История проекта «Луноход»

19 февраля 1969 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Протон» с первым в мире планетоходом-разведчиком на борту. На 51-й секунде полета, во время прохождения зоны максимального скоростного напора, в головном обтекателе корабля возникли мощные аэродинамические вибрации, что привело к его разрушению. Осколки, благополучно пролетев вдоль третьей и второй ступени, врезались в топливные баки, что и спровоцировало эффектный взрыв через две секунды после начала неполадок.

Спустя полгода после этих событий космический корабль Apollo 11 доставил на Луну экипаж, состоявший из астронавтов Нила Армстронга, Эдвина Олдрина и Майкла Коллинза. Американская программа «Апполон» очень часто (и довольно нескромно) называется величайшим достижением человечества. К сожалению, эта экспедиция, являвшаяся в большей степени идеологической, оставила практически без внимания другой знаковый проект — «Луноход».

Конструктор смотрел на небесные дали...

Идея создания самоходных аппаратов-разведчиков для исследования космических объектов (планет и спутников) родилась в начале 60-х годов прошлого века в знаменитом ОКБ-1, которым руководил Сергей Павлович Королев. К тому времени уже были разработаны проекты автоматических межпланетных станций, в задачу которых входила мягкая посадка на поверхность Луны, а также сбор и передача на Землю научных данных. Однако очевидным минусом таких устройств являлась их статичность. Естественным продолжением темы спускаемых аппаратов стала концепция самоходной исследовательской станции.

При создании любого нового устройства первым делом формируется техническое задание для инженера-конструктора. Основные требования к «Луноходу» укладывались всего в четыре предложения: 1) продолжительная работоспособность в жестких условиях Луны; 2) дистанционная радиотелевизионная или автономная программная управляемость движением «Лунохода»; 3) высокая надежность; 4) минимальная масса в сочетании с максимальной проходимостью.

Больше всего разногласий было именно по четвертому пункту. Требовалось выбрать оптимальный способ передвижения по лунной поверхности. Но, несмотря на большие успехи в изучении естественного спутника Земли при помощи радиолокации и фотографирования космическими аппаратами, один критически важный вопрос оставался неразрешенным. Какова структура лунного грунта?

Информация о его несущей способности и прочностных характеристиках была жизненно необходима для конструирования и испытаний шасси будущего «Лунохода». Между тем вместо точных данных у инженеров был десяток взаимоисключающих теорий, начиная от предположения, что Луна усыпана крупными обломками вулканического происхождения, заканчивая экзотической гипотезой о том, что вся поверхность спутника покрыта десятиметровым слоем пыли, в которой «потонет» любой спускаемый аппарат.

Американская программа «Аполлон» называется величайшим достижением человечества. К сожалению, эта экспедиция оставила практически без внимания другой знаковый проект — «Луноход»

Кстати, при отработке этой версии Автотранспортный институт, куда сначала обратился С. П. Королев, предложил для испытаний ходовой части «Лунохода» построить огромный ангар площадью в несколько тысяч квадратных метров и усыпать его 5-10-метровым слоем нелущеного проса. В принципе, задумка была хороша своей оригинальностью.

Олег Генрихович Ивановский, заместитель главного конструктора «Лунохода», вспоминал: «Они считали, что нелущеное зернышко проса, будучи очень скользким за счет своей оболочки, не способно нести на себе никакой нагрузки, и, таким образом, оно является полным аналогом лунного грунта. Но когда мы начали считать затраты на реализацию этой идеи, то возник вполне закономерный вопрос: а где набрать столько проса? Они предложили распахать новые специальные просяные поля. Мы посчитали еще раз и отказались от этой затеи».

Тем не менее, проблема определения структуры лунного грунта требовала скорейшего решения. В 1961-1962 годах С. П. Королев привлек к работе над «Луноходом» ряд планетологических организаций и ученых, занимавшихся непосредственно изучением Луны. Был задействован Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт, Астросовет АН СССР, Пулковская главная обсерватория, а также Крымская астрофизическая обсерватория. В результате большинство ученых сошлось во мнении, что лунные пылевые моря — это фантастика.

Тем не менее, точных данных о структуре грунта так и не было. В конце концов С. П. Королев, которому изрядно надоели «бодания» ученых по данному вопросу, решил проблему в приказном порядке.

Луну считать твердой!

Да, именно так: «Луну считать твердой!». После этого «луноплавов» больше никто не предлагал. Впрочем, экзотических проектов все равно оставалось немало: луноходы, передвигающиеся прыжками, шагами или выполненные в виде герметичного шара, перекатывающегося по Луне за счет изменения положения центра тяжести.

Прежде всего рассматривались более привычные колесные, гусеничные или шнековые модели. Королев начал привлекать к работе над «Луноходом» специалистов с опытом разработки «земных» машин. Первоначально ходовой частью должны были заниматься сотрудники Научно-исследовательского института Госкомитета автотракторного и сельскохозяйственного машиностроения (НАТИ). Однако специалистам из этой организации не суждено было вписать свои имена в историю космонавтики: посчитав требования по весам, выдвинутые ОКБ-1, слишком жесткими, они отказались от создания шасси «Лунохода». В результате все работы по данному направлению отошли во ВНИИТрансмаш, специализировавшийся на конструировании танковой техники.

К концу 1967 года под руководством А. Л. Кемурджиана самоходное шасси для «Лунохода» было отработано и передано в ОКБ. Движитель состоял из восьми мотор-колес диаметром 510 мм и шириной 200 мм. Ширина колеи составляла 1,6 метра, а колесная база — 1,7 метра. Каждое колесо имело каркас из трех титановых ободьев, обтянутых сеткой из нержавеющей стали и снабженных грунтозацепами. Упругая подвеска выполнялась в виде пучковых торсионов без центрального стержня. В состав шасси также входили: электромеханическая трансмиссия с индивидуальным приводом колес, тормозная система, блок автоматики и комплект информационно-измерительной аппаратуры, предназначенной для контроля состояния ходовой части.

Широкое применение в конструкции титановых сплавов позволило «вписаться» в жесткие требования ОКБ-1 — общая масса самоходного шасси составила всего 84 кг.

Климат-контроль

Помимо неясных характеристик лунного грунта перед инженерами-конструкторами стоял целый ряд сложнейших задач, требующих решения. В конце концов, проект «Луноход» во многом был первым шагом в неизвестность. В частности, необходимо было решить проблему терморегулирования аппарата. На Луне нет атмосферы, следовательно, нет ни защиты от солнечных лучей, ни эффекта рассеивания света. Зато есть холодный космический вакуум. Таким образом, на поверхности Луны, аппарат, во-первых, подвергается воздействию жестких космических излучений, а во-вторых, вынужден работать в режиме небывалого перепада температур: на освещенном Солнцем борту — плюс 150 по Цельсию, а на противоположном (в затененной части) — минус 130. При этом внутри «Лунохода» для нормального функционирования всех приборов и систем должна поддерживаться «комнатная» температура, влажность и давление. После отработки массы вариантов решения этих проблем приборный отсек обрел свой окончательный вид. В верхней части корпуса «Лунохода» разместили радиатор системы охлаждения, который на ночь закрывался своеобразной крышкой для сохранения тепла. На этой же «крышке» с внутренней стороны были смонтированы панели солнечных батарей, днем снабжавших «Луноход» электричеством. Ну а во время лунной ночи для обогрева приборного отсека применялся радиоизотопный источник тепла, а также система нагревателей, работающих от аккумулятора.

ЭКИПАЖ

Решением вопросов, связанных с управлением и логикой «Лунохода», занималась целая лаборатория, организованная специально для этих целей конструктором автоматических межпланетных станций Г. Н. Бабакиным.

Первоначально рассматривались варианты автоматического планетохода-разведчика, но развитие электронно-вычислительных машин в то время не позволило реализовать эту идею. В итоге «Луноход» было решено сделать радиоуправляемым.

Специалисты ВНИИ-100 разработали наземный пульт управления и предложили методику обучения водителей.

Кстати, об экипаже.

В 1966 году, в обстановке строжайшей секретности из числа офицеров РВСН были отобраны 18 «сидячих космонавтов». Среди основных требований к кандидатам, помимо дисциплинированности, работоспособности, отличного здоровья, стрессоустойчивости и других в общем-то привычных качеств, было и «полное отсутствие какого бы то ни было опыта в области управления техникой». То есть это были не водители, не мотоциклисты или пилоты. Даже заядлых велосипедистов «заворачивали» на стадии рассмотрения личного дела. Считалось, что «земной опыт» и навыки управления техникой только помешают при работе с «Луноходом».

После прохождения всех тестов и испытаний, многие из которых были взяты из методики подготовки космонавтов, из восемнадцати человек отсеялось семеро. Из оставшихся одиннадцати сформировали две группы, которые должны были работать с «Луноходом» посменно.

Итак, оба экипажа в составе водителя, бортинженера, штурмана, оператора наведения остронаправленной антенны и командира приступили к работе на полигонах, обустроенных для отработки управления «Луноходом» в Ленинграде, под Симферополем и на Камчатке. Тренировки проводились в условиях, максимально приближенных к «боевым». Специалисты ВНИИ-100 даже умудрились сымитировать особое контрастное освещение поверхности, характерное для Луны.

«Луноход-1»

17 ноября 1970 года, 38 лет назад, межпланетная станция «Луна-17» благополучно прилунилась в Море Дождей, и на лунный грунт сошел первый в мире планетоход-разведчик.

На «Луноходе-1» были размещены научные приборы, антенны для связи с Землей, четыре телефотометра для передачи панорам и стереоизображений лунного ландшафта, видеокамеры для управления аппаратом, навигационная система и лазерный уголковый отражатель для точечного измерения расстояний.

Руководство «космическим путешественником» располагалось в Симферопольском центре космической связи. Здесь находился целый комплекс устройств. За управление отвечали пульты командира экипажа (Николай Еременко, Игорь Федоров), водителя (Габдухай Латыпов, Вячеслав Довгань), оператора остронаправленной антенны (Валерий Сапранов, Николай Козлитин), а также рабочих мест штурмана-навигатора (Константин Давидовский, Викентий Самаль) и бортинженера (Леонид Мосензов, Альберт Кожевников). Одиннадцатый член экипажа Василий Чубукин был резервным водителем и оператором. Кроме того, здесь же находился зал оперативной обработки телеметрической информации, поступавшей с «Лунохода».

Итоги работы «Лунохода-1» впечатляют: 80 000 квадратных метров обследованной площади, 10 540 метров пройденного расстояния, более 20 000 снимков поверхности Луны, более 200 панорам

Аппаратом управляли по очереди, через каждые два часа экипажи менялись. Изначально планировались более длительные сеансы, однако практика показала, что 120 минут — это почти предел возможностей даже специально подготовленных офицеров. Через два часа работы экипаж был полностью «измочален». На кадрах видеохроники видно, что водитель, сидящий за пультом управления, уже через несколько минут работы покрывается испариной и регулярно стирает пот с лица.

Г. Н. Роговский, специалист в области систем управления и ориентации, вспоминал: «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». 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». По словам О. Г. Ивановского, «работа экипажа была чрезвычайно сложной. Не случайно у нас было две смены, две пятерки. Два часа — и люди больше уже работать не могли. В основном эта нагрузка ложилась на водителя, потому что управление движением было в его руках».

Операторы центра управления использовали показания навигационной системы и, конечно же, телевизионная картинка, передаваемая непосредственно с «Лунохода». Однако на мониторе наблюдалось вовсе не «потоковое видео», а ряд статичных картинок. О. Г. Ивановский назвал это «слайдовидением». На передачу одного кадра в зависимости от рельефа уходило от 3 до 20 секунд! Все это время оператор видел перед собой только предыдущую картинку, грубо говоря, то место, где «Луноход» был раньше. Таким образом, каждое движение аппарата точно просчитывалось, на сколько метров вперед или назад, на какой угол и в каком направлении нужно развернуться и т. д.

Весь первый лунный день (13,66 земных суток) экипаж приноравливался к необычным условиям работы. После обкатки «Луноход» приступил к выполнению своей научной миссии: началось исследование лунной поверхности. Параллельно была запущена прикладная программа для поиска района посадки лунной кабины с использованием бортовых средств навигации.

Ресурс аппарата был рассчитан на три месяца работы, ровно на этот срок разрабатывалась и программа исследований. 20 февраля 1971 года, по окончании четвертого лунного дня, ТАСС сообщило о полном выполнении всех задач, ставившихся перед «Луноходом». Однако аппарат вовсе не собирался «помирать». Пришлось ученым разрабатывать программу на следующий лунный день, а потом на еще один, и еще, еще... В результате «Луноход» проработал не три месяца, как было запланировано, а все десять.

15 сентября 1971 года, при наступлении одиннадцатой лунной ночи, телеметрия показала, что температура внутри приборного отсека начала падать — вероятно, из-за выработки ресурса изотопного источника тепла. 30 сентября, в начале очередного лунного дня, аппарат уже не вышел на связь.

Итоги работы «Лунохода-1» впечатляют: 80 000 квадратных метров обследованной площади, 10 540 метров пройденного расстояния, более 20 000 снимков поверхности Луны, более 200 панорам, полученных при помощи телефотометров. В 25 точках был проведен химический анализ поверхностного слоя лунного грунта, в более чем 500 точках определялись его физико-механические свойства. Длительность активного функционирования аппарата составила 301 сутки 6 часов и 37 минут.

Продолжение истории

Спустя два года после «естественной смерти в весьма преклонном возрасте» первого планетохода была запущена автоматическая межпланетная станция «Луна-21», доставившая 16 января 1973 года на лунную поверхность «Луноход-2».

«Луноход-2» оказался гораздо продуктивней своего предшественника. Благодаря опыту экипажа и усовершенствованной телевизионной системе за неполные четыре месяца работы планетоход успел пройти около 40 километров

В конструкцию был внесен целый ряд усовершенствований. Конструкторы учли опыт работы с «Луноходом-1». Во-первых, была добавлена третья видеокамера, располагавшаяся на выносной штанге на уровне глаз стоящего человека. Благодаря этому удалось существенно улучшить обзор. Во-вторых, усовершенствование телевизионной системы позволило снизить время передачи одного кадра с «Лунохода» на Землю до трех секунд, вне зависимости от сложности рельефа. В-третьих, была доработана система автоматических блокировок, срабатывающих при возникновении опасности для аппарата (большой крен, перегрузка двигателей колес и т. д.). В системе энергопитания «Лунохода-2» также произошли изменения. На нем были установлены две доработанные аккумуляторные батареи суммарной емкостью в 250 А/ч (против 200 А/ч у первой модели), а кроме того, усовершенствованные фотоэлементы солнечной батареи. Ну и, наконец, несколько изменился комплект научной аппаратуры. В него вошли: спектрометр для определения химического состава лунного грунта, радиометр для исследования радиационной обстановки на поверхности Луны, магнитометр на выносной штанге для замеров намагниченности отдельных образований и астрофотометр для измерения светимости лунного неба в видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Начало карьеры нового «Лунохода» трудно назвать удачным. Посадочная ступень едва не угодила в кратер, приземлившись буквально в трех метрах от пропасти. Затем выяснилось, что навигационная система аппарата вышла из строя. Кратер находился прямо возле посадочной ступени и при первоначальном осмотре местности остался незамеченным, «Луноход-2» съехал прямо в него. К счастью, аппарат не перевернулся, и успешно выбрался из лунной дыры, после чего приступил к выполнению своей программы.

Олег Генрихович Ивановский, заместитель главного конструктора «Лунохода», вспоминал: «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!»

Из-за отказа навигационной системы на штурманов свалилась колоссальная нагрузка. Ориентироваться в хитросплетении лунных ландшафтов приходилось по Солнцу и окружающей обстановке. Тем не менее, «Луноход-2» оказался гораздо продуктивней своего предшественника. Благодаря значительному опыту экипажа и усовершенствованной телевизионной системе за неполные четыре месяца работы планетоход успел пройти около 40 километров.

9 мая 1973 года «Луноход-2» обследовал крупный кратер на восточной границе разлома «Прямая». При выходе из него возникла аварийная ситуация, приведшая к преждевременной гибели аппарата.

О. Г. Ивановский вспоминал: «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 для камер кратера. В результате «Луноход» 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».

«На панорамах мы увидели лишь какие-то черно-белые пятна. Определить, где камни, где кратер, казалось, было невозможно. Требовался большой навык, большой опыт, чтобы разобраться в этом хаосе...»

В результате недопустимо повысилась температура в приборном отсеке и «Луноход-2» вышел из строя. 10 мая 1973 года с аппарата в последний раз поступила телеметрическая информация, после чего он замолчал навсегда.

За время работы «Луноход-2» успел передать на Землю 86 панорам, свыше 80 000 снимков лунной поверхности, в том числе стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей рельефа Луны, плюс массу информации с бортовых приборов, включая данные спектро- и радиометрии.

Видит око да зуб неймет...

Через два года был изготовлен очередной «Луноход». Еще один шаг вперед по сравнению с предшественниками. Усовершенствованная телевизионная система теперь обеспечивала передачу стереоскопического изображения с двух камер. Поворотный гермоблок с камерами смонтировали на выносной штанге, так что теперь для осмотра окрестностей «Луноходу» достаточно было просто «покрутить головой». Новый планетоход получил полный комплект бортовой и научной аппаратуры, прошел весь цикл наземных испытаний и... навсегда остался в музее НПО им. Лавочкина.

Запуск, запланированный на 1977 год, так и не состоялся. Ракеты «Протон» стали активно использоваться для вывода на орбиту советских спутников связи, а для «Лунохода-3» просто не нашлось свободного носителя. Космическая программа СССР (как, впрочем, и США) надолго отвернулась от Луны. Более 30 лет не было ни одного значимого проекта, связанного с изучением естественного спутника Земли.

ЗА ЭНЕРГИЕЙ — НА ЛУНУ!

11 декабря 1993 года на знаменитом аукционе Sotheby's появился необычный лот. Фирма Lavochkin Association предложила купить «Луноход-1» и его посадочную ступень. Стартовая цена — 5000 долларов. В результате непродолжительных торгов лот ушел за 68 тысяч долларов. С половиной. На этом, казалось бы, в истории «Луноходов» можно ставить точку.

Однако в последнее десятилетие Луна вновь попала в поле зрения ученых, инженеров и политиков. В начале XXI века Китай опубликовал свою программу освоения естественного спутника Земли. План весьма амбициозный: помимо детального исследования и сканирования лунной поверхности при помощи спутников, он включает в себя доставку луноходов (2011 год), отправку образцов грунта на Землю (2012 год) и даже строительство лунной базы (2030 год).

Возможно, эта программа подхлестнула и другие страны. Европейское космическое агентство 28 сентября 2003 года запустило первый лунный зонд «Smart-1» («Умник-1», если по-русски), а американский президент Джордж Буш-младший 14 января 2004 года объявил, что в планы США входит создание новых пилотируемых космических кораблей, способных доставлять людей на Луну для закладки к 2020 году обитаемых баз.

В январе 2006 года бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия» Н. Н. Севастьянов объявил, что главной целью российской космической программы в новом тысячелетии является добыча на Луне уникального энергоносителя: «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3».

Интересно, что до сих пор нет никакой официальной информации о том, что у России есть своя лунная программа. Но значение гелия-3 для мировой энергетики слишком велико. Маловероятно, что российское руководство не имеет никаких планов относительно этого изотопа. Гелий-3 в настоящее время считается наилучшим вариантом топлива для термоядерных электростанций будущего. Всего лишь один килограмм этого изотопа способен обеспечить электроэнергией мегаполис размером с Москву на шесть лет вперед!

На Земле запасы гелия-3 оцениваются в 500-1000 килограмм, в то время как на Луне, по самым скромным оценкам, находится более 500 тысяч тонн этого вещества. Даже с учетом всех сложностей доставки, а также расходов на проектирование и строительство транспортных кораблей, стоить лунная энергия будет в десятки раз меньше, чем атомная. Напомним, что атомные электростанции пока что являются «самыми экономичными».

Вместе с тем после исследований, проведенных американскими учеными Дэвидом Смитом и Джоном Скало, возможность создания лунных баз была поставлена под большой вопрос. Расчеты показали, что человек, даже будучи «упакованным» в специальный скафандр, находясь на поверхности Луны в течение 100 часов, с вероятностью в 10% получит опасную дозу жесткого рентгеновского излучения. Ранее основным источником радиационного заражения считались потоки заряженных частиц. Ученые установили, рентгеновское излучение распространяется со скоростью света во время солнечных вспышек. Это означает, что оно долетит до Луны примерно через восемь минут. Довольно небольшой срок, чтобы успеть получить сигнал тревоги и укрыться.

Впрочем, человечество это не остановит. Пока не придумана эффективная защита от рентгеновского излучения, на Луне будут работать роботы. Луноходы нового поколения.

Проблема определения структуры лунного грунта требовала скорейшего решения. В 1961-1962 годах С. П. Королев привлек к работе над «Луноходом» ряд планетологических организаций.

Всего лишь один килограмм гелия-3 способен обеспечить электроэнергией мегаполис размером с Москву на шесть лет вперед

Экзотических проектов было немало: луноходы, передвигающиеся прыжками, шагами или выполненные в виде шара, перекатывающегося по Луне

Проект «Луноход» во многом был первым шагом в неизвестность...

На освещенном Солнцем борту температура была плюс 150 по Цельсию, а на противоположном — минус 130

Ученым пришлось разрабатывать программу на следующий лунный день, потом на еще один, и еще... В результате «Луноход-1» проработал не три месяца, а все десять

За время работы «Луноход-2» успел передать на Землю 86 панорам и свыше 80 000 снимков лунной поверхности

Для «Лунохода-3» просто не нашлось свободного носителя — космическая программа СССР надолго отвернулась от Луны

Даже в специальном скафандре, находясь на поверхности Луны в течение 100 часов, космонавт с вероятностью в 10% получит опасную дозу жесткого рентгеновского излучения






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.