Книга: Лунная одиссея отечественной космонавтики. От «Мечты» к луноходам

Глава 7 ПЕРВЫЙ РОБОТ-ГЕОЛОГ НА ЛУНЕ

Глава 7

ПЕРВЫЙ РОБОТ-ГЕОЛОГ НА ЛУНЕ

В начале 1968 года на Машиностроительном заводе имени С.А. Лавочкина завершались работы по созданию новой ракетно-космической системы орбитально-посадочного блока (ОПБ).

Её-то Главный конструктор Г.Н. Бабакин предложил использовать и для объекта Е8-5 - взятия лунного грунта и обратного путешествия - доставки его на Землю.

Как отмечалось в главе 6, впервые ОПБ с луноходом был установлен на PH «Протон-К» 19 февраля 1969г. для полёта на Луну, но старт оказался аварийным.

Первый старт ракеты-носителя (PH) «Протон-К» с ЛКА Е8-5 №402 был назначен на 14 июня 1969 года. К сожалению, он также оказался аварийным, т.к. не включилась двигательная установка разгонного блока PH.

А спустя месяц, 13 июля 1969 г., с Байконура в 05 ч 54 мин 41 с стартовала PH «Протон-К» с аппаратом Е8-5 №401[17], получившим название «Луна-15» [22].

Председателем ГК был Г.А. Тюлин, техническим руководителем - Г.Н. Бабакин, его заместителем - В.П. Пантелеев, руководителем ГОГУ - А.А. Большой, его заместителем - А.П. Романов. Группу управления возглавляли В.Н. Сморкалов и А.П. Попов.

На космодром были направлены С.И. Торбин, С.В. Кирюшкин, В.И. Чубукин. В московскую оперативную группу вошли Р.В. Чурсин, Ю.Ф. Васильев, А.И. Калиниченко, а после старта к ним подключилась и полигонная группа. Разработка программы сеансов связи была возложена на группу логики в составе В.Н. Сморкалова, Ю.М. Дуги, Г.И. Богатырёва, Л.М. Шатинской,A.П. Попова, М.Л. Льва и С.В. Кирюшкина. В группу анализа, которую возглавлял А.В. Кантор, вошли А.Ю. Дихтярук, А.П. Гончаров, Л.Я. Мосензов, К.К. Давидовский, В.Г. Самаль и В.М. Сапранов. Группа управления была разбита на две смены. Первой сменой, в которую вошли Ю.В. Андреев,B.Г. Довгань, С.В. Кирюшкин, А.И. Кочеихин, Н.Я. Козлитин, М.Л. Лев, И.Л. Фёдоров, руководили А.П. Попов (начальник смены) и Ю.М. Дуга (технический руководитель смены). Вторая смена - Ю.В. Балашкин (начальник смены), Г.И. Богатырёв (технический руководитель смены), Н.М. Ерёменко, Ю.Д. Журавлёв, Л.А. Звягинцева, Г.Г. Латыпов, В.Н. Львова, А.К. Чвиков и Л.М. Шатинская.

Кстати, точно в таком же составе готовились специалисты и к предыдущему запуску ЛКА.

По рекомендации Георгия Николаевича все члены экипажа лунохода приняли непосредственное участие в работе групп управления и анализа по ЛКА, предназначенных для доставки лунного грунта, в том числе и на этапах перелёта и мягкой посадки.

«Луна-15» стала первым космическим аппаратом нового поколения, выведенным к Луне PH «Протон-К». В схеме полёта от момента старта с Земли и до посадки на Луну существовали жёсткие ограничения по выбору места посадки. Это диктовалось условиями прямого старта возвратной ракеты к Земле после забора грунта. При этом время старта возвратной ракеты также имело жёсткие временные рамки.

Рис. 46. Схема полёта ЛКА по проекту «Е8-5»

В целом полёт проходил нормально. Но телеуправление объектом было весьма напряжённым: в одни рабочие сутки проводилось по 20-22 сеанса связи. Управленцы работали практически круглосуточно: если и удавалось поспать два-три часа, то не всем и не каждый день.

17 июля в 10 ч 00 мин «Луна-15» вышла на селеноцентрическую орбиту. Необходимые коррекции траектории были проведены 18 июля для снижения ЛКА над выбранной точкой посадки до высоты 20 км, а 19 июля - с целью подправить плоскость подхода ЛКА к точке посадки, как это и должно было быть по плану. ЛКА был выведен на орбиту ИСЛ с заданными параметрами.

16 июля в 16 ч 32 мин с мыса Канаверал Космического центра имени Кеннеди стартовала трёхступенчатая PH с КК «Apollo-11», на борту которого находились астронавты Нил Армстронг, Эдвин Олдрин и Майкл Коллинз. Основная задача этой первой в истории космонавтики лунной экспедиции - отработка посадки на Луну и старта с Луны, выход экипажа на лунную поверхность, проведение научных исследований и доставка образцов лунного грунта на Землю. 19 июля «Аполлон-11» прибыл к Луне и в 20 ч 22 мин вышел на селеноцентрическую орбиту.

Согласно расчётной программе полёта, момент посадки «Луны-15» должен был произойти 20 июля в 21 ч 54 мин 40 с. Но она так и осталась на орбите.

20 июля лунный модуль «Аполлона-11» совершил посадку в 23 ч 17 мин 42 с, т.е. всего через час с небольшим после расчётного времени посадки «Луны-15». И уже 21 июля 1969 г. в 5 ч 56 мин 20 с Н. Армстронг ступил на поверхность Луны со словами: «Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества». А в 20 ч 54 мин того же дня взлётная ступень покинула Луну, унося с собой первые образцы грунта.

«Луна-15» 21 июля 1969 г. после включения тормозной двигательной установки в 18 ч 47 мин на 53 витке вокруг Луны пошла на посадку. Но касание Луны произошло не через 6 мин, как было предварительно рассчитано, а через 4 мин. Касание было жёстким, и аппарат разбился. Баллистики ещё точно не знали рельеф предполагаемого района посадки (12°с.ш., 60°в.д.), а там оказалась достаточно высокая гора...

Существует несколько версий задержки КА на окололунной орбите (более полусотни витков, прежде чем началась фаза посадки):

? на борту были неполадки (однако принимаемая телеметрическая информация этого не показала);

? гравитационное поле Луны не было достаточно изучено, поэтому ЛКА решили задержать на орбите ещё на сутки;

? США обратились к СССР с просьбой не проводить активных работ с «Луной-15», чтобы не помешать посадке «Аполлона-11».

Тем не менее, полёт «Луны-15» подтвердил правильность технических решений, жизненность организации весьма сложного процесса управления и явился новым шагом в познании ближнего космоса.

Подчеркну: в течение того же 1969 г. наши учёные и конструкторы ещё дважды пытались доставить на Землю лунный грунт. Так, 23 сентября стартовала PH «Протон-К» с объектом Е8-5 №403. Однако из-за отказа двигательной установки разгонного блока 403-й остался на орбите искусственного спутника Земли, получив название «Космос-300».

Время жизни КА на такой орбите составляло три-четыре месяца, после чего объект вошёл бы в плотные слои атмосферы. Государственная комиссия приняла решение к немедленному сходу спутника с орбиты. Для этого использовали программу расчёта при посадках пилотируемых кораблей типа "Союз". Система ориентации ЛКА была рассчитана для работы вдали от Земли. Вектор тяги двигателя на объектах Е8 всегда направлен по оси «-Х», в отличие от пилотируемых КК, у которых - по оси «+Х». Баллистики этого не учли. С большим трудом управленцам удалось сориентировать «Космос-300», после чего дежурный расчёт выдал радиокоманду на его сход с орбиты. Однако траекторные измерения показали отклонение объекта от ожидаемой траектории спуска, и он упал в акваторию Жёлтого моря 27 сентября.

Схожая судьба ожидала и очередной объект Е8-5 №404, выведенный на промежуточную орбиту 22 октября 1969 г. Опять не произошло включения разгонного блока. 404-й остался на низкой орбите ИСЗ, был назван «Космос-305».

Учтя опыт предшествовавших ситуаций, группа управления совместно с баллистической группой реализовали созданную ими же специальную программу, в результате чего 24 октября «Космос-305» вошёл в плотные слои атмосферы и прекратил своё существование над акваторией Тихого океана.

В начале следующего года, 6 февраля 1970 г., состоялся ещё один, также аварийный запуск - объекта Е8-5 №405. Причина сбоя - выключение двигательной установки второй ступени PH «Протон-К» в нерасчётное время.

Успешно прошёл запуск 12 сентября 1970 г. в 16 ч 25 мин 52 с КА «Луна-16» (Е8-5 №406). [22 ]

Руководство и состав ГК, ГОГУ, ГУ, ГА, БГ и других групп, а также привлекаемых сил и средств Симферопольского ЦДКС и НИПов практически оставались такими же, как и при работе по «Луне-15».

Оперативное руководство динамическими сеансами связи осуществлялось в первой смене А.П. Поповым а во второй смене -Ю.В. Балашкиным.

На начальника смены возлагалось составление программ сеансов и ведение журналов планирования сеансов, контроль выдачи распоряжений, ведение сеансов, заказ связей и контроль готовности служб, подведение итогов проведённых сеансов. Помощники начальника смены отвечали за подготовку отображения, исходных данных по техническим средствам КИК, программ сеансов, баллистических данных. Они же протоколировали сеансы связи, доводили программу сеансов до служб, исполняли обязанности информатора по громкоговорящей связи, контролировали выполнение программ по донесениям и вели наработку сеансов связи.

«Луна-16» стартовала к Луне с орбиты ИСЗ и вышла на траекторию, близкую расчётной. С помощью телескопа, снабжённого высокочувствительной телевизионной системой, обсерватория Государственного астрономического института имени П.К. Штермберга наблюдала полёт ЛКА и её PH. Это самая высокогорная в стране обсерватория, размещённая на высоте около трёх тысяч метров в горах Заилийского Алатау. Полученные ею точные угловые координаты траектории полёта оперативно передавались в Симферопольский ЦДКС и обрабатывались на электронно-вычислительной машине «Мир» [22, 37].

В ходе полёта было проведено 26 сеансов связи. 13 сентября для обеспечения выхода ЛКА в расчётную точку окололунного пространства была проведена коррекция траектории. 17 сентября в 5ч 38мин «Луна-16» перешла на селеноцентрическую круговую орбиту в апоселении 118,6 км и в периселении 102,6 км. Коррекция орбиты, проведённая 18 сентября, обеспечила прохождение аппарата над выбранным районом посадки с одновременным понижением высоты периселения до 20,8 км. С помощью второй коррекции 19 сентября переселений был понижен до 11,86 км.

20 сентября в 6 ч 06 мин приступили к одному из наиболее ответственных этапов полёта - осуществление мягкой посадки. Группа логики, учитывая баллистический прогноз, но, не полагаясь на него, предложила на участке схода с лунной орбиты и спуска к Луне ввести в контур управления радиовысотомер. Высота над поверхностью Луны на начало торможения составляла 13,28 км, а на момент выключения двигателя - 2,45 км. После его выключения ЛКА в течение 43-х с совершал свободное падение. На высоте 600м вновь начал работать основной двигатель в режиме регулируемой тяги в соответствии с выбранной программой управления и поступающей информацией от допплеровского измерителя скорости «ДА-018» и радиовысотомера «Вега». На высоте 20 м горизонтальная скорость была погашена, а вертикальная снижена примерно до 2 м/с. По выданной дежурным расчётом радиокоманде основной двигатель был выключен, и торможение осуществлялось двигателями малой тяги. На высоте около 2 м по команде от гамма-высотомера «Квант» они были выключены. До посадки оставались считанные минуты. Радиовысотомер малых высот отсчитывал последние метры такого длинного и сложного пути к Луне.

Нас всех волновал вопрос: как поведёт себя унифицированная посадочная платформа при снижении и посадке. Не забыть последних минут перелёта. В пункте управления наступила тишина, и только из динамика слышался напряжённый голос Александра Васильевича, руководителя группы оперативного анализа, систематически докладывавшего о выполнении элементов программы мягкой посадки. А вот и долгожданное сообщение: «Есть касание! Сигнал устойчивый, качество телеметрии хорошее!»

Невозможно описать радость присутствующих. Все поздравляли друг друга с успехом. Расчёты верны, унифицированная посадочная платформа программу выполняет безукоризненно, и теперь уже не за горами тот день, когда и луноход будет на Луне.

Рис. 47. Схема посадки «Луны-16»

Так, 20 сентября в 8 ч 18 мин «Луна-16» совершила мягкую посадку на поверхность Луны в районе Моря Изобилия, в точке с координатами 0°41’ ю.ш. и 56°18’ в.д. Отклонение составило всего около 1,5 км. Посадочная ступень массой в 1880 кг твёрдо стала на свои четыре лапы.

Группа управления «Луной-16»: Слева направо, первый ряд: А.П. Гончаров, А.П. Попов, Л.М. Шатинская, В.Н. Львова, Л.А. Звягинцева и Л.Я. Мосензов; второй ряд: Н.Я. Козлитин, Ю.В. Балашкин, Ю.М. Дуга, Г.И. Богатырёв, В.Н. Сморкалов, Ю.В. Андреев, А.И. Кочеихини Г.Г Латыпов.

За девять дней полёта с «Луной-16» было проведено 72 сеанса связи.

После посадки дежурный расчёт по распоряжению группы управления выдал радиокоманду на включение бортового радиокомплекса. Анализ полученнной информации показал, что все системы функционируют нормально. Определено было также и положение посадочной ступени на лунной поверхности.

Затем с Земли поступила радиокоманда на ввод в действие грунтозаборного устройства (ГЗУ) для бурения. Оно состояло из бурового станка с системой электрических приводов и буровым снарядом, механизма выноса ГЗУ - штанги с вышеупомянутым буровым станком, и приводов, которые перемещали штангу в вертикальной и горизонтальной плоскостях (по азимуту и углу места). Буровой станок С25 разработали в СКБ министерства геологии СССР, а изготовили на Омском электромеханическом заводе. Для выбора места бурения на ПС были установлены два телефотометра. Параллельно им, чтобы освещать зону работы в условиях лунной ночи (а посадка так и осуществлялась), были установлены светильники (фары). Они также включались по командам с Земли, от оператора. Всего было три включения. Но изображение места бурения не было получено из-за недостаточной освещённости, на двух изображениях была видна Земля в виде светлого пятна. Тем не менее, следует выделить тот факт, что впервые в истории космонавтики исследования проводились лунной ночью, впервые активно КА функционировал на внеземном объекте при таких низких температурах (от -150° и ниже) и глубоком вакууме.

Рис. 48. Схема работы грунтозаборного устройства на поверхности Луны

По команде с Земли открылся замок, удерживающий ГЗУ в полете, штанга с буровым станком приняла вертикальное положение, повернулась на 180 градусов, обеспечивая положение корпуса бурового станка обращенным рабочей частью к лунной поверхности, открылась крышка бурового станка. Когда штанга была опущена, по команде оператора были включены приводы бурового механизма, представляющего собой пустотелую трубу с резцами на торце. Бурение (прямой ход) продолжалось 6 мин 14 с, контролировалось с Земли, измерялись плотности исследуемой породы, и было произведено на полную величину рабочего хода бурового снаряда - 350 миллиметров. После окончания операции бур с лунной породой был введен в корпус бурового станка. Затем по очередной команде штанга ГЗУ была поднята в вертикальное положение и повёрнута на 180 градусов вокруг своей оси, бур подведен к приемному отверстию герметичного контейнера возвращаемого аппарата. Очередная команда переместила лунную породу внутрь контейнера, а бур был отведен от буровой установки. После этого приемное отверстие в контейнере автоматически герметично закрылось, а штанга с буровым станком была отведена от возвратной ракеты.

В зале группы управления «Луной-16»

На обратной стороне фотографии надпись, сделанная Анатолием Павловичем Поповым: «20.IX.70 г. Момент забора лунного грунта «Луной-16». ГОГУ слева направо: A.A. Кочеихин, В.Д. Татаринов, В.Н. Сморкалов, А.Н. Хохлачёв, А.П. Попов, Г.А. Котлярский, А.П. Романов, Г.Н. Бабакин, А.И. Долженков, Г.А. Тюлин, В.Л. Морачевский»

На столе перед Георгием Николаевичем лежат цветы...Что это, уверенность в успешном завершении работы? Так в этом уже никто не сомневался. Но оказалось, что даже в такой волнующих всех участников завершения этого уникального эксперимента момент, Главный конструктор не забывал и о своих рядовых единомышленниках. Получив сообщение о благополучном приземлении возвращаемого аппарата, поблагодарив присутствующих, Георгий Николаевич поздравил с днём рождения одного из активнейших членов группы управления Юрия Михайловича Дугу и вручил ему эти цветы. Таким был и остаётся в нашей памяти Г.Н. Бабакин.

Посадочная ступень находилась на Луне более суток, точнее 26 ч 25 мин. Кроме забора грунта, проводились температурные и радиационные измерения, уточнялись координаты места посадки, велась проверка функционирования бортовых систем и агрегатов. В последующих сеансах связи (всего их было проведено 9) на борт была передана программа старта с Луны ракеты с возвращаемым аппаратом.

Дежурный расчёт КРС согласно указанию из группы управления выдал радиокоманду на старт ракеты “Луна-Земля”, и 21 сентября 1970 г. в 10 ч 43 мин 21 с она с возвращаемым аппаратом устремилась к Земле.

По окончании сеанса связи состоялось заседание ОТР, на котором автору этих строк посчастливилось получить автографы его участников. Полёт первенца автоматической ракеты, стартовавшей с Луны с уникальнейшим грузом, проходил по баллистической траектории, без возможности коррекция её траектории. Продолжительность обратного перелёта составила 84 ч. За это время Симферопольский ЦДКС провёл 13 сеансов связи с возвращаемым аппаратом. По результатам траекторных измерений каждый раз уточнялся район приземления возвращаемого аппарата на территорию Казахстана.

Руководители ГК по громкой связи поздравили всех участников с завершением незабываемого эксперимента.

Рис. 49. Схема заключительного этапа доставки на Землю образцов лунного грунта

24 сентября в 4 ч 50 мин возвращаемый аппарат был отделён от приборного отсека ракеты, и в 8 ч 10 мин вошёл в плотные слои атмосферы Земли. После аэродинамического торможения и снижения вертикальной скорости до 250 м/с на высоте 14,5 км была введена в действие парашютная система, обеспечившая снижение скорости до 10 м/с. Возвращаемый аппарат в 8 ч 26 мин совершил посадку в 80км юго-восточнее г. Джезказган с координатами 47°15'с.ш. и 68°25'в.д., откуда подавал радиосигналы. Поисково-спасательная служба, оснащённая авиационными средствами и радиолокационными станциями, обеспечила быстрое обнаружение и эвакуацию контейнера с образцами лунного грунта.

Рис. 50. Возвращаемый аппарат «Луны-16» доставлен на Землю

Возвращаемый аппарат был доставлен на М3 имени С.А. Лавочкина в цех №104 (ныне цех №81), в котором подготовили специальное помещение для выемки лунного грунта. Так как на Луне был вакуум, то именно в таких условиях и следовало сохранить образцы до начала исследований. «Шарик» установили на фрезерный станок и капсулу вырезали. Всем было интересно, что в ней находится. Каждый, кто в этот момент находился рядом, постарался подержать капсулу в руках, пытаясь определить - не пустая ли. И вот министр С.А. Афанасьев, качая её возле уха, громовым голосом возвещает: «Есть грунт!», и в ответ - дружное «Ура!». Затем капсулу упаковали и доставили в ГЕОХИ имени В.И.Вернадского АН СССР. После вскрытия выяснилось, что бур заполнен сыпучим лунным грунтом-реголитом массой 105 граммов. Он представлял собой разнозернистый тёмносерый (черноватый) порошок, который легко формуется и слипается в отдельные рыхлые комки. Эта особенность существенно отличает грунт (реголит) от земной бесструктурной пыли; по этому свойству он напоминает влажный песок или комковатую структуру земных почв.

Образцы грунта после карантина были переданы для исследований нескольким академическим институтам. Результаты были опубликованы в печати.

Рис. 51. Лунный грунт

Программа исследований Луны и окололунного пространства «Луной-16» была выполнена полностью. Впервые в мире непилотируемый, телеуправляемый с Земли космический робот-геолог выполнял обязанности активного работника и доставил на Землю образцы лунного грунта. Наука и техника СССР блестяще решили новую научно-техническую проблему, а исполнители вписали золотую главу в историю своих предприятий, войсковых частей и учреждений.

Представители ГК и ГОГУ среди участников выдающегося космического эксперимента

Руководители программы исследования Луны у камеры с образцами лунного грунта. Слева направо: С.А. Афанасьев, Г.Н. Бабакин, Б.А. Строганов, Г.А. Тюлин, М.Я. Маров, О.Г. Ивановский

Слева направо: в первом ряду - Г.А Тюлин, Г.Н Бабакин, С. А. Афанасьев; во втором - Б.Н. Петров, Б.А. Строганов, Ю.Н. Труханов и P.C. Кремнёв; в третьем - М.Я. Маров, В.А. Сальников, В.В. Домоховский и Ю.Н. Коптев

Академик РАН Михаил Яковлевич Маров, в то время Учёный секретарь МНТС по КИ при АН СССР и возглавлявший отдел планетных исследований и аэрономии ИПМ АН СССР, пишет, что когда стал очевидным наш проигрыш США в гонке за высадку на Луну, «... надо было что-то срочно противопоставить американцам - это имело важное политическое значение. И здесь на первое место вышло КБ Г.Н. Бабакина. По его предложению, активно поддержанному М.В. Келдышем и получившему одобрение руководства страны, срочно стало создаваться новое поколение лунных аппаратов... День 24 сентября 1970 г. стал поистине историческим. Никогда не забуду волнения, которое мы все испытали, впервые увидев на лотке сероватое вещество с отдельными более крупными включениями. Сохранились фотографии, на которых запечатлены участники этого события...». Две из них приведены выше [38, 39].

Международная авиационная федерация (FAI) зарегистрировала приоритетные научно-технические достижения ”Луны-16":

? доставка на поверхность Луны космической ракеты ’’Луна-Земля" с возвращаемым аппаратом;

? телеуправляемый старт с Луны и доставка лунного грунта на Землю;

? возвращение на Землю после посадки на поверхность Луны.

Также зарегистрированы и подтверждены дипломами FAI рекорды,установленные в результате полёта «Луны-16», как межпланетной автоматической станции (класс «С»):

? мировой рекорд максимальной массы, доставленной на лунную поверхность в классе "С";

? мировой рекорд максимальной массы, возвращённой на Землю с поверхности Луны в классе "С";

? мировой рекорд максимальной массы лунных пород, доставленной на Землю в классе "С".

Таким образом, впервые в истории изучения космического пространства «Луна-16» - представитель третьего поколения ЛКА - осуществила выдающееся достижение отечественной науки и техники, открыв новые широкие возможности для проведения систематических научных исследований небесных тел с помощью телеуправляемых аппаратов [40].

Рис. 52. Автографы руководителей Государственной комиссии,ГОГУ и группы управления

P.S. 18 июня 2009 г. с полигона на мысе Канаверал стартовал к Луне американский лунный орбитальный разведчик LRO. Основными целями миссии являются глобальное картографирование Луны, уточнение безопасных мест посадки для пилотируемых экспедиций, определение радиационной обстановки, а также мест залегания потенциальных ресурсов, в том числе и водного льда. Кстати, среди научных приборов, установленных на борту ИСЛ, находится нейтронный детектор LEND (Lunar Exploration Neutron Detector), который предназначен для создания карты распределения водорода в верхних слоях реголита и получения сведений о нейтронной компоненте окололунной радиации. В соответствии с соглашением между Роскосмосом и NASA детектор разработан в ИКИ РАН под руководством И.Г. Митрофанова.

Рис. 53. Место нахождения посадочной ступени «Луны-16» (фото, снятое камерами американского спутника LRO и опубликованное 15 марта 2010 г.)

На сайте миссии были опубликованы фотоматериалы, снятые камерами спутника. 15 марта 2010 г. специалисты, обрабатывающие данные с LRO, опубликовали уточнённые координаты мест посадки как американских, так и советских ЛКА. Беспрецедентное доныне разрешение изображений, достигающее 0,5 м на пиксель, позволило выявить множество до сих пор недоступных человеческому взгляду деталей на лунной поверхности. Также уточнены координаты прилунения наших отечественных ЛКА из серии Е8-5, в том числе и «Луны-16».