Александр Марков - Путешествия к Луне

• Название: Путешествия к Луне
• Автор: Александр Марков
• Издательство: «Физико–математическая литература» МАИК «Наука/Интерпериодика»
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-9221-1105-8

Книга рассказывает о Луне: о ее наблюдениях с помощью телескопа, об изучении ее поверхности и недр автоматическими аппаратами и о пилотируемых экспедициях астронавтов по программе «Аполлон». Приведены исторические и научные данные о Луне, фотографии и карты ее поверхности, описание космических аппаратов и детальный рассказ об экспедициях. Обсуждаются возможности изучения Луны научными и любительскими средствами, перспективы ее освоения. Книга предназначена тем, кто интересуется космическими исследованиями, приступает к самостоятельным астрономическим наблюдениям или увлечен историей техники и межпланетных полетов.

На лицевой стороне переплета: ракета «Сатурн-5» перед своим первым стартом. Раннее утро 9 ноября 1967 г. Готовится беспилотный запуск «Аполлона-4» на околоземную орбиту.

На последней стороне переплета: фото убывающей Луны, полученное 15 января 1999 г. с помощью 67–мегапиксельной камеры, установленной на 2,2–метровом телескопе Европейской южной обсерватории в Чили (ESO Press Release 02/99. http://www.eso.org/public/outreach/press‑rel/pr-1999/pr-02–99.html).

На переднем форзаце: вид Земли с орбиты. Снимок выполнен экипажем «Аполлона-11» в начале лунной экспедиции.

На заднем форзаце: панорама Луны, восходящая Земля и командный модуль «Аполлона-16». Снимок сделан с посадочного модуля после разделения.

---

То, что лунный грунт удержит на себе посадочную ступень и астронавта в скафандре, убедительно подтвердили удачные посадки семи автоматических станций: двух советских («Луна-9» и «Луна-13») и пяти американских («Сервейор-1, -3, -5…7»), Переданные ими фотоснимки продемонстрировали разные лунные ландшафты. Например, площадка «Луны-9» с точки зрения посадки выглядела гораздо сложнее, чем у «Луны-13», и площадки почти всех «Сервейоров», кроме разве что площадки № 1, выглядели небезопасными для прилунения.

Рис. 6.28. Рабочее место астронавтов в лунном модуле. Собственно говоря, другого места у них там нет, ведь внутренний объем кабины 6,65 м3.

Рис. 6.29. Н. Армстронг в кабине LM. Снимок сделан на Земле во время работы на тренажере.

Ясно было, что грунт надежно удержит LM, надо лишь найти место, где слой пыли будет не «по колено». А для этого нужен запас времени для маневрирования над доступной визуальному обзору площадью. А время маневрирования зависит от запаса топлива у ПС, качества работы бортового оборудования, пилотажного мастерства и слаженности работы пилотов. Чтобы взять для первого прилунения как можно боль-  ше дополнительного топлива, пришлось максимально разгрузить LM. А это было возможно сделать только за счет системы жизнеобеспечения и количества научного оборудования. Поэтому число выходов на поверхность (EVA) сократили с двух до одного. Комплект научной аппаратуры для работы на лунной поверхности ALSEP (5 приборов) заменили на упрощенный EASEP (два прибора). Не резервировали даже единственную переносную фотокамеру астронавтов.

Все пункты программы полета до выхода на орбиту Луны, отработанные в полетах «Аполлона-8» и «Аполлона-10», «Аполлон-11» выполнил уверенно: за Луной включили двигатель на торможение и вышли на начальную эллиптическую орбиту (321×113 км). Через 5 часов, совершив два витка вокруг Луны, дополнительным включением двигателя перешли на почти круговую орбиту (120×110 км). Следующие 15 часов проверяли системы CSM и LM, наблюдали поверхность Луны и отдыхали.

За несколько часов до начала операций посадки наступил «момент истины» для Майкла Коллинза. Еще вчера за обедом он словно невзначай обронил: «Сегодня все прошло хорошо. Если завтра и послезавтра пройдут как сегодня, мы будем в безопасности». Армстронг и Олдрин казались абсолютно спокойными и полностью расслабленными, Майк же с трудом скрывал беспокойство: вот сейчас они безмятежно завтракают, а спустя несколько часов разойдутся на орбите, и чем все это закончится, не знает никто…

Проблема опасности и риска первого прилунения не обсуждалась астронавтами, словно ее не было. Только после ночевки на орбите, во время утреннего осмотра в иллюминаторы участка прилунения Армстронг заметил, что участок смотрится гораздо «зубастее», чем вчера, и уже не кажется самым безопасным. При более высоком солнце он выглядел местом, куда хотелось бы садиться в последнюю очередь.

096:48:00. Олдрин и Армстронг начали готовить LM к прилунению.

Посадка на Луну длится 2 часа 38 минут; условно ее можно разделить на два этапа: подготовки к снижению на орбите (1 час 30 минут) и посадки на поверхность (1 час 8 мин). Второй этап, в свою очередь, можно условно разделить на пять «ступеней» снижения, каждая из которых имеет свой «масштаб»:

I (56 мин 25 с) — спуск со 111 км до 15 км (видим приближение к Луне);

II (8 мин 24 с) — снижение с 15 км до 2,3 км (видим поверхность);

III (1 мин 42 с) — снижение с 2,3 км до 230 м (видим рельеф поверхности);

IV (1 мин 8 с) — выбор площадки с 230 м до 150 м (видим детали рельефа);

V (40 с) — прилунение на выбранную площадку (видим детали площадки).

При переходе на каждый следующий масштаб меняются состояние LM и задача астронавтов. Каждый раз LM переходит в новые координаты с меньшими инерционными и реактивными ресурсами, а характер действий астронавтов меняется с пробного при снижении на необратимый у самой поверхности. По всей трассе нужно, работая с приборами, принимать решения и тут же их реализовывать в очень жестких временных рамках. Человек устроен так, что в экстремальной ситуации его ощущения и психомоторные реакции адаптируются к стремительно меняющейся обстановке, и тренированные пилоты способны справиться со сложной летной программой, но… Все зто было бы просто рискованной процедурой, если бы внизу была не Луна.

Посадке на Луну трудно найти сравнение. На Земле ни один испытатель никогда не был в подобных условиях. После снижения посадочного аппарата до высоты менее 100 м над поверхностью посадку уже нельзя не совершать. На поверхность LM необходимо опустить в положении «возвращения», то есть модуль нужно установить ровно, в первом прилунении — с креном не более 8° к местной вертикали, иначе при взлете с Луны возникнут большие проблемы со стыковкой на лунной орбите.

Начинается процедура разделения. Напутственные слова Майка Коллинза за минуту до расстыковки CSM с LM: «Не волнуйтесь там, на Луне. Если я услышу от вас раздражение и ропот, я к вам подъеду». Друзья поняли: если прилунение будет выполнено с превышением крена и при старте с Луны взлетная ступень окажется на большом удалении от командного модуля, Коллинз найдет их.

100:09:50. Майк жмет кнопку, срабатывают электрозамки стыковочного кольца, и давление воздуха в лазе мягко отталкивает LM. Тот начинает медленно вращаться, а Майк Коллинз тщательно осматривает его.

Коллинз: «Ваша машина прекрасно выглядит, хотя вы и вверх тормашками».

Армстронг: «Еще не известно, кто вверх тормашками».

Коллинз: «Вы, парни, будьте осторожны».

Армстронг: «До встречи!»

Полчаса корабли движутся по орбите рядом друг с другом (5-30 м), но приходит время расставаться.

100:39:50. Коллинз двигателями ориентации отводит CSM на несколько километров; Армстронг и Олдрин наблюдали, как «Колумбия» исчезает вдали. До начала снижения к поверхности остается чуть менее часа. Астронавты должны подготовить к фазе спуска электронную начинку LM. Главный ее элемент — бортовая вычислительная машина, на современном языке — компьютер. Это — мозг корабля, без него успешная посадка на Луну невозможна. Попытку отправить астронавтов (космонавтов) на Луну без применения бортовой вычислительной техники следовало бы даже в 1969 г. считать не экспедицией, а попыткой попадания одним космонавтом (Н1–ЛЗ) или двумя астронавтами («Аполлон») в Луну.

Вычислительная машина решала задачу многоуровневого управления «избыточными» (т. е. продублированными, работающими автономно и параллельно) системами LM. При этом она взаимодействовала с большим компьютером ЦУПа, который, в свою очередь, был связан с системой аналогового моделирования процесса прилунения. Такой принцип в истории техники был впервые разработан и применен именно в программе «Аполлон», что позволило не только осуществить прилунение нескольких экспедиций, но и спасти экипаж «Аполлона-13», попавшего в космосе в аварийную ситуацию.

Рис. 6.30. «Орел» прощается с «Колумбией». Под тремя опорами посадочной ступени лунного модуля видны тонкие щупы длиной 1,5 м. Касаясь поверхности, они давали сигнал, что надо быть готовыми к выключению двигателя. Предполагалось, что поднятое реактивной струей облако пыли может окутать кабину и сделать поверхность невидимой.

До сих пор (2009 г.) программа «Аполлон» остается наиболее сложной из всех программ пилотируемых космических полетов. Глубокая интеграция человека и аппаратуры обусловливала гибкость и надежность комплекса управления, недостижимую при использовании других технических средств того времени. Совместная работа ведущих специалистов самых разных отраслей науки и техники США обеспечивала ЦУП и экипаж корабля достоверным и своевременным прогнозом ситуации. С первой секунды полета была предусмотрена максимальная помощь со стороны наземных служб во всех непредвиденных обстоятельствах. Работу диспетчеров в Хьюстоне обеспечивали группы специализированной поддержки в самом ЦУПе и сотни людей на различных предприятиях подрядчиков, разбросанных по всей стране. Для оперативного обмена информацией между ними была налажена телефонная и радиосвязь по специальным линиям.

ЭВМ «Аполлона» опережала все аналогичные образцы в мире лет на 7-10. Это был первый полностью автономный вычислительный комплекс, «третий астронавт», избавлявший человека от непосильной физической и психологической нагрузки по контролю за мгновенно меняющейся ситуацией. По быстродействию он превосходил все предыдущие средства управления кораблем на два порядка и при этом был весьма компактен. Не в последнюю очередь благодаря работе над ним в конце 1970–х гг. появились персональные компьютеры.

100:39:50. В течение следующего часа астронавты должны: синхронно с CSM выставить инерциальную платформу LM, проверить функционирование программ радиолокатора дальности и встречи с CSM, поддерживать постоянную голосовую связь с диспетчерами ЦУПа, сверяющими динамику полета LM и работу его систем с результатами своих расчетов. Перед включением двигателя один из астронавтов должен сквозь маленький верхний иллюминатор точно определить вычисленную ЦУПом звезду.