75772-1 (Освоение космического пространства в СССР)

Освоение космического пространства в СССР

В.Л.Пономарева, кандидат технических наук, Институт истории естествознания и техники им.С.И.Вавилова РАН, Москва

Первая советская Государственная программа исследования и освоения космического пространства была разработана на основании представленного в 1958 г. С.П.Королевым документа “Предварительные соображения о перспективных работах по освоению космического пространства”. 10 декабря 1959 г. она была утверждена решением ЦК КПСС и СМ СССР.

До 1966 г. программа включала изучение околоземного космического пространства автоматическими искусственными спутниками Земли, исследование Луны и планет автоматическими межпланетными станциями (АМС), создание первых спутников с человеком на борту, отработку операции сближения и стыковки космических аппаратов на орбите, создание спутника с экипажем два-три человека. По этому плану (с некоторым отставанием по времени) и развивалась в эти годы наша космическая программа.

Когда был создан Институт космических исследований (ИКИ) Академии наук СССР, в его работу была включена широкая сеть научно-исследовательских институтов и конструкторских бюро.

Луна

Первым объектом исследований стала Луна. Не только потому, что она является ближайшим к нам небесным телом, но и потому, что изучение Луны важно для понимания происхождения и эволюции Солнечной системы.

Рассматривалось несколько вариантов: облет Луны для фотографирования ее обратной стороны, доставка на Луну и подрыв на ее поверхности ядерного заряда (вспышка от взрыва, зафиксированная всеми земными обсерваториями, подтвердит факт попадания в Луну; этот вариант был отвергнут ввиду его очевидной опасности) и, наконец, мягкая посадка на Луну.

Задача попадания в Луну оказалась очень сложной научной и технической проблемой: требовалось попасть в движущуюся цель с расстояния 384 тыс. км. Недобор или перебор скорости в конце активного участка всего на 1 м/с (при том, что необходимая скорость составляет около 11 км/с) приводит к промаху от точки прицеливания на 250 км, а время старта надо выдержать с точностью до нескольких секунд. Расчет и классификацию траекторий полета к Луне (попадающие, пролетные и облетные) впервые выполнил сотрудник Института прикладной математики В.А.Егоров.

Штурм Луны начался в конце 1958 г., однако все попытки запуска аппаратов к Луне, как наши, так и американские, были неудачными. Первый успешный запуск советской ракеты к Луне состоялся 2 января 1959 г. Это была четвертая по счету попытка. Из-за незначительного отклонения одного из параметров станция промахнулась на 6 тыс. км, и третья ступень с контейнером, в котором находились научная аппаратура и вымпел с изображением герба Советского Союза, на Луну не попали. У нас не принято было сообщать о неудачах, и в печати появилось сообщение о новом крупном достижении Советского Союза в исследовании космоса: впервые в Солнечной системе была создана искусственная планета, которая получила имя “Мечта”. Так неудача превратилась в успех.

“Отрицательный результат тоже результат”, - говорил Королев. Отрабатывалась техника, способы управления и многое другое. Даже если аппарат не достиг поставленной цели (например, не попал в Луну), на траектории полета он передавал на Землю новую информацию о межпланетном пространстве, очень нужную для дальнейшего развития исследований.

14 сентября 1959 г. советская автоматическая станция “Луна-2” достигла поверхности Луны. Впервые аппарат, изготовленный человеком, достиг другого небесного тела. Исследования, проведенные с помощью научной аппаратуры, установленной на борту “Луны-2”, показали, что Луна не имеет собственного магнитного поля и радиационных поясов.

Аппарат “прилунился” (точнее сказать, врезался в Луну на огромной скорости) в Море Дождей, между кратерами Архимед, Аристилл и Автолик (сейчас этот район называется Залив Лунника) и доставил на поверхность Луны вымпел с гербом СССР. Вымпел имел форму шара, поверхность которого состояла из пятиугольных металлических пластин с надписью “СССР. Сентябрь 1959”. При ударе аппарат должен был разбиться, а пластины разлететься вокруг, как, без сомнения, и произошло.

Это замечательное достижение нашей науки и техники имело огромный политический резонанс. Американские газеты писали, что Н.С.Хрущев (как раз на те дни пришелся его визит в США) привез с собой Луну в чемодане.

4 октября 1959 г., ровно через два года после начала Космической эры, был совершен облет Луны. Станция “Луна-3” передала на Землю фотографии ее обратной стороны, и люди впервые увидели изображение той стороны нашего естественного спутника, которая всегда была от них скрыта.

Для того, чтобы это сделать, требовалось решить целый ряд чрезвычайно сложных научно-технических проблем, которые условно можно разделить на две группы: обеспечение условий фотографирования (расчет траектории, управление полетом, обеспечение необходимой ориентации станции для фотографирования, радиосвязи, передачи изображений на Землю и др.) и разработка средств для получения фотоизображений в необычных условиях космического полета. Обе “группы” включали в себя массу проблем, многие из которых в истории развития техники возникли впервые.

Для решения этой задачи был разработан ряд наземных комплексов и бортовых систем для управления полетом и работой фотоаппаратуры: программно-временное устройство, командная радиолиния, система ориентации. “Луна-3” - первый космический аппарат, снабженный системой управления движением и сложным радиокомплексом. Эти системы - прародители современных неизмеримо более сложных и совершенных систем, работающих теперь “на цифре”.

При расчете орбиты необходимые значения параметров траектории получили за счет воздействия поля притяжения Луны. Траектория полета должна была обеспечить получение максимального объема информации; безопасное возвращение АМС на близкое расстояние к Земле для надежной передачи полученных изображений, чтобы при подходе к Земле станция не задела атмосферу и не сгорела в ней. Задача осложнялась еще и тем, что для успешной передачи на Землю фотоснимков по радиоканалу АМС должна подходить со стороны северного полушария, так как первый в стране пункт дальней космической связи был построен в Крыму на горе Кошка. Эти расчеты проводились в Отделении прикладной математики Академии наук, в ОКБ-1 и в НИИ-4.

Для фотографирования в НИИ-380 (ныне Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения) разработали автоматическую фототелевизионную систему “Енисей”. К фотоаппаратуре предъявлялись специфические и весьма жесткие требования (по выдерживанию температуры объективов и самого фотоаппарата, по термостойкости пленки, по сохранению свойств фотореактива, по защите пленки от засветки космическим излучением и т.д.).

Вполне понятное стремление при первом фотографировании обеспечить охват возможно большей площади привело к неблагоприятным условиям освещения: поверхность Луны высвечивалась прямыми лучами Солнца, поэтому детали рельефа не давали теней и могли распознаваться только благодаря различию их отражательной способности, и информативность полученного материала была не слишком высокой. Для возможности дешифрирования и привязки к селеноцентрическим координатам захватили небольшую область видимой стороны с уже известными образованиями.

Взаимное положение автоматической станции “Луна-3”, Луны и Солнца в момент фотографирования Луны.

Полученные со станции “Луна-3” материалы охватывали примерно 60% поверхности невидимого полушария Луны. На этих снимках различимы детали, имеющие в поперечнике размер не менее 50 км. После дешифрирования выявили и описали около 400 невидимых с Земли образований на лунной поверхности, установлены их селенографические координаты. Государственным астрономическим институтом им.П.К.Штернберга был выпущен “Атлас обратной стороны Луны”, составлены карты и каталоги. Международный астрономический союз присвоил новым объектам имена. На Луне появились Море Мечты с заливом астронавтов, Море Москвы, кратеры и цирки Джордано Бруно, К.Э.Циолковского, Д.И.Менделеева, Г.Герца, И.В.Курчатова, М.В.Ломоносова, Дж.К.Максвелла и др.

Интересно отметить, что в сообщении о запуске ни слова не было сказано о его главной цели. Как пишет академик Б.Е.Черток, если по современной теории надежности оценить вероятность успешного выполнения задачи фотографирования созданными тогда средствами, шансы на успех не превышали 20-30%. Но самоотверженность и энтузиазм людей, работавших над решением этой чрезвычайно сложной задачи, все преодолели!

Любопытный штрих: вспоминая об истории первого фотографирования Луны, Черток упоминает о таком факте: богатый французский винодел объявил, что подарит тысячу бутылок шампанского тому, кто покажет обратную сторону Луны, и выполнил свое обещание. После долгих согласований на всех уровнях шампанское разошлось, как это часто у нас бывает, в основном среди “непричастных”…

В 1965 г. Королев передал межпланетную тематику Г.Н.Бабакину в НПО им.С.А.Лавочкина, все последующие полеты к Луне и планетам осуществлялись на разработанных там аппаратах.

Ракета-носитель со станцией “Луна-9” стартовала 31 января 1966 г., а уже 3 февраля станция совершила первую мягкую посадку на другое небесное тело. Сферический спускаемый аппарат отделился от двигательного отсека, мягко прилунился, раскрыл четыре лепестковые панели, закрывающие антенны и телекамеру, и передал на Землю панорамное изображение лунного ландшафта. Выяснилась структура лунного грунта - оказалось, что в месте посадки он достаточно плотный, вроде пемзы.

Мягкая посадка на другое небесное тело - новая и очень сложная научно-техническая задача. Отсутствие на Луне атмосферы исключало использование парашюта. Нужно было с помощью ракетного двигателя затормозить аппарат, летящий со скоростью 2.5-2.7 км/с, до нуля и именно в тот момент, когда он вплотную приблизится к поверхности Луны. Она отрабатывалась при запусках “лунников” с четвертого номера по восьмой.

В том же году для изучения гравитационного поля Луны была запущена станция “Луна-10”. 31 марта она вышла на орбиту искусственного спутника Луны. Это был первый искусственный спутник другого небесного тела.

В сентябре 1970 г. станция “Луна-16” совершила мягкую посадку в районе Моря Изобилия, произвела бурение, взяла образцы лунного грунта и доставила их на Землю. Это было первое в истории космонавтики возвращение космического аппарата с другого небесного тела; исследовали химический состав лунного грунта и определили абсолютный возраст пород морского и материкового типа, что является одной из фундаментальных проблем изучения планет.

Чтобы решить эти задачи — осуществить мягкую посадку или создать искусственный спутник другой планеты — нужно было научиться корректировать (или задавать) траекторию полета космического аппарата. Это стало возможно после разработки точных систем ориентации и создания корректирующих ракетных двигателей, способных неоднократно включаться в условиях космического пространства.

В ноябре 1970 г. “Луна-17” доставила на Луну дистанционно управляемый аппарат “Луноход-1”. При разработке этого аппарата во ВНИИ Трансмаш (Ленинград) рассматривались разные способы передвижения на Луне — шагающие, прыгающие, ползущие, двигающиеся на гусеницах или на колесах механизмы. В конце концов остановились на последнем варианте.

Колес было восемь — по четыре с каждой стороны. Каждое колесо имело свой собственный двигатель (небольшой электромотор в ступице), поэтому луноход мог двигаться и при отказе одного или нескольких колес. Специальные шипы обеспечивали хорошее сцепление с грунтом при малой (в шесть раз меньше, чем на Земле) силе тяжести. Для испытания ходовой части на Земле был построен специальный лунодром со всеми элементами лунной поверхности (кратерами, трещинами, камнями и прочим). Материалы для строительства привезли с потухших и действующих вулканов Камчатки.

Управляли луноходом по радио- и телеканалам операторы с Земли. Это было очень непросто, так как команда управления шла до аппарата 1.3 с и столько же времени требовалось на ответ лунохода “Вас понял”. Имелся бортовой электронный блок управления, который контролировал движение и останавливал луноход в опасных ситуациях.

Однажды при попытке преодолеть кратер, который наземному экипажу из-за неблагоприятного освещения не показался сложным, луноход опасно накренился. Тут же включилась автоматика и остановила аппарат. В другой раз аппарат специально направили в кратер с крутыми склонами и большим количеством камней, который ученым непременно нужно было исследовать. Это была сложная задача, но усилиями наземного экипажа и автоматики справились.

За 10 месяцев “Луноход-1” прошел расстояние 10 540 м, обследовав площадь 80 тыс. м2. Более чем в 500 точках изучались физико-химические свойства Луны, на Землю было передано огромное количество научной информации, в том числе около 200 панорам и более 20 тыс. отдельных снимков.

В январе 1973 г. на Луну был доставлен “Луноход-2”. Выполняя программу исследований и передавая результаты на Землю, он в течение пяти месяцев прошел 37 км.