Вся правда о полетах на Луну
Общественное восприятие истории — это понятная последовательность заметных событий, которые закрепляются в сознании людей еще со школы. В этом смысле история освоения космоса СССР — спутник, полет Гагарина и череда разных автоматических космических станций, которые сливаются в одну эпопею, самыми яркими главами которой стали фото обратной стороны Луны, луноходы и посадка на Венеру. Предлагаем выйти за пределы такого восприятия и посмотреть на известные события изнутри, глазами советских инженеров, которые ровно 60 лет назад создавали первую в истории человечества линию связи с космическими аппаратами, улетающими к Луне. Предоставленный «Ленте.ру» холдингом «Российские космические системы» (РКС) архивный документ «Эскизный проект системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1» публикуется впервые.
Несколько поколений сотрудников предприятия, которое раньше называлось НИИ-885, оставляли отметки на его первых страницах, требуя не уничтожать оригинал и хранить его для истории. И вот время этого документа пришло.
«Е-1» — это индекс, присвоенный в Особом конструкторском бюро № 1 (ОКБ-1) станциям, которые должны были первыми отправиться к Луне. Программу исследования Луны Сергей Королев предложил в 1957 году вскоре после запуска первого спутника. События тогда развивались очень стремительно: менее чем через год после «Спутника-1» СССР уже предпринял первую попытку запуска аппарата к Луне.
От постановления правительства о создании лунной станции и трехступенчатой ракеты 8К72 на базе ракеты Р-7 до первой попытки запуска «Е-1» прошло всего полгода. Ученые и инженеры работали в состоянии постоянного цейтнота.
Размер и форма аппаратов серии «Е-1» были аналогичны первому спутнику Земли. Их задачей было просто «попасть» в Луну, а по дороге собрать сведения о радиоактивности, магнитных полях и газовой компоненте межпланетного вещества. Это ставило сразу несколько сложнейших задач, основной из которых было создание космической ракеты и отработка ее управления на огромных расстояниях. Их решение должно было дать советским ученым необходимый опыт для дальнейшего исследования планет Солнечной системы. Энтузиазм был огромен, но с технической точки зрения в конце 1950-х эта задача казалась почти фантастической:
«Определение параметров движения ракеты и передачу информации с нее на Землю необходимо производить на расстояниях, на два порядка превышающих расстояния, для которых до настоящего времени разрабатывались аналогичные системы в реактивной технике и в других смежных областях».
Не упустить момент
Ключевой и одной из самых сложных технических задач этой миссии было своевременное отключение двигателей. Выбор правильного момента зависел от точности определения скорости. Ошибка в ее определении всего на один метр в секунду отклонял траекторию на 250 километров. Необходимо было запустить ракету в четко определенное время, очень точно контролировать ее траекторию и скорость и в нужный момент дать команду на отключение двигателей.
Вот как это описывает Борис Черток в своей книге «Ракеты и люди»:
«Возможные ошибки автономной системы выключения двигателей второй ступени — от интегратора продольных ускорений — превышали допустимые. Поэтому с самого начала было решено использовать радиосистему управления для выключения двигателя по измерениям скорости и координат».
© РКС
Усеченный рефлектор Крымской экспедиции ФИАН.
О предельной сложности решения этой задачи говорится в «Эскизном проекте системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1»:
«Такую сложную проблему можно решить в сравнительно короткие сроки только в сочетании с системой радиоуправления, которая должна обеспечивать в конце активного участка траектории измерение шести параметров движения с точностями, достаточными для решения задачи — попадения в Луну».
Точность определения параметров движения, которые предполагались изначально, выдержать было, по мнению инженеров, невозможно, но для попадания в Луну точности должно было хватить. Кроме того, радиолиния «борт-земля» должна была передавать сигналы с установленных на борту «Е-1» телеметрических систем РТС-12А (на активной части траектории) и РТС-12Б (на пассивной части траектории).
Связь с неизвестностью
Сложность при создании радиолинии, которая прямо в документе самими ее разработчиками названа «самым слабым звеном «Е-1», состояла в погрешности прохождения сигнала через атмосферу Земли, которая влияла на определение координат и скорости объекта. Эта проблема актуальна до сих пор, особенно для систем спутниковой навигации, а в конце 1950-х годов к ее решению только приступали.
© РИА Новости
Макет автоматической межпланетной станции «Луна-3», запущенной 4 октября 1959 года и впервые передавшей на Землю изображение обратной стороны Луны.
Но все становилось еще хуже по мере приближения в Луне. Если об эффектах влияния земной атмосферы и магнитного поля на радиоволны было по крайней мере известно, то о том, что ждать от Луны, не знал никто: «При прохождении объекта «Е-1» в зоне непосредственной близости к Луне возможно возникновение дополнительных ошибок в радиоизмерениях его координат и скорости за счет ионосферы Луны, существование которой следует предполагать».
Первое убедительное доказательство существования ионосферы вокруг Луны передали в 1970-х советские аппараты «Луна 19» и «Луна 22».
О составе лунного грунта было известно очень приблизительно:
«При расчетах Значения коэффициента отражения и выигрыша в направлении зондирующего радиопередатчика за счет неровностей лунной поверхности необходимо знать химический состав и структуру лунной поверхности. В литературе наиболее распространенным является суждение о том, что лунная поверхность представляет собой твердые вулканические породы, по составу аналогичные земным, которые покрыты слоем пыли толщиной порядка нескольких миллиметров. Была проведена экспериментальная проверка такой структуры в земных условиях».
Есть контакт
Для осуществления миссии «Е-1» необходимо было поддерживать радиосвязь с аппаратом на расстоянии в сотни тысяч километров. Для этого требовались мощные наземные передающие и принимающие антенны с эффективной площадью не менее 400 квадратных метров. Никаких специально созданных для таких целей антенн и тем более комплексов связи в то время не было, и советские ученые импровизировали. Для начала пришлось констатировать, что того оборудования, которое бы хотелось иметь для выполнения задачи, нет и не будет:
«Такой эффективной площадью обладает параболический рефлектор диаметром не менее 30 метров. Действующих антенн, обладающих такими параметрами, в настоящее время у нас нет. Разработать и изготовить такие антенны и особенно поворотные устройства по азимуту и углу места для них в сроки, предусмотренные для объекта «Е-1», также невозможно. В связи с этим необходимо найти компромиссное техническое решение. В настоящее время отечественная промышленность не выпускает поворотных устройств, допускающих вращение антенн размерами 12 на 12 по азимуту и углу места. Поэтому при ограниченном сроке на разработку и изготовление наземных антенн целесообразно использовать поворотные устройства от трофейных радиолокационных станций «Большой Вюрцбург» или SCR-627».
© РКС
Параболический рефлектор диаметром 7,5 метра от трофейного радиолокатора «Большой Вюрцбург».
«Большой Вюрцбург» — станции наведения истребительной авиации, которые вместе с полным комплектом конструкторской документации были вывезены советскими специалистами из Германии. Американские РЛС SCR-627 мощностью 225 киловатт поставлялись в СССР по ленд-лизу в годы Великой Отечественной войны. Обе эти антенны требовали существенной доработки.
Одновременно решался очень важный для северной страны вопрос с размещением нового комплекса. Необходимо было выбрать точку с максимальным возвышением объекта «Е-1» над горизонтом. Под это требование подходила южная часть европейской территории СССР. Была выбрана Крымская экспедиция ФИАН в городе Симеиз. Там уже были два рефлектора эффективной площадью 70 и 120 квадратных метров соответственно и располагался параболический рефлектор от трофейного радиолокатора «Большой Вюрцбург», на поворотное устройство которого можно было поставить новую антенну (установленная на нем антенна диаметром 7 метров была признана недостаточной):
© РКС
Схемы монтажа наземной станции приема и передачи информации на «Е-1».
«Реальная возможность использования c некоторыми переделками готовых радиоастрономических антенных устройств физического института АН в районе города Симеиз (Крым) дает основание разместить там измерительный пункт. В этом случае радиосредствами будут контролироваться три участка пассивной части траектории: начало — по данным системы радиоуправления, середина — 12+200 тысяч километров и конец — 320+400 тысяч километров по измерениям системы радиоконтроля. Аппаратуру измерения дальности, скорости и телеметрии, антенны для которых создаются на базе поворотных устройств типа «Большой Вюрцбург» и SCR-627, будут размещены на горе Кошка».
Приемную часть наземной аппаратуры предполагалось смонтировать стационарно, а передающую — разместить на шасси автомашины ЗИЛ-151.
© РКС
Схемы монтажа наземной станции приема и передачи информации на «Е-1». Приемно-регистрирующая часть наземной аппаратуры монтировалась стационарно, а передающие устройства — на шасси автомашины ЗИЛ-151.
Так в СССР появился первый в истории человечества пункт связи с межпланетной космической станцией, которая была основной вплоть до создания нового центра космической связи под Евпаторией. В Симеизе узнали о падении на Луну первого созданного человеком аппарата и получили первое фото обратной стороны Луны.
Достать до Луны
У первых «лунников», как называли «Е-1» их создатели, не было даже названий, только индекс. Удостоились получить место в истории только два из семи аппаратов, те, которым удалось добраться до Луны. «Луна-1» (четвертая попытка запуска «Е-1») прошла в 6000 километрах от Луны. При выдаче команды на отсечку двигателя третьей ступени (блока «Е»), которая выдавалась с Земли, не было учтено время прохождения сигнала от командного пункта до станции.
© РКС
Поворотное устройство типа «627» с установленным на нем синфазным полотном 10x6 метров.
Тем не менее это был большой успех для СССР, который праздновали во всем мире, но создатели радиолинии были недовольны: радиоуправление сработало не идеально и в Луну не попали. Произошедшее отлично описал Борис Черток:
«Но радиокоманда опоздала! Потом, конечно, разобрались, что виноваты наземные пункты радиоуправления — РУПы. В Луну третья ступень вместе с лунным контейнером и вымпелом не попала, промах составил 6000 километров — примерно полтора поперечника Луны. Ракета вышла на свою самостоятельную орбиту вокруг Солнца, стала спутником, превратившись в первую в мире искусственную планету Солнечной системы. Январский пуск был для нас всех очень хорошей репетицией и тренировкой. Была впервые полностью проверена работа третьей ступени. Очень полезной оказалась проверка системы радиосвязи, получения телеметрии контейнера, обработки результатов оперативного определения его координат, налаживания взаимодействия комплекса измерительных средств, службы контроля орбиты и вычислительных центров. Вся бортовая аппаратура работала хорошо».
© РКС
Усеченный параболический рефлектор Крымской экспедиции ФИАН.
Переданные с аппарата данные позволили установить отсутствие у Луны магнитного поля, был замерен уровень радиации, исследованы параметры солнечного ветра. Бортовой радиокомплекс передавал на Землю сигналы вплоть до удаления на более чем 500 тысяч километров и замолчал только когда полностью сели аккумуляторы: через 62 часа после старта, при том, что рассчитаны они были только на 40 часов.
Тем не менее это был не полный успех. Руководство СССР требовало первыми, раньше американцев, добраться до поверхности Луны. Добиться этого удалось в самый подходящий для этого политический момент — во время визита Хрущева в США в сентябре 1959 года.
Впрочем, совпадение это было скорее случайностью. Всего в течение года перед этим СССР запустил шесть станций в сторону Луны. В четырех случаях аварии произошли в первые пять минут полета ракеты-носителя.
© Wikipedia
Аппарат «Луна-2»
Еще один старт не состоялся из-за снятия со стартового стола неисправной ракеты-носителя. Но в сентябре старт прошел успешно и в точно назначенное время (всего на 1 секунду позже запланированного). Все системы сработали идеально и в 00:02:24 14 сентября все сигналы на станции в Симеизе и на телеметрических станциях Байконура резко оборвались — «Луна-2» врезалась в спутник Земли.
Предлагаем вам пролистать электронную версию документа и почувствовать дух советских инженеров середины прошлого века, которые, обладая куда меньшими ресурсами и возможностями, чем их американские коллеги, смогли победить в первой части лунной гонки.