Космические аппараты исследуют Луну - Виталий Перов

Самоходные аппараты, управляемые с Земли, «Луноход-1, -2», предназначенные для проведения комплексных научных исследований при длительной работе на лунной поверхности, доставлялись с помощью АС «Луна-17, -21».

«Луноходы» размещались на посадочной ступени и крепились днищами к четырем вертикальным стойкам через специальные пироузлы. На посадочной ступени устанавливались также трапы для схода передвижной лаборатории на лунную поверхность. Во время полета АС трапы находились в сложенном состоянии, а после посадки раскрывались под действием специальных пружин.

Аппараты «Луноход» (общая масса около 800 кг) (рис. 8) состояли из двух основных частей: приборного отсека и самоходного шасси. Приборный, отсек предназначался для размещения научной аппаратуры и устройств, которые необходимо было предохранять от воздействия условий открытого космоса. Верхняя часть корпуса приборного отсека использовалась как радиатор в системе терморегулирования и закрывалась крышкой. На время лунной ночи крышка закрывалась и предохраняла отсек от излишней потери тепла, лунным же днем была открыта, способствуя сбросу избыточного тепла в пространство. На внутренней поверхности крышки размещались элементы солнечной батареи. Крышка могла устанавливаться под различными углами и обеспечивать оптимальное освещение солнечной батареи в процессе работы самоходного аппарата.

Необходимый тепловой режим оборудования поддерживался как пассивными, так и активными методами. В качестве теплозащиты использовалась экранно-вакуумная изоляция на наружной поверхности приборного отсека (пассивный метод). Активная теплозащита осуществлялась регулированием температуры газа, циркулирующего внутри отсека. При помощи вентилятора и специальной заслонки газ направлялся в горячий или холодный контуры системы терморегулирования. Использовался и локальный обдув некоторых приборов с помощью отдельных каналов подвода газа.

Рис. 8. Схема самоходного аппарата «Луноход-1»

Горячий контур включал в себя блок обогрева, размещенный сзади «Лунохода» (вне приборного отсека). Тепло в блоке вырабатывалось в процессе распада радиоактивного изотопа.

Приборный отсек устанавливался на восьмиколесном шасси, обладавшем высокой проходимостью при относительно малой массе и энергопотреблении. Колеса «Лунохода» (рис. 9) имели независимую подвеску: в ступицу каждого колеса был вмонтирован электромеханический привод (поэтому каждое из них являлось ведущим). Упругими элементами здесь были торсионы; крепление колес обеспечивало преодоление уступов высотой 400 мм без удара об опоры.

Привод колеса состоял из электродвигателя постоянного тока, щетки которого были изготовлены из специального материала, предназначенного для работы в вакууме, а также редуктора и механического тормоза с электромагнитным управлением. Выходной вал трансмиссии имел локальное ослабление сечения, чтобы он смог бы разрушиться подрывом пироустройства по команде с Земли (в случае его заклинивания). При этом данное колесо становилось ведомым и не мешало движению: конструкция шасси допускала одновременную разблокировку пяти из восьми колес без потери подвижности «Лунохода».

Рис. 9. Схема устройства колеса «Лунохода-1»

Управление самоходным аппаратом велось по командам с Земли экипажем, состоящим из командира, водителя, штурмана, бортинженера и оператора остронаправленной антенны. В качестве информации, необходимой для управления, использовались телевизионное изображение местности перед «Луноходом», телеметрические данные бортовых гироскопов и датчиков пройденного пути, сведения о состоянии бортовых систем, крене и дифференте самоходного аппарата, токе двигателей колес и т. д.

Командир экипажа осуществлял общее руководство работой и принимал окончательное решение на основании информации, поступающей от штурмана, бортинженера и водителя. Водитель непосредственно управлял «Луноходом», а штурман выполнял навигационные расчеты, выдавал рекомендации о направлении движения, отвечал за контроль пройденного пути. Бортинженер контролировал состояние всех систем аппарата, а оператор остронаправленной антенны следил за ее правильной ориентацией и обеспечением оптимальных условий связи.

Особое телевизионное устройство использовалось при решении задач, связанных с управлением «Лунохода». Входящая в него электронная малокадровая телевизионная система вела передачу оперативной информации, применявшейся при «вождении» аппарата. В случае «Лунохода-1» эта система состояла из двух передающих камер, электронных блоков и автоматики. Телевизионные камеры были сконструированы на передающих трубках типа «видикон», способных к длительному и регулируемому запоминанию изображения (3- 20 с). Электромеханический затвор камеры имел основную выдержку 0,04 с при возможной смене выдержек: — на более короткую — 0,02 с и более длительную — до 20 с. Камера имела широкоугольный объектив с F =6,7 мм и D/F=1:4. Угол зрения в горизонтальной плоскости составлял 50°, а в вертикальной — 38° (ось визирования была наклонена вниз от горизонтали на 15°). Система обеспечивала телевизионную передачу со скоростью 3,2; 5,7; 10,9; 21,1 с на один кадр.

Панорамная система телевизионных камер предназначалась для исследования свойств поверхности и наблюдений Солнца и Земли в целях навигации. Она давала четкие изображения с незначительными геометрическими и яркостными искажениями и включала в себя четыре камеры с оптико-механической разверткой по устройству, аналогичных используемым ранее при полетах АС «Луна-9, -13», но с лучшими параметрами. Две камеры, расположенные по разным бортам «Лунохода», имели горизонтальные оси панорамирования и передавали круговую панораму, в которую попадали, изображения лунного неба и поверхности вблизи колес «Лунохода». Две другие камеры обеспечивали получение панорам (с разных бортов), близких к горизонтальным, и каждая из них захватывала угол более 180°. Информация этой пары камер использовалась для изучения рельефа поверхности и топографической характеристики исследуемого района.

Химический экспресс-анализ лунного грунта проводился с помощью рентгеновского спектрометрического метода (аппаратура РИФМА). Источники рентгеновского излучения выносного блока этой аппаратуры содержали Н3 (водород-3); детекторами излучения грунта были пропорциональные счетчики. Аппаратура РИФМА позволяла раздельно регистрировать рентгеновское излучение породообразующих элементов.

Исследование физико-механических свойств грунта в естественном залегании велось с помощью специальной аппаратуры ПРОП (прибор оценки проходимости), в состав которой входили конусно-лопастной штамп для внедрения и поворота в грунте, а также датчик пройденного пути («девятое колесо»). При анализе также использовались данные о взаимодействии шасси «Лунохода» с грунтом, фотопанорамы, показания датчиков крена и дифферента и т. д.

Кроме перечисленной аппаратуры, «Луноход-1» имел уголковый отражатель для лазерной локации передвижной лаборатории с Земли, аппаратуру для регистрации заряженных частиц и рентгеновского космического излучения.

Второй советский самоходный аппарат «Луноход-2» решал сходные научные задачи и был аналогичным «Луноходу-1» по своей конструкции. Однако в состав его аппаратуры и служебных систем был внесен ряд усовершенствований: расширены возможности прибора для химического анализа грунта, повышена частота передачи изображения курсовыми телекамерами, для лучшего обзора местности одна из них была поднята на кронштейне и вынесена вперед. В состав оборудования были введены приборы для магнитных измерений, астрофотометрии и лазерной пеленгации.

Многофункциональные космические аппараты поколения 70-х годов, предназначенные для исследований Луны, предоставили ученым новые возможности ее изучения. Началась эра лабораторного геохимического исследования вещества, доставляемого на Землю из различных районов Луны. В результате наши знания о ней достигли качественно нового уровня — менее чем за десять лет о Луне стало известно в некоторых отношениях даже больше, чем о нашей родной планете. Во многом это обусловилось тем, что хотя Луна, ее история и эволюция, сложнее, чем предполагалось ранее, но в геологическом и геохимическом планах наш естественный спутник оказался значительно проще Земли. Стало ясно, что, несмотря на одинаковый возраст обоих тел ~5 млрд. лет, основные черты внешнего облика Луны сформировались в первый миллиард лет после ее образования. Благодаря лабораторным исследованиям был определен абсолютный возраст многочисленных образцов коренных лунных пород, а имевшаяся ранее относительная временная последовательность лунных событий получила надежную привязку к конкретным датам.