Земля – космос – Луна - Самарий Наумович Минчин

Каркас станции выполнен в виде усеченной трехгранной пирамиды из тонкостенных алюминиевых труб. На каркасе монтируется оборудование и системы, обеспечившие полет на Луну и мягкую посадку станции: системы управления полетом, связи и ориентации станции, три верньерных жидкостно-реактивных двигателя (ЖРД), тормозной ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ), источники электропитания и телевизионная камера.

К верхней части каркаса крепится мачта, на которой расположены плоская направленная антенна и панель солнечных элементов. Антенна и панель солнечных элементов могут вращаться в любом направлении, что дает возможность ориентировать антенну на Землю, а панель солнечных элементов на Солнце.

На нижнем основании каркаса станции закреплено трехстоечное амортизирующее посадочное устройство.

На концах убирающихся штанг, шарнирно прикрепленных к раме, установлены всенаправленные конические антенны.

Чувствительная электронная аппаратура размещена в двух контейнерах. Температура в контейнерах регулируется с помощью активной системы терморегулирования. Пассивное терморегулирование остального оборудования, установленного вне контейнеров, осуществляется путем выбора соответствующего цвета и полировки поверхностей.

Силовая установка состоит из трех верньерных ЖРД и одного тормозного РДТТ. Верньерные двигатели используются для коррекции скорости на среднем участке траектории и для осуществления мягкой посадки на поверхность Луны.

Тормозной пороховой двигатель (РДТТ) установлен в Центре тяжести корпуса. Он гасит основную часть скорости аппарата при подлете к Луне. Крепление двигателя осуществлено взрывными болтами для сброса его после окончания работы.

Бортовая система дальней радиосвязи выполняет три функции:

– обеспечивает передачу и прием радиосигналов;

– производит дешифровку команд, поступающих на борт аппарата;

– получает и преобразует телеметрические параметры и телевизионное изображение к виду, удобному для передачи.

Для приема и передачи радиосигналов применяются три антенны – одна направленная с высоким коэффициентом усиления и две всенаправленные с низким коэффициентом усиления, два передатчика и два приемника с запросчиком-ответчиком.

Дешифровка команд производится блоком дешифровки, в котором поступивший на борт сигнал переводится в форму, удобную для выполнения соответствующей команды (например, подрыв пиропатрона).

Система управления полетом обеспечивает заданные положение и скорость аппарата с момента отделения от последней ступени ракеты-носителя до мягкой посадки на поверхность Луны.

В систему управления входят: оптико-механические датчики (основной датчик Солнца, датчик автоматического поиска Солнца, датчик звезды Канопус), инерциальный блок, радиовысотомер включения тормозного двигателя, радиовысотомер и доплеровские датчики скорости спуска, блок электронного управления полетом и три пары реактивных сопел, работающих на сжатом азоте.

Поступающая от датчиков информация обрабатывается в блоке электронного оборудования управления полётом, где вырабатываются команды, управляющие работой реактивных сопел, верньерных двигателей и тормозного ракетного двигателя.

Аппарат снабжен одной обзорной телевизионной камерой, предназначенной для панорамной съемки Луны после посадки аппарата, передачи на Землю данных всех экспериментов, проводимых на лунной поверхности, фотометрических и колориметрических измерений, осмотра самого аппарата, наблюдения за работой научных приборов и изучения изменений в грунте, вызванных посадкой космического аппарата.

Камера смонтирована почти вертикально и нацелена на подвижное зеркало, обеспечивающее обзор до горизонта. Вертикальное сканирование осуществляется с помощью зеркала, а горизонтальное – поворотом головки камеры на 360 градусов.

Для проведения научных исследований и различных экспериментов на Луне аппарат снабжен рядом устройств и приборов:

устройством для взятия проб лунного грунта с различных глубин;

приборами для анализа содержащихся в грунте химических элементов;

сейсмометром для слежения за сейсмической активностью Луны;

детекторами метеорных частиц для получения сведений о количестве, массе и траекториях полета частиц;

акустическими датчиками для проведения исследований по распространению звука;

приборами для исследования динамики посадки аппарата на Луну;

специальной установкой с захватывающим устройством для исследования механических свойств лунного грунта (на первых двух аппаратах не устанавливалась).

Принципиальная схема запуска, полета и мягкой посадки аппарата выглядит следующим образом.

На старте включаются двигательные установки первой и второй ступеней ракеты-носителя (РН) «Атлас». Через 142 секунды после старта выключаются двигатели первой ступени, и первая ступень сбрасывается. После сброса изолирующих панелей и носового обтекателя выключается двигатель второй (маршевой) ступени и происходит отделение ракеты «Атлас» от ракеты «Кентавр». Затем включается двигательная установка ракеты «Кентавр» (через 251 секунду после старта). По получении сигнала от системы наведения о том, что достигнута расчетная скорость свободного полета по заданной траектории в направлении Луны, двигательная установка выключается. Это происходит через 685 секунд после старта.

По сигналу программно-временного устройства через 57 секунд после старта производится отделение ракеты «Кентавр» от аппарата.

После отделения ракета с помощью своих тормозных Двигателей изменяет положение на 180 градусов и уходит в сторону. Цель этого маневра – выйти из поля зрения оптических датчиков аппарата, а также избежать столкновения ступени «Кентавр» с Луной.

После отделения ракеты на аппарате начинается цикл операций, осуществляемых по командам программно-временного устройства: разблокировка панели с солнечными элементами и установка ее в заранее рассчитанное положение, стабилизация аппарата, поиск Солнца, ориентация панели с солнечными элементами перпендикулярно лучам Солнца, установление связи с наземной станцией.

Через 6 часов после старта с Земли подается сигнал на выполнение аппаратом маневра для ориентации на звезду Канопус.

Ориентированный относительно Солнца и звезды Канопус аппарат совершает свободный полет, во время которого на Землю передается информация.

На основе полученных сведений в координационно-вычислительном центре подготовляются данные для коррекции траектории полета аппарата с тем, чтобы обеспечить посадку аппарата в расчетной точке на Луне. Вычисленные поправки для коррекции траектории полета вводятся в бортовое программно-временное устройство, в соответствии с которыми затем выдаются сигналы верньерным двигателям.

После выполнения маневра по коррекции траектории полета вновь производится ориентация аппарата на Солнце и звезду Канопус. Затем аппарат продолжает свободный полет до следующего важного этапа – мягкой посадки на Луну.

Подготовка аппарата к мягкой посадке на Луну начинается приблизительно на высоте 1600 километров от лунной поверхности. Стабилизация аппарата на Солнце и звезду Канопус прекращается, и с помощью гироскопов аппарат разворачивается так, чтобы ось тормозного РДТТ совпала с вектором скорости.

После установки тормозного РДТТ в нужном направлении по команде с Земли на высоте приблизительно 320 километров от поверхности Луны включается радиолокатор, регистрирующий высоту. Все последующие операции спуска осуществляются автоматически с помощью радиолокатора и программного механизма управления полетом,

На расстоянии 96 километров от лунной поверхности по наклонной дальности радиолокатор включает программно-временное устройство. По его командам через определенный интервал включаются верньерные двигатели а затем тормозной РДТТ. К моменту включения тормозного РДТТ скорость аппарата составляет приблизительно 2,68 километра в секунду.

Тормозной двигатель за 40 секунд работы уменьшает скорость аппарата до 112 метров в секунду. Через 12 секунд после окончания работы тормозной двигатель по команде с программного механизма сбрасывается с помощью взрывных болтов и свободно падает.

Программно-временное устройство управляет работой верньерных двигателей до момента, когда радиолокационный