Первый управляемый луноход. Неизвестные факты о советских луноходах
Первый лунный самоходный аппарат. Он был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года, советской межпланетной станцией Луна-17 и проработал на её поверхности до 4 октября 1971 года. Предназначался для изучения особенностей лунной поверхности, радиоактивного и рентгеновского космического излучения на Луне, химического состава и свойств грунта.
История
Луноход-1 был создан в конструкторском бюро химкинского Машиностроительного завода имени С. А. Лавочкина под руководством Григория Николаевича Бабакина. Самоходное шасси для Лунохода было создано во ВНИИТрансМаш под руководством Александра Леоновича Кемурджиана.
Эскизный проект лунохода был утвержден осенью 1966 года. К концу 1967 года была готова вся конструкторская документация.
Автоматическая межпланетная станция Луна-17 с Луноходом-1 стартовала в 10 ноября 1970 года и 15 ноября Луна-17 вышла на орбиту искусственного спутника Луны.
17 ноября 1970 года станция благополучно прилунилась в Море Дождей и Луноход-1 съехал на лунный грунт.
Управление исследовательским аппаратом осуществлялось при помощи комплекса аппаратуры контроля и обработки телеметрической информации на базе «Минск-22» - СТИ-90. Центр управления луноходом в Симферопольском Центре космической связи включал в себя пункт управления луноходом, который состоял из пультов управления командира экипажа, водителя лунохода и оператора остронаправленной антенны, рабочее место штурмана экипажа, а также зал оперативной обработки телеметрической информации. Основную сложность при управлении луноходом составляла задержка времени, радиосигнал двигался до Луны и обратно около 2 секунд, и применение малокадрового телевидения с частотой смены картинки от 1 кадра в 4 секунды до 1 в 20 секунд. В результате общая задержка в управлении доходила до 24 секунд.
В течение первых трёх месяцев запланированной работы, помимо изучения поверхности аппарат выполнял еще и прикладную программу, в ходе которой отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. После выполнения программы луноход проработал на Луне в три раза больше своего первоначально рассчитанного ресурса. За время нахождения на поверхности Луны «Луноход-1» проехал 10 540 м, передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведён анализ его химического состава.
15 сентября 1971 года температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла. 30 сентября аппарат на связь не вышел и 4 октября все попытки войти с ним в контакт были прекращены.
11 декабря 1993 года Луноход-1 вместе с посадочной ступенью станции Луна-17 были выставлен фирмой Lavochkin Association на аукционе Сотбис. При заявленной начальной цене 5 000$ торги закончились на сумме 68 500$. По информации российской прессы, покупателем оказался сын одного из американских астронавтов. В каталоге было указано, что лот «покоится на поверхности Луны».
ВНИИТрансМаш
В одном из цехов ВНИИТМ
Основным разработчиком шасси для планетоходов (колеса, двигатели, привод, подвеска, система управления ими) в СССР был (и остается до настоящего времени в России) ленинградский ВНИИтрансмаш (ВНИИТМ). В этом учреждении разрабатывались главным образом шасси для танков, так что был накоплен обширный опыт в области создания транспорта повышенной проходимости, ведь общее свойство у планетохода и танка - движение по неподготовленной местности.
Робот СТР-1 для очистки крыши ЧАЭС от радиоактивного мусора
Здесь было создано и испытано множество самых различных устройств - Луноход 1 и 2 (1970), шагающий планетоход отправленный в 1971 году на Марс, прыгающий для Фобоса (1988), робот для очистки крыши разрушенного энергоблока Чернобыльской АЭС (1986), планетоход для неудавшейся экспедиции Марс-96, несколько планетоходов в рамках сотрудничества с зарубежными организациями (в последние годы) и т.д.
Прыгающий аппарат для исследования Фобоса
Шагающий аппарат для исследования Марса PROP v M, 1971 год
Гусенично-шагающий марсоход
Наверное многие обратили внимание, что все луноходы, которые перемещались по другим планетам - колёсные. И это при том, что давно известно множество других подходов - гусеничный, шагающий и т.д. Видимо, есть серьезные причины выбирать именно колеса.
Почти все небесные тела которые доступны нам для исследования имеют твердую поверхность с множеством относительно ровных участков. Там нет болот, зыбучих песков, леса и растительности, которые могли бы потребовать гусениц или шагающих движителей. На Луне и Марсе, также как на Меркурии и Венере - везде колеса вполне можно использовать.
Колёса - очень экономичный вид движителя. Чтобы прокручивать, скажем, гусеницы, нужна куда большая мощность. А ведь это дополнительные батареи, которые нужно доставлять за сотни тысяч километров.
Важна и надежность - проблематично заменить на Марсе порванную гусеницу или сломанный рычаг ноги, в то время как поломка даже нескольких колес совсем необязательно ставит под угрозу выполнение задачи.
Теория движения колесных машин также разработана лучше всего. Достаточно вспомнить, что до сих пор почти не нашли применения шагающие машины, даже в хорошо изученных земных условиях.
Сравнительно прост и привод колес от электромоторов, легко обеспечивать разворот.
Итак, выбор колёсного движителя явно оправдан. Далее мы рассмотрим несколько вариантов колёс созданных во ВНИИТМ
Колёса Лунохода
Колеса Лунохода уже можно считать классикой. Большинство последующих макетов и реальных планетоходов хоть что-то, да позаимствовали от них. Колеса состоят из трех титановых ободов, с закрепленной на них стальной сетки с грунтозацепами из того же титана. На твердой поверхности опора происходит на средний обод, на мягком же грунте обод проникает глубоко и тогда работает сетка.
Пробные варианты колёс для Лунохода
Это два пробных варианта колес для Лунохода. Колесо подрессоривается, в одном случае, с помощью упругих металлических лент, в другом - с помощью цилиндрических пружин вдоль оси колеса.
Еще один вариант - здесь внешняя поверхность колеса сделана из упругой сетки, однако под сеткой размещены ленточные пружины, которые работают когда при ударах сетка проминается. Профиль колеса мешает боковому сползанию. Грунтозацепы (в середине) работают главным образом при прогибании сетки на твердых грунтах.
Пробные варианты колес для Лунохода
Для планет с сильной гравитацией (Марс, Земля) от непрочной сетки отказываются в пользу сплошной поверхности с грунтозацепами (оболочковое колесо). В случае с марсоходами ученые исходили из первых фотографий "Викинга" где поверхность Марса выглядела каменистой.
Колесо IARES
Как видно, во всех конструкциях стараются обеспечить хорошую сцепляемость с грунтом (грунтозацепы, сетка), небольшой вес (отсутствие сплошных дисков, по возможности сетка и спицы, либо сплошное но полое колесо), подрессоривание (спицы, пружины и т.п.), меры против бокового сползания (характерный выпуклый либо вогнутый профиль).
Почти во всех колесных планетоходах колесо представляет собой единый (часто даже герметизированный) модуль, включающий также редуктор, электромотор, тормоз, необходимые датчики. Называется такой модуль "мотор-колесо". Применение мотор-колес позволяет, наряду с подвеской, обеспечивать равную нагрузку на все колеса и эффективное использование мощности на неровностях ландшафта, при повисании части колес в воздухе и т.п.
Мотор-колесо в разрезе
Если же рассматривать колесный движитель в целом, возникает вопрос - почему у планетоходов, в частности Лунохода, столько колёс?
Во-первых, до последнего момента не исключалось использование гусениц. В случае с 8 колесами Лунохода это не потребовало бы полного пересмотра конструкции. Во-вторых, снижение нагрузки на грунт. И наконец, надежность - работоспособность при выходе из строя нескольких колес.
На случай заедания в приводе колес в Луноходе были предусмотрены специальные механизмы разблокировки. Пиротехнический заряд по команде с Земли мог перебить вал и в результате неисправное заблокированное колесо стало бы ведомым. У четырех колесного такое было бы невозможно. К счастью, эта возможность не была ни разу использована
ПОДВЕСКА
Подвеску делают независимой для каждого мотор-колеса. Это позволяет преодолевать небольшие выступы и впадины избегая сильных кренов всей машины и перегрузки отдельных двигателей. В идеале, каждое колесо в любой момент времени должно касаться грунта, причем с примерно одинаковыми нагрузками от взаимодействия с ним. Это обеспечивается не только механикой, но и электронной частью, оценивающей нагрузки на двигатели, и подвеску. Механическая часть подвески обычно выполняется в виде рычагов, причем в качестве упругих элементов используются торсионы - стальные или титановые стержни, которые представляют собой "пружину" работающую на кручение. Использование гидравлики проблематично, из-за сильных колебаний температуры на поверхности планет.
Поучительна история гибели Лунохода-2 - на нем был установлен новый датчик крена-дифферента (весь блок автоматики Лунохода-2 разрабатывался с тройным дублированием - как для обитаемой машины).
Датчик в Луноходе-1 был разработан самим ВНИИТМ, но посчитали, что машиностроительное предприятие должно заниматься своим делом и разработку нового датчика поручили другой организации.
В новом датчике использовалась незамерзающая жидкость. Однако, не была учтена малая сила тяжести на Луне. В результате, сразу после прилунения, датчик оказался нерабочим. А ведь этот датчик должен предохранять Луноход от опрокидывания - автоматически останавливать его, если наклон слишком велик (попутно - позволяет получить представление о геометрии лунной поверхности). Здесь же он показал что Луноход стоит под углом 40 градусов еще до съезда с посадочного модуля.
Пришлось ездить без датчика, ориентируясь лишь на то, что видно через телекамеры - линию горизонта и простой уровень - катающийся металлический шарик. Все шло хорошо, но на третий месяц Луноход заехал в довольно большой кратер. Он стоял там с открытой солнечной батареей и подзаряжался. Когда пришло время выезжать из кратера, недооценили угол наклона. В результате, машина зацепилась солнечной батареей, на нее попал грунт, что привело к падению мощности. Попытки стряхнуть грунт только усугубили положение - грунт попал во внутренний отсек. Так закончил свою жизнь Луноход-2.
Кстати говоря, Луноходу-1 повезло еще меньше - при старте взорвался ракетоноситель. Так что тот Луноход-1 что был на Луне - не совсем первый Луноход.
В любом случае Луноход-2 прошел по Луне намного большее расстояние - 40 км за 3 месяца, чем Луноход-1 - 10 км. за 10 месяцев. Сказался опыт, который приобрели исследователи и водители.
Камера для имитации атмосферы планет и марсоход в ней
СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ
Возможно для некоторых это станет неожиданностью, но максимальные скорости всех автоматических планетоходов очень небольшие - не более 1-2 км/ч. Собственно, для аппаратов без экипажа это не так важно, поскольку управление ими осложнено задержкой сигнала, которая доходит до десятков секунд. Также, низкая скорость снижает вероятность повреждений при наезде на камень, отсутствуют заносы и т.д.
МАНЁВРЕННОСТЬ
Большой радиус поворота станет проблемой, если поблизости находится скала или расщелина, куда аппарат может сплозти при развороте.
Самые распространенное решение позаимствовано у гусеничных машин: делая различными скорости колес по левому и правому борту машины (в простейшем случае, с использованием тормозов), можно развернуть ее практически на месте.
Такой подход еще и упрощает конструкцию, повышает ее надежность, поскольку не нужно делать поворотных колес. Общеизвестный пример - "Луноход" (1970).
Шасси для Лунохода
Другой вариант увеличения маневренности - поворотные колеса. Например, параллельный поворот всех колес в нужную сторону был реализован в аппарате "ХМ-ПК" (1976)
ОПАСНОСТЬ ПРОВАЛИВАНИЯ
Следующая проблема - необходимость преодолевать расщелины, не проваливаться на рыхлом грунте. Это может быть решено несколькими путями: колесами большой ширины и диаметра, большим количеством колес по каждому из бортов.
Так например, у Лунохода было 8 широких колес. Их полусферический профиль препятствует боковому сползанию (при движении вдоль склона).
Другой вариант решения (1989) предполагал использование больших (сопоставимых по размеру с самим планетоходом) надувных колес низкого давления с металлическим каркасом и грунтозацепами. Однако, такие колеса плохо выдерживают перепады температур, требуют обслуживания. Зато, они нашли применение на Земле - в тех местах, где необходимо движение по глубокому снегу.
Планетоходы испытывались в Средней Азии, на Камчатке (в зонах свежих извержений) - чтобы было большое разнообразие форм рельефа.. Ведь заранее не было известно, какой грунт, к примеру, на Луне. Были предположения, что грунт находится во взвешенном состоянии и Луноход может просто утонуть. Поэтому испытания проводили также и на снежниках - где снег засыпан вулканическим песком.
ПРЕОДОЛЕНИЕ КАМНЕЙ, ЗАСТРЕВАНИЕ
На планетах, куда сейчас возможна доставка планетоходов, встречается множество камней, скальных выступов, кратеров. То, что для шагающего аппарата будущего, наверное, не будет проблемой (согласитесь, человек легко преодолевает большинство препятствий, которые непреодолимы для колес) для сегодняшних планетоходов проблема весьма актуальная.
Представим ситуацию, когда обычная машина наезжает одним бортом на крупный камень. Возникает крен всей машины и аппарат рискует перевернуться. Для планетохода такое поведение недопустимо, потому подвеска устроена гораздо сложнее - когда одно из колес переезжает камень, остальные могут везти аппарат вполне горизонтально.
Здесь клиренс фактически отсутствует - днища нет, вместо него - конические мотор-колеса. Если под них попадает камень, застревания не происходит, поскольку грунтозацепы расположены по всей длине колеса. Есть здесь, впрочем, и недостаток -остается мало места для размещения полезного груза (возможное решение - размещать батареи внутри колес). В другой разработке - IARES - вместо конических колес используются обычные, совместно с валиками, также имеющими грунтозацепы.
Но даже это может не спасти, если камень окажется под днищем планетохода и тот "сядет на брюхо". Поэтому, дорожный просвет (клиренс) стараются делать максимальным. Увеличение клиренса, в свою очередь, может привести к неустойчивости аппарата - центр тяжести должен располагаться как можно ниже (были даже проекты помещать аккумуляторы внутри мотор-колес, но это ведет к другим проблемам).
Советский Союз так и не сумел высадить человека на Луне. Он проводил исследование спутника Земли с помощью дистанционно управляемых луноходов. Если верить просочившимся в СМИ фактам, водители этих луноходов наблюдали на поверхности Луны очень странные картины….
«Луноход-2» был доставлен на поверхность Луны автоматической станцией «Луна-21» 16 января 1973г. Проработав дольше расчетного ресурса, аппарат, проделав путь в 38км., передал на Землю 86 панорамных снимков лунной поверхности и 80 тысяч обычных. Официально основной целью лунохода было изучение магнитного поля Луны. О том, что видели водители лунохода на Земле, стало известно гораздо позже. Да и то, человек, поделившийся этими сведениями, скрылся под псевдонимом Андрей Петрович П., не желая разглашать свою настоящую фамилию. А в официальных интервью водители лунных аппаратов продолжали хранить тайну. Довгань Александр Георгиевич не сказал правды даже космонавту Георгию Гречко. На его вопрос о «зеленых человечках», Довгань ответил, что он их не видел, так как за руль лунохода садился трезвый. Если верить публикациям в СМИ, водители луноходов видели много интересного.
Ведя аппарат по поверхности Луны, «Андрей Петрович» и его напарник заметили странное образование. Руководившие проектом ученые дали команду подобраться к нему ближе. Сигнал с Землю до лунохода идет с трехсекундной задержкой. Из-за сложностей в управлении, пятьдесят метров пути до странного объекта преодолели более чем за тридцать минут, периодически останавливая аппарат, чтобы лучше разглядеть объект. Это было явно рукотворное сооружение в виде полусферы около двух метров в поперечнике.
Когда луноход подошел к объекту на расстояние около 10м, между учеными возник спор, что делать дальше. Не придя к единому мнению, они запросили указаний руководителей проекта, и 
получили приказ до их приезда ничего не предпринимать. Видимо, начальники были осведомлены лучше других, с чем можно столкнуться на Луне. Недаром же луноходы оснащались спаренными пулеметами, хотя каждый килограмм полезной нагрузки был на счету.
Через несколько минут ожидания в куполе съехала в сторону дверь. Изнутри показалось странное, похожее то ли на насекомое, толи на рака существо. По всей видимости, робот. Он приблизился к луноходу, и связь с аппаратом мгновенно оборвалась.
После приезда руководства, записанное на пленку изображение прокрутили неоднократно. И «Андрею Петровичу» удалось рассмотреть, что метрового размера существо действительно походит на рака. Всем присутствующим в зале управления напомнили про подписку о неразглашении. Сведениями запрещалось делиться не только с родными и близкими, а и с водителями-сменщиками.
В течение трех суток пытались оживить вышедший из строя луноход. На четвертые сутки был получен сигнал, но не изображение лунной поверхности и объекта, а зашифрованный текст. С 
большим трудом его расшифровали шифровальщики спецслужб. Латинским шрифтом земляне были объявлены «персонами нон грата», а Луна – суверенной территорией «Народа Неба». Было заявлено, что любая несанкционированная высадка на поверхность Луны будет рассматриваться, как акт агрессии.
Поначалу послание расценили как шутку одного из участников проекта, но тщательная проверка эту версию не подтвердила.
«Луноход-2» прилунился в 172км к югу от места посадки автономного модуля с «Apollo-17» - последнего корабля лунной программы американцев. И во время посадки у него вышло из строя навигационное оборудование. Но помогли американцы.
На советско-американской встрече по обсуждению результатов исследования космического пространства, которая проходила с 29 января по 2 февраля в Москве, один из американских ученых подошел к главному конструктору по лунной тематике НПО им. Лавочкина Олегу Ивановскому и положил в карман его пиджака конверт. Внутри конверта была детальная фотография района посадки «Луны-21», которую американцы сделали перед вылетом «Apollo-17”.
В 1975г. к отправке на Луну был готов «Луноход-3». Более проходимый, усовершенствованный и оснащенный мощным оружием. Только к Луне он не полетел. Программу резко переключили на доставку лунного грунта. А позже и вовсе закрыли без объяснения причин.
В течение 37 лет никому не удавалось обнаружить на поверхности Луны вышедший из строя «Луноход-2». Лишь в 2007г. канадский ученый Фил Сток из Университета Западного Онтарио, изучая сделанные NASA снимки лунной поверхности, обнаружил и «Луноход-2» и оставленный им след, длинной в 37км.
К вышеизложенному можно отнестись с большой долей недоверия, но в 1996г. один из участников проекта «Аполлон» доктор Эдвин Райс выпустил книгу «Потерянный космос», в которой утверждал, что во время миссии «Apollo-17», американские астронавты встретили на поверхности Луны метрового размера куполообразное сооружение, из которого выползло больше десятка ракообразных существ. Ими не было предпринято попыток атаковать лунный аппарат «Ровер», на котором передвигались американцы, но «Ровер» перестал действовать.
Астронавты услышали четкую речь, которая была переведена в центре управления полетом, и смысл ее сводился к тому, что американцы вторглись на чужую территорию и им следует немедленно ее покинуть. Сразу же после этого «Ровер» стал нормально работать, и американцы поспешили на нем к лунному модулю. Не вняв ультиматуму существ, проживающих на Луне, американцы тайно весной 1973г. запустили на Луну аппарат «Лунар Скаут», который прилунился недалеко от места посадки «Apollo-17». Связь с ним оборвалась внезапно, а позже Хьюстон получил сообщение с орбитального модуля, что высадка на Луну запрещена, а доказательства силы будут продемонстрированы в одном из
национальных парков. В определенное жителями Луны время, на площади в четыре гектара от растущих деревьев остались голые стволы. Позже выдвинули гипотезу, что было применено гравитационное оружие.
После этого лунные программы свернули и американцы, и Советский Союз. А Вернер фон Браун на вопрос журналистов о причине свертывания лунной программы ответил: «На Луне есть внеземные силы, которые гораздо мощнее, чем мы можем предположить, но я не имею права говорить о подробностях».
17 ноября 1970 года автоматическая станция «Луна-17» доставила на поверхность Луны первый в мире планетоход – «Луноход-1».
Учёные СССР успешно реализовали эту программу и сделали ещё один шаг не только в гонке с США, но и в изучении Вселенной.
«Луноход-0»
Как ни странно, но «Луноход-1» это не первый луноход, стартовавший с поверхности Земли. Путь к Луне был долгим и трудным. Методом проб и ошибок советские учёные прокладывали дорогу в космос. Вот уж действительно – первопроходцам всегда тяжело! Ещё Циолковский мечтал о «лунной карете», которая будет сама передвигаться по Луне и совершать открытия. Великий учёный как в воду глядел! – 19 февраля 1969 года ракета-носитель «Протон», которая и сейчас используется для получения первой космической скорости, необходимой для выхода на орбиту, стартовала, дабы отправить межпланетную станцию в космическое пространство. Но при разгоне головной обтекатель, закрывавший луноход, под воздействием силы трения и высоких температур начал разрушаться – обломки попали в топливный бак, что привело к взрыву и полному уничтожению уникального планетохода. Этот проект получил название «Луноход-0».
«Королёвский» луноход
Но даже «Луноход-0» оказался не первым. Проектирование аппарата, который должен был, как машинка на радиоуправлении, передвигаться по Луне, началось ещё в начале 1960-х годов. Космическая гонка с США, стартовавшая в 1957 году, подстёгивала советских учёных на смелую работу по сложным проектам. Программой планетохода занялось самое авторитетное конструкторское бюро – КБ Сергея Павловича Королёва. Тогда ещё не знали, что собой представляет поверхность Луны – твёрдая она или покрыта многовековым слоем пыли? То есть для начала необходимо было спроектировать сам способ передвижения, а уж потом переходить непосредственно к аппарату. После долгих исканий решили ориентироваться на твёрдую поверхность и ходовую часть лунной машины сделать гусеничной. Этим занялся ВНИИ-100 (позднее ВНИИ ТрансМаш), специализировавшийся на изготовлении ходовых частей танков – проектом руководил Александр Леонович Кемурджиан. «Королёвский» (как его впоследствии называли) луноход напоминал своим внешним видом блестящую металлическую черепаху на гусеницах – с «панцирем» в виде полусферы и прямыми металлическими полями внизу наподобие колец Сатурна. Глядя на этот луноход, становится немного жаль, что ему не было суждено выполнить своё предназначение.
Всемирно известный луноход Бабакина
В 1965 году из-за чрезвычайной загруженности по пилотируемой лунной программе Сергей Павлович передал автоматическую лунную программу Георгию Николаевичу Бабакину в конструкторское бюро химкинского Машиностроительного завода имени С.А. Лавочкина. Это решение Королёв принял с тяжёлым сердцем. Он привык в своём деле быть первым, но с колоссальным объёмом работы в одиночку не мог справиться даже его гений, поэтому мудро было работу разделить. Следует отметить, что с поставленной задачей Бабакин справился с блеском! Отчасти ему на руку сыграло то, что в 1966 году автоматическая межпланетная станция «Луна-9» совершила мягкую посадку на Селену, и советские учёные наконец-то получили точные представления о поверхности естественного спутника Земли. После этого внесли коррективы в проект лунохода, изменили ходовую часть, да и весь внешний вид претерпел существенные изменения. Луноход Бабакина встретил восторженные отзывы всего мира – как среди учёных, так и среди простых людей. Едва ли какое-нибудь средство массовой информации в мире обошло вниманием это гениальное изобретение. Кажется, что и сейчас – фотографией из советского журнала – перед глазами стоит луноход, как смышлёный робот в виде большой кастрюли на колёсиках со множеством замысловатых антенн.
А всё-таки, какой он?
По размерам луноход сопоставим с современным легковым автомобилем, но на этом сходства заканчиваются и начинаются различия. Колёс у лунохода восемь, причём у каждого из них свой собственный привод, что обеспечивало аппарату вездеходные качества. Луноход мог двигаться вперёд и назад с двумя скоростями и делать повороты на месте и в движении. В приборном отсеке (в «кастрюле») размещалась аппаратура бортовых систем. Солнечная батарея откидывалась, как крышка рояля, днём и закрывалась ночью. Она обеспечивала подзарядку всех систем. Радиоизотопный источник тепла (использующий радиоактивный распад) обогревал оборудование в тёмное время суток, когда температура с +120 градусов падала до -170. Кстати, 1 лунные сутки равняются 24 земным. Луноход предназначался для изучения химического состава и свойств лунного грунта, а также радиоактивного и рентгеновского космического излучения. Аппарат был снабжён двумя телекамерами (одна резервная), четырьмя телефотометрами, рентгеновскими и радиационными измерительными приборами, остронаправленной антенной (о ней речь впереди) и прочей хитрой техникой.
«Луноход-1», или недетская игрушка на радиоуправлении
Не будем вдаваться в подробности – это тема для отдельной статьи – но так или иначе «Луноход-1» оказался на Селене. Доставила его туда автоматическая станция, то есть людей там не было, и управлять лунной машиной предстояло с Земли. В состав каждого экипажа входило пять человек: командир, водитель, бортинженер, штурман и оператор остронаправленной антенны. Последнему необходимо было следить за тем, чтобы антенна всегда «смотрела» на Землю, обеспечивая радиосвязь с луноходом. Между Землёй и Луной приблизительно 400 000 км и радиосигнал, с помощью которого можно было подкорректировать движение аппарата, проходил это расстояния за 1,5 секунды, а картинка с Луны формировалась – в зависимости от ландшафта – от 3-х до 20-и секунд. Вот и получалось, что пока формируется картинка, луноход продолжает движение, а после того, как изображение появлялось, экипаж мог обнаружить свой аппарат уже в кратере. Ввиду большого напряжения, экипажи сменяли друг друга каждые два часа. Таким образом, «Луноход-1», рассчитанный на 3 земных месяца работы, проработал на Луне 301 сутки. За это время он проехал 10 540 метров, обследовал 80 000 квадратных метров, передал множество снимков и панорам и так далее. В итоге радиоизотопный источник тепла исчерпал свой ресурс и луноход «замёрз».
«Луноход-2» Успехи «Лунохода-1» вдохновили на реализацию новой космической программы «Луноход-2». Новый проект внешне почти не отличался от своего предшественника, но был усовершенствован, и 15 января 1973 года АМС «Луна-21» доставила его на Селену. К сожалению, луноход просуществовал всего 4 земных месяца, но за это время он успел пройти 42 км и провести сотни измерений и экспериментов. Дадим слово водителю экипажа Вячеславу Георгиевичу Довганю: «Со вторым история получилась глупая. Четыре месяца он уже находился на спутнике Земли. 9 мая я сел за штурвал. Мы угодили в кратер, навигационная система вышла из строя. Как выбираться? Не раз мы уже попадали в подобные ситуации. Тогда просто закрывали солнечные батареи и выбирались. А тут приказали не закрывать и так выбираться. Мол, закроем, и не будет откачки тепла из лунохода, приборы перегреются. Мы попробовали выехать и зацепили лунный грунт. А лунная пыль такая липкая… Луноход перестал получать подзарядку солнечной энергией в необходимом объёме и постепенно обесточился. 11 мая сигнала от лунохода уже не было».
«Луноход-3»
К сожалению, после триумфа «Лунохода-2» и ещё одной экспедиции «Луна-24» о Луне надолго забыли. Проблема заключалась в том, что в ее исследованиях, к сожалению, главенствовали не научные, а политические устремления. А ведь уже завершалась подготовка к старту нового уникального самоходного аппарата «Луноход-3», и экипажи, получившие бесценный опыт в предыдущих экспедициях готовились вести его среди лунных кратеров. Эта машина, вобравшая в себя все самые лучшие качества предшественников, имела на борту самое совершенное в те годы техническое оборудование и новейшие научные приборы. Чего только стоила поворотная стереокамера, подобные которой модно сейчас называть 3D. Теперь «Луноход-3» всего лишь экспонат музея НПО имени С.А. Лавочкина. Несправедливая судьба!
17 ноября исполняется 40 лет с того дня, как на Луну был доставлен первый лунный самоходный аппарат "Луноход-1".
17 ноября 1970 г. советской автоматической станцией "Луна-17" был доставлен на поверхность Луны самоходный аппарат "Луноход-1", предназначенный для комплексных исследований лунной поверхности.
Создание и запуск лунного самоходного аппарата стало важным этапом в изучении Луны. Идея создания лунохода родилась в 1965 г. в ОКБ-1 (ныне РКК "Энергия" им. С.П. Королева). В рамках советской лунной экспедиции луноходу отводилось немаловажное место. Два лунохода должны были детально обследовать предполагаемые районы прилунения и выполнять роль радиомаяков при посадке лунного корабля. Планировалось использовать луноход еще и для транспортировки космонавта на поверхности Луны.
Создание лунохода было поручено Машиностроительному заводу им. С.А. Лавочкина (ныне НПО им. С.А. Лавочкина) и ВНИИ-100 (ныне ОАО "ВНИИТрансмаш").
В соответствии с утвержденной кооперацией Машиностроительный завод имени С.А. Лавочкина отвечал за создание всего космического комплекса, в том числе и за создание лунохода, а ВНИИ-100 — за создание самоходного шасси с блоком автоматического управления движением и системой безопасности движения.
Эскизный проект лунохода был утвержден осенью 1966 г.. К концу 1967 г. была готова вся конструкторская документация.
Сконструированный автоматический самоходный аппарат "Луноход-1" представлял собой гибрид космического аппарата и транспортного средства высокой проходимости . Он состоял из двух основных частей: восьмиколесного шасси и герметичного приборного контейнера.
Каждое из 8 колес шасси было ведущим и имело электродвигатель, расположенный в ступице колеса. В приборном контейнере лунохода помимо служебных систем находилась научная аппаратура: прибор для анализа химического состава лунного грунта, прибор для исследования механических свойств грунта, радиометрическое оборудование, рентгеновский телескоп и лазерный уголковый отражатель французского производства для точечного измерения расстояний. Контейнер имел форму усеченного конуса, причем верхнее основание конуса, служащее радиатором-охладителем для сброса тепла, имело больший диаметр, чем нижнее. На время лунной ночи радиатор закрывался крышкой.
Внутренняя поверхность крышки была покрыта фотоэлементами солнечной батареи, что обеспечивало подзаряд аккумуляторной батареи в течение лунного дня. В рабочем положении панель солнечной батареи могла располагаться под разными углами в пределах 0-180 градусов, чтобы оптимально использовать энергию Солнца при различных его высотах над лунным горизонтом.
Солнечная батарея и работающие с ней в комплексе химические аккумуляторы использовались для питания электроэнергией многочисленных агрегатов и, научных приборов лунохода.
В передней части приборного отсека были расположены иллюминаторы телевизионных камер, предназначенных для управления движением лунохода и передачи на Землю панорам лунной поверхности и части звездного неба, Солнца и Земли.
Общая масса лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи 4,42 м, ширина 2,15 м, высота 1,92 м. Он был рассчитан на 3 месяца работы на поверхности Луны.
10 ноября 1970 г. с космодрома Байконур стартовала трехступенчатая ракета-носитель "Протон-К", которая вывела автоматическую станцию "Луна-17" с автоматическим самоходным аппаратом "Луноход-1" на промежуточную круговую околоземную орбиту.
Совершив неполный виток вокруг Земли, разгонный блок вывел станцию на траекторию перелета к Луне. 12 и 14 ноября были проведены плановые коррекции траектории перелета. 15 ноября станция вышла на орбиту Луны. 16 ноября были опять проведены коррекции траектории полета. 17 ноября 1970 г. в 6 часов 46 минут 50 секунд (мск) станция "Луна-17" благополучно совершила посадку в Море Дождей на Луне. Два с половиной часа ушло на осмотр места посадки с помощью телефотометров и развертывание трапов. После анализа окружающей обстановки была выдана команда, и 17 ноября в 9 часов 28 минут самоходный аппарат "Луноход-1", съехал на лунный грунт .
Луноход управлялся дистанционно с Земли из Центра дальней космической связи. Для его управления был подготовлен специальный экипаж, в состав которого входили командир, водитель, штурман, оператор и борт-инженер. Для экипажа были отобраны военные, не имеющие никакого опыта управления транспортными средствами, вплоть до мопедов, чтобы земной опыт не был довлеющим при работе с луноходом.
Отобранные офицеры прошли медкомиссию почти такую же, как космонавты , теоретическое обучение и практические тренировки на специальном лунодроме в Крыму, который был идентичен лунному рельефу с углублениями, кратерами, разломами, россыпью камней различной величины.
Экипаж лунохода, получая на Земле лунные телевизионные изображения и телеметрическую информацию, с помощью специализированного пульта управления обеспечивал выдачу команд на луноход.
Дистанционное управление движением лунохода имело специфические особенности, обусловленные отсутствием восприятия оператором процесса движения, задержками в приеме и передачи команд телевизионного изображения и телеметрической информации, зависимостью характеристик подвижности самоходного шасси от условий движения (рельефа и свойств грунта). Это обязывало экипаж с некоторым опережением предвидеть возможное направление движения и препятствия на пути лунохода.
Весь первый лунный день экипаж лунохода приноравливался к необычным телеизображениям: картинка с Луны была очень контрастной, без полутеней.
Аппаратом управляли по очереди, через каждые два часа экипажи менялись. Изначально планировались более длительные сеансы, однако практика показала, что через два часа работы экипаж был полностью "измочален".
В течение первого лунного дня проводилось изучение района посадки станции "Луна-17". Одновременно проходили испытания систем лунохода и приобретение опыта вождения экипажем.
Три первых месяца помимо изучения лунной поверхности "Луноход-1" выполнял еще и прикладную программу: в рамках подготовки к готовящемуся пилотируемому полёту он отрабатывал поиск района посадки лунной кабины.
20 февраля 1971 г., по окончании 4 лунного дня, была выполнена первоначальная трехмесячная программа работ лунохода. Анализ состояния и работы бортовых систем показал возможность продолжения активного функционирования автоматического аппарата на лунной поверхности. С этой целью была составлена дополнительная программа работы лунохода.
Успешное функционирование космического аппарата продолжалось 10,5 месяцев. За это время "Луноход-1" проехал 10 540 м, передал на Землю 200 телефотометрических панорам и около 20 тысяч снимков малокадрового телевидения. В ходе съемки были получены стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей рельефа, позволяющие провести детальное изучение их строения.
"Луноходом-1" регулярно проводились измерения физико-механических свойств лунного грунта, а также химический анализ поверхностного слоя лунного грунта. Он измерял магнитное поле различных участков лунной поверхности.
Лазерная локация с Земли установленного на луноходе французского отражателя позволила измерить расстояние от Земли до Луны с точностью до 3 м.
15 сентября 1971 г., при наступлении одиннадцатой лунной ночи, температура внутри герметичного контейнера лунохода стала падать, так как исчерпался ресурс изотопного источника тепла в системе ночного подогрева. 30 сентября в месте стоянки лунохода наступил 12 лунный день, но аппарат так на связь и не вышел. Все попытки войти с ним в контакт были прекращены 4 октября 1971 г.
Общее время активного функционирования лунохода (301 сутки 6 часов 57 минут) более чем в 3 раза превысило заданное по техническому заданию.
"Луноход-1" остался на Луне. Точное его местоположение было долгое время неизвестно ученым. Через почти 40 лет группа физиков под руководством профессора Тома Мерфи (Tom Murphy) из Калифорнийского университета в Сан-Диего отыскала "Луноход-1" на снимках , полученных американским зондом Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), и использовала его для научного эксперимента по поиску несоответствий в Общей теории относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном. Для этого исследования ученым необходимо было измерить орбиту Луны с точностью до миллиметра, что делается с помощью лазерных лучей.
22 апреля 2010 г. американские ученые смогли "нащупать" уголковый отражатель советского аппарата с помощью лазерного луча, посланного через 3,5-метровый телескоп обсерватории "Апач-пойнт" в Нью-Мексико (США) и получить около 2 тысяч фотонов, отраженных "Луноходом-1".
Материал подготовлен на основе информации открытых источников
Луноход-1 был первым из двух автоматических аппаратов, изучавших Луну в рамках советской программы « Луноход». Космический корабль, доставивший Луноход-1 на поверхность Луны, назывался Луна-17. Луноход-1 стал первым управляемым колесным роботом, который работал за пределами Земли. Дата начала работы аппарата на Луне - 17 ноября 1970 года. Луноход-2 был запущен спустя три года.
« Луноход» - транспортное устройство, управляемое автоматически, способное передвигаться по Луне и предназначенное для проведения исследования Луны.
Копия « Лунохода-1» в Мемориальном музее космонавтики в Москве
Перед советскими учеными и конструкторами при разработке и создании первого автоматического лунохода встала необходимость решения комплекса сложных проблем. Надо было создать совершенно новый тип машины, способной длительное время функционировать в необычных условиях открытого космоса на поверхности другого небесного тела. Основные задачи: создание оптимального двигателя с высокой проходимостью при малых массе и энергопотреблении, обеспечивающего надежную работу и безопасность движения, систем дистанционного управления движением лунохода; обеспечение необходимого теплового режима с помощью системы терморегулирования, поддерживающей температуру газа в приборных отсеках, температуру элементов конструкции и оборудования, расположенных внутри герметичных отсеков и вне их (в открытом космосе в периоды лунных дней и ночей), в заданных пределах; выбор источников питания, материалов для элементов конструкции: разработка смазочных материалов и систем смазок для условий вакуума и другое.
Пульт управления Луноходом
Научная аппаратура лунохода должна была обеспечить: изучение топографии местности; определение химического состава и физико-механических свойств грунта; исследование радиационной обстановки на трассе перелета к Луне и на ее поверхности; изучение рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны. Первый луноход - советский « Луноход-1» был доставлен на Луну космическим аппаратом « Луна-17» и проработал на ее поверхности почти год (с 17.11.1970 по 4.10.1971).
Схема Лунохода-1
« Луноход-1» состоит из двух частей: герметичного приборного отсека с аппаратурой и самоходного шасси. Масса « Лунохода-1» 756 кг, длина (с открытой крышкой) 4,42 м, ширина 2,15 м, высота 1,92 м. Приборный отсек служит для размещения аппаратуры бортовых систем и зашиты ее от воздействия внешней среды в условиях космоса. Имеет форму усеченного конуса с выпуклыми верхним и нижним днищами. Корпус отсека изготовлен из магниевых сплавов, обеспечивающих достаточные прочность и легкость. Верхнее днище отсека используется как радиатор-охладитель в системе терморегулирования и закрывается крышкой. В период лунной ночи крышка закрывает радиатор и препятствует отводу теплоты из отсека благодаря тепловому излучению радиатора. В течение лунного дня крышка открыта, и элементы солнечных батарей, расположенные на ее внутренней стороне, обеспечивают подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией.
В приборном отсеке размещены системы терморегулирования, электропитания, приемные и передающие устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления и электронно-преобразовательного устройства научной аппаратуры. В передней части расположены: иллюминаторы ТВ камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, служащей для передачи на Землю ТВ изображений лунной поверхности; малонаправленная антенна, обеспечивающая прием радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель, изготовленный во Франции. По левому и правому бортам установлены: 2 панорамные телефотокамеры (в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), 4 штыревые антенны для приема радиокоманд с Земли. Для подогрева газа, циркулирующего внутри аппарата, служит изотопный источник тепловой энергии. Рядом с ним расположен прибор для определения физико-механических свойств лунного грунта.
Резкие температурные перепады при смене дня и ночи на поверхности Луны, а также большая разница температур между деталями аппарата, находящимися на солнечной стороне и в тени, сделали необходимой разработку специальной системы терморегулирования. При низких температурах в период лунной ночи для обогрева приборного отсека автоматически прекращается циркуляция газа-теплоносителя по контуру охлаждения и газ направляется в контур подогрева.
Система электропитания лунохода состоит из солнечных и химических буферных батарей, а также приборов автоматического управления. Управление приводом солнечных батарей осуществляется с Земли; при этом крышка может быть установлена на любой угол в пределах от 0 до 180 градуса, необходимый для максимального использования солнечного излучения.
Бортовой радиокомплекс обеспечивает прием команд из Центра управления и передачу информации с борта аппарата на Землю. Ряд систем радиокомплекса используется не только при работе на поверхности Луны, но и на участке перелета с Земли на Луну. Две ТВ системы лунохода служат для решения самостоятельных задач. Система малокадрового телевидения предназначена для передачи на Землю ТВ изображений местности, необходимых экипажу, управляющему с Земли движением лунохода. Возможность и целесообразность применения такой системы, для которой характерна более низкая по сравнению с вещательным телевизионным стандартом скорость передачи изображения, была продиктована специфическими лунными условиями. Основное из них - медленное изменение ландшафта при движении лунохода. Вторая ТВ система служит для получения панорамного изображения окружающей местности и съемки участков звездного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации. Система состоит из четырех панорамных телефотокамер.
Самоходное шасси предназначено для перемещения лунохода по поверхности Луны. Характеристика шасси: число колес - 8 (все ведущие); колесная база - 170 мм; колея - 1600 мм; диаметр колеса по грунтозацепам - 510 мм; ширина колеса - 200 мм. Шасси выполнено таким образом, чтобы луноход имел высокую проходимость и надежно работал в течение длительного времени при минимальной собственной массе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивает передвижение « Лунохода» вперед (с двумя скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состоит из ходовой части (упругая подвеска и движитель), блока автоматики, системы безопасности движения, прибора и комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигается за счет различной частоты вращения колес правого и левого бортов и изменением направления их вращения. Торможение осуществляется переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и его полной остановки включаются дисковые тормоза с электромагнитным управлением. Блок автоматики управляет движением лунохода по радиокомандам с Земли, измеряет и контролирует основные параметры самоходного шасси и автоматическую работу приборов для исследования механических свойств лунного грунта. Система безопасности движения обеспечивает автоматическую остановку лунохода при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колес. Прибор для определения механических свойств лунного грунта позволяет оперативно получать информацию о движения. Пройденный путь определяется по числу оборотов ведущих грунтовых условиях колес. Для учета их пробуксовки вносится поправка, определяемая с помощью свободно катящегося девятого колеса, которое специальным приводом опускается на грунт и поднимается в исходное положение. Управление аппаратом осуществляется из Центра дальней космической связи экипажем в составе командира, водителя, штурмана, оператора, бортинженера.
Снимок Лунохода-1, полученный LRO
Режим движения выбирался в результате оценки телевизионной информации и оперативно поступающих телеметрических данных о крене, дифференте, пройденном пути, состоянии и режимах работы приводов колес. В условиях космического вакуума, радиации, значительных перепадов температур и сложного рельефа местности по трассе движения все системы и научные приборы лунохода функционировали нормально, обеспечив выполнение как основной, так и дополнительных программ научных исследований Луны и космического пространства, а также инженерно-конструкторских испытаний.
Колея, оставленная Луноходом-1
« Луноход-1» детально обследовал лунную поверхность на площади 80000 м?. С помощью ТВ систем было получено более 200 панорам и свыше 20000 снимков поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведен анализ его химического состава. Пройденное расстояние 10 км 540 м. Длительность активного функционирования « Лунохода-1» составила 301 сутки 6 ч 37 мин; прекращение работы было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника теплоты. В конце работы он поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый отражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.
16.1.1973 с помощью автоматической станции « Луна-21» в район восточной окраины Моря Ясности (древний кратер Лемонье) был доставлен « Луноход-2». Района посадки был выбран, чтобы получить новые данных о сложной зоне сочленения лунного « моря» и « материка». Усовершенствование конструкции и бортовых систем, а также установка дополнительных приборов и расширение возможностей аппаратуры позволили значительно повысить маневренность и выполнить большой объем научных исследований. За 5 лунных дней в условиях сложного рельефа « Луноход-2» прошел расстояние 37 км.
Использованные источники:
1. Луноход-1 [Электронный ресурс].- 2014 - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org
2. Луноход-1 [Электронный ресурс].- 2014 - Режим доступа: http://astronomy.net.ua
3. Луноход-1 [Электронный ресурс].- 2014 - Режим доступа:
