⇡#«Луночерпалка» вместо лунохода

Для решения задачи доставки образов лунного грунта на Землю использовался ракетно-космический комплекс с ранее созданной ракетой-носителем УР-500К (в будущем получил название «Протон-К»), разгонным блоком «Д» и посадочной ступенью КТ. Последняя представляла собой унифицированный ракетный блок с корректирующе-тормозной двигательной установкой, системой из четырех сферических топливных баков, соединенных цилиндрическими проставками (две играли роль приборных отсеков для размещения аппаратуры системы управления перелетом и посадкой) и раздвижными посадочными опорами. Часть топлива размещалась также в двух парах навесных топливных баков, на которых стояли приборные отсеки.

Для того чтобы максимально увеличить массу груза, доставляемого на Луну, управление работой не только посадочной платформы, но и всей части, отделяющейся от ракеты-носителя (включая разгонный блок «Д»), велось с автономной системы управления космического аппарата. Она включалась перед стартом и использовалась для ориентации и стабилизации E-8, а также для включения и регулирования двигательных установок на всех участках полета вплоть до касания лунной поверхности.

Посадочная ступень E-8 — платформа КТ — с луноходом и сбрасываемыми топливными баками. Фото НПО имени С. А. Лавочкина

«Глазами» и «ушами» системы управления служили солнечные и звездные датчики, трехстепенная гиростабилизированная платформа и доплеровский радиолокатор, «мозгом» — бортовое вычислительное устройство и автоматы стабилизации. Электропитание обеспечивали химические аккумуляторы. С Земли по радиоканалу приходили управляющие уставки, задающие те или иные алгоритмы работы систем. Все это хозяйство выдавало управляющие сигналы на силовые элементы, прежде всего — на микродвигатели ориентации и корректирующе-тормозной двигатель.

Электрорадиоаппаратуры было так много, что она размещалась не только в двух цилиндрических проставках КТ, но и в приборных отсеках сбрасываемых баков и на переходной ферме, соединяющей платформу с разгонным блоком «Д», и даже внутри лунохода. Как правило, блоки имели солидный вес и габариты и требовали для нормальной работы «тепличных» условий — герметичного отсека и активных действий системы терморегулирования. (Для справки: большинство западных космических аппаратов уже с середины 1960-х строилось на приборно-элементной базе, не требующей размещения в герметичных отсеках. )

Для решения задачи возврата грунта на Землю луноход и пандусы для его схода на лунную поверхность были сняты и заменены тороидальным приборным отсеком, который играл роль стартового стола. Сверху отсека стояла возвратная ракета, снизу, на платформе КТ, крепилась система отбора образцов. Она состояла из подъемной штанги с двухстепенными электроприводами, на которой монтировалось компактное буровое устройство с ударно-вращательным колонковым буром — полой трубкой с твердосплавной зубчатой коронкой на конце и специальной пробкой, удерживающей образцы грунта внутри.

Собранная станция E-8-5 с возвратной ракетой и сбрасываемыми топливными баками. (Источник: Роскосмос

)

Для выбора места бурения на платформе установили фары освещения и два телефотометра, разнесенные на 50 см и развернутые друг относительно друга по вертикали. Они формировали стереоизображение поверхности Луны между посадочными «ногами», а также снимали процесс бурения и позволяли определить точную ориентацию посадочного аппарата путем измерения положения Земли на панорамном изображении.

Для того чтобы бур опустился туда, куда хотелось ученым, штанга бурового устройства могла поворачиваться в пределах угла 100° и выполнять вращательные движения для переноса образцов в возвратную ракету.

Бур проверялся на земле и на твердых, и на мягких и сыпучих грунтах. Внутренняя часть его длиной 38 см заполнялась образцами грунта при скорости вращения бура 500 об/мин. Вплоть до включения бур был герметизирован и теплоизолирован, а его разгерметизация выполнялась непосредственно перед началом работы. Электромотор бура дублировался, а некоторые его части смазывались специальным составом для снижения трения в вакууме.

Испытания бурового устройства. Фото из архива НПО имени С. А. Лавочкина

В верхней части платформы КТ установлена космическая ракета «Луна — Земля» — самостоятельный ракетный блок с системой топливных баков, жидкостным ракетным двигателем, приборным отсеком и возвращаемым (спасаемым — по терминологии разработчиков) аппаратом, который отделялся при подходе к Земле. Возвратная ракета имела собственную автономную систему управления и стабилизации полета, аккумуляторы, радиокомплекс и бортовую электроавтоматику.

По первым прикидкам ракетно-космический комплекс УР-500К — E-8-5 «не завязывался»: масса космической головной части превышала возможности ракеты-носителя. Луноход, хоть и немаленький аппарат, прибыв на Луну, на ней и оставался. А возвратная ракета должна была преодолеть лунную гравитацию, развив скорость более второй космической, примерно 2700 м/с, двигаясь по сложной траектории. По какой?

Классическим способом считалось возвращение с предварительным выходом на окололунную орбиту, необходимым фазированием траектории и последующим отлетом к Земле. Сложная процедура была растянута по времени и приводила к накоплению ошибок, вследствие чего на трассе «Луна-Земля» требовалось выполнить коррекции траектории, чтобы не пролететь мимо территории СССР. Из-за сложной системы управления с учетом весовых параметров советской элементной базы (фактически она должна была содержать такой же комплект приборов и датчиков, как и ступень КТ) возвратная ракета получалось слишком тяжелой.

Альтернативный вариант исключал выход на окололунную орбиту и предусматривал прямой полет к Земле с упрощенным управлением. Для этого применили хитрости небесной механики — расчетными методами на поверхности Луны определялись районы, стартовав из которых в точно выбранное время и выдержав величину и направление разгонного импульса, можно отправить ракету на такую траекторию, что она без каких-либо коррекций в нужный момент встретится с Землей, и возвращаемый аппарат окажется на территории Советского Союза. Система управления возвратной ракеты резко упрощалась — в ней достаточно было оставить гироскопы и интегратор скорости.

Общая схема полета станции E-8-5. Фото из архива НПО имени С. А. Лавочкина

Для этого требовалось сначала прилуниться в таком районе, из которого после приема грунта при строго вертикальном старте обеспечивается попадание в нужный сектор земной поверхности. В этом случае достаточно было построить местную вертикаль и запомнить ее положение, а при старте ракеты направить вектор тяги строго вдоль вертикали. После достижения необходимой скорости движение происходило в основном под действием земного тяготения; земная гравитация и приводила ее в нужный район. При этом промежуточные коррекции не нужны.

В Институте прикладной математики (ИПМ) под руководством Д. е. Охоцимского определили набор траекторий возвращения, для которых данный метод подходил. «[Они] были ограничены особой областью на Луне, геометрическое место точек на которой варьировалось в зависимости от времени года и требовало посадки космического аппарата с точностью до 10 км, а также определенного момента старта для прямого выхода на [траекторию полета к Земле] при взлете с Луны. При этом также требовались точные сведения о лунном гравитационном поле... » — вспоминал непосредственный участник событий, известный астроном, академик РАН М. Я. Маров.

Схема перелета возвратной ракеты станции е8-5 от Луны к Земле. (Источник: Роскосмос )

Выбранная баллистическая схема обеспечивала минимальную массу ракетно-космического комплекса при старте с Земли. Однако у этого варианта была одна, но весьма существенная сложность: очень большая погрешность определения траектории возвращения на Землю капсулы с грунтом. Это значило, что обнаружить маленький возвращаемый аппарат после приземления будет чрезвычайно сложно. С данной проблемой справились, оснастив возвратную ракету радиомаяком небольшой массы — с его помощью можно было, ведя радионаблюдения, определить фактическую траекторию от момента старта с Луны и до входа в земную атмосферу. На заключительном этапе полета в ход шли оптические наблюдения с Земли, а сам возвращаемый аппарат с образцами грунта также оснастили радиомаяком.

Несмотря на все ухищрения, дефицит массы составлял полтора центнера: на заводе имени Лавочкина кое-как уложились в 5700 кг, а «пятисотка» с блоком «Д» могла отправить к Луне груз 5550 кг. Здесь уже пришлось поработать ракетчикам В. Н. Челомея: не меняя конструкцию, они смогли довести энергетику носителя до требований заказчика.

В результате возвратная ракета на старте имела массу около 520 кг, из которых на топливо и сжатые газы приходилось 275 кг. Долгохранимые окислитель и горючее заливались в три сферических бака; снизу, под центральным баком, монтировался двигатель однократного включения, сверху находился цилиндрический приборный отсек с четырьмя антеннами, на котором на стяжных лентах крепился сферический возвращаемый аппарат.

Возвратная ракета в цеху Завода имени С. А. Лавочкина. (Источник: Роскосмос )

Он представлял собой металлическую сферу диаметром 50 см и массой 39 кг, покрытую абляционной теплозащитой. Поскольку вход в атмосферу выполнялся под значительным углом при скорости, близкой ко второй космической, пиковые перегрузки превышали 300 единиц! Внутри возвращаемого аппарата размещалась парашютная система (сверху), капсула с образцами грунта (в середине; колонковое сверло заводилось в нее на Луне через боковой люк) и оборудование, включая аккумуляторы и передатчики (снизу). Центр тяжести аппарата лежал ниже геометрического центра, чтобы сфера аэродинамически стабилизировалась при полете в земной атмосфере.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒