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

Американские ученые попали в советский луноход лазерным лучом - такая новость появилась в пишущих о науке СМИ в конце апреля. "Луноход-1" неподвижно простоял на Луне почти 40 лет, и поэтому тем более удивительной оказалась высокая интенсивность ответного луча, пойманного исследователями. Теперь специалисты намерены использовать "проснувшийся" луноход для проведения различных научных экспериментов и даже проверить с его помощью теорию относительности.

История вопроса

Прежде чем рассказать, как созданная в 1970 году машина с недоброй славы радиоактивным изотопом полония внутри связана с Альбертом Эйнштейном, коротко напомним, какие события предшествовали появлению описываемой новости.

Дистанционно управляемый самоходный аппарат-планетоход "Луноход-1" разрабатывался в НПО имени Лавочкина в рамках советской космической программы. После успеха "Спутника" и знаменитого гагаринского "Поехали!" в СССР серьезно готовились к следующему шагу - освоению Луны. В Крыму под Симферополем был создан полигон, на котором будущие обитатели лунной базы тренировались управлять специальными аппаратами для передвижения по лунному грунту, а инженеры-испытатели учились контролировать передвижения "беспилотных" луноходов – машин класса "Луноход-1".

В общей сложности было построено четыре таких машины. Одна из них должна была стать первым земным объектом, достигшим поверхности спутника. 19 февраля 1969 года ракета-носитель серии "Протон", которая несла "Луноход-1", стартовала с космодрома Байконур. Однако на 52-й секунде полета ракета взорвалась из-за аварийного отключения двигателей первой ступени. Организовать новый старт сразу же было невозможно, и в итоге американцы, которые не менее напряженно работали над программой пилотируемых полетов, успели первыми. Запуск космического корабля "Аполлон-11", на борту которого находились Нил Армстронг, Базз Олдрин и Майкл Коллинз, состоялся 16 июля того же года.

Вторую попытку запустить "Луноход-1" советские инженеры предприняли 10 ноября 1970 года. На этот раз полет прошел штатно: 15 числа автоматическая межпланетная станция "Луна-17" вышла на орбиту земного спутника, а 17 числа совершила посадку в Море Дождей – заполненном высохшей лавой гигантском кратере. "Луноход-1" съехал на поверхность Луны и отправился в путь.

Научная программа лунохода была весьма обширной – аппарат должен был изучать физические и механические свойства лунного грунта, фотографировать окружающий пейзаж и его отдельные детали и передавать все данные на Землю. Похожее на каравай "тело" лунохода располагалось на платформе, снабженной восемью колесами. Аппарат был более чем полноприводным – операторы могли независимо регулировать направление и скорость вращения каждого из колес, изменяя направление движения ровера практически как угодно.

Стрелкой указано пятно, которое и является "Луноходом-1". Фото NASA/GSFC/Arizona State U

Правда, управлять луноходом было весьма непросто - из-за почти пятисекундной задержки сигнала (от Земли до Луны и обратно сигнал идет чуть больше двух секунд) операторы не могли ориентироваться по сиюминутной обстановке и должны были предугадывать местоположение аппарата. Несмотря на эти сложности "Луноход-1" проехал свыше 10,5 километра, а его миссия длилась втрое дольше, чем рассчитывали исследователи.

14 сентября 1971 года ученые, как обычно, получили радиосигнал от лунохода, и вскоре после этого, когда на Луне наступила ночь, температура внутри ровера начала понижаться. 30 сентября солнце вновь осветило "Луноход-1", но на связь с Землей он не вышел. Специалисты полагают, что аппаратура не выдержала лунной ночи с ее морозом в минус 150 градусов Цельсия. Причина неожиданного остывания лунохода проста: у него кончился запас радиоактивного изотопа полония-210. Именно распад этого элемента обогревал приборы ровера в то время, когда он находился в тени. Днем "Луноход-1" работал от солнечных батарей.

Нашли

Точное местоположение лунохода было неизвестно ученым – в 70-е годы навигационная техника была развита хуже, чем сейчас, и кроме того, сам по себе лунный рельеф во многом оставался terra incognita . А найти аппарат, размер которого сравним с "Окой", на расстоянии в 384 тысячи километров – задача посложнее, чем отыскать пресловутую иголку в стоге сена.

Надежды на обнаружение лунохода связывали с орбитальными лунными зондами, обращающимися вокруг земного спутника. Однако до недавнего времени разрешения их камер никак не хватало для того, чтобы разглядеть "Луноход-1". Все изменилось в 2009 году, когда американцы запустили аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), оснащенный камерой LROC, специально предназначенной для фотографирования объектов размером до нескольких метров.

Специалисты, курирующие работу LROC, заметили на одном из переданных зондом снимков подозрительный светлый объект. Определить, что пятнышко, которое запечатлела камера, - это автоматическая станция "Луна-17", помогли уходящие от объекта колеи. Их мог оставить только "Луноход-1", и, проследив, куда ведут колеи, ученые обнаружили аппарат. Точнее сказать, они обнаружили пятно, которое с высокой вероятностью было не чем иным, как застывшим луноходом.

Одновременно со специалистами из NASA (зонд LRO был создан под эгидой Американского космического агентства) поисками лунохода занималась команда физиков из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Как позже рассказал ее руководитель Том Мерфи (Tom Murphy), ученые в течение нескольких лет пытались отыскать аппарат в районе, находящемся на много километров в стороне от истинного места остановки лунохода.

Совсем недавно в прессе появилась новость о том, что ученые при помощи зонда LRO на Луне и второй советский "Луноход-2". Вскоре после появления этих сообщений ученые, принимавшие участие в разработке советской лунной программы, заявили, что они . Сведения, рассказанные Мерфи и его командой об их экспериментах, могут служить подтверждением слов отечественных специалистов, а данные, переданные LRO, позволили воочию увидеть второй луноход.

У читателя может возникнуть вопрос, зачем калифорнийские физики так упорно охотились за советской машиной. Ответ не совсем очевиден – луноход нужен исследователям для проверки теории относительности. При этом луноход как таковой специалистов не интересует. Единственная деталь, ради которой они годами разыскивали аппарат, – это установленный на нем уголковый отражатель - прибор, отражающий попавшее на него излучение в направлении строго обратном направлению падения. При помощи уголковых отражателей, установленных на Луне, ученые могут определять точное расстояние до нее. Для этого к отражателю посылают лазерный луч и затем ждут, пока он отразится и вернется на Землю. Так как скорость движения луча постоянна и равна скорости света, измерив время от отправки луча до его возвращения, исследователи могут узнать расстояние до отражателя.

"Луноход-1" – не единственный аппарат на Луне, снабженный уголковым отражателем. Еще один установлен на втором советском планетоходе "Луноход-2", а три других были доставлены на спутник в ходе 11-й, 14-й и 15-й миссий "Аполлон". Мерфи и его сотрудники в своих исследованиях регулярно использовали их все (хотя отражатель лунохода они задействовали реже остальных, так как он плохо работал при попадании прямых солнечных лучей). Но для проведения полноценных экспериментов ученым не хватало именно отражателя "Лунохода-1". Как объяснил Мерфи, все дело в местоположении аппарата, которое идеально подходит для проведения опытов по изучению характеристик жидкого ядра Луны и определения ее центра масс.

Дьявол в деталях

В этом месте читатель может окончательно запутаться: как уголковые отражатели связаны с лунным ядром и при чем здесь все-таки теория относительности? Связь, действительно, не самая очевидная. Начнем с общей теории относительности (ОТО). Она утверждает, что из-за гравитационных эффектов и искривления пространства-времени Луна будет обращаться вокруг Земли не совсем по той орбите, которая постулируется в рамках ньютоновской механики. ОТО предсказывает лунную орбиту с точностью до сантиметров, поэтому для того, чтобы ее проверить, необходимо проводить измерения орбиты с не меньшей точностью.

Уголковые отражатели являются прекрасным инструментом для определения орбиты – имея множество измеренных расстояний от Земли до Луны, ученые могут очень точно вывести траекторию вращения спутника. Жидкие "внутренности" Луны влияют на характер движения спутника (попробуйте вращать на столе вареное и сырое куриные яйца, и вы сразу увидите, как проявляется это влияние), и поэтому для получения точной картины необходимо выяснить, как именно Луна отклоняется из-за особенностей своего ядра.

Итак, пятый отражатель был жизненно необходим Мерфи и коллегам. После того как ученые установили место стоянки "Лунохода-1", они "выстрелили" в этот район лазерным лучом диаметром около ста метров при помощи установки в обсерватории "Апач-пойнт" в Нью-Мексико. Исследователям повезло – они "попали" в отражатель лунохода со второй попытки и таким образом сузили диапазон поисков до 10 метров. К удивлению Мерфи и его команды, пришедший от "Лунохода-1" сигнал был очень интенсивным – более чем в 2,5 раза сильнее, чем лучшие сигналы второго лунохода. Кроме того, ученым в принципе повезло, что они смогли дождаться отраженного луча – ведь отражатель вполне мог оказаться повернутым от Земли. В ближайшее время исследователи намерены уточнить местоположение аппарата и начать полноценные эксперименты по проверке справедливости утверждений Эйнштейна.

Таким образом, история "Лунохода-1", прервавшаяся 40 лет назад, получила неожиданное продолжение. Не исключено, что некоторые из читателей возмутятся (а судя по реакции на новость в Сети – уже начали возмущаться), почему это американские ученые пользуются нашим луноходом и как жаль, что российские специалисты оказались в этом опыте не у дел. Чтобы как-то снизить градус будущих дискуссий, хочется отметить, что наука – это международное дело, и поэтому спорить о национальных приоритетах научных работ – занятие, в лучшем случае, бесполезное.

Луноход-1 стал первым успешным планетоходом, предназначенным для исследования других миров. Он был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года на борту посадочного модуля Луна-17. Управление им производилось операторами удаленного контроля в Советском Союзе, он преодолел более 10 километров (6 миль) за почти 10 месяцев своей работы. Для сравнения — аппарату Mars Opportunity потребовалось около шести лет для того, чтобы достичь таких же показателей.

Участники космической гонки

В 1960-х годах соединенные Штаты и Советский Союз были вовлечены в «космическую гонку», и каждая из сторон стремилась первой направить человека на Луну, что было способом демонстрации миру своих технологических возможностей. В результате каждой из сторон что-то удалось сделать первой — был запущен в космос первый человек (Советский Союз), были произведены первые запуски двух и трех человек в космос (Соединенные Штаты), осуществлена первая стыковка на орбите (Соединенные Штаты) и, наконец, высадка первого экипажа на Луну (Соединенные Штаты).

Советский Союз связывал свои надежды на отправку человека на Луну с ракетами «Зонд». Однако после серии неудачных испытательных запусков, включая взрыв на стартовой площадке в 1968 году с человеческими жертвами, Советский Союз вместо этого стал фокусировать свое внимание на других лунных программах. Среди них была и программа посадки в автоматическом режиме космического аппарата на поверхность Луны и удаленное управление планетоходом.

Вот перечень успехов лунной программы Советов: Луна-3 (с ее помощью впервые было получено изображение обратной стороны Луны), Луна-9 (этот аппарат в 1966 году впервые совершил мягкую посадку, то есть за три года до полета Апполона-11 и высадки астронавтов на Луну), а также Луна-16 (этот аппарат вернулся на Землю с образцами лунного грунта в 1970 году). А Луна-17 доставила на Луну дистанционно управлявшийся планетоход.

Контекст

Новый способ добывать энергию во время лунной ночи

Agencia Sinc 20.12.2013

Тайна лунной пыли

The New Yorker 08.11.2013

Когда построят деревню на Луне?

The Guardian 29.09.2016
Посадка и спуск аппарата на поверхность Луны

Аппарат Луна-17 успешно стартовал 10 ноября 1970 года, и через пять дней оказался на орбите Луны. После мягкой посадки в районе Моря дождей, находившийся на борту Лунаход-1 по аппарели спустился на лунную поверхность.

«Лунаход-1 является лунным планетоходом, по форме он напоминает бочонок с выпуклой крышкой, а передвигается он с помощью восьми независимых друг от друга колес, — было отмечено в кратком сообщении агентства NASA об этом полете. — Луноход оснащен конической антенной, точно направленной цилиндрической антенной, четырьмя телевизионными камерами, а также специальным устройством для воздействия на лунную поверхность в целях изучения плотности лунного грунта и проведения механических тестов».

Этот планетоход работал от солнечной батареи, а в ночное холодное время его функционирование обеспечивал обогреватель, работавший на радиоактивном изотопе полоний-210. В этот момент температура опускалась до минус 150 градусов по Цельсию (238 градусов по Фаренгейту). Луна всегда обращена одной своей стороной к Земле, и поэтому световой день в большинстве точек на ее поверхности продолжается около двух недель. Ночное время также продолжается две недели. Согласно плану, этот планетоход должен был проработать три лунных дня. Он превзошел первоначальные операционные планы и проработал 11 лунных дней — его работа закончилась 4 октября 1971 года, то есть спустя 14 лет после того, как первый спутник Советского Союза был выведен на околоземную орбиту.

По данным NASA, к моменту окончания своей миссии Луноход-1 преодолел примерно 10,54 километра (6,5 мили), он передал на Землю 20 тысяч телевизионных изображений и 200 телевизионных панорам. Кроме того, с его помощью было проведено более 500 исследований лунного грунта.

Наследие Лунохода-1

Успех Лунохода-1 был повторен Луноходом-2 в 1973 году, и второй аппарат уже проехал по лунной поверхности приблизительно 37 километров (22,9 мили). Планетоходу Opportunity потребовалось 10 лет для того, чтобы показать такой же результат на Марсе. Изображение места посадки Лунохода-1 было получено с помощью лунного космического зонда Lunar Reconnaissance Orbiter с камерой высокого разрешения на борту. Так, например, на сделанных в 2012 году снимках отчетливо виден спускаемый аппарат, сам Луноход и его след на поверхности Луны.

Ретроотражатель этого планетохода произвел весьма удивительный «скачок» в 2010 году, когда ученые направили на него лазерный сигнал, что свидетельствует о том, что он не был поврежден под воздействием лунной пыли или других элементов.

Лазеры используются для измерения точного расстояния от Земли до Луны, и для этого же использовались лазеры в рамках программы «Аполлон».

После Лунохода-2 больше ни один аппарат не совершал мягкую посадку до тех пор, пока китайцы в рамках своей космической программы не запустили аппарат «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту». Хотя «Юйту» перестал передвигаться уже после второй лунной ночи, он продолжал оставаться в рабочем состоянии и прекратил функционировать лишь спустя 31 месяц после начала своей миссии, и тем самым он намного превзошел предыдущий рекорд.