Освоєння космічного простору в СРСР

В.Л.Пономарева, кандидат технічних наук, Інститут історії природознавства і техніки ім.С.І.Вавілова РАН, Москва

Перша радянська Державна програма дослідження і освоєння космічного простору була розроблена на підставі представленого в 1958 р С. П. Корольовим документа "Попередні міркування про перспективні роботах по освоєнню космічного простору". 10 грудня 1959 року вона була затверджена рішенням ЦК КПРС і СМ СРСР.

До 1966 р програма включала вивчення навколоземного космічного простору автоматичними штучними супутниками Землі, дослідження Місяця та планет автоматичними міжпланетними станціями (АМС), створення перших супутників з людиною на борту, відпрацювання операції зближення і стикування космічних апаратів на орбіті, створення супутника з екіпажем два- три людини. За цим планом (з деяким відставанням за часом) і розвивалася в ці роки наша космічна програма.

Коли було створено Інститут космічних досліджень (ІКД) Академії наук СРСР, в його роботу була включена широка мережа науково-дослідних інститутів і конструкторських бюро.

місяць

Першим об'єктом досліджень стала Місяць. Не тільки тому, що вона є найближчим до нас небесним тілом, а й тому, що вивчення Місяця важливо для розуміння походження й еволюції Сонячної системи.

Розглядалося кілька варіантів: обліт Місяця для фотографування її зворотної сторони, доставка на Місяць і підрив на її поверхні ядерного заряду (спалах від вибуху, зафіксована усіма земними обсерваторіями, підтвердить факт попадання в Місяць; цей варіант був відкинутий через його очевидної небезпеки) і, нарешті , м'яка посадка на Місяць.

Завдання попадання в Місяць виявилася дуже складною науковою і технічною проблемою: потрібно потрапити в рухому ціль з відстані 384 тис. Км. Недобір або перебір швидкості наприкінці активної ділянки всього на 1 м / с (при тому, що необхідна швидкість становить близько 11 км / с) призводить до промаху від точки прицілювання на 250 км, а час старту треба витримати з точністю до декількох секунд. Розрахунок і класифікацію траєкторій польоту до Місяця (потрапляють, пролітні і облетного) вперше виконав співробітник Інституту прикладної математики В.А.Егоров.

Штурм Місяця розпочався в Наприкінці 1958 р проте всі спроби запуску апаратів до Місяця, як наші, так і американські, були невдалими. Перший успішний запуск радянської ракети до Місяця відбувся 2 січня 1959 Це була четверта за рахунком спроба. Через незначного відхилення одного з параметрів станція не попала на 6 тис. Км, і третій ступінь з контейнером, в якому знаходилися наукова апаратура і вимпел із зображенням герба Радянського Союзу, на Місяць не потрапили. У нас не прийнято було повідомляти про невдачі, і в пресі з'явилося повідомлення про новий великому досягненні Радянського Союзу в дослідженні космосу: вперше в Сонячній системі була створена штучна планета, яка отримала ім'я "Мрія". Так невдача перетворилася в успіх.

"Негативний результат теж результат", - говорив Корольов. Відпрацьовувалася техніка, способи управління і багато іншого. Навіть якщо апарат не досяг поставленої мети (наприклад, не потрапив в Місяць), на траєкторії польоту він передавав на Землю нову інформацію про міжпланетному просторі, дуже потрібну для подальшого розвитку досліджень.

14 вересня 1959 радянська автоматична станція "Луна-2" досягла поверхні Місяця. Вперше апарат, виготовлений людиною, досяг іншого небесного тіла. Дослідження, проведені за допомогою наукової апаратури, встановленої на борту "Місяця-2", показали, що Місяць не має власного магнітного поля і радіаційних поясів.

Апарат "здійснив посадку" (точніше сказати, врізався в Місяць на величезній швидкості) в Море Дощів, між кратерами Архімед, Арістілл і Автолик (зараз цей район називається Затока місячника) і доставив на поверхню Місяця вимпел з гербом СРСР. Вимпел мав форму кулі, поверхня якого складалася з п'ятикутний металевих пластин з написом "СССР. Вересень 1959 ". При ударі апарат повинен був розбитися, а пластини розлетітися навколо, як, без сумніву, і сталося.

Це чудове досягнення нашої науки і техніки мало величезний політичний резонанс. Американські газети писали, що М. С. Хрущов (якраз на ті дні припав його візит в США) привіз із собою Місяць у валізі.

4 жовтня 1959 р рівно через два роки після початку Космічної ери, був здійснений обліт Місяця. Станція "Луна-3" передала на Землю фотографії її зворотного боку, і люди вперше побачили зображення того боку нашого природного супутника, яка завжди була від них прихована.

Для того, щоб це зробити, потрібно вирішити цілий ряд надзвичайно складних науково-технічних проблем, які умовно можна розділити на дві групи: забезпечення умов фотографування (розрахунок траєкторії, управління польотом, забезпечення необхідної орієнтації станції для фотографування, радіозв'язку, передачі зображень на Землю і ін.) і розробка засобів для отримання фотозображень в незвичайних умовах космічного польоту. Обидві "групи" включали в себе масу проблем, багато з яких в історії розвитку техніки виникли вперше.

Для вирішення цього завдання був розроблений ряд наземних комплексів і бортових систем для управління польотом і роботою фотоапаратури: програмно-тимчасове пристрій, командна радіолінія, система орієнтації. "Луна-3" - перший космічний апарат, забезпечений системою управління рухом і складним радіокомплекс. Ці системи - прабатьки сучасних незмірно більш складних і досконалих систем, що працюють тепер "на цифрі".

При розрахунку орбіти необхідні значення параметрів траєкторії отримали за рахунок впливу поля тяжіння Місяця. Траєкторія польоту повинна була забезпечити отримання максимального обсягу інформації; безпечне повернення АМС на близьку відстань до Землі для надійної передачі отриманих зображень, щоб при підході до Землі станція не зачепила атмосферу і не згоріла в ній. Завдання ускладнювалося ще й тим, що для успішної передачі на Землю фотознімків по радіоканалу АМС повинна підходити з боку північної півкулі, так як перший в країні пункт далекого космічного зв'язку був побудований в Криму на горі Кішка. Ці розрахунки проводилися у Відділенні прикладної математики Академії наук, в ОКБ-1 і в НДІ-4.

Для фотографування в НДІ-380 (нині Всесоюзний науково-дослідний інститут телебачення) розробили автоматичну фототелевізійна систему "Єнісей". До фотоаппаратуре пред'являлися специфічні і дуже жорсткі вимоги (по витримування температури об'єктивів і самого фотоапарата, по термостійкості плівки, по збереженню властивостей фотореактивів, щодо захисту плівки від засвічення космічним випромінюванням і т.д.).

Цілком зрозуміле прагнення при першому фотографуванні забезпечити охоплення можливо більшої площі призвело до несприятливих умов освітлення: поверхню Місяця висвічувалася прямими променями Сонця, тому деталі рельєфу не давали тіней і могли розпізнаватися тільки завдяки відмінності їх відбивної здатності, і інформативність отриманого матеріалу була не надто високою. Для можливості дешифрування і прив'язки до селеноцентрическую координатами захопили невелику область видимої сторони з уже відомими утвореннями.

Взаємне положення автоматичної станції "Луна-3", Місяця і Сонця в момент фотографування Місяця.

Отримані зі станції "Луна-3" матеріали охоплювали приблизно 60% поверхні невидимого півкулі Місяця. На цих знімках помітні деталі, які мають в поперечнику розмір не менше 50 км. Після дешифрування виявили і описали близько 400 невидимих ​​із Землі утворень на місячній поверхні, встановлені їх селенографічні координати. Державним астрономічним інститутом ім.П.К.Штернберга був випущений "Атлас зворотного боку Місяця", складені карти і каталоги. Міжнародний астрономічний союз присвоїв новим об'єктам імена. На Місяці з'явилися Море Мрії з затокою астронавтів, Море Москви, кратери і цирки Джордано Бруно, К. Е. Ціолковського, Д. І. Менделєєва, Г.Герца, І. В. Курчатова, М.В.Ломоносова, Дж.К. Максвелла та ін.

Цікаво відзначити, що в повідомленні про запуск ні слова не було сказано про його головної мети. Як пише академік Б.Е.Черток, якщо по сучасній теорії надійності оцінити ймовірність успішного виконання завдання фотографування створеними тоді засобами, шанси на успіх не перевищували 20-30%. Але самовідданість і ентузіазм людей, які працювали над вирішенням цієї надзвичайно складної задачі, все подолали!

Цікавий штрих: згадуючи про історію першого фотографування Місяця, Черток згадує про такий факт: багатий французький винороб оголосив, що подарує тисячу пляшок шампанського тому, хто покаже зворотний бік Місяця, і виконав свою обіцянку. Після довгих узгоджень на всіх рівнях шампанське розійшлося, як це часто у нас буває, в основному серед "непричетних" ...

У 1965 р Корольов передав міжпланетну тематику Г.Н.Бабакіну в НВО ім.С.А.Лавочкіна, всі наступні польоти до Місяця і планет здійснювалися на розроблених там апаратах.

Ракета-носій зі станцією "Луна-9" стартувала 31 січня 1966 р а вже 3 лютого станція зробила першу м'яку посадку на інше небесне тіло. Сферичний спускний апарат відокремився від рухового відсіку, м'яко здійснив посадку, розкрив чотири пелюсткові панелі, що закривають антени і телекамеру, і передав на Землю панорамне зображення місячного ландшафту. З'ясувалася структура місячного грунту - виявилося, що в місці посадки він досить щільний, на зразок пемзи.

М'яка посадка на інше небесне тіло - нова і дуже складна науково-технічна задача. Відсутність на Місяці атмосфери виключало використання парашута. Потрібно було за допомогою ракетного двигуна загальмувати апарат, що летить зі швидкістю 2.5-2.7 км / с, до нуля і саме в той момент, коли він впритул наблизиться до поверхні Місяця. Вона відпрацьовувалася при запусках "лунников" з четвертого номера по восьмий.

У тому ж році для вивчення гравітаційного поля Місяця була запущена станція "Луна-10". 31 березня вона вийшла на орбіту штучного супутника Місяця. Це був перший штучний супутник іншого небесного тіла.

У вересні 1970 р станція "Луна-16" здійснила м'яку посадку в районі Моря Достатку, справила буріння, взяла зразки місячного ґрунту і доставила їх на Землю. Це було перше в історії космонавтики повернення космічного апарату з іншого небесного тіла; досліджували хімічний склад місячного грунту і визначили абсолютний вік порід морського і материкового типу, що є однією з фундаментальних проблем вивчення планет.

Щоб вирішити ці завдання - здійснити м'яку посадку або створити штучний супутник іншої планети - потрібно було навчитися коригувати (або задавати) траєкторію польоту космічного апарату. Це стало можливо після розробки точних систем орієнтації і створення коригуючих ракетних двигунів, здатних неодноразово включатися в умовах космічного простору.

У листопаду 1970 року "Луна-17" доставила на Місяць дистанційно керований апарат "Місяцехід-1". При розробці цього апарату у ВНДІ Трансмаш (Ленінград) розглядалися різні способи пересування на Місяці - крокуючі, стрибають, повзуть, що рухаються на гусеницях або на колесах механізми. Зрештою зупинилися на останньому варіанті.

Коліс було вісім - по чотири з кожної сторони. Кожне колесо мало свій власний двигун (невеликий електромотор в ступиці), тому місяцехід міг рухатися і при відмові одного або декількох коліс. Спеціальні шипи забезпечували гарне зчеплення з грунтом при малій (в шість разів менше, ніж на Землі) силі тяжіння. Для випробування ходової частини на Землі був побудований спеціальний лунодром з усіма елементами місячної поверхні (кратерами, тріщинами, камінням та іншим). Матеріали для будівництва привезли з вимерлих і діючих вулканів Камчатки.

Керували місяцеходом по радіо і телеканалам оператори із Землі.Це було дуже непросто, так як команда управління йшла до апарату 1.3 с і стільки ж часу потрібно на відповідь місяцеходу "Вас зрозумів". Був бортовий електронний блок управління, який контролював рух і зупиняв місяцехід в небезпечних ситуаціях.

Одного разу при спробі подолати кратер, який наземному екіпажу через несприятливий освітлення не видався складним, місяцехід небезпечно нахилився. Тут же включилася автоматика і зупинила апарат. Іншим разом апарат спеціально направили в кратер з крутими схилами і великою кількістю каменів, який вченим неодмінно потрібно було дослідити. Це було складне завдання, але зусиллями наземного екіпажу і автоматики впоралися.

За 10 місяців "Місяцехід-1" пройшов відстань 10 540 м, обстеживши площа 80 тис. М2. Більш ніж в 500 точках вивчалися фізико-хімічні властивості Місяця, на Землю було передано величезну кількість наукової інформації, в тому числі близько 200 панорам і більше 20 тис. Окремих знімків.

У січні 1973 року на Місяць був доставлений "Місяцехід-2". Виконуючи програму досліджень і передаючи результати на Землю, він протягом п'яти місяців пройшов 37 км.

Венера

Венера завжди закрита товстим шаром хмар, і відомості про її поверхні і атмосфері до початку польотів автоматичних міжпланетних станцій були досить мізерними. У 1959 р радянські фахівці почали радіолокаційні дослідження Венери з Землі. Вдалося визначити температуру, період обертання навколо осі. Обертання виявилося зворотним, період обертання склав приблизно 244 сут. Отримані тоді значення досить добре збігаються з сучасними. Першим апаратом, який досяг поверхні планети, стала станція "Венера-3" (міжпланетний переліт тривав з 16 листопада 1965 р по перше березня 1966 г.). У 67-му була зроблена спроба м'якої посадки. Спусковий апарат станції "Венера-4" був куля діаметром 1 м. При його гальмуванні в атмосфері перевантаження досягала 300 одиниць. Спуск на парашуті тривав 94 хв. Протягом цього часу на Землі брали унікальну наукову інформацію. Вперше були отримані дані про атмосферу планети. На висоті 22 км, коли тиск досягло 18 атм, а температура 277 ° С, станція припинила існування - вона не була розрахована на такі умови.

Після польотів наступних станцій, які гинули при спуску, стало ясно, що спусковий апарат слід розраховувати на зниження в надщільного розпеченій атмосфері. Станція "Венера-7", яка досягла поверхні планети, передала, що тиск становить 100 атм (як в океані на глибині 800 м), а температура 475 ° С. Найбільш успішним у цій серії був політ станції "Венера-8", яка села на денній стороні планети і протягом 50 хв передавала інформацію.

У 1975 р було запущено станції нового типу "Венера-9" і "Венера-10". Станції складалися з двох частин - орбітального блоку і спускається. За дві доби до зустрічі з планетою від станцій відділилися спусковий апарат і продовжили політ до планети, а орбітальні блоки перейшли на орбіти штучних супутників планети. Станції "Венера-9" і "Венера-10" стали першими штучними супутниками Венери. З спускаються були отримані панорамні зображення поверхні планети. Незважаючи на щільну атмосферу і густу хмарність, по освітленості види нагадували похмурий день на Землі, а місцевість являла собою кам'янисту пустелю з великою кількістю валунів гігантського розміру.

Дослідження Венери, хоч і не завжди успішні, тривали. У 1981 р стартували станції нового покоління "Венера-13" і "Венера-14". Їх спусковий апарат взяли і досліджували проби грунту і через орбітальний блок передали на Землю унікальну наукову інформацію. У 1983 р на орбіту штучного супутника Венери були виведені станції "Венера-15" і "Венера-16". Протягом восьми місяців вони вели радіолокаційну зйомку планети. За результатами їхніх досліджень були складені карти північної півкулі планети. Її рельєф виявився складним, з горами, западинами, кратерами. Найбільші з них отримали імена: наприклад, каньйон Артеміди, рівнина Снігуроньки.

Майже всі польоти радянських станцій до Венери були успішними, її називали "російської планетою".

Марс

Першим апаратом, запущеним до Марса, стала радянська автоматична міжпланетна станція "Марс-1", яка стартувала 1 листопада 1962 р Політ тривав сім з половиною місяців, станція пройшла на відстані 195 тис. Км від Марса. У березні 1963 р коли станція відвернулась від Землі на відстань 106 млн км, зв'язок з нею обірвався.

19 і 28 травня 1971 р були запущені АМС "Марс-2" і "Марс-3". Станція "Марс-2" вийшла на орбіту штучного супутника Марса, від неї був відділений спусковий апарат, який розбився при посадці. Наукова апаратура і невеликий крокуючий марсохід загинули, але вимпел із зображенням герба СРСР все ж потрапив на поверхню Марса. Це третій вимпел, доставлений на інші планети (другий був відправлений на Венеру).

2 грудня 1971 р спусковий апарат станції "Марс-3" здійснив м'яку посадку на поверхню планети. Посадка здійснювалася за такою схемою: спусковий апарат спочатку вийшов на орбіту штучного супутника Марса, після відпрацювання коригуючого імпульсу перейшов на траєкторію зниження, потім була введена парашутна система. Апарат опустився на поверхню Марса, після чого розкрилися пелюсткові панелі, що закривали апаратуру, і почалася робота. До складу наукової апаратури входили прилади для вимірювання атмосферного тиску, температури і швидкості вітру, мас-спектрометр для визначення хімічного складу атмосфери, складу і фізико-хімічних властивостей грунту. Апарат почав передавати інформацію, але через 20 з зв'язок перервався. Зрозуміти, що сталося, було неможливо.

У 1974 р підійшло "стартове вікно" для польоту до Марса, коли умови для запуску найбільш сприятливі з енергетичних міркувань. Запущені чотири "Марса", з них тільки політ станції "Марс-5" виявився частково вдалим. Так що Марс був не настільки прихильний до нас, як Венера.

Програма "Фобос" призначалася для досліджень Марса і його супутника Фобоса. Це було дуже цікаво, так як свого часу існували гіпотези, що Фобос є не природним, а штучним супутником Марса.

Два апарату стартували в липні 1988 року з інтервалом в декілька днів. Політ мав тривати 200 діб. Планувалося, що наблизившись до планети, апарати вийдуть на сильно витягнуту орбіту над екватором, пропрацюють на ній близько 60 діб, після чого перейдуть на кругову орбіту з періодом обертання 8 ч. Програмою передбачалося наближення до поверхні Фобоса на 50 м і проведення досліджень на цій висоті , після чого від апаратів відокремлюються дослідні модулі для вивчення Фобоса. Один з них міг стрибками пересуватися по його поверхні. Склад порід передбачалося вивчати за допомогою лазерної гармати. Дослідження Марса і Фобоса повинні були тривати близько року.

Цей проект став міжнародним, в ньому брали участь вчені і фахівці багатьох країн Європи і Європейського космічного агентства.

Через помилки оператора "Фобос-1" вийшов з ладу, і всі спроби оживити його залишилися безрезультатними. "Фобос-2" після корекції, проведеної по команді з Землі, вийшов на орбіту супутника Марса з періодом обертання 77 год. Після чотирьох витків почалися операції по зближенню з Фобосом. З 21 березня станція передавала інформацію на Землю, а 27-го зв'язок з нею був втрачений. Як показав подальший аналіз, основною причиною невдачі виявилися конструктивні недоліки цих апаратів.

Проект "Вега"

У 1986 р очікувалася комета Галлея, яка з'являється в околицях Землі раз в 76 років. Для її дослідження був розроблений міжнародний проект "Вега". В кінці грудня 1984 р стартували дві міжпланетні автоматичні станції - "Вега-1" і "Вега-2".

Вони попрямували до Венери по пролітної траєкторії. 9 та 13 червня 1985 р від них відділилися спусковий апарат, а пролітні блоки, змінивши траєкторію з допомогою гравітаційного поля Венери, полетіли "наздоганяти" комету.

На висоті 65 км від апаратів, що спускаються в згорнутому вигляді відділилися аеростатні зонди. За командою автоматики зонди розвернулися і заповнилися гелієм. Під "повітряною кулькою" була підвішена гондола з розміщеною в ній науковою апаратурою. Після скидання баласту зонди опустилися на висоту близько 50 км, на якій і дрейфували, вивчаючи розу вітрів і атмосферу Венери. Зв'язок з зондами тривала до вичерпання джерел живлення, майже 46 ч. За цей час вони встигли пролетіти близько 12 тис. Км.

На початку березня 1986 року "Вега-1" і "Вега-2" наблизилися до ядра комети Галлея на відстань трохи менше 9 тис. Км. Вони зазнали інтенсивному бомбардуванню частками хвоста комети, але тим не менше передавали на Землю телевізійне зображення ядра. Виміри проводилися на всій ділянці зближення з ядром, отримана інформація передавалася на європейський супутник "Джотто", який для цього наблизився до ядра на відстань близько 600 км.

У проекті брали участь Європейське космічне агентство, Японія, США. Це був останній грандіозний проект XX століття.