460 витков: как США отстали в лунной гонке
60 лет назад, 2 апреля 1966-го советская автоматическая межпланетная станция «Луна-10» вышла на селеноцентрическую орбиту и стала первым в истории искусственным спутником Луны.
По символичному совпадению, 60 лет спустя с площадки Космического центра имени Кеннеди во Флориде стартовала ракета Space Launch System с космическим кораблем Orion. Миссия астронавтов NASA и их канадского коллеги очень напоминает задачу, которую еще в 1966-м выполнила советская космонавтика: облететь вокруг Луны без высадки на поверхность.
Полёт «Ориона» — часть программы Artemis («Артемида»), которая, как предполагается, должна к 2029-му увенчаться повторением американского достижения 57-летней давности, высадкой экипажа на поверхность Луны.
В наше время советская лунная программа подзабыта из-за популяризации в массовой культуре образа астронавтов NASA, которые втыкают звездно-полосатый флаг в лунный грунт. Но поднимая на щит первое прилунение, американцы оставляют в тени то, что ряд важнейших шагов на пути к освоению космоса был сделан советской наукой. Более того, СССР долгое время опережал США в «лунной гонке».
Покорение Луны как самого близкого к нам небесного тела рассматривалось советскими и американскими учёными как первый шаг на пути к освоению всего ближнего космоса. Но данных, которые могли бы предоставить только астрономические наблюдения, было слишком мало для решения этой задачи.
После запуска «Спутника-1» и космического корабля «Восток-1», который вывел в космос Юрия Гагарина, представлялось вполне естественным, что именно советская наука смогла бы проложить дорогу к Луне.
В 1958-м была запущена программа по изучению и освоению космического пространства. Главным инструментом реализации этой программы должны были стать автоматические межпланетные станции (АМС).
Разработка беспилотных аппаратов АМС требовала принципиально новых технологических решений. В отличие от спутников, которые достаточно просто вывести на орбиту, автоматические станции должны были отдаляться от Земли на значительные расстояния. Впоследствии на станции стали возлагать более сложные задачи, такие как высадка на другие планеты с забором образцов и последующей доставкой на Землю.
Первая серия подобных станций закономерно получила название «Луна».
Девять предыдущих «Лун»
А первым шагом в воплощении этой программы должно было стать прилунение первого космического аппарата.
2 января 1959 года была запущена ракета «Восток-Л», которая вывела на траекторию полета к спутнику Земли станцию «Луна-1». Аппарат впервые достиг второй космической скорости, что позволило ему выйти за пределы земного притяжения.
Но после отделения станция сошла с намеченной траектории, пройдя мимо Луны, и впоследствии вышла на солнечную орбиту.
Несмотря на неудачу, этот пуск доказал, что межпланетные полеты возможны. Более того, станция успела собрать ряд сведений, которые впоследствии были использованы отечественной наукой.
Меньше года спустя, 12 сентября 1959-го была запущена следующая межпланетная станция в той же серии — «Луна-2».
Через два дня аппарат впервые в истории достиг поверхности Луны, однако набрал слишком высокую скорость. Вместо мягкой посадки АМС врезалась в спутник Земли. Однако «Луна-2» так или иначе доставила флаг СССР, открыв новый этап космической гонки.
По-настоящему революционный результат был достигнут 7 октября того же года, когда АМС «Луна-3», запущенная тремя днями ранее, осуществила съёмку обратной стороны Луны.
«Фотосессия» продолжалось 40 минут, после чего снимки были переданы в ЦУП при помощи фототелевизионной системы. Более того, «Луна-3» впервые осуществила гравитационный облёт Луны.
Несмотря на низкое качество изображения, снимки были широко растиражированы советской прессой. Руководство СССР зафиксировало за страной право дать название объектам на обратной стороне Луны, что в очередной раз продемонстрировало первенство отечественной науки.
Следующим важнейшим этапом лунной гонки стало первое мягкое прилунение автоматической станции 3 февраля 1966 года.
В этот день АМС «Луна-9» совершила удачную посадку и передала на Землю первый панорамный снимок лунной поверхности. Бортовая аппаратура измерила уровень радиации и передала ряд других данных, критически важных для изучения космического тела.
Успех советской космической программы стал более очевиден на фоне череды провалов, которые в то время преследовали американских разработчиков.
Американский «Пионер»
Разумеется, в условиях продолжающейся Холодной войны NASA (созданное в 1958 году) не могло оставить достижения СССР без ответа. Однако американский лунный проект на первом этапе преследовали сплошные неудачи.
Сразу после формирования NASA стартовала программа автоматических космических станций Pioneer. За два года было сделано восемь попыток отправить аппараты к Луне, однако ни одну из них нельзя считать удачной.
Часть аппаратов даже не смогла выйти за пределы земного притяжения. Остальные пролетели мимо Луны. В числе причин неудач, в частности, указывалась недостаточная мощность американских ракет, а также отсутствие у американской науки опыта космической навигации.
В 1960 году программу свернули, и на смену «Пионерам» пришли аппараты Ranger. Однако и здесь США преследовали неудачи: первые шесть пусков провалились.
Три следующих пуска можно считать успешными лишь условно: аппараты достигли Луны и смогли сделать высококачественные снимки поверхности. Однако ни одна из станций не смогла совершить мягкую посадку.
К моменту закрытия этой программы СССР сделал уже следующий шаг.
Полный оборот
Очередным успехом Советского Союза стал запуск аппарата «Зонд-3», который смог сделать качественные снимки обратной стороны Луны. Более того, была отработана технология полёта к ближайшим планетам Солнечной системы — Венере и Марсу.
Но перед дальними полётами всё ещё предстояло решить важнейшую задачу — освоить лунную орбиту.
К середине 1960-х годов стало ясно, что только таким образом можно получить полные данные о радиационном фоне, поверхности Луны и её магнитном поле. Итогом длительных подготовительных работ стал запуск 31 марта 1966 года ракеты «Молния-М», которая и вывела на околоземную орбиту аппарат «Луна-10».
После преодоления земного притяжения была включена разгонная ступень, которая направила АМС на траекторию перелёта к Луне.
Сам полёт занял несколько суток, в течение этого времени проводились проверки бортовых систем, а также корректировалась траектория движения аппарата.
По мере приближения к Луне выполнялась подготовка к торможению, чтобы исключить возможность столкновения. Далее была включена тормозная двигательная установка, что позволило аппарату быть захваченным гравитацией. В итоге станция вышла на орбиту без посадки. Этот манёвр стал первым в истории успешным орбитальным захватом, подтвердив точность советских расчётов межпланетной навигации.
Сложная структура Луны
После этого аппарат занял эллиптическую орбиту с переменной высотой, начав совершать регулярные витки вокруг спутника Земли.
Таким образом, советская станция впервые в истории стала искусственным спутником другого небесного тела. Во время орбитальной работы проводились измерения гравитационного поля Луны.
Были обнаружены неоднородности распределения массы, позже названные масконами. Кроме того, аппарат изучал поток космической радиации в окололунном пространстве и регистрировал параметры солнечного излучения.
В общей сложности АМС «Луна-10» совершила 460 витков вокруг спутника Земли. За это время она провела 219 сеансов связи с ЦУПом, что стало абсолютным рекордом. В ходе исследований были получены данные о слабом или практически отсутствующем магнитном поле Луны. Кроме того, измерения помогли уточнить представления о внутренней структуре этого небесного тела.
В ходе полёта орбита аппарата постепенно изменялась под влиянием гравитационных аномалий, что позволило впервые изучить сложное гравитационное поле небесного тела.
Аппарат функционировал стабильно в течение нескольких недель, постепенно вырабатывая ресурс. После завершения программы научных измерений связь со станцией была прекращена.
Орбитальный этап миссии завершился спустя 56 дней.
Успех миссии «Луна-10», по сути, превратил Луну из наблюдаемого с Земли объекта в изучаемое с орбиты небесное тело. Её пуск и последующая работа дали человечеству фундаментально новые знания о Луне и заложили основу всей современной лунной науки.
Главным научным результатом миссии стало открытие неоднородности гравитационного поля спутника Земли.
Открытие явления масконов — областей повышенной концентрации массы под лунной поверхностью — полностью изменило представления о внутреннем строении Луны и показало, что её структура гораздо сложнее, чем считалось ранее.
Аппарат зарегистрировал уровень космического излучения и влияние солнечных вспышек, что позволило оценить условия, в которых в будущем должны были работать пилотируемые корабли.
Эти данные стали важными при проектировании систем защиты экипажей американской программы Apollo, хотя в США не любят это признавать. Без них точная и безопасная посадка человека на Луну была бы значительно сложнее. Позднее эти же модели гравитационного поля использовались в программах других стран, включая Японию и Китай, при проектировании современных лунных миссий.
Лунный «Интернационал»
С технологической точки зрения «Луна-10» стала первым аппаратом, который устойчиво работал на орбите другого небесного тела и передавал научные данные длительное время. Это стало важным шагом в развитии межпланетной навигации и орбитальной механики.
Полученные результаты позволили создавать более точные модели движения аппаратов вокруг Луны.
В дальнейшем советские межпланетные станции смогли высадиться на Марсе и Венере, открыв для человечества возможность потенциальной колонизации этих планет.
Политическое значение миссии было также крайне велико. Для СССР это стало демонстрацией лидерства в автоматической космонавтике и очередным успехом в космической гонке.
Советское правительство использовало научный успех и в идеологических целях: в ходе работы станция передала на Землю мелодию «Интернационала», которая транслировалась для делегатов XXIII съезда КПСС. США же ответили на успехи советской науки своей программой, которая позволила им высадиться на Луне. Хотя на деле американские астронавты во многом шли уже проторенной дорогой.
