Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин

Скорость, достигнутая в конце работы разгонного блока, позволила станции после пролета Луны покинуть сферу действия Земли и перейти на орбиту искусственной планеты, обращающейся вокруг Солнца.

Сразу после отделения от разгонного блока начался сеанс радиосвязи с автоматической станцией. Траекторные измерения и передача телеметрической информации о работе бортовых систем и данных научных измерений производились систематически в течение всего времени полета станции «Зонд-3».

Уже в первом сеансе после отделения от разгонного блока станция была ориентирована таким образом, чтобы элементы солнечных батарей освещались прямыми лучами Солнца.

В таком режиме – «режиме постоянной солнечной ориентации» – станция находилась в течение всего времени полета, кроме сеансов фотографирования и передачи снимков.

При подлете к Луне, после того как была выдана команда на проведение сеанса фотографирования Луны, система постоянной солнечной ориентации отключилась и началась ориентация автоматической станции на Луну.

Ориентация осуществлялась с помощью двух оптических датчиков – «солнечного» и «планетного» (оптическая ось последнего параллельна оптической оси фотоаппарата.

С помощью «планетного» датчика станция в течение всего сеанса фотографирования была ориентирована на освещенную часть диска Луны. Чтобы охватить всю освещенную поверхность Луны или хотя бы большую ее часть, осуществлялось сканирование станции с угловой скоростью примерно 0,1 градуса в секунду; при этом ось фотоаппарата двигалась от края освещенной части диска через ее центр.

Сеанс фотографирования начался 20 июля и после окончания экспонирования кадров (через 4 часа 24 минуты) автоматически прекратился; станция возвратилась в режим «постоянной солнечной ориентации».

В момент начала фотографирования станция находилась на расстоянии 11 600 километров от Луны, в момент окончания фотографирования – на расстоянии 10 000 километров.

Передача полученных на борту изображений Луны началась 29 июля с расстояния 2,2 миллиона километров и осуществлялась в сеансах связи через остронаправленную параболическую антенну.

Ориентация на Солнце и Землю поддерживалась системой управления в течение всего периода сеанса связи на параболической антенне. По окончании сеанса связи станция возвращалась к постоянной солнечной ориентации.

Радиосвязь с автоматической межпланетной станцией «Зонд-3» поддерживалась в течение восьми месяцев.

В марте 1966 года программа полета была исчерпана, и связь со станцией было решено прекратить. К этому времени станция удалилась от Земли на расстояние свыше 150 миллионов километров.

АВТОМАТИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ НА ЛУНЕ |«ЛУНА-9» И «ЛУНА-13»)

Мягкая посадка

Мягкая посадка космического аппарата на лунную поверхность являлась принципиально новой технической проблемой, потребовавшей решения целого ряда вопросов как при проектировании самой станции, так и при обеспечении высоких точностей ее выведения для осуществления посадки в заданном районе лунной поверхности.

Задача осложнялась отсутствием сведений о свойствах лунной поверхности. Неопределенность в отношении физико-механических свойств лунного грунта обусловила проектирование системы мягкой посадки с учетом возможности посадки аппарата на различные по своим свойствам породы – от скальных до пылевидных.

На Луне нет атмосферы, которая могла бы затормозить движение космического аппарата, подлетающего к поверхности со скоростью около 2,5 километра в секунду. Поэтому методы, используемые для посадки космических аппаратов на Землю, не могли быть применены. Единственной возможностью осуществления мягкой посадки являлось чрезвычайно точно отрегулированное торможение космического аппарата ракетным двигателем. Тормозной двигатель должен снизить скорость аппарата до величины в единицы метров в секунду; при этом конец торможения должен совпасть с моментом приближения к поверхности Луны, иначе аппарат в результате свободного падения снова разовьет большую скорость. Анализ различных схем торможения показал, что для первых экспериментов наиболее надежен вариант торможения при вертикальном снижении станции, позволивший упростить систему посадки.

Как известно, первые полеты советских ракет к Луне проводились без коррекции траектории. Точность выведения на орбиту как для попадания на Луну станции «Луна-2», так и для облета Луны и фотографирования ее поверхности станцией «Луна-3» обеспечивалась системой управления ракеты при ее вывеДении на орбиту полета.

Для попадания в заданный район Луны и почти вертикального сближения с ее поверхностью были необходимы существенно более высокие точности на завершающем этапе полета. При этом, как показали расчеты, оказалось нецелесообразным предъявить слишком высокие требования к системе управления при выведении ракеты у Земли. Оказалось, что можно технически проще и точнее исправить ошибки выведения станции на заданную траекторию полета к Луне, если провести сеанс коррекции траектории в полете. Для этого предварительно были проведены необходимые траекторные измерения и определена величина расхождения фактической траектории от расчетной.

С целью максимального упрощения конструкции автоматической станции и выигрыша в ее весе было решено применить единую для коррекции и торможения двигательную установку.

Попадание в заданный район Луны обеспечивалось соответствующим выбором времени старта ракеты-носителя с поверхности Земли и временем старта разгонного блока со станцией с орбиты искусственного спутника Земли, с учетом возможности проведения коррекции траектории полета.

Выбор траектории определялся в основном условиями оптимизации энергетических затрат, а также условием благоприятной видимости Луны с наземных наблюдательных пунктов, расположенных на территории СССР, вовремя торможения и непосредственно после посадки станции. Этим условиям удовлетворяют траектории с временем полета около 3,5 суток. Для таких траекторий при выбранной системе торможения точка посадки будет располагаться в западной части видимого диска Луны.

Для обеспечения наиболее благоприятных условий освещенности и наилучшего теплового режима автоматической станции посадка планировалась в районе утреннего терминатора.

Это в свою очередь определяло для данного месяца положение Луны на орбите в момент сближения со станцией, а следовательно, дату подлета к Луне и дату старта ракеты-носителя. Так как необходимое относительное расположение Земли, Луны и Солнца повторяется с периодичностью в один синодический месяц (около 29,5 суток), с той же периодичностью повторяются даты старта, удовлетворяющие перечисленным условиям.

Устройство автоматической станции «Луна-9»

Станция «Луна-9» (рис. 17) состоит из собственно автоматической лунной станции (АЛС), двигательной установки, предназначенной для проведения коррекций траектории и торможения при подлете к Луне, и навесных отсеков с аппаратурой управления полетом.

Аппаратура и агрегаты, необходимые только при полете к Луне и не используемые во время торможения, с целью уменьшения затрат топлива на торможение у Луны размещены в двух навесных отсеках, отделяемых непосредственно перед запуском тормозного двигателя на этапе прилунения.

Двигательная установка станции состоит из жидкостного ракетного двигателя, блока топливных баков и управляющих двигателей, необходимых для стабилизации полета станции во время работы двигательной установки.

Предусмотрена возможность работы двигательной установки на двух режимах: с постоянной тягой при коррекции и с широким диапазоном регулирования тяги при торможении.

Силовой конструкцией станции является сферический бак окислителя, на котором монтируются АЛС, навесные отсеки, двигательная установки