Таинственная соседка Земли / Новая "лунная гонка?" СССР - первый в изучении Луны

Добрый день!

Сегодня мы посетим Луну. Выбор способа полета - большой: например, по-старинке нас может унести ветром. Или нами выстрелят из пушки. А что посовременнее?

Мы начали тему изучения планет Солнечной системы в статье  https://cont.ws/@proctotanya/8... - там рассказывалось в общих чертах о планетоходах. 

Луна. Наша ближайшая космическая соседка. 

А мы и до нее толком добраться не можем. При том, что мечтаем давно – вот, например, Лукиан Самосатский (120-180 гг НЭ) – греческий писатель – написал два фантастических романа. На Луну в одном романе героев унесло ураганом, а в другом – герой полетел на крыльях

А в 1634 году Иоганн Кеплер (немецкий математик, астроном и личный астролог австро-венгерского императора, последователь учения Коперника, первый рассчитал эллипсоидные орбиты планет и скорость их обращения вокруг Солнца ) закончил книгу «Сон, или Лунная астрономия». В ней описывался способ путешествия на Луну с помощью… лунного демона.

Позднее описывались способы путешествия на лебедях, с помощью прототипа аэростата и ракет (Сирано де Бержерак, по сути, описал принцип действия современных многоступенчатых ракет), а Жюль Верн в сочинениях «С Земли на Луну» (1865) и «Вокруг Луны» (1870) описал космический полёт в подробностях, весьма близких к реальным.

А в СССР Валентин Павлович Глушко (1908-1989 г.г.) в 1924 г. написал свою первую профессиональную работу – «Проблема эксплуатации планет». С рукописью ознакомился почетный академик Н.А. Морозов. В Ленинградском отделении архива АН СССР хранилось письмо Н.А. Морозова от 23 февраля 1925 г., адресованное Я.И.Перельману, в котором в частности говорилось: «… рукопись мне понравилась. Вы ведь тоже интересуетесь этими вопросами, и если найдете, что при современном состоянии книжного рынка её можно напечатать, то я с удовольствием напишу к ней напутственную статейку…».

Рукопись не вышла, но вот эту свою юношескую мечту о полете к Луне В. П. Глушко пронес через всю жизнь. И почти реализовал ее в проектах «Вулкан» и «Энергия-Буран». 

Несколько слов о Луне. 

Атмосферы нет, магнитного поля почти нет. Перепад температур – от -153 гр до +127гр С. Сила тяжести - 1,62 м/с2. Лунные день и ночь длятся примерно по 15 суток. Земляне видят Луну только с одной стороны. 

А зачем нам на Луну?

Советская станция Луна-16 в 1970 г. доставила на Землю горсточку лунного грунта – риголита – и в нем через 30 лет обнаружили Гелий 3. В природе он встречается очень редко, но имеет широкую область применения и выступает главным кандидатом топлива для термоядерных реакторов.

Солнце постоянно вырабатывает этот изотоп. Так как на Луне нет магнитного поля и атмосферы, изотопы гелия попадают на ее поверхность вместе с солнечным ветром. Объем гелия-3 в лунном реголите в десятки или даже сотни тысяч раз превышает объем данного изотопа на Земле. Космические агентства всерьез озаботились добычей этого ценного элемента – и Китай, и Индия, и НАСА, и мы с европейцами и японцами – все устремились к Луне.

Несмотря на относительно высокую концентрацию гелия-3 в лунном реголите, его объем на 100 тонн грунта составляет всего 1 грамм. Это означает, что лунные шахты или буровые машины должны работать непрерывно, перерабатывая колоссальный объем грунта.

Доставка на Луну машин, добывающих данный изотоп, и обратная доставка добытого материала потребует значительных финансовых вложений. Но овчинка стоит выделки: безопасное топливо с высокой отдачей – лучше и дешевле нефти – вот за чем устремились ведущие космические державы. При реакции термоядерного синтеза, когда в реакцию вступает 0,67 тонны дейтерия и 1 тонна гелия-3 выделяется энергия, которая эквивалентна энергии сгорания 15 млн. тонн нефти. (Техническая возможность осуществления подобных реакций пока не изучена.)

Ученые рассматривают Луну не только как естественную астрономическую обсерваторию и источник энергоресурсов, но и как запасной континент для землян. Он находится на расстоянии всего в 380 тысяч километров от нашей планеты, и при глобальной катастрофе на Земле здесь вполне можно было бы укрыться.

С Луны без помех можно наблюдать за другими небесными объектами, так на ней нет атмосферы.

Но главное – это неисчерпаемые запасы энергии, которой, по подсчетам ученых, для человечества хватило бы на 15 000 лет. Помимо этого на Луне есть запасы редких металлов: титана, бария, алюминия, циркония и это далеко не все.

Не так давно американский зонд «LRO» с российским прибором «Lend» окончательно подтвердили – на Луне действительно есть вода (в виде льда на дне кратеров) и ее здесь немало (до 600 млн. тонн). То есть для поселенцев не нужно будет доставлять воду (напомню, что по минимуму человеку требуется 16,5 кг воды в сутки, это мы «проходили» во время экскурсии на МКС https://cont.ws/@proctotanya/7... ) - она есть на Луне! С этого момента база на Луне обрела реальную перспективу.

Так с чего же все начиналось?

Для начала вспомним три определения, чтобы представлять себе, какую мощь должна развить ракета-носитель, чтобы вынести груз на орбиту Земли или дальше..

Первая космическая скорость – это скорость, которую нужно придать телу на поверхности Земли (или небесного тела), чтобы оно смогло выйти на орбиту Земли (или небесного тела) и двигаться по орбите. Равна 7,9 км/c для Земли.

Вторая космическая скорость - это скорость, которую нужно придать телу на поверхности Земли (или небесного тела), чтобы оно смогло преодолеть гравитацию Земли (или небесного тела) и начало удаляться. Равна 11,2 км/c для Земли.

Третья космическая скорость - это скорость, которую нужно придать телу на поверхности Земли (или небесного тела), чтобы оно смогло преодолеть гравитацию Солнца и выйти за пределы Солнечной системы. Равна 16,7 км/с для Земли. 

Мы все время читаем и слышим «лунная гонка». Давайте посмотрим, как это выглядело наглядно. Итак.

Первый спутник запущен СССР в 1957 г.

А уже в 1958 г. были неудачные запуски 3 аппаратов Pioneer (США) и 3 аппаратов «Луна» (СССР). Запускались аппараты друг за другом: американец, два наших, опять американец и наш. Все аппараты были утеряны из-за взрывов ракет-носителей (РН). И только в декабре 1958 г. совершился запуск – американский аппарат Pioneer-3 должен был пролететь мимо Луны. Не долетел 2/3 пути (первая ступень преждевременно завершила работу) и упал обратно на Землю. На нем был установлен счетчик Гейгера – именно он впервые зафиксировал второй радиационный пояс Земли.

2 января 1958 г. наш аппарат «Луна-1» (РН «Восток Л») совершил первый успешный полет к Луне. Станция прошла в 5000 км от Луны, обнаружила отсутствие у нее магнитного поля, вышла на гелиоцентрическую орбиту (вокруг Солнца), став первой искусственной планетой, которую назвали "Мечта". Целью полёта ставилась задача достижения им поверхности Луны.

Но в связи с тем, что поправка на время прохождения сигнала от командного пункта до аппарата не была учтена, разгонный двигатель выключился позднее, чем было нужно. Аппарат не встретился с Луной. Но при этом при был зарегистрирован внешний радиационный пояс Земли, были осуществлены первые прямые измерения параметров солнечного ветра, было установлено отсутствие у Луны значимого магнитного поля. 

Через два месяца к Луне рванул Pioneer-4, «пролетная» миссия, благополучно пролетел в 60000 км от Луны и стал второй искусственной планетой Солнца. Внешне он похож на Pioneer-3.

У нас были более серьезные планы – повторить попытку достижения Луны, и 14 сентября 1959 года космический аппарат «Луна 2» (РН «Восток-Л») впервые в истории достиг поверхности другого космического тела – Луны. Одним из основных научных достижений миссии было прямое измерение солнечного ветра. На поверхность Луны был также доставлен вымпел с изображением герба СССР.

15 сентября 1959 г. начался первый в истории советско-американских отношений официальный визит руководителя КПСС и главы Советского правительства Никиты Сергеевича Хрущёва в США, который продолжался 13 дней. 

В день прилета Хрущев в Белом доме вручил президенту Эйзенхауэру памятный дар - копию вымпела, доставленного нашей ракетой на Луну.

Эйзенхауэр уже имел удовольствие в 1957 г. объясняться перед Конгрессом - почему русские запустили спутник раньше американцев. И вот теперь такой "подарочек". 

Газеты и радио США захлебывались от сенсационных комментариев.

"Президент Эйзенхауэр и его главные советники сегодня искали средства противодействия новому престижу, который создало эффективное попадание русских в Луну советскому премьеру Никите Хрущеву для его начинающихся завтра исторических переговоров в Белом доме ". Газеты всего мира справедливо рассматривали попадание в Луну не только в космическом, но также в социальном и политическом аспектах. "Н.С. Хрущев прибывает в США, захватив с собой в чемодане Луну".

"К сожалению, справедливо и то, что этот успешный запуск ракеты на Луну создает осложнения. Ракета, которая может попасть на Луну, доказывает, что другие ракеты могут достичь любой точки земного шара с более смертоносным грузом и такой же точностью. Космическая кабина с советским вымпелом - это нечто вроде "демонстрации флага ", как это делали военно-морские корабли на земных морях".

Вернер фон Браун заявил журналистам, что Россия намного обогнала Соединенные Штаты в отношении космических проектов и никакими деньгами нельзя купить упущенное время.

Через две недели после успешного прилунения стартовала РН «Восток-Л» с КА «Луна-3». Основной задачей было впервые в истории человечества сфотографировать обратную, невидимую с Земли сторону Луны. 

«Луна 3» имела другую конструкцию и несла гораздо больше аппаратуры: системы радиотехнической, телеметрической, фототелеметрической ориентации (относительно Солнца и Луны), энергопитания (с солнечными батареями), терморегулирования и комплекс научной аппаратуры, включая фотолабораторию. Впервые в мире была решена проблема управления КА в космическом пространстве. 

7 октября 1959 года он на первом витке своей орбиты обогнул Луну и прошёл на расстоянии около 6200 км от её поверхности.

Первый в мире гравитационный маневр. Под действием гравитации Луны орбита аппарата изменилась. Изменение орбиты было рассчитано так, чтобы аппарат при возвращении к Земле снова пролетел над Северным полушарием, где были расположены советские наблюдательные станции.

При этом было произведено фотографирование поверхности Луны, которое продолжалось 40 минут. Использовались две фотокамеры с длинно- и коротко- фокусными объективами. Было заснято две трети обратной стороны, а также треть видимой стороны Луны для «привязки» объектов обратной стороны поверхности к уже существовавшей для видимой её стороны системе лунных координат.

Передачи полученной информации на Землю начали проводиться после автоматического проявления плёнки на борту космического аппарата по командам с Земли.

Полученные на Земле изображения обладали не самым высоким качеством, но позволили создать первый атлас обратной стороны Луны.

В 1960-1961 г.г. аппараты к Луне не летали, мы готовили новую станцию для отработки мягкой посадки, а американцы увлеклись планами телесъемки Луны. В 1961 г. СССР совершил первый пилотируемый полет в космос (Ю. Гагарин) и первый суточный полет (Г. Титов), а американцы совершили два суборбитальных (низких) полета.

В 1962 г. СССР совершил первый групповой полет – одновременно в космосе находились два корабля, а американцы три раза слетали на орбиту.

И мы, и американцы проектировали орбитальные станции.

В рамках Лунной программы 10 января 1962 года НАСА опубликовала планы строительства ракеты-носителя «Сатурн C-5». На первой её ступени должны были быть установлены пять двигателей F-1, на второй ступени — пять двигателей J-2, и на третьей — один J-2[7]. С-5 должна была выводить на траекторию к Луне полезную нагрузку массой 47 тонн.

СССР разрабатывал сверхтяжелую ракету-носитель Н1, первоначально для вывода тяжелой орбитальной станции 75 т на околоземную орбиту с перспективой сборки на орбите межпланетного корабля, способного полететь к Венере или Марсу. С принятием запоздалого решения по включению СССР в лунную гонку, Н1 был форсирован и стал носителем для экспедиционного космического корабля Л3 в комплексе Н1-Л3. Но это – тема будущей статьи.

Американцы занялись фото- и телесъемкой лунной поверхности с близкого расстояния от Луны с  КА Ranger (1-9) в 1962-1965 г. г. Из 9 запусков только три были успешными (1964 – 1965 г.г.). Остальные аппараты либо пролетели мимо, либо упали на Луну совершенно не там, где планировалось. В их задачу входило только снимать и передавать, вплоть до столкновения с Луной. Ranger-4 упал на Луну, став первым американским КА, попавшим на другое небесное тело.

А СССР в это время сконцентрировался на отработке мягкой посадки. Для «Лунохода». В тот же период мы запустили 11 КА новой конструкции, тоже «Луна» («Луна-4» имела 4 дублера, а также запускали аппарат «Космос-60») – и только 3 февраля 1966 станция «Луна-9» впервые в мире совершила мягкую посадку на поверхности Луны. 

Автоматическая станция «Луна-9» была запущена с космодрома Байконур 31 января 1966 года с помощью ракеты-носителя «Молния-М» и разгонного блока «Л». На трассе перелета к Луне 1 февраля была проведена коррекция траектории. При подлете к Луне была включена система астроориентации, которая осуществила поиск и захват сначала Солнца, а затем Луны и Земли.

На высоте 75 км от поверхности Луны (за 48 секунд до посадки) по сигналу с высотомера были отделены два навесных отсека, включена двигательная установка и произведен наддув баллонов-амортизаторов.

На расстоянии 260-265 метров от поверхности выключился основной двигатель, который обеспечил гашение скорости с 2600 м/с до нескольких м/с, и спуск происходил в режиме парашютирования при работающих управляющих соплах двигательной установки. На этом участке был высвобожден ленточный датчик-щуп длиной 5 метров, который при соприкосновении с лунной поверхностью выдал команду на отстрел автоматической лунной станции. 3 февраля 1966 года в 21 час 45 минут 30 секунд по Москве автоматическая лунная станция впервые в мире совершила мягкую посадку на поверхности Луны на западном крае Океана Бурь.

Это было огромное достижение. 

Через 4 минуты 10 секунд после посадки, произошел сброс амортизационных баллонов (станция была помещена внутри "мячика", надувавшегося перед посадкой гелием, и после отстрела "мячик со станцией прыгал по поверхности Луны, а баллоны с гелием защищали станцию), раскрылись лепестковые антенны, выравнивая станцию на лунной поверхности, и начался первый в мире сеанс радиосвязи с аппаратом, находящемся на поверхности другого небесного тела.

По команде с Земли была включена телевизионная камера. В период до 6 февраля было проведено 7 сеансов связи со спускаемым аппаратом общей продолжительностью более 8 часов. На Землю были переданы первые в мире панорамы лунной поверхности, полученные при различных высотах Солнца над горизонтом (7, 14, 27 и 41 градус).

Предлагаю посмотреть короткий документальный фильм (1966 г.) о станции «Луна-9». В нем подробно показан и сам аппарат, и схема посадки, и съемка Луны. 

В начале 1963 года НАСА окончательно выбрала схему пилотируемой экспедиции на Луну (основной корабль остаётся на орбите Луны, посадку же на неё совершает специальный лунный модуль) и дало ракете-носителю «Сатурн C-5» новое имя — «Сатурн-5».

СССР готовился к отправке «Лунохода», приступил к проектированию и изготовлению «Лунной ракеты». Обе страны активно запускали пилотируемые корабли на орбиту Земли. Лунная гонка была в самом разгаре.Наши успехи очень сильно огорчали американцев - русские обгоняли их во всем, президенту Эйзенхауэру пришлось публично оправдываться перед Конгрессом в 1957 г. за наш запущенный спутник. Перечисленные выше победы СССР - это факты, это наша великая история. 

Впереди – автоматическая посадка на Луне, бурение грунта и обратный полет на Землю, впереди путешествия «Луноходов», впереди полная странностей эпопея «Аполлон». А на сегодня мы прервемся – материала очень много, отложим на следующий раз.

Предлагаю вам отвлечься и послушать прекрасную песню группы ELO Ticket To The Moon, любезно предоставленную Димитрием: 

Кстати.

РОСКОСМОС. КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ «КАНОПУС-В» № 3 И № 4 ВЫВЕДЕНЫ НА РАСЧЕТНЫЕ ОРБИТЫ
01.02.2018

1 февраля 2018 года, через один час после старта ракеты-носителя «Союз-2.1а», разгонный блок «Фрегат» вывел основную полезную нагрузку – космические аппараты дистанционного зондирования Земли «Канопус-В» №3 и №4 на расчетные орбиты. Отделение космических аппаратов прошло штатно в 6:06 мск и 6:12 мск на солнечно-синхронных околокруговых орбитах.

После отделения космических аппаратов «Канопус-В» № 3 и 4 от разгонного блока специалисты Главной оперативной группы управления в Центре управления полётами (ЦУП) приступили к управлению их полетом. В ближайшее время спутники начнут работать в составе космического комплекса «Канопус-В» в связке с уже запущенными на орбиту КА «Канопус-В» № 1 и КА «Канопус-В-ИК».

Германские и американские аппараты – аналогично.

И традиционный бонус – почтовый блок, посвященный «Луне-9», первому КА, совершившему мягкую посадку на Луне.

Благодарю вас за прочтение!

В статье использованы материалы сайтов

https://ru.wikipedia.org/wiki/...

https://rustelegraph.ru/news/2...

http://othereal.ru/polet-na-lu...

https://topwar.ru/24664-sokrov...

http://www.vseportrety.ru/sob-...

http://spacegid.com/helium-3.h...

https://ru.wikipedia.org/wiki/...

https://ru.wikipedia.org/wiki/...

http://samlib.ru/s/shumil_p/e-...

http://www.famhist.ru/famhist/...

www.roscosmos.ru 

И заметок В. В. Шевченко "К ИСТОРИИ ПРОЕКТА ОБИТАЕМОЙ БАЗЫ НА ЛУНЕ"