Советская космическая программа на ближайшее будущее предусматривает продолжение, и развитие исследований физических свойств околоземного космического пространства, и межпланетной среды, Луны, планет, и Солнца. В исследованиях Луны, и планет Солнечной системы советские ученые отдают ведущую роль автоматическим аппаратам. Они отлично справляются не только с исследованиями в космическом пространстве, но, и успешно осуществляют проверку всевозможных технических решений, необходимых для отработки не только автоматических, но, и пилотируемых средств.
В каждом последующем запуске усложняется комплекс научных, и технических задач, меняющихся в соответствии с накопленными сведениями, и новыми целями полета. Особенно ясно это проявилось при запусках станций серии «Луна». Доставка автоматом образцов лунного грунта, комплекс научных исследований, которые провела подвижная лаборатория «Луноход-1», - великолепная иллюстрация возможностей автоматических средств.
За 12 лет проведен громадный комплекс исследований Луны, выполненных, как советской, так, и американской программами. И хотя, по мнению некоторых специалистов, их результаты поставили больше новых вопросов, чем дали ответы на старые, я позволю себе не согласиться с этим. Действительно, вопрос о происхождении, и внутреннем строении Луны еще далек от окончательного решения, но трудно переоценить значение для будущего изучения свойств, и химического состава лунного грунта, физических условий на Луне, и в окололунном пространстве, географических, вернее, селенографических, и селенологических данных.
Астрономы мечтают об автоматической обсерватории на Луне, где приборы, «зрение» которых не будет «затуманивать» толща земной атмосферы, смогут наблюдать за звездами, планетами, Солнцем. Огромный интерес представят, и различные технические, и биологические эксперименты на Луне, ее всестороннее систематическое исследование.
В Советском Союзе успешно развиваются теория, и технические средства управления автоматическими средствами, изыскиваются новые пути, и средства эффективного решения фундаментальных проблем современной космологии.
Очень важно обеспечить широкий фронт космических исследований. Эту задачу с большим успехом решают автоматические аппараты. Именно они позволяют систематически получать неоценимую научную информацию, первичную ориентировку, и детальные научные данные, материал для глубокой работы теоретической мысли.
«Умные» роботы, способные грудиться в чудовищных для человека условиях, выдерживать перепады температур в несколько сот градусов, давление в сотню атмосфер, космический вакуум, и пересекать расстояния в десятки миллионов километров,-только они могут проложить человечеству пути в незнаемое.
Академик Б. ПЕТРОВ.
За последние годы в нашей стране сделано немало для освоения космического пространства. В исследовании Луны можно выделить несколько направлений наблюдение с Земли, исследования автоматическими космическими аппаратами, и пилотируемыми кораблями.
Исследования Луны, начатые еще Галилеем, не прекращались ни на один день. Однако, как писал академик А. Михайлов, «астронома, наблюдающего в земной обсерватории, можно уподобить человеку, запертому в тесном, душном помещении. Ему хочется узнать, в, какой местности он находится. хочется познакомиться со всеми окрестностями.»
Несмотря на усилия ученых, позволивших составить подробные карты видимой поверхности Луны, предположительно установить температурный режим, и структуру лунной поверхности, несмотря на достижения радиоастрономии, которая дала немало интересных результатов, ученые никогда бы не имели той обширной, и точной информации, которую дали полеты автоматических, и пилотируемых космических аппаратов.
Автоматические средства совершенно незаменимы в неблагоприятных для человека условиях. По сравнению с пилотируемыми кораблями они позволяют при меньших затратах средств и времени получать достаточно большой объем информации.
Основная задача автоматических станций, запускаемых к Луне, - изучение лунной поверхности, и окололунного космического пространства. Эти исследования могут выполняться при полетах вблизи Луны с окололунных орбит и непосредственно на ее поверхности.
АВТОМАТЫ В ОКРЕСТНОСТЯХ ЛУНЫ
Первый космический аппарат был запущен по направлению к Луне 2 января 1959 года. В том же 1959 году были запущены «Луна-2», и «Луна-3» Межпланетные рейсы автоматических станций «Луна-1» и «Луна-2» существенно изменили представления о космическом пространстве впервые было обнаружено отсутствие радиационного пояса, и сильного магнитного поля вблизи Лупы, зарегистрированы потоки ионизированной плазмы - «солнечного ветра». Автоматическая станция «Луна-3» облетела Луну и передала на Землю первое изображение обратной стороны Луны.
До недавнего времени автоматы, исследовавшие Луну, не возвращались на Землю. Возвращение космических аппаратов на Землю значительно расширяет возможности исследования планет, и межпланетного пространства, так, как разнообразная научная и техническая информация высокого качества поступает непосредственно в лаборатории. Обработка материалов, доставленных на Землю из космического «первоисточника», дает данные большей достоверности, чем полученные с помощью радиосвязи. Автоматические станции «Зонд-5», и «Зонд-6» впервые доставили на Землю научные материалы и фотографии, полученные при облете Луны. Станции серии «Зонд» собрали интересный материал о внешних метеорных слоях, о радиационной обстановке около Земли, и ее естественного спутника, доставили большое количество цветных снимков Луны и Земли.
СПУТНИКИ НА ОКОЛОЛУННЫХ ОРБИТАХ
Измерения, и съемки автоматическими аппаратами с окололунной орбиты дают возможность охватить обширные участки лунной поверхности. Цель орбитальных исследований - составление лунных карт, изучение лунных горных пород, физики Луны и окружающего космического пространства. Составление лунных карт потребовало установки на борту различного типа камер, способных выделять слабоконтрастные объекты на поверхности Луны размером до нескольких метров, камеры фотографирования звезд для точного определения координат станции в момент съемки поверхности. Обозревая лунную поверхность в инфракрасных лучах, можно определить отклонения температуры в различных точках поверхности от средних значений.
С помощью радиолокаторов удается составить топографические карты, и измерить толщину поверхностного слоя пыли. Облучение поверхности Луны микрорадиоволнами дает возможность выявить различные образования под поверхностью Луны. Системой магнитометров, установленной на станции, можно получить данные для составления карт магнитного поля Луны или характеристики межпланетного магнитного поля.
Сила тяжести вблизи места наблюдения зависит от плотности пород, поэтому по эволюции окололунной орбиты можно установить соответствие между реальной и теоретической силой тяжести, чтобы составить карты распределения s лунной коре горных пород.
Первое определение химического состава лунных пород на обширных территориях по характеру гамма-излучений поверхностных слоев Луны было выполнено с помощью орбитальной автоматической станции «Луна-10» Тогда была определена концентрация радиоактивных элементов калия, тория, и урана в лунной поверхности. Последующие советские («Луна-12», «Луна-14») и американские («Лунар Орбитер») искусственные спутники Луны продолжали научные исследования, проводя крупномасштабное фотографирование, измерение гравитационного поля Луны, и определение-состава ее пород.
Автоматические станции «Луна-15» и «Луна-18» в орбитальном полете проводили исследование Луны, и окружающего космического пространства, а также ряд экспериментов по маневрированию и отработке посадки в разные районы поверхности.
С целью проведения научных исследований с низкой орбиты искусственного спутника Луны 3 октября 1971 года на окололунную орбиту выведена станция «Луна-19» Со станцией регулярно проводились сеансы связи, и принималась научная информация.
АВТОМАТЫ НА ЛУНЕ
Основной задачей автоматических станций, совершивших посадку на Луну, является изучение ее поверхности и окружающего пространства. С помощью этих аппаратов можно определить цвет, и рельеф поверхности, ее физико-химические свойства, условия залегания горных пород, их происхождение, изменение и состав. В зависимости от технических возможностей эти исследования проводятся в одном месте-точке посадки станции - или в разных местах поверхности - при движении станции.
Исследования в месте посадки
Непосредственные исследования лунной поверхности начались при посадке станции «Луна-9», развеявшей миф о лунной пыли, и показавшей впервые реальную лунную поверхность. Телепанорама, переданная «Луной-9», свидетельствовала об однообразии ее сухой песчаной почвы покрытой множеством камней. Исследования механических свойств лунного грунта впервые были выполнены в декабре 1966 года автоматической станцией «Луна-13» Радиационный плотномер определял плотность поверхностного слоя лунного грунта, а динамометр - длительность и величину перегрузки при посадке станции на Луну. Кроме того, приборы, установленные на станции, измеряли тепловой поток, и корпускулярное излучение вблизи лунной поверхности.
Аналогичные исследования проводились американскими станциями «Сервейер». Плотность грунта измерялась гамма-лучевым методом. Источник направленных гамма-лучей и индикатор-счетчик для этого устанавливались на исследуемой поверхности. Эксперимент подтвердил, что плотность лунного грунта увеличивается с глубиной.
Температура лунного грунта определяется пирометром - прибором, измеряющим излучение тепла исследуемого материала. Затемняя или, наоборот, освещая исследуемое место поверхности искусственным источником тепла, и контролируя последующие изменения температуры, можно получать данные о теплопроводности, плотности и теплоемкости лунных пород. Электрические свойства поверхности измеряются индуктивными, и емкостными устройствами. Методы, применяемые в геологии, с известной поправкой становятся инструментом новой науки - селенологии. Сочетание источника радиоактивности и специальной оптики позволяет определять все элементы, находящиеся в соединении с кислородом. Для определения минералов может быть использован дифрактометр - миниатюрный прибор, рассеивающий рентгеновские лучи. Микроскоп лунной автоматической станции снабжается системой для исследования в плоско, и поперечно поляризованном свете. Изображение, полученное с его помощью, затем еще более увеличивается в телекамере. Летучесть лунных веществ можно анализировать газовым хроматографом. Более полные исследования грунта, естественно, можно выполнить только в условиях земных лабораторий.
Подлинным триумфом науки явился полет автоматической станции «Луна-16» («Наука и жизнь» писала об этом полете в № И, 1970 г.), взявшей на месте посадки пробу лунного грунта, и доставившей его на Землю.
Исследования движущимися лабораториями
Эффективным методом исследования лунной поверхности ученые считают передвижение приборов на большие расстояния в герметичных самоходных установках. Наиболее важные исследования, выполняемые при этом, можно разбить на три основных вида геологические, геохимические и геофизические.
С помощью передвижных лабораторий можно определить относительный, и абсолютный возраст геологических образований на значительной площади, что очень важно для объяснения происхождения и существования гор, морей, и кратеров. Создатели первого советского лунохода (более подробно можно прочитать об этом в нашем журнале № 2, 1971 г.) прежде всего подчеркивают, что это, по существу, комплексная научная лаборатория. Ее приборы определяют рентгеноспектральным методом содержание основных химических элементов в ненарушенном слое лунной поверхности. Во время движения лунохода и на остановках детально исследовались физико-механические свойства грунта. Ценные сведения об особенностях лунного рельефа, о мельчайших деталях структуры поверхности содержались в теле изображениях, которые луноход передавал на Землю.
Мы долго смотрели на мир через шторы земной атмосферы и, убрав их, узнали много нового. На борту лунохода был установлен рентгеновский телескоп, с помощью которого проводились недоступные для наземных приборов измерения внегалактического рентгеновского излучения, и отдельных мощных источников. Радиометр измерял проникающее излучение на трассе Земля - Луна, регистрировал потоки протонов, электронов и альфа-частиц, составляющих космическое излучение далеких галактик.
На «Луиоходе-1» был установлен изготовленный французскими учеными уголковый лазерный отражатель для проведения экспериментов по лазерной локации Луны. Мощный, и острый луч лазера, посланный с Земли на расстояние 400 тысяч километров, достигая лунной поверхности, рассеивался и освещал площадь в 20 квадратных километров. Отражатель, установленный на луноходе, «ловил», и направлял обратно также очень тонкий луч, который рассеивался у поверхности Земли на площадь около 10 квадратных километров. Во время подготовки к лунной ночи луноход останавливался и ориентировался для проведения лазерной локации. 5 - 6 декабря 1970 года в Крымской астрофизической обсерватории АН СССР были проведены первые эксперименты по лазерной локации. Они увенчались успехом наземной аппаратурой были зафиксированы четкие отраженные сигналы.
Каждый лунный день проводились исследования механических, и других свойств грунтов. Физико-механические характеристики грунта исследовались внедрением и последующим поворотом конусного лопастного штампа, а также по данным, поступающим от датчиков нагрузки, и проходимости самоходного шасси.
Рентгеновский спектрометр определял химический состав поверхностного слоя. Будучи, по существу, экспресс-лабораторией, луноход с небольшим разрывом во времени давал оперативную информацию обо всем, что было доступно его приборам.
Отсутствие помех «погоды» из-за отсутствия атмосферы (ее разрежение по нынешним оценкам 10^-13 атмосфер) помогает работе оптических приборов. Но на Луне условия отнюдь не тепличные. При температуре лунной ночью ниже минус 130 градусов по Цельсию в приборном отсеке лунохода с незначительными колебаниями сохранялась температура около плюс 15 градусов. Поддержание заданного температурного режима обеспечивалось специальной теплозащитной «шубой» из стекловолокна, мощной солнечной батареей (которую вполне можно назвать «электростанцией») и изотопной «печкой», обогревавшей контейнер с приборами во время лунной ночи.
Непрерывным потоком шли сообщения от научных приборов, установленных на луноходе. Подвижность, и длительность действия лунохода во много раз повысили научную продуктивность аппаратуры. «Луноход-1» в десятки раз эффективнее по количеству и разнообразию научной информации, переданной им на Землю, нежели те станции, которые * использовались прежде для исследования Луны. Применение новых, более совершенных автоматов резко снижает себестоимость научных данных, добываемых нашей наукой в космосе.
За десять с половиной месяцев самоходный автоматический аппарат детально обследовал лунную поверхность на площади 80 тысяч квадратных метров, передал на Землю более 200 панорам, и свыше 20 тысяч снимков лунной поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения лунохода изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, и в 25 точках проведен анализ его химического состава. Научная информация, переданная луноходом, позволяет получить количественную оценку топографических, и морфологических особенностей лунной поверхности в районе его работы. Многомесячная работа «Лунохода-1» позволила провести длительные и планомерные измерения космического рентгеновского излучения, и изучение радиационной обстановки на Лупе.
4 октября 1971 года «Луноход-1» закончит свою работу, при этом он был установлен в положение, обеспечивающее дальнейшее проведение лазерной локации Луны с помощью французского уголкового отражателя, направленного на Землю.
В будущем на трассе Земля - Луна появятся новые автоматические станции, в которых будут доставляться все более сложные приборы. Программа исследований лунной поверхности в дальнейшем будет, видимо, включать и определение свойств лунных пород в зависимости от глубины.
Для измерения силы тяжести с большей точностью необходимо будет иметь приборы, измеряющие возвышение исследуемой поверхности относительно места прилунения. Автоматические лаборатории помогут ученым раскрыть многие загадки Луны узнать, например, что происходит в кратере Эратосфен, изменяющем свой цвет в течение лунного дня, выяснить происхождение светлых лучей, разбегающихся от центра кратера Тихо на тысячи километров, исследовать Великую лунную стену, и цепочки кратеров ГДЛ, ГИРД, РНИИ. Да, наверное, самые интересные открытия будут сделаны на Луне именно автоматическими аппаратами различного назначения, обладающими широкими возможностями для исследований. В дальнейшем ввиду большого количества приборов и сложных аппаратов, работающих на Луне, и в окололунном пространстве длительное время, видимо, потребуется организовать их обслуживание настройку, ремонт приборов, съем научной информации. Здесь не обойтись без человека. Так же, как на земных заводах-автоматах, высококвалифицированные специалисты и ученые будут на лунных станциях обслуживать большую армию приборов, и автоматических устройств. Для некоторых автоматических аппаратов, выполняющих длительные исследования, людям потребуется периодически прилетать на Луну, чтобы собрать информацию и выполнить профилактические работы.
Так, управляя на расстоянии автоматическими аппаратами, и работая непосредственно в контакте с ними, человек исследует вслед за Землей планеты Солнечной системы и покорит Вселенную.
