарат отделялся от ракеты-носителя лишь на последнем участке перелёта «Земля — Луна», через 57 часов после старта с околоземной орбиты, и начинал выдавать тормозные импульсы, чередующиеся с паузами свободного падения на Луну. На активных участках он управлялся своей инерциальной системой, а на пассивных — по командам с Земли, идущим в режиме реального времени по телевизионному каналу.
С точки зрения минимального расхода топлива такая схема не была оптимальной, но при непрерывной работе двигателя существовал риск засветки систем точных теле- и радиоизмерений реактивным выхлопом. Кроме того, проектанты считали, что в любом случае управление с Земли даёт больше времени для бокового манёвра над поверхностью Луны, позволяя аппарату совершать точное прилунение в расчётной области.
После трёх тормозных импульсов платформа с полезной нагрузкой подходила к лунной поверхности на расстояние в 60 м со скоростью около 1 м/с. В этот момент двигательная установка отбрасывалась, а платформа прилунялась со скоростью примерно 14 м/с, используя для смягчения удара надувной мешок, примерно так, как советская станция типа Е-6/6М («Луна-9»).
Как видим, большое внимание в работах JPL и ABMA уделялось мягкой посадке на Луну научных инструментов. Особо подчёркивалось, что ценность исследований возрастёт, если после прилунения появится возможность перемещать приборы по поверхности, что позволяет не только выбрать, но и «на месте» изучить районы будущих посадок астронавтов.
И если точная форма аппаратов, предложенных JPL, во многом зависела от результатов работы ранних пролётных и ударных (предназначенных для ж ё сткой посадки) зондов, то в отч ё те ABMA говорилось более конкретно.
Поскольку к конструкции предъявлялись строгие требования (при посадке ровер должен был выдерживать ударную перегрузку до 20 единиц и при дальности хода не менее 80 км преодолевать подъём крутизной в 15° и валуны размером до метра), а разработчики не имели точных знаний о характере и свойствах грунта, они заложили в проект возможность двигаться как по гладкой каменистой поверхности, так и по толстому слою пыли.
Один из способов посадки ровера Prospector. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.20
Из-за этих противоречий самоходный аппарат, управляемый дистанционно находящимся на Земле оператором, выглядел довольно нетрадиционно и напоминал нечто среднее между детским тр ё хколесным велосипедом и арбой — восточной телегой на двух высоких колесах.
По проекту, он перемещался на двух больших баллонах-дутиках диаметром 4,9 м, крепившихся к ступице спицами и сидевших на оси-платформе, на которую навешивалось всё служебное и научное оборудование. Устойчивость аппарату давал реактивный рычаг, состоявший из длинной штанги и ролика. Последний упирался в грунт, когда момент сопротивления на колёсах превышал крутящий момент двигателей. При смене направления движения штанга с роликом перебрасывалась на противоположную сторону ровера. Странная на первый взгляд конструкция казалась самой лёгкой и маневренной из всех рассмотренных вариантов.
Силовая установка состояла из турбоэлектрогенератора мощностью не менее 0,38 л.с. (280 Вт). Рабочим телом служила ртуть, нагреваемая зеркальным солнечным концентратором — он устанавливался над осью-платформой. Генератор, в свою очередь, питал два тяговых электродвигателя, стоявших в ступицах колёс, а также все служебные и целевые системы.
По замыслу разработчиков, ровер должен был ехать по поверхности Луны с постоянной скоростью 4,8 км/час. Такой режим движения выбрали из соображений простоты. Для управления работой каждого двигателя требовалось передать всего три команды: «включить», «выключить» и «реверс». Если оба двигателя включались одновременно, ровер двигался вперед или назад, а при остановке или реверсе одного из колес мог выполнить разворот «практически на месте». С высот сегодняшнего дня такие решения кажутся примитивными, однако уровень систем дистанционного управления, а также доступные технологии диктовали выбор в пользу простоты и надёжности.
Слева — ровер съезжает с посадочной платформы, справа – макет ровера в натуральную величину. Источник: https://gizmodo.com/this-early-lunar-rover-prototype-was-almost-forgotten-493099329
⇡#Начало работ
Упомянутые выше предложения легли в основу четырёхэтапной программы исследования дальнего космоса, впервые сформулированной NASA в канун 1960 года. На первом этапе предлагалось создать автоматический пролетно-ударный зонд, запускаемый ракетой Atlas-Agena (позднее это направление привело к реализации проектов Ranger и Mariner), на втором — разработать автоматические станции для выхода на орбиту вокруг планеты-цели и посадки на ее поверхность, запускаемые носителем Atlas-Centaur (это направление вылилось в проекты Surveyor и Mariner). Третий этап предусматривал мягкую посадку на Луну тяжелого универсального роботизированного аппарата, четвертый — выполнение пилотируемых облетных миссий. Последние два этапа выполнялись с помощью носителей типа Saturn.
Вскоре из-за соображений экономии эта стройная программа стала видоизменяться. Первым на обочине оказался проект пилотируемого облётного корабля, затем начались дискуссии вокруг лунохода и напланетной станции. Причина — конкуренция между предложениями JPL и АВМА: первые были проще, имели меньшую размерность и могли быть реализованы более дешевыми носителями, вторые казались сложнее и дороже, но их научная ценность оспаривалась. А если аналогичные результаты можно получить более простым и дешёвым способом, зачем платить больше?
В результате на свет появились проекты исследования Луны автоматическими аппаратами Ranger, Surveyor и Prospector. Первые два были реализованы и достаточно известны, о третьем даже специалисты-историки знают куда меньше. Ответственность за все три возлагалась на JPL, тогда как за ABMA, в июле 1960 года преобразованным в Центр Маршалла, оставалась роль поставщика средств выведения.
В рамках системы Prospector («геолог», «изыскатель» или даже «старатель») NASA предполагало создать самый сложный и универсальный беспилотный космический аппарат первой четверти 1960-х, предназначенный для мягкой посадки на Луну «с полезным грузом весом в несколько тысяч фунтов». Система фактически должна была состоять из трех блоков: грузовой платформы, ровера и аппарата для возвращения на Землю образцов лунного грунта. Первый блок мог доставить на Луну любую из предлагаемых на тот момент научных полезных нагрузок, в том числе планетоход или возвратную ракету.
Prospector должен был занять место после аппаратов Ranger и Surveyor. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.20
Реальные работы по проекту пошли лишь с ноября 1960 года, и, поскольку проработку выполняли частные компании, единого подхода к концепции не было. Предполагалось только, что Prospector будет исследовать области Луны, «представляющие наибольший научный интерес либо являющиеся плановыми местами высадки астронавтов». Разработку предполагали завершить за три-четыре года, но, хотя Центр Маршалла получил высший приоритет по проекту Saturn, все силы JPL оказались брошены на Ranger, и Prospector на некоторое время остался «беспризорником».
⇡#Луноходы и луночерпалки по-американски
В общих чертах принципы дистанционного управления американскими и советскими аппаратами были аналогичны — и теми и другими должны были «рулить» в режиме реального времени операторы с Земли, полагаясь на телевизионные изображения, передаваемые с Луны с малой частотой смены кадров. Система Prospector рассчитывалась на 4 кадра в секунду и минимальную требуемую скорость передачи данных порядка 2000 бит/с.
В состав полезной нагрузки могли входить датчики для составления карт магнитного и гравитационного поля Луны, телекамеры высокого разрешения для съёмок крупных планов и панорам, приборы для определения физических свойств лунного грунта и подповерхностных слоёв, масс-спектрометры для детального определения их микроструктуры и сверхчувствительный манометр для определения составных частей лунной атмосферы и давления на её поверхности. Кто-то даже говорил о газовом хроматографе для поиска органических молекул и примитивной жизни.
А конструкции роверов могли быть различны. В частности, компания General Electric предложила одно-, двух- и трёхосные колёсные аппараты. Большинство приборов заимствовалось из программы Surveyor, за исключением активных сейсмических экспериментов. Миссия выполнялась в три этапа: прилунение с проведением научных измерений в четырех точках в радиусе 80 км от места посадки; расширение радиуса действия до 800 км; исследование обратной стороны Луны с использованием искусственного спутника-ретранслятора для связи с Землёй.
У фирмы Grumman был альтернативный двухосный вариант с четырьмя колёсами. Передняя и задняя части соединялись пространственным шарниром, что, по идее, обеспечивало планетоходу высочайшую проходимость.
Важнейшей составной частью проекта Prospector была доставка образцов лунного грунта на Землю. Несмотря на то, что NASA не выставило каких-либо конкретных требований, еще в конце 1959 года ABMA представило своё видение такой миссии. Предварительные расчеты показали, что при использовании Saturn B-1 система может вернуть более 11 кг образцов.
Схема миссии по доставке на Землю образцов лунного грунта. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.0
Как и в случае с советскими «Лунами», основной технической проблемой при решении такой задачи оставалось большое количество операций разделения, запуска двигателей, обеспечивающее сначала мягкую посадку, а потом старт с Луны и возвращение на Землю. Каждый из этапов сулил кучу неприятностей, тогда как большие затраты ресурсов требовали от миссии высочайшей надёжности. Однако по сравнению с Е-8 американский зонд был гораздо тяжелее и позволял особо не экономить на матчасти.
Как и в случае с ровером, миссии по возврату образцов могли развиваться поэтапно. Считалось, что вначале можно доставить на Землю небольшое — не более 2,3 кг — количество грунта из любой области Луны, затем можно было углубиться на 1,5—2 м, а в конце концов привезти образцы и керны из любого выбранного типа лунной поверхности — «моря» или «высокогорья». Наибольший научный интерес представляли бы доставки из семи конкретных мест, в том числе (возможно) с обратной стороны Луны.
Кроме трёх основных типов миссий, в рамках программы Prospector рассматривались и другие проекты. Например, изучался крупный стационарный посадочный аппарат, который к середине 1961 года превратился в долговременную геофизическую станцию с многочисленными приборами, отслеживающими вариации магнитного поля и сейсмической активности в течение двух лет или даже больше. Другая идея подразумевала доставку на поверхность Луны живых организмов для оценки опасности полётов за пределами радиационных поясов Земли. В качестве технической основы бралась ракета для возврата образцов лунного грунта.
В поддержку будущих пилотируемых полётов предлагалось оснастить Prospector радиомаяками и оборудованием для ретрансляции данных с пилотируемых кораблей, а также создать на его основе «логистический» аппарат для миссий снабжения.
Стационарный посадочный аппарат – напланетная станция. Источник: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=28478.20
⇡#Конец?
В начале 1960-х ученые считали, что перед высадкой на Луну важно собрать исчерпывающие данные об окружающей среде, составе, структуре и топографии места посадки. Стремясь удовлетворить потребность в подробной информации, NASA рассматривало разные проекты — от спутников Луны, оснащенных автоматическим фотографическим и измерительным оборудованием, до систем точного определения состава и характеристик поверхности, полученных контактным способом с беспилотных посадочных станций и роверов.
Эти концепции не предполагали внезапного внедрения множества новых устройств и новых технологий и считались продолжением опыта Ranger и Surveyor. Тем не менее миссия Prospector требовала создания механизмов для передвижения по Луне, которые считались принципиально новыми.
Все эти проекты должны были обеспечить плавный переход от беспилотных к пилотируемым миссиям. Многочисленные варианты системы Prospector могли бы быть реализованы, если бы пилотируемая программа драматически не ускорилась.
25 мая 1961 года президент США Джон Кеннеди (John Fitzgerald Kennedy), выступая в Конгрессе, поставил перед нацией новую цель — до конца десятилетия отправить астронавтов на Луну и безопасно вернуть их на Землю.
Работы по проекту лунной экспедиции, неотъемлемой частью которого были носители семейства Saturn, получили статус национальной программы и «спуртанули». Внезапно оказалось, что и Prospector, и Apollo должны были выполняться в одно и то же время — примерно в 1966-1968 годах. Но в этом случае многие задуманные автоматические миссии становились бесполезными — они не успевали оказать техническую поддержку пилотируемой программе. Как отмечал британский историк космонавтики Бёрнэм (D.I. Burnham), «в одно мгновение статус проекта Prospector перескочил из предшественника в почти прямого конкурента Apollo!». Утверждение недалеко от истины, ибо обе программы претендовали на один бюджет.
Даже один из идеологов проекта Эйб Сильверстайн засомневался в его полезности. А менеджеры NASA из Группы космических задач STG (Space Task Group), отвечающие за Mercury и Apollo, утверждали, что Prospector не нужен ни в каком виде. По их мнению, ровер, управляемый астронавтом на Луне, будет проще и полезнее.
Проект сочлененного ровера фирмы Bendix, управляемого астронавтом. Источник: https://twitter.com/apollo_50th/status/1207337024648183808
Некоторое время ряд полезных качеств, таких как высокая точность посадки — плюс-минус 1 км, позволили предлагать технологии проекта Prospector для экзотической схемы пилотируемой экспедиции по типу «встречи на поверхности Луны» (Lunar Surface Rendezvous). Имелась в виду доставка отдельно от пилотируемого посадочного корабля некоего ресурсного модуля с припасами и топливом для возвращения на Землю. Но после принятия схемы «Встреча на окололунной орбите» LOR (Lunar orbit Rendezvous) эта концепция оказалась неактуальной.
Почти год Prospector просуществовал в условиях неопределённости. JPL, не уверенная в его полезности и не имевшая к тому же поддержки Конгресса, не решалась направлять запросы промышленности на более детальную проработку аппаратов. К тому же в начале 1962 года она столкнулась с дефицитом бюджета на программу Ranger и вынуждена была перебросить на неё часть ресурсов из проекта Prospector.
А в 1963 году усилились и сомнения конгрессменов, отвечавших за выделение денег на космос. Изучив документацию, они подивились тому, что NASA не имело чётких представлений даже о базовых параметрах аппаратов Prospector — их масса, к примеру, варьировалась от 2,2 до 80 т! Оценка стоимости колебалась примерно в таких же пределах. В один из моментов слушаний председатель подкомитета Палаты представителей по науке и астронавтике Джозеф Карт (Joseph Karth) прямо спросил у представителей NASA, является ли проект «настолько «бумажным», что нет даже оценки стоимости программы?». Неудивительно, что подкомитет отказал в выделении средств. «Эта конкретная космическая система окажется ненужной в тот период времени, когда она будет доступна для использования», — резюмировали конгрессмены. Prospector был отменен…
⇡#Эхо — короткое и долгое
Один из ранних вариантов «убежища» на основе грузового лунного модуля. Видны баллоны с водородом и кислородом для топливных элементов, наддува жилого отсека и перезарядки скафандров после выхода астронавтов в открытый космос. Рисунок NASA из документа Early Lunar Shelter Design and Comparison Study, Volume IV. Источник: https://falsesteps.wordpress.com/2016/09/30/the-early-lunar-shelter-stay-a-just-a-little-bit-longer/
Схема встречи на окололунной орбите LOR оказалась самой экономичной из рассмотренных, но имела крупный недостаток — на поверхность садился относительно лёгкий лунный модуль, имеющий крайне ограниченные ресурсы. Изначально два астронавта были способны пробыть в нем не более суток и с небольшим грузом вернуться для стыковки с командным модулем. По мнению специалистов, потребность в некоем вспомогательном корабле снабжения казалась очевидной.
LLV должен был обеспечить длительное пребывание астронавтов на лунной поверхности, служить им аварийным укрытием, обеспечивать длительное электропитание, доставлять на поверхность Луны связное оборудование и ряд других грузов. Изучались два варианта логистического аппарата: лёгкий, массой около 4 т, доставляемый на Луну носителем Saturn C-1, и тяжёлый (почти 41 т), использующий сверхтяжёлый Saturn C-5. По плану первый мог стартовать в 1966-м, а второй — в 1967 году.
Ориентировочная стоимость разработки LLV оптимистично оценивалась в полмиллиарда долларов. Дальнейшим развитием концепции должна была стать обитаемая лунная база, создание которой планировалось на середину 1970-х. Однако финансовые проблемы и отсутствие очевидных выгод от использования аппаратов снабжения в краткосрочной перспективе — политический и технический результат мог быть получен и без них — поставили крест и на этих планах.
Через 35 лет аппарат с названием Prospector все-таки отправился к Луне. Но это было уже совершенно другое изделие — автоматическая станция для исследования Луны Lunar Prospector, созданная NASA в рамках программы Discovery и запущенная 7 января 1998 года. На борту небольшого (всего 168 кг) аппарата, вышедшего на окололунную орбиту, находились магнитометр, электронный рефлектометр, нейтронный спектрометр, гамма-спектрометр и альфа-спектрометр. Станция успешно проработала до 31 июля 1999 года.