Первая на Луне
Ранним утром 12 сентября 1959 года на космодроме Байконур ушла в полет многоступенчатая ракета-носитель «Восток-Л», на последней ступени которой находилась «вторая советская космическая ракета», как ее тогда называли в советской прессе, — автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-2».
Полеты станций серии «Луна» стали одной из самых захватывающих страниц отечественной космонавтики. Они в полной мере продемонстрировали талант и профессионализм советских конструкторов, создававших невероятные, казавшиеся фантастическими образцы космической техники. Все это оказалось востребованным и в наше время.
Десант в Море Дождей
28 января 1958 года главный конструктор ОКБ-1 Сергей Королев и академик Мстислав Келдыш написали в ЦК КПСС письмо, в котором сформулировали два главных пункта будущей лунной программы: попасть в видимую поверхность Луны и совершить ее облет с фотографированием обратной стороны спутника и передачей изображения на Землю.
Руководство страны эту идею одобрило. А реализовать ее на практике поручили тому же Сергею Королеву и его ОКБ-1. Он собирался сделать это с помощью автоматических межпланетных станций.
Программа изучения Луны с помощью АМС состояла из нескольких этапов. Первоначально была поставлена задача прямого попадания в Луну. С этой целью началась разработка аппаратов серии Е-1. На них размещалась аппаратура научного назначения: приборы для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц, измерения радиационного фона, магнитометры, детекторы микрометеоритов. На Землю информация передавалась с помощью нескольких радиопередатчиков.
Всего в ходе реализации этого этапа было произведено шесть запусков АМС. Четыре из них (три в 1958 году и один в 1959-м) потерпели неудачу из-за аварии ракеты-носителя, и только два (оба в 1959 году) стали успешными.
Частично успешным можно назвать самый первый пуск, состоявшийся 2 января 1959 года. Автоматическая межпланетная станция «Луна-1» должна была приблизиться к Луне на максимально возможное расстояние и затем, под действием ее притяжения, приземлиться на лунную поверхность 4 января в 6:00 по московскому времени.
«Россия намного обогнала Соединенные Штаты в отношении космических проектов, и никакими деньгами нельзя купить упущенное время» — так оценил успех руководитель американской космической программы, бывший главный конструктор немецкой ракеты «Фау-2» Вернер фон БраунОднако из-за ошибки проектирования сесть на Луну она так и не смогла. 5 января 1959 года связь с ней прервалась, после чего «Луна-1» стала первым искусственным спутником Солнца. Этот полет примечателен тем, что в ходе него впервые была достигнута вторая космическая скорость, кроме того, станция впервые смогла выйти на гелиоцентрическую орбиту.
Самым удачным стал запуск АМС «Луна-2», которая стала первым в истории человечества аппаратом, достигшим поверхности Луны. Специально для этого была модифицирована ракета-носитель Р-7: к ней добавили третью ступень — блок Е. 14 сентября 1959 года аппарат прилунился в районе Моря Дождей вблизи кратеров Аристилл, Архимед и Автолик.
«Россия намного обогнала Соединенные Штаты в отношении космических проектов, и никакими деньгами нельзя купить упущенное время» — так оценил успех руководитель американской космической программы, бывший главный конструктор немецкой ракеты «Фау-2» Вернер фон Браун.
На станциях этой серии был проведен ряд уникальных научных экспериментов, таких как, например, «Искусственная комета». С подачи астрофизика Иосифа Шкловского на «Луне-1» был установлен натриевый испаритель. Во время полета он включился, в результате чего образовалось облако, которое можно было наблюдать из обсерваторий на Земле. Впоследствии этот эксперимент был повторен и на «Луне-2».
Среди других научных достижений аппаратов серии Е-1 можно назвать регистрацию внешнего радиационного пояса Земли, первые прямые измерения солнечного ветра, обнаружение ионизированного газа в межпланетном пространстве; было также установлено, что у Луны нет значительного магнитного поля.
Море шампанского за фото
Успешный запуск «Луны-2» вдохновил советских ученых и управленцев на продолжение лунной эпопеи, следующий этап которой получил обозначение Е-2. Его задачей стало получение детальных фотографий лунной поверхности. Поэтому в ОКБ-1 началась разработка АМС, которые смогли бы сделать и передать снимки нужного качества.
Для этого были созданы аппараты Е-2А с фототелевизионным устройством «Енисей-2», разработанным специалистами ленинградского НИИ-380.
Всего в ходе реализации этого этапа было произведено три запуска АМС. Два из них (оба в 1960 году) потерпели неудачу из-за аварии ракеты-носителя и только один (в 1959-м) стал успешным: 7 октября 1959 года «Луна-3» в течение 40 минут делала снимки невидимой с Земли обратной стороны Луны с расстояния около 65 тыс. километров.
«Фотоаппарат на борту был пленочный, других тогда не было. Он делал фото, проявка пленки происходила прямо на борту станции и занимала довольно много времени. Затем при помощи специального фотоэлемента изображение считывалось — бегал “лучик” и собирал черные и белые точки, это все конвертировалось в электрические сигналы. В таком виде изображение и передавалось на Землю», — вспоминал впоследствии разработчик бортовых систем «Луны-3» Рудольф Бакитько.
Всего на Землю дошло 17 фотографий, с помощью которых были открыты два моря на обратной стороне Луны — Море Москвы и Море Мечты.
Интересный факт: в 1957 году французский винодел Анри Мэр обещал подарить 1000 бутылок своего шампанского тому, кто увидит или сфотографирует обратную сторону Луны. В итоге шампанское пришлось отправить в Москву.
После этого была разработана программа Е-3 — проведение более детальной фотосъемки особенностей лунного рельефа. Однако после двух неудачных запусков в апреле 1960 года эту программу свернули и больше к ней не возвращались.
Спокойная посадка в Океане Бурь
Следующим шагом в изучении Луны должна была стать мягкая посадка на ее поверхность. Успешное приземление открыло бы дорогу для отправки на Луну автоматических роботов, а в перспективе и пилотируемой экспедиции. Для этого была создана станция нового типа — Е-6, обладавшая тормозной двигательной установкой.
Путь к цели оказался очень трудным. До Луны аппараты должны были долететь еще в 1964 году, однако первые одиннадцать попыток потерпели неудачу: в одних случаях подвел носитель, в других — система астроориентации либо тормозная двигательная установка.
Успех пришел только через два года, в 1966-м. 3 февраля АМС «Луна-9» приземлилась в Океане Бурь. В ходе своей работы она передала на Землю большой объем информации о Луне. Например, была подтверждена метеорно-шлаковая теория строения наружного покрова Луны, было установлено отсутствие заметного магнитного поля Луны и лунных радиационных поясов и уточнено расположение внешнего радиационного пояса Земли.
24 декабря 1966 года на Луну села АМС «Луна-13». На Землю были переданы панорамы лунной поверхности, снятые при высоте Солнца над горизонтом 6, 19 и 32 градуса, а также данные о физико-механических свойствах лунного грунта: в частности, выяснилось, что плотность у него значительно меньше, чем у земных пород, и его температура возрастает по мере увеличения высоты Солнца.
В это же время встал вопрос об изучении окололунного пространства с помощью орбитальных спутников. Для этого в КБ им. С. А. Лавочкина разработали аппарат «Луна-10». Он должен был стать спутником Луны с последующим изучением окололунного пространства, а также химического состава ее поверхности.
В рамках этой программы было два запуска. Один из них, 3 апреля 1966 года, оказался успешным. Всего «Луна-10» совершила 460 витков вокруг Луны, попутно собрав данные о магнитном поле и типе и составе пород, находящихся на ее поверхности.
В начале 1970-х с этой же целью были запущены АМС «Луна-19» и «Луна-22». Они также работали на орбите, выполняя различные задачи научного характера.
Теперь за грунтом
8 января 1969 года вышло постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР № 19-10 «О плане работ по исследованию Луны, Венеры и Марса автоматическими станциями», в котором главной задачей объявлялась доставка на Землю образцов лунного грунта. Сделать это должны были станции проекта Е-8-5.
Первые пять запусков оказались неудачными. А вот шестой был успешным: 12 сентября 1970 года АМС «Луна-16» осуществила забор 101 грамма лунного грунта и на следующий день отправила его на Землю.
Были и другие успешные пуски: в 1972 году («Луна-20», 55 граммов грунта) и в 1976-м («Луна-24», 170 граммов). Всего за это время советские АМС доставили на Землю более 300 граммов лунного грунта.
В ходе его изучения специалисты Института геохимии и аналитической химии (Геохи) АН СССР им. В. И. Вернадского установили, что сыпучий лунный грунт — реголит — является легко слипающимся в отдельные рыхлые комки порошок. По химическому составу он представляет собой размельченную горную породу базальтового типа.
Время луноходов
После того как АМС успешно слетали за лунным грунтом, в КБ имени С. А. Лавочкина советские конструкторы начали разрабатывать самоходные лунные аппараты. Они должны были стать своего рода «глазами» Земли, еще до того, как на Луну опустится человек, и средством передвижения космонавтов по Луне. Доставлять их на Луну должны были все те же АМС проекта Е-8.
Луноход представлял собой автоматическую станцию, оснащенную колесной платформой. Энергию он получал от солнечной батареи через буферный аккумулятор емкостью 200 ампер-час. Передвигался с помощью восьми пар мотор-колес со скоростью до 4 км/ч, мог выдержать диапазон температур от +150 до −170 °С. На нем были смонтированы телекамеры, антенны, телескоп, дозиметр, выносной блок аппаратуры «Рифма», приборы для измерения количества оборотов колеса и проходимости. Машина весила всего 900 кг.
17 ноября 1970 года АМС «Луна-17» доставила на поверхность Луны «Луноход-1». На Луне он проработал 11 месяцев, проехав по ее поверхности более десяти километров, передав на Землю 211 лунных панорам и 25 тыс. фотографий и сделав многочисленные химические анализы лунного грунта и физических свойств поверхности. Однако вскоре его батареи разрядились, после чего луноход перестал выходить на связь.
15 января 1973 года АМС «Луна-21» доставила в кратер Лемонье в Море Ясности «Луноход-2». Его миссия была менее удачной, чем у предшественника: он проработал на Луне всего четыре земных месяца, передав в ЦУП 86 панорам и 80 тыс. кадров телесъемки. В 1978 году планировался запуск «Лунохода-3», но он был отменен.
Полеты автоматических станций сыграли очень важную роль в отечественной космонавтике: они заложили основу для высадки на Луну корабля с экипажем на борту. Ведь параллельно с ними в СССР шла работа над сверхтяжелой пятиступенчатой ракетой-носителем Н-1, предназначенной для доставки на Луну многотонного корабля с космонавтами. Однако в 1977 году советская лунная программа была свернута. Тремя годами ранее после четырех неудачных испытательных пусков была закрыта программа H-1. Во второй половине 1970-х основные силы советской космической отрасли были брошены на программу «Энергия — Буран», вершиной которой стала успешная посадка, причем в полностью автоматическом режиме, советского космоплана «Буран» 15 ноября 1988 года.
Всего с 1958 по 1976 год СССР запустил к Луне 43 автоматических аппарата, из которых 15 полностью выполнили задание, а 14 миссий считаются частично успешными.
Учимся заново
В современной России полеты автоматических межпланетных станций на Луну возобновили только в 2023 году: 11 августа после более чем 40-летнего перерыва состоялся первый запуск станции «Луна-25». Она должна была приземлиться в районе Южного полюса Луны и проработать там год, изучая лунный полярный реголит и экзосферу. Однако спустя восемь дней после запуска на станции на стадии предпосадочной корректировки траектории полета нештатно отработали двигатели, в результате чего аппарат врезался в поверхность Луны и прекратил свое существование. Тем не менее руководство «Роскосмоса» объявило, что отечественная лунная программа будет продолжена.
Запуски «Луны-26» и «Луны-27» планировались на 2027 и 2028 годы соответственно. Сейчас обсуждается возможность переноса полета «Луны-27» на 2025 год: «посадочную» станцию хотят запустить раньше орбитальной, по горячим следам «Луны-25», тем более что все комплектующие для потерянного аппарата создавались с запасом. Но официальные решения по этому вопросу пока неизвестны.
В 2030 году или позже в полет уйдет «Луна-28», чья задача будет состоять в доставке на Землю лунного льда в криогенном, замороженном, состоянии, то есть в первозданном виде, без нарушения его структуры.
Попробуй раздели
Деталями советской лунной программы со «Стимулом» поделился Натан Эйсмонт, ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН.
— Важно сказать несколько слов о блоке Е, дополнительной, третьей ступени к ракете-носителю Р-7. Напомним, что последняя была разработана как межконтинентальная баллистическая ракета для доставки ядерного заряда практически в любую точку территории потенциального противника. Но с самого начала было ясно, что с использованием этой ракеты можно вывести космический аппарат на низкую околоземную орбиту искусственного спутника Земли. Что и было немедленно сделано вскоре после сообщения об успешном испытании ракеты Р7: 4 октября 1957 года СССР с помощью этой ракеты впервые в мире запустил спутник. Ясно, что это была демонстрация возможностей страны в области наиболее важных оборонных технологий.
За этим первым шагом последовали и более убедительные. Первый спутник был довольно небольшим, массой около 80 килограммов. Ракета с блоком Е уже могла вывести на низкую околоземную орбиту 4500 килограммов полезной нагрузки. И это позволило уже в 1961 году запустить первого человека в космос. Именно этой ракетой. Ее заводской индекс — 8К72.
Но прежде чем использовать этот носитель для запуска человека, эта ракета отрабатывалась в миссиях с использованием автоматических космических аппаратов. Таких, как успешно запущенная «Луна-2».
Если говорить о технологических достижениях в ходе разработки 8К72 (для широкой публики эта ракета обозначалась как «Восток»), то был впервые — и успешно — отработан метод «горячего» разделения ступеней, когда двигатель последующей ступени запускается при работающем двигателе предыдущей. Заметим, что при всех преимуществах такого метода он имеет и свои недостатки. В частности, этот метод не позволяет делать перерывы в работе двигателя, что необходимо для реализации оптимальных сценариев полета к Луне и планетам. На решение этой задачи так называемого холодного разделения потребовалось несколько лет, после чего был создан новый носитель 8К78 («Молния»). И уже с использованием этого носителя была решена задача мягкой посадки на Луну.