Изследването на Луната има дълга история. Те започнаха още преди нашата ера, когато Хипарх изучаваше движението на луната звездно небе, определи наклона на лунната орбита спрямо еклиптиката, размера на Луната и разстоянието от Земята, а също така разкри редица особености на движението.
От средата на XIX век, във връзка с откриването на фотографията, започва нов етапЛунно изследване: по-подробен анализ на лунната повърхност от подробни снимки (Уорън де ла Рю и Луис Ръдърфорд). През 1881 г. Пиер Янсен съставя подробен "Фотографски атлас на Луната".
През 20-ти век започва космическата ера, познанията за Луната се разширяват значително. Съставът на лунната почва стана известен, учените получиха нейните проби, беше начертана карта обратна страна.
Изследване на луната с автоматични устройства
Съветският космически кораб Луна-2 за първи път достига до Луната на 13 септември 1959 г. И за първи път е възможно да се погледне далечната страна на Луната през 1959 г., когато съветската станция Луна-3 прелетя над нея и засне част от повърхността й, невидима от Земята. Учените смятат, че далечната страна на Луната е идеално място за астрономическа обсерватория. Оптични телескопипоставени тук, не биха проникнали в плътната атмосфера на Земята. А за радиотелескопите Луната ще служи като естествен щит от твърди скали с дебелина 3500 км, който надеждно ще ги прикрива от всякакви радиосмущения от Земята.
През втората половина на 20-ти век Съединените щати започнаха активно да се подготвят за кацане на Луната. Но за да се подготви за пилотиран полет, НАСА е планирала няколко космически програми: "Рейнджър"(снимане на повърхността му), " геодезист" (меко кацане и проучване на терена) и " Лунен орбитален апарат"(подробно изображение на повърхността на луната). През 1965-1966г НАСА реализира проекта MOON-BLINK за изследване на необичайни явления (аномалии) на повърхността луна. Геодезисти 3,4 и 7 бяха оборудвани с кофа за загребване на почвата.
СССР провежда изследвания на повърхността на Луната с помощта на две радиоуправляеми самоходни превозни средства, Луноход-1, изстрелян към Луната през ноември 1970 г., и Луноход-2 - през януари 1973 г. Луноход-1 работи 10,5 земни месеца, " Луноход-2" - 4,5 земни месеца (тоест 5 лунни днии 4 лунни нощи). И двете устройства са сглобени и пренесени на Земята голям бройданни за лунната почва и много снимки на детайли и панорами на лунния релеф.
"Луноход-1"
Луноход-1 е първият планетарен роувър в света, който успешно работи на повърхността на Луната. Принадлежи към серия съветски дистанционно управлявани самоходни апарати "Луноход" за изследване на Луната, работили на Луната в продължение на единадесет лунни дни (10,5 земни месеца).
Луноход-1 беше оборудван с:
- две камери (една резервна), четири панорамни телефотометъра;
- Рентгенов флуоресцентен спектрометър RIFMA;
- Рентгенов телескоп РТ-1;
- одометър-пенетрометър PrOP;
- детектор за радиация РВ-2Н;
- лазерен рефлектор TL.
Автоматичната междупланетна станция "Луна-17" с "Луноход-1" беше изстреляна на 10 ноември 1970 г. и влезе в орбитата на изкуствен спътник на Луната, а на 17 ноември 1970 г. станцията кацна благополучно в морето. Дъждове и "Луноход-1" премина надолу към лунното грундиране.
По време на престоя си на повърхността на Луната Луноход-1 измина 10 540 м, изследва площ от 80 000 м2, предаде 211 лунни панорами и 25 000 снимки на Земята. максимална скоростдвижението беше 2 км/ч. На 25 точки от лунната почва е извършен нейният химичен анализ. На Луноход-1 беше инсталиран ъглов рефлектор, с помощта на който бяха проведени експерименти точно определениеразстояние до луната.
"Луноход-2"
"Луноход-2"- вторият от поредицата съветски лунни дистанционно управлявани самоходни планетарни ровери. Той е предназначен за изследване на механичните свойства на лунната повърхност, фотографиране и телефотография на Луната, провеждане на експерименти с наземен лазерен далекомер, наблюдение на слънчевата радиация и други изследвания.
15 януари 1973 г. доставен на Луната от автоматичната междупланетна станция "Луна-21". Кацането е извършено на 172 километра от мястото за кацане на Аполо 17 на Луната. Навигационната система Луноход-2 е повредена и наземният екипаж на Луноход се ръководи от околната среда и Слънцето. Въпреки това устройството покри по-голямо разстояние от Луна-1, тъй като бяха въведени редица нововъведения, например трета видеокамера на върха на човешкия растеж.
За четири месеца работа той изминава 37 километра, предава на Земята 86 панорами и около 80 000 телевизионни кадъра, но прегряването на оборудването вътре в кутията попречи на по-нататъшната му работа. Работата на Луноход-2 е официално прекратена на 4 юни 1973 г.
Космическата програма "Луна" е съкратена в СССР през 1977 г. Изстрелването на "Луноход-3" е отменено.
През август 1976 г. съветската станция "Луна-24" достави проби от лунна почва на Земята, японският спътник "Хитен" долетя до Луната едва през 1990 г. Тогава бяха изстреляни два американски космически кораба - "Клементина" през 1994 г. и "Лунен проспектор "през 1998г
"Клементина"
Clementine е съвместна мисия между Северноамериканското командване на аерокосмическата отбрана и НАСА за тестване на военна технология и едновременно с това да произвежда подробни снимки на лунната повърхност.
Сондата Clementine предаде на Земята около 1,8 милиона изображения на повърхността на Луната в черно и бяло. "Клементин" е първата сонда, която предава научна информация, потвърждаваща хипотезата за наличие на вода на лунните полюси. Това е много важно откритие, че на Луната има твърда вода. Течната вода не може да бъде на лунната повърхност, тъй като се изпарява под въздействието на слънчевата светлина и след това се разпръсква в космоса. Но от 60-те години на миналия век съществува хипотеза, че водният лед се съхранява в кратерите на Луната, където слънчевите лъчи не могат да проникнат или да лежат на голяма дълбочина. И тук се потвърждава. Какво е значението на това откритие? Лунните ледници могат да осигурят вода за първите колонисти, докато растителността може да се появи на Луната.
Лунен златотърсач
"Луннотърсач"и американската автоматична междупланетна станция за изследване на Луната, създадена като част от програмата на НАСА Discovery. Пуснат на 7 януари 1998 г. Завършен на 31 юли 1999 г
AMS "Lunar Prospector" е предназначена за глобално изобразяване на елементния състав на повърхността на Луната, изследване на нейното гравитационно поле и вътрешна структура, магнитно полеи отделяне на летливи вещества. Лунният проспектор трябваше да допълни и прецизира изследванията на Клементина и най-важното да провери за наличието на лед.
Lunar Prospector е изстрелян на 7 януари 1998 г. с ракета носител Athena-2. През 1998 г. повечето от научните проблеми, за които е стартиран апаратът, са решени: е изяснен възможният обем на леда на южния полюс на Луната, съдържанието му в почвата е оценено от учените на 1-10%, а дори по-силният сигнал показва наличието на лед на северния полюс. От далечната страна на Луната магнитометър открива сравнително мощни локални магнитни полета, които образуват 2 малки магнитосфери с диаметър около 200 км. Според смущенията в движението на устройството са открити 7 нови маскони (участък от литосферата на планетата или естествен спътник, който причинява положителни гравитационни аномалии).
Беше извършено и първото глобално спектрометрично изследване в гама лъчи, в резултат на което бяха съставени карти на разпределение на титан, желязо, алуминий, калий, калций, силиций, магнезий, кислород, уран, редкоземни елементи и фосфор, модел на е създадено гравитационното поле на Луната, което позволява много точно да се изчисли орбитата на спътниците на Луната.
През 1999 г. AMC приключи работата си.
Автоматично изследване на Луната вXXI век
След края на Съветския космическа програма"Луна" и американското "Аполо" изследването на Луната с помощта на космически кораб на практика са прекратени.
Но в началото на 21-ви век Китай започна своята програма за изследване на Луната. Тя включва: доставка на луноход и изпращане на почва на Земята, след това експедиция до Луната и изграждане на обитаеми лунни бази. Останалите космически сили, разбира се, не можаха да замълчат и отново стартираха своите лунни програми. Обявени са плановете за бъдещи лунни експедиции Русия, Европа, Индия, Япония.На 28 септември 2003 г. Европейската космическа агенция изстреля първата си автоматична междупланетна станция (AMS) Smart-1. На 14 септември 2007 г. Япония стартира втория AMS за изследване на Луната, Кагуя. А на 24 октомври 2007 г. Китай също се включи в лунната надпревара - беше изстрелян първият китайски спътник на Луната Chang'e-1. С тази и следващата станция учените създават триизмерна карта на лунната повърхност, която в бъдеще може да допринесе за амбициозен проект за колонизиране на Луната. На 22 октомври 2008 г. стартира първата индийска AMS "Chandrayan-1". През 2010 г. Китай изстреля втората AMS Chang'e-2.
През 2009 г. НАСА пусна лунни орбитални сонди - Lunar Reconnaissance Orbiter и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite за събиране на информация за лунната повърхност, търсене на вода и подходящи местаза бъдещи лунни експедиции. На 9 октомври 2009 г. космическият кораб LCROSS и горната степен Centaurus направиха планирано падане на лунната повърхност. до кратера Кабеуснамиращ се на около 100 км от Южен полюсЛуна и следователно постоянно в дълбока сянка. На 13 ноември НАСА обяви, че на Луната е открита вода с помощта на този експеримент.
Частни компании започват да изучават Луната. Обявено е световно състезание на Google Lunar X PRIZE за изграждане на малък луноход. Няколко отбора от различни страни, включително руският Селеноход. Има планове за организиране на космически туризъм с полети около Луната на руски кораби - първо на модернизирания Союз, а след това на перспективния универсален Рус PTKNP, който се разработва.
САЩще продължат изследването на Луната от автоматични станции "GRAIL" (стартирана през 2011 г.), "LADEE" (планирана да бъде пусната през 2013 г.) и др. Китайпланира да изстреля първия си AMS за кацане, Chang'e-3, през 2013 г., последван от лунен роувър до 2015 г., AMS за връщане на лунната почва до 2017 г. и лунна база до 2050 г. Японияобяви бъдещо роботизирано изследване на Луната. Индияпланира мисия през 2017 г. на своя орбитален апарат Chandrayaan-2 и малък луноход, доставени от руския AMS Luna-Resource, както и по-нататъшно изследване на Луната до пилотирани експедиции. Русияза първи път стартира многоетапна програма за изследване на Луната от автоматични станции "Луна-Глоб" през 2015 г., "Луна-Ресурс-2" и "Луна-Ресурс-3" с луноходи през 2020 и 2022 г., "Луна-Ресурс-4" " връщане на почвата, събрана от луноходите през 2023 г., а след това планира пилотирани експедиции през 2030-те.
Учените не изключват, че на Луната може да има не само сребро, живак и алкохоли, но и други. химични елементии връзки. Водният лед, молекулярният водород показват, че наистина има ресурси на Луната, които могат да бъдат използвани в бъдещи мисии. Анализът на топографските данни, изпратени от космическия кораб LRO, и гравитационните измервания на Кагуя показаха, че дебелината на кората от далечната страна на Луната не е постоянна и се променя с географската ширина. Най-дебелите участъци от кората отговарят на най-високите височини, което е характерно и за Земята, а най-тънките се намират в субполярните ширини.
Цялата тази отново отворена лунна надпревара е свързана с възможността за колонизиране на Луната. Какво означава?
Колонизация на Луната
Колонизацията на Луната се разбира като заселването на Луната от хората. Сега това не е измислица от фантастични произведения, а реални планове за изграждане на обитаеми бази на Луната. Бързото развитие на космическите технологии ни позволява да се надяваме, че космическата колонизация е напълно постижима цел. Поради близостта си до Земята (три дни полет) и сравнително добро познаване на ландшафта, Луната отдавна се смята за кандидат за създаване на човешка колония. Но докато съветските програми „Луна“ и „Луноход“ и американската програма „Аполо“ демонстрираха практическата осъществимост на полета до Луната, те също потиснаха ентусиазма за създаване на лунна колония. Това се дължи на факта, че анализът на пробите от прах, донесени от астронавтите, показа много ниско съдържаниесъдържа светлинни елементи, необходими за живота на Луната.
За учените лунната база е уникално място за провеждане научно изследванев областта на планетологията, астрономията, космологията, космическата биология и други дисциплини. Изследването на лунната кора може да даде отговори на критични проблемиза формирането и по-нататъшното развитие на Слънчевата система, системата Земя-Луна, появата на живота. Липсата на атмосфера и по-ниската гравитация правят възможно изграждането на обсерватории на лунната повърхност, оборудвани с оптични и радиотелескопи, способни да получават много по-подробни и ясни изображения на отдалечени региони на Вселената, отколкото е възможно на Земята, и поддържане и модернизиране на такива телескопите е много по-лесно от орбиталните обсерватории. Луната също има разнообразие от минерали: желязо, алуминий, титан; в повърхностния слой на лунната почва, реголит, има изотоп хелий-3, рядък на Земята, който може да се използва като гориво за перспективни термоядрени реактори. В момента се разработват методи за промишлено производство на метали, кислород и хелий-3 от реголит и са открити залежи от воден лед. Дълбокият вакуум и наличието на евтина слънчева енергия отварят нови хоризонти за електрониката, леярството, металообработването и материалознанието. Луната също изглежда като много вероятен обект за космически туризъм, който може да привлече значителни средства за своето развитие, да насърчи космическите пътувания и да осигури приток на хора за изследване на лунната повърхност. Космическият туризъм ще изисква определени инфраструктурни решения. Развитието на инфраструктурата от своя страна ще допринесе за по-голямо проникване на човечеството на Луната. Има планове за използване на лунни бази за военни цели за контролиране на околоземното пространство и осигуряване на господство в космоса. По този начин колонизацията на Луната е много вероятно събитие през следващите десетилетия.
След първите успехи в изследването на Луната (първото твърдо кацане на сондата на повърхността, първия полет със заснемане на обратната страна, невидима от Земята), учените и дизайнерите от СССР и САЩ участваха в „ лунна надпревара” обективно се изправи пред нова задача. Беше необходимо да се осигури меко кацане на изследователската сонда на повърхността на Луната и да се научи как да изстрелват изкуствени спътници в нейната орбита.
Тази задача не беше лесна. Достатъчно е да се каже, че Сергей Королев, който оглавяваше ОКБ-1, така и не успя да постигне това. През 1963-1965 г. бяха извършени 11 изстрелвания на космически кораб (всеки успешно изстрелян получи официален сериен номер на Луна) с цел меко кацане на Луната и всички те се провалиха. Междувременно натовареността на ОКБ-1 с проекти беше прекомерна и в края на 1965 г. Королев беше принуден да прехвърли темата за меко кацане в конструкторското бюро на Лавочкин, което беше ръководено от Георги Бабакин. Именно „бабакините“ (вече след смъртта на Королев) успяха да влязат в историята благодарение на успеха на Луна-9.
Първо кацане на Луната
(Щракнете върху снимката, за да видите схемата за кацане на космически кораб)
Първоначално, на 31 януари 1966 г., станцията Луна-9 е доставена с ракета в земната орбита, а след това е тръгнала от нея към Луната. Спирачният двигател на станцията осигуряваше намаляване на скоростта на кацане, а надуваеми амортисьори предпазваха спускаемото устройство на станцията от удар в повърхността. След уволнението им модулът се превърна в работно състояние. Първите в света панорамни изображения на лунната повърхност, получени от Луна-9 по време на комуникацията с нея, потвърдиха теорията на учените за повърхността на спътника, непокрита със значителен слой прах.
Първият изкуствен спътник на Луната
Вторият успех на бабакините, които използваха изоставането на ОКБ-1, беше първият лунен изкуствен спътник. Стартирането на космическия кораб Луна-10 е на 31 март 1966 г., а успешното изстрелване в лунна орбита е на 3 април. Повече от месец и половина научните инструменти на Луна-10 са изследвали Луната и окололунното пространство.
постижения на САЩ
Междувременно Съединените щати, които уверено се движат към основната си цел - кацането на човек на Луната, бързо затвориха пропастта със СССР и дръпнаха напред. Пет космически кораба Surveyor са направили меки кацания на Луната и са извършили важни проучвания на местата за кацане. Пет орбитални картографа на Lunar Orbiter създадоха подробна повърхностна карта с висока разделителна способност. Четири пробни пилотирани полета на космическия кораб Apollo, включително два с достъп до орбитата на Луната, потвърдиха правилността на взетите решения при разработването и проектирането на програмата, а технологията доказа своята надеждност.
Първо пилотирано кацане на Луната
Екипажът на първата лунна експедиция включваше астронавтите Нийл Армстронг, Едуин Олдрин и Майкъл Колинс. Космическият кораб Аполо 11 излита на 16 юли 1969 г. Гигантската тристепенна ракета Сатурн V работи безупречно и Аполо 11 излетя към Луната. Влизайки в лунна орбита, той се разделя на орбиталния апарат Columbia и лунния модул Eagle, пилотиран от астронавтите Армстронг и Олдрин. На 20 юли той кацна в югозападната част на Морето на спокойствието.
Шест часа след кацането Нийл Армстронг излиза от кабината на лунния модул и в 2:56:15 UT на 21 юли 1969 г. за първи път в човешката историястъпи върху лунния реголит. Олдрин скоро се присъедини към командира на първата лунна експедиция. Те прекараха 151 минути на повърхността на Луната, поставиха принадлежности и научно оборудване върху нея, като в замяна заредиха 21,55 кг лунни скали в модула.
Краят на "лунната надпревара"
Оставяйки блока за кацане на повърхността, етапът за излитане Eagle излетя от Луната и се скачва с Колумбия. Събран отново, екипажът отлетя с Аполо 11 към Земята. След като се забави в атмосферата при втората космическа скорост, командният модул с астронавтите, след повече от 8 дни полет, леко потъна във вълните Тихи океан. Основната цел на "лунната надпревара" беше постигната.
Друга страна на луната
(Снимка на далечната страна на луната от кацащия апарат "Change-4")
Тази страна е невидима от Земята. На 27 октомври 1959 г. съветската космическа станция Луна-3 снима далечната страна от лунната орбита и повече от половин век по-късно, на 3 януари 2019 г., китайският космически кораб Chanye-4 успешно кацна на повърхността на далечната страна и изпрати първата снимка от повърхността му.
Фиг. 1
На 2 януари 1959 г. се състоя първото изстрелване към нощна звезда. Луна-1 („Мечта“, както я нарекоха журналистите) премина в околностите на Луната и стана първият в историята изкуствен спътник на Слънцето (фиг. 1). Масата му е 361 кг. Той за първи път достигна втората космическа скорост и премина на разстояние шест хиляди километра от Луната. Станцията разполагаше с научни инструменти за изследване на радиационните пояси на Земята, космическите лъчи и метеорните частици.
Американската AMS "Pioneer 4", тежаща само 6 кг, изстреляна на 3 март 1959 г., премина много по-далеч от Луната - само на 60 500 км.
Изстрелването на 14 септември 1959 г. на AMS Luna 2 става победа за съветските инженери. Тя стигна до лунната повърхност и достави на Луната метален диск с герба на СССР. Научните инструменти показват, че Луната на практика няма магнитно поле. Този полет показа, че всички изчисления са извършени правилно.
Фиг.2
Още в следващия полет Луна 3 обиколи нашия спътник (фиг. 2). На борда на тази станция беше поставено фототелевизионно оборудване, което за първи път предава на Земята изображения на част от видимата и невидимата страна на Луната. Това бяха първите снимки, направени от космоса. Имаше много намеса върху тях, но учените все пак разкриха много подробности за далечната страна на Луната. В обработката на тези изображения участваха обсерваториите на ДАИ, ЦНИИГАиК, Пулково и Харков. Благодарение на метода за идентифициране на релефни детайли, разработен под ръководството на Ю. Н. Липски, именно тази група изследователи успяха да идентифицират кратери и други релефни образувания. Така се появи първата в света карта на далечната страна на Луната.
Няколко години по-късно снимането на отделни участъци от повърхността на видимото полукълбо е извършено от американския космически кораб Ranger 7,8,9. Тези устройства се разбиха, но по време на падането те предаваха изображения с различни резолюции на Земята.
През 1965 г. съветската космическа станция Зонд завърши снимането на далечната страна на Луната. Оказа се, че има по-малко тъмни участъци от повърхността, но има толкова кратери, колкото от видимата страна на Луната, някои от тях са кръстени на учени и астронавти. И накрая, беше създадена първата пълна карта на лунната повърхност. Той е съставен под научното ръководство на Ю. Н. Липски.
Първото меко кацане е извършено от автоматичната междупланетна станция Луна 9 през 1966 г. Методът на кацане е предложен от главния конструктор S.P. Королев. Телевизионните камери на станцията предаваха на Земята панорами на околността с резолюция от няколко милиметра.
През 1966 г. в орбита около Луната са изведени изкуствени спътници Луна 10,11,12. Оборудването включва инструменти за спектрален анализ, гама лъчение и инфрачервено лъчение.
През 1966 г. American Surveyor 1 кацна меко на Луната и предава изображения на повърхността в продължение на шест седмици.
През юни 1968 г. Surveyor извършва меко кацане и изследва проби от лунна почва.
След това американците започнаха подготовка за изпращане на пилотиран космически кораб на Луната. В същото време те разчитат на резултатите от полетите на съветските автоматични станции "Зонд", които през есента на 1968 г. за първи път пътуват по маршрута Земя - Луна - Земя. Проблемът с връщането на космически кораби от междупланетни полети беше решено. "Сервейер 3, 5, 6, 7" (1966-1967) бяха изстреляни за изследване на лунната повърхност, за избор на мястото за кацане на космическия кораб Аполо.
Пет американски изкуствени спътника "Lunar Orbiter" заснеха лунната повърхност и проучиха нейното гравитационно поле.
Астронавтите Нийл Армстронг и Едуин Олдрин кацнаха на 20 юли 1969 г. Астронавтите инсталираха лазерен рефлектор, сеизмометър, направиха снимки, събраха 22 кг проби от лунна почва, след като извървяха около 100 метра от спускаемия апарат и останаха на повърхността 2 часа и 30 минути. В главния блок в орбита беше Майкъл Колинс.
Съветските автоматични станции "Луна 16, 20, 24" автоматично събираха скала с помощта на специално устройство за събиране на почвата и я доставяха на Земята в обратна посока.
Самоходните превозни средства "Луноход 1, 2" извършиха изследвания по пътя на пътуването от 10,5 и 37 км, предавайки на Земята много изображения и панорами на околността, както и данни за физикохимичния състав на лунната почва. С помощта на лазерен рефлектор, инсталиран на лунохода, беше възможно да се определи разстоянието от Земята до Луната.
През 1958 г. в САЩ е създадена Националната администрация по аеронавтика и космос (НАСА). Първоначално беше планирано астронавтите да летят още през 1958 г., но много проблеми отместиха датата на изстрелване. Корабът, който изведе астронавтите в орбита, се нарича Меркурий. Кабината на Mercury беше много тясна и неудобна. През 1965 г. НАСА приема новата програма за космически полети Gemini. Корабите от тази серия се оказаха много по-съвършени и по-удобни. Последният кораб от серията Gemini 12 излетя през ноември 1966 г. Но много по-рано от това НАСА разработи проект, наречен Аполо. Серията Apollo се оказа най-съвършената от всички, които дизайнерите на CLIA са успели да създадат досега. Корабът можеше да побере трима астронавти, имаше надежден модул за спускане и докинг модул. Той имаше способността да акостира едновременно с няколко кораба. Но дори и такъв перфектен апарат имаше своите недостатъци. Един от тях причини трагедията в стартовия комплекс. По време на предполетната подготовка в електрическата мрежа е имало късо съединение. За броени минути пламъците погълнаха целия обект и астронавтите Върджил Грисъм, Едуард Уайт Роджър Чафи загинаха.
Умря почти по едно и също време съветски космонавтВладимир Комаров на експерименталния космически кораб "Союз".
Дълга пауза от 1977 до 1990 г в изследването на Луната от космически кораби очевидно се обяснява с преосмислянето на програми, свързани с по-нататъшни изследвания и подготовка на космически кораби от ново поколение.
Япония през март 1990 г. със своята ракета Nissan изстреля автоматично устройство Mycec A в орбита около Луната, с цел дистанционно изследване на повърхността на Луната. Тази програма обаче се провали.
Спектралното изображение на лунната повърхност през 1990 и 1992 г. е извършено от американската AMS "Галилео", която, движейки се в сложна орбита към Юпитер, се връща на Земята два пъти и снима нейния спътник.
Космическият кораб "Клементина", изстрелян през 1994 г., освен че заснема повърхността на Луната с лазерен предавател, измерва височините на релефа, а моделът на гравитационното поле и някои други параметри са прецизирани с данни за траекторията.
Специални измервания в района на полюсите показват, че на дъното на постоянно засенчени дълбоки кратери може да има парчета лед.
Изстрелян през януари 1998 г., американският космически кораб "Lunar Prospector" е специално проектиран за изясняване на областите, заети от лед в полярните райони. Въз основа на данни, предадени от космически кораб от орбита от 100 km, се предполага, че Луната има желязо силикатно ядро с размери 300 km. Обширни изследвания бяха извършени от този апарат от ниска орбита от 25 км.
"Луна-2" е втората междупланетна станция, създадена в рамките на програмата "Луна", която за първи път в историята на човечеството достигна повърхността на спътника на Земята.
Подобна цел беше поставена и за първата станция, . За съжаление, поради грешка в изчисленията, траекторията на този апарат премина на значително разстояние от Луната и всъщност полетът изкуствен апаратот едно космическо тяло в друго не се осъществи. Независимо от това значението му по отношение на уникалността на научните данни, предавани на центъра за контрол на мисията, е безценно.
Характеристики на дизайна и полета на AMS "Luna-2"
Въз основа на информацията, събрана от резултатите от полета на Луна-1, беше разработен полетен план за следващата станция, която беше наречена Луна-2. Цялото оборудване и устройства в новия апарат останаха практически непроменени. Изстрелването беше извършено от същата тристепенна ракета-носител от типа Луна с.
AMS "Луна-2" беше малко над 5 метра дължина и 2,5 диаметър. Масата му беше приблизително 390 кг.
Изстрелян на 12 септември 1959 г., автоматично управляваният космически кораб Луна-2 завърши историческия полет Земя-Луна за по-малко от 48 часа. Мястото за кацане на апарата е фиксирано в района на Морето от дъждове, между кратерите на Автолик, Аристил и Архимед. Този район сега се нарича залив Лунник.
Когато станцията удари повърхността на Луната, тя беше разрушена. Учените обаче успяват да фиксират, че не само самата станция, но и последната, трета степен на ракетата е достигнала повърхността.
Значението на мисията Луна-2
На борда на АМС Луна-2 беше поставена метална топка, която при удара се разби на много петоъгълни флагчета с възпоменателна гравюра „СССР, септември 1959 г.“. Същите символи на триумфа на съветската космонавтика бяха поставени на самия апарат Луна-2 и на последния етап на ракетата.
Така "Луна-2" стана вторият триумф на съветската космонавтика след изстрелването на първия в историята. По време на този полет за първи път беше възможно да се получи параболична скорост (втората космическа). Първият апарат в историята на човечеството, създаден от човешки ръце, достига повърхността на друго космическо тяло, преодолявайки силата на гравитацията и преминавайки огромно разстояние от Земята до Луната.
Като признание за важността на това събитие, леден перваз в Източна Антарктида, открит през същата година от съветски учени в Антарктическа експедиция, беше наречен нос Луник (точно като лунния залив, където падна АМС Луна-2).
От изстрелването на първия спътник на Земята до началото на изследването на Луната от космически кораб изминаха по-малко от година и половина. И това не е изненадващо, тъй като Луната е най-близкият обект до Земята и много необичаен обект за Слънчевата система: съотношението на масата на Земята / Луната превишава всички други спътници на планетите и е 81/1 - най-близкият такъв индикаторът е само 4226/1 в снопа Сатурн /Титан.
Поради факта, че вулканичната активност на Луната бързо избледнява (поради относително малката й маса), повърхността й е много древна и се оценява на почти 4,5 милиарда години, а отсъствието на атмосфера води до натрупване на възраст и състав на метеорити, на чиято повърхност може да достигне и дори да надмине възрастта на самата Слънчева система. Всичко това, в допълнение към самата близост на Луната до нас, предизвика активен научен интерес сред хората и желание да го изследват: общ бройкосмически кораб, изпратен да го изследва (включително неуспешни мисии) вече надхвърля 90 броя. И за цялото им разнообразие ще стане дума днес.
Първите стъпки
Първото изследване на Луната започна доста зле както в СССР, така и в САЩ: само четвъртият от серията превозни средства, изстреляни към Луната (съответно Луна-1 и Пионер-3), бяха дори частично успешни. Това не беше изненадващо, тъй като изследването на Луната започна в момента, когато и те, и ние имахме няколко успешни сателитни изстрелвания в нашата сметка, така че какво да кажем за условията отворено пространствомного малко се знаеше. Като добавим към това ограничени технически трудности, които не позволяваха по това време да се пълнят космически кораби с купища сензори, както може да се направи сега (така че понякога човек можеше само да гадае за причините за аварията) - и може да си представим при какви условия дизайнерите на космически кораби понякога трябваше да работи.Обсъждане на неуспеха на станция Луна-8 от книгата Королев: Факти и митове от Я. К. Голованов, журналист, който почти стана астронавт:
Първият изкуствен спътник на Земята (вляво) и станцията Луна-1 (вдясно)
Същата сферична форма, същите четири антени... но всъщност имаше малко общо между тези два спътника: Спутник-1 имаше само радиопредавател, докато няколко научни инструмента вече бяха инсталирани на Луна-1. С тяхна помощ за първи път е установено, че Луната няма магнитно поле и за първи път е регистриран слънчевият вятър. Също по време на полета му беше проведен експеримент за създаване на изкуствена комета: на разстояние от около 120 хиляди км от Земята от станцията беше освободен облак от натриева пара с тегло около 1 кг, който беше записан като обект на 6-та величина.
Станцията "Луна-1" се сглобява с блок "Е" - третата степен на ракетата-носител "Восток-Л", с помощта на която бяха пуснати и станциите "Луна-2" и "Луна-3".
Филм, посветен на станция Луна-1
Първоначално Луна-1 трябваше да бъде разбита о повърхността му, но по време на подготовката на полета забавянето на сигнала от MCC към устройството не беше взето предвид (по това време беше използвано радиокомандно управление от земята) и двигателите, които работеха малко по-късно от необходимото, доведоха до пропуск от 6 хиляди км - което е, "ракетната наука" никога не е била лесна...
На 3 март 1959 г. американският космически кораб Pioneer-4 е изпратен по същата траектория на полета с набор от втора космическа скорост. Целта му беше да изучава Луната от траектория на прелитане, но пропуск от цели 60 хиляди км доведе до факта, че фотоелектричният сензор не може да фиксира Луната и не беше възможно да се снима, но броячът на Гайгер установи че лунният квартал не се различава по нивото на радиация от междупланетната среда.
Сглобяване на апарата Pioneer-3 - пълен аналог на Pioneer-4
На 12 септември 1959 г. е пусната станция Луна-2. За нея, освен да удари луната, беше поставена допълнителна задача - да достави знамето на СССР на Луната. По това време системите за ориентация и корекция на орбитата все още не са били готови, така че ударът се приема за сериозен - със скорост над 3 km/s. Разработчиците на устройството предприеха два технически трика: 1) флагчета бяха поставени върху повърхността на две топки с диаметър около 10 и 15 см:
При „докосване“ на Луната експлозивният заряд вътре в тези топки се взривява, което позволява на част от флагчетата да угасят скоростта спрямо Луната.
2) Друго решение беше да се използва алуминиева лента с дължина 25 см, върху която бяха поставени надписите. Самата лента беше поставена в здрав калъф, пълен с течност с плътност, подобна на тази на лентата, а този калъф от своя страна беше поставен в по-малко издръжлив. В момента на удара външното тяло е смачкано и енергията на удара е потушена. Течността послужи като допълнителен амортисьор и направи възможно да се уверите в безопасността на лентата. Цялата тази конструкция беше поставена на третата степен на ракетата, което доведе станцията до траекторията на излитане към Луната. Фактът, че станцията и последният етап са ударили Луната, е записан, но нищо не се знае за това колко добре са запазени флагчетата. Може би в бъдеще една експедиция от историци по космонавтика ще може да отговори на този въпрос.
До 7 октомври 1959 г. първите изображения на далечната страна на Луната са получени с помощта на станцията Луна-3, която стартира на 4 октомври, както всички други мисии на програмата Луна от Байконур. Той тежеше 287 килограма и вече имаше пълноценна система за ориентация за Слънцето и Луната, осигуряваща точност от 0,5 градуса при снимане. Станцията беше първата, която използва гравитационен асистент:
Траекторията на полета на станция Луна-3 - тази траектория е изчислена под ръководството на Келдиш, за да се осигури преминаването на станцията над територията на СССР, когато се върне на Земята. Следващата гравитационна маневра ще бъде извършена само от Маринър 10, летящ близо до Венера на 5 февруари 1974 г.
Методът, по който се извърши заснемането, беше интересен: първо снимките бяха направени с помощта на фотографско оборудване, след това филмът беше разработен и дигитализиран с помощта на камера с пътуващ лъч, след което вече беше предаден на Земята. За да се избегне рискът от повреда на устройството преди да се върне на Земята (полетът до Луната и обратно отне повече от седмица), бяха осигурени два режима на комуникация: бавен (когато устройството беше близо до Луната, далеч от приемната станция) и бърз (за комуникация в моментите, когато устройството прелетя над СССР). Решението за дублиране на комуникационните системи се оказа абсолютно правилно - станцията успя да предаде само 17 от 29-те снимки, които направи, след което комуникацията с нея беше прекъсната и вече не беше възможно да се възстанови.
Първата в света снимка на далечната страна на Луната. Снимката беше с посредствено качество поради смущения в сигнала. Но следващите снимки вече бяха много по-добри:
В резултат на това с помощта на тези 17 изображения успяхме да изградим доста подробна карта:
Снимки с висока разделителна способност на видимата страна на Луната са получени от Рейнджър-7, изстрелян на 28 юли 1964 г. Тъй като това е единствената цел на това устройство, на борда му са инсталирани цели 6 телевизионни камери, които успяват да предават 4300 изображения на Луната през последните 17 минути полет преди сблъсъка.
Процесът на приближаване до луната (видеото се ускори)
Заснемането се проведе до самия сблъсък, но поради високата скорост на станцията спрямо луната, последното изображение беше направено от височина около 488 метра и не беше предадено до края:
С абсолютно същата цел са изстреляни Рейнджър 8 и Рейнджър 9 (съответно на 17 февруари и 21 март 1965 г.).
По-добри снимки на далечната страна на Луната са получени от станцията Zond-3, изстреляна на 18 юли 1965 г. Първоначално тази станция се подготвяше заедно със Зонд-2 за полет до Марс, но поради проблеми прозорецът за изстрелване беше пропуснат и Зонд-3 обиколи Луната. За тестване нова системаКомуникационните снимки, получени от станцията, бяха предавани на Земята няколко пъти.
Снимката е направена от Zond-3
Меко кацане и доставка на почва
Задачата за меко кацане на Луната е много по-трудна и след това е изпълнена едва на 3 февруари 1966 г. от станцията Луна-9, която стартира на 31 януари. Устройството имаше доста сложен дизайн:
Поради факта, че нищо не се знае за повърхността на Луната, процесът на кацане беше доста сложен:
Сложността на системата за кацане не остана незабелязана: от станцията за кацане от 1,5 тона остана ALS от само 100 кг тегло, което на повърхността изглеждаше така:
Тъй като осветеността на Луната се променя изключително бавно (Луната се върти само на 1° спрямо Слънцето за 2 часа), беше решено да се използва оптико-механична система за изображения, която беше много по-надеждна, по-лека и изразходваща по-малко енергия. Бавната му скорост на работа се оказа равномерна положителен фактор- бавен комуникационен канал беше достатъчен за предаване на данни, така че ALS можеше да се справи с ненасочени антени.
Първата снимка на лунната повърхност беше кръгла панорама с резолюция 500 на 6000 пиксела, заснемането на една снимка отне 100 минути. Телевизионната камера имаше ъгъл на видимост от 29° вертикално, в допълнение към което конструкцията на устройството предвиждаше наклона му с 16° спрямо вертикалата на терена - така че да може да заснеме както далечната панорама, така и близката повърхност микрорелеф:
Пълна панорама на луната е само на един клик разстояние. Могат да се видят допълнителни снимки на устройството на станцията, а самата камера, която снимаше, изглеждаше така:
В момента ентусиастите на НАСА ще търсят полета и останките от надуваемия амортисьор на станцията с помощта на LRO снимки (самият апарат е твърде малък, за да се види - трябва да изглежда като 2 * 2 пиксела на LRO снимки).
Американците успяха да приземят модула за спускане Surveyor-1 до 2 юни (4 месеца след нашата станция). Беше оборудван с много сензори:
Самото устройство извърши кацане от траектория на полета, следователно на него бяха инсталирани инструменти за тази цел: основният двигател (той беше пуснат на височина 10 км), кормилни двигатели и висотомер / сензор за скорост. Краката за кацане бяха направени от алуминиеви пчелни пита, за да смекчат удара по време на лунното кацане. Сред целевото оборудване на устройствата бяха телевизионна камера, сензор за анализиране на светлината, отразена от повърхността (за определяне химичен съставпочва) и сензори за определяне на температурата на повърхността. Започвайки от третия апарат, е монтиран и пробоотборник, с който са направени траншеи за определяне на свойствата на почвата. От 7-те геодезисти, изпратени на Луната преди февруари 1968 г., двама се разбиха в процеса на спиране близо до Луната, а останалите 5 седнаха и изпълниха задачите си за изследване на Луната.
На 31 март 1966 г. стартира станцията Луна-10, която до 3 април за първи път в историята влиза в орбитата на нашия спътник. Имаше гама-спектрометър, магнитометър, детектор за метеорити, инструмент за изследване на слънчевия вятър и инфрачервеното лъчение на Луната. Също така бяха проведени изследвания на гравитационните аномалии на Луната (масконите). Обща продължителностмисията беше около 3 месеца. Със същата цел са пуснати станциите Луна-11 и Луна-12 (съответно на 24 август и 22 октомври).
Общ изглед на станцията с етап на полета и нейния дизайн. Този миграционен етап е използван и в станции от Луна-4 до Луна-9 включително.
На 10 август 1966 г. пет автомобила от серията Lunar Orbiter са изпратени на Луната. Подобно на съветските станции, те използваха филм за заснемане. Тъй като те вече бяха пуснати като част от подготовката за програмата Аполо, картографията на Луната включваше предимно изображения на бъдещи места за кацане на лунните модули. Времето им на работа беше по-малко от две седмици, изображенията имаха разделителна способност до 20 метра и покриваха 99% от цялата лунна повърхност, а за 36 потенциални места за кацане бяха направени изображения с резолюция 2 метра.
Самото устройство беше доста голямо: с общо тегло от само 385,6 кг, обхватът на слънчевите панели беше 3,72 метра, а насочената антена беше 1,32 метра в диаметър. Камерата имаше два обектива за едновременни широкоъгълни снимки и снимки с висока разделителна способност. Тази система е разработена от Kodak на базата на системите за оптично разузнаване на самолетите U-2 и SR-71.
Освен това имаха детектори за микрометеорити и радиофар за измерване на гравитационните условия близо до Луната (с които масконите също бяха забелязани). Те застрашиха безопасността на астронавтите, тъй като кацането без тяхното отчитане според изчисленията може да доведе до отклонение от 2 км вместо стандартните 200 м от вашата цел.
На 19 юли 1967 г. успоредно с програмите Surveyor и Lunar Orbiter стартира апаратът Explorer-35, който работи в орбита на Луната 6 години - до 24 юни 1973 г. Устройството е проектирано за изследване на магнитното поле, състава на повърхностните слоеве на Луната (въз основа на отразения електромагнитен сигнал), откриване на йонизиращи частици, измерване на характеристиките на микрометеоритите (по отношение на скорост, посока и въртящ момент), като както и изучаване на слънчевия вятър.
Следващият съветски космически кораб, достигнал до Луната, е Зонд-5, изстрелян на 15 септември 1968 г. Устройството беше космически кораб "Союз 7К-L1", изстрелян от ракета-носител "Протон" и беше предназначен да лети около Луната. В допълнение към тестването на самия кораб, той имаше и научна цел: прелетя първите живи същества, които летяха около Луната 3 месеца преди Аполо 8 - това бяха две костенурки, плодови мухи и няколко растителни вида. След като облита луната, спускащият се превозно средство се пръсна във водите на Индийския океан:
Освен проблеми с претоварванията по време на кацане, полетът премина добре, така че следващият Зонд-6 (изстрелян на 10 ноември 1968 г.) кацна не в морето, а в обикновена зона за кацане на територията на СССР. За съжаление той се разби по време на спускането с парашут: те бяха изстреляни на височина от около 5 км вместо прогнозния момент точно преди докосването на земята и всички биологични обекти на борда (които бяха изпратени около Луната в този полет) загинаха. Филмът с черно-бели и цветни снимки на Луната обаче е оцелял.
Извършени са още два успешни изстрелвания на този кораб: Зонд-7 и Зонд 8 (съответно на 8 август 1969 г. и 20 октомври 1970 г.) с успешно завръщане на спускащите се апарати.
На 13 юли 1969 г. (три дни преди изстрелването на Аполо 11) е изстреляна станцията Луна-15, която е трябвало да достави проби от лунна почва на Земята, преди американците да трябва да го направят. Въпреки това, в процеса на забавяне, Луната загуби връзка с нея. В резултат на това Луна-16, изстрелян на 12 септември 1970 г., стана първата автоматична станция, доставяща проби от лунна почва:
На 20 септември спускащият апарат с тегло 1880 килограма достигна повърхността на Луната. Пробата е получена с помощта на бормашина, която в рамките на 7 минути достига дълбочина от 35 см и взема 101 грама лунна почва. Тогава от Луната беше изстрелян апаратът за връщане с тегло 512 кг и още на 24 септември пробите на спускащия се 35 кг апарат кацнаха на територията на Казахстан.
Също така, за целите на доставката на лунна почва са изпратени станциите Луна-20 и Луна 24 (пуснати на 14 февруари 1972 г. и 9 август 1976 г., доставящи съответно 30 и 170 грама пръст). Луна 24 успя да получи почвени проби от дълбочина 1,6 м. Малка част от лунната почва е прехвърлена на НАСА през декември 1976 г. Станцията Луна-24 беше последната за следващите 37 години, която извърши меко кацане на Луната - до кацането на китайския Нефрит заек.
Луноходи и финалът на първия етап на изследване
Стартирана на 10 ноември 1970 г., станция Луна-17 достави първия в света планетарен роувър: Луноход-1, който работи на повърхността в продължение на 301 дни. Оборудван е с две телевизионни камери, 4 телефотометъра, рентгенов спектрометър и рентгенов телескоп, одометър-пенетрометър, детектор за радиация и лазерен рефлектор.
По време на работата си той пропътува повече от 10 км, предаде около 25 хиляди снимки на земята, направени са 537 измервания на физико-механичните свойства на лунната почва и 25 пъти - химически.
Дистанционно управление за Луноход
На 8 януари 1973 г. е изстрелян Луноход-2, който има същия дизайн. Въпреки повредата на навигационната система той успява да измине повече от 42 км, което е рекорд за планетарни роувъри до 2015 г., когато този рекорд е счупен от марсохода Opportunity. Полетът на Луноход-3, планиран за 1977 г., за съжаление беше отменен.
Снимки на Луноход-3 в музея на НПО на името на С. А. Лавочкин
На 3 октомври 1971 г. автоматичната междупланетна станция Луна-19 е изстреляна в орбитата на Луната с ракета Протон-К, която работи 388 дни. Теглото му е 5,6 тона и е построено въз основа на проекта на предишната станция Луна-17:
Научното оборудване включваше дозиметър, радиометрична лаборатория, магнитометър, монтиран на 2-метров прът, оборудване за определяне на плътността на метеоритната материя и камери за заснемане на повърхността на Луната. Една от основните задачи на апарата беше изучаването на масконите. Поради повреда на системата за управление и навлизането в неопределена орбита беше решено да се изостави задачата за картография на Луната. По време на полета бяха получени допълнителни данни за магнитното поле на Луната и беше установено, че плътността на метеоритните частици в близост до Луната не се различава от концентрацията им в диапазона от 0,8-1,2 AU. от слънцето.
На 29 май 1974 г. със същата научна програма е пусната станция Луна-22, която работи 521 дни. Тези станции позволиха да се изяснят гравитационните полета на Луната и да се опрости кацането на станциите Луна-20 и Луна-24 за вземане на проби от почвата.