Дослідження Місяця.
Не дивно, що перший політ космічного апарата вище навколоземній орбіти був спрямований до Місяця. Ця честь належить радянському космічному апарату "Місяць-l", запуск якого був здійснений 2 січня 1958 року. Відповідно до програми польоту через кілька днів він пройшов на відстані 6000 кілометрів від поверхні Місяця.
Пізніше в тому ж році, у середині вересня подібний апарат серії
"Місяць" досяг поверхні природного супутника Землі.
Ще через рік, у жовтні 1959 року автоматичний апарат "Місяць-3", оснащений апаратурою для фотографування, провів зйомку зворотної сторони Місяця (близько 70% поверхні) і передав її зображення на
Землю. Апарат мав систему орієнтації з датчиками Сонця і Місяця і реактивних двигунів, що працювали на стиснутому газі, систему керування і терморегулювання. Його маса 280 кілограм. Створення "Місяця-3" було технічним досягненням для того часу, принесло інформацію про зворотну сторону Місяця: виявлені помітні розходження з видимою стороною, насамперед відсутність протяжних місячних морів.
У лютому 1966 року апарат "Місяць-9 "доставив на Місяць автоматичну місячну станцію, що зробила м'яку посадку і передала на Землю кілька панорам прилеглої поверхні - похмурої кам'янистої пустелі.
Система керування забезпечувала орієнтацію апарата, включення гальмової ступіні по команді від радіолокатора на висоті 75 кілометрів над поверхнею Місяця і відділення станції від її безпосередньо перед падінням. Амортизація забезпечувалася надувним гумовим балоном. Маса
"Місяця-9" близько 1800 кілограм, маса станції близько 100 кілограм.
Наступним кроком у радянській місячній програмі були автоматичні станції "Місяць-16, -20, -24" , призначені для забору грунту з поверхні Місяця і доставки його зразків на Землю. Їхня маса була близько
1900 кілограм. Крім гальмової рухової установки і
"чотирилапого" посадкового пристрою, до складу станцій входили грунтозабірний пристрій, злітна ракетна ступінь з апаратом, що повертається для доставки грунту. Польоти відбулися в 1970, 1972 і 1976 роках, на Землю були доставлені невеликі кількості грунту.
Ще одну задачу вирішували "Луна-17, -21" (1970, 1973 роки). Вони доставили на Місяць самохідні апарати - місяцеходи, керовані з Землі по стереоскопічному телевізійному зображенню поверхні. "Місяцехід-1
" пройшов шлях близько 10 кілометрів за 10 місяців, "Місяцехід-2" - близько 37 кілометрів за 5 міс. Крім панорамних камер на місяцеходах були встановлені: грунтозабірний пристрій, спектрометр для аналізу хімічного складу грунту, вимірник шляху. Маси місяцеходів 756 і 840 кг.
Космічні апарати "Рейнджер" розроблялися для одержання знімків під час падіння, починаючи з висоти близько 1600 кілометрів до кількох сотень метрів над поверхнею Місяця.
Вони мали систему тривісної орієнтації і були оснащені шістьма телевізійними камерами. Апарати при посадці розбивалися, тому одержувані зображення передавалися відразу ж, без запису. Під час трьох вдалих польотів були отримані великі матеріали для вивчення морфології місячної поверхні. Зйомки "Рейнджеров" поклали початок американській програмі фотографування планет.
Конструкція апаратів "Рейнджер" подібна з конструкцією перших апаратів
"Маринер", які були запущені до Венери в 1962 році. Однак подальше конструювання місячних космічних апаратів не пішло цим шляхом. Для отримання докладної інформації про місячну поверхню використовувалися інші космічні апарати - "Лунар Орбитер".
Ці апарати з орбіт штучних супутників Місяця фотографували поверхня з високим дозволом.
Одна з цілей польотів складалася в одержанні високоякісних знімків із двома дозволами, високим і низьким, з метою вибору можливих місць посадки апаратів "Сервейор" і "Аполлон" за допомогою спеціальної системи фотокамер. Знімки виявлялися на борті, сканувалися фотоелектричним способом і передавалися на Землю. Число знімків обмежувалося запасом плівки (на 210 кадрів). У 1966-1967 роках було здійснено п'ять запусків "Лунар орбитер" (всі успішні). Перші три "Орбитера" були виведені на кругові орбіти з невеликим нахилом і малою висотою; на кожному з них проводилася стереосъемка обраних ділянок на видимій стороні Місяця з дуже високим дозволом і зйомка великих ділянок зворотної сторони з низьким дозволом. Четвертий супутник працював на набагато більш високій полярній орбіті, він вів зйомку всієї поверхні видимої сторони, п'ятий, останній "Орбитер" вів спостереження теж з полярної орбіти, але з менших висот.
"Лунар орбитер-5" забезпечив зйомку з високим дозволом багатьох спеціальних мет на видимій стороні, здебільшого на середніх широтах, і зйомку значної частини зворотної з малим дозволом. У кінцевому рахунку зйомкою із середнім дозволом була покрита майже вся поверхня Місяця, одночасно йшла цілеспрямована зйомка, що мало неоціненне значення для планування посадок на Місяць і її фотогеологічні досліджень.
Додатково було проведене точне картування гравітаційного поля, при цьому були виявлені регіональні концентрації мас (що важливо і з наукової точки зору, і для цілей планування посадок) і встановлений значний зсув центра мас Місяця від центра її фігури. Вимірялися також потоки радіації і мікрометеоритів.
Апарати "Лунар орбитер" мали систему тривісної орієнтації, їхня маса складала близько 390 кілограмів. Після завершення картографування ці апарати розбивалися об місячну поверхню, щоб припинити роботу їхніх радіопередавачів.
Польоти космічних апаратів "Сервейор", що призначалися для одержання наукових даних і інженерної інформації (такі механічні властивості, як, наприклад, несуча здатність місячного грунту), внесли великий вклад у розуміння природи Місяця, у підготовку посадок апаратів
"Аполлон".
Автоматичні посадки з використанням послідовності команд, керованих радаром із замкнутим контуром, були великим технічним досягненням того часу. "Сервейори" запускалися за допомогою ракет
"Атлас-Центавр" (криогенні верхні ступіні "Атлас" були іншим технічним успіхом того часу) і виводилися на перелітні орбіти до
Місяці.
Посадочні маневри починалися за 30 - 40 хвилин до посадки, головний гальмовий двигун включався радаром на відстані близько 100 кілометрів до крапки посадки. Кінцевий етап (швидкість зниження близько 5 м/с) проводився після закінчення роботи головного двигуна і скидання його на висоті 7500 метрів. Маса "Сервейора" при запуску складала близько 1 тонни і при посадці - 285 кілограм. Головний гальмовий двигун являв собою твердопаливну ракету масою близько 4 тонн
Космічний апарат мав тривісну систему орієнтації.
Прекрасний інструментарій включав дві камери для панорамного огляду місцевості, невеликий ківш для риття траншеї в грунті і (в останніх трьох апаратах) альфа-аналізатор для виміру зворотного розсіювання альфа - часток з метою визначення елементного складу грунту під посадковим апаратом. Ретроспективно результати хімічного експерименту багато чого прояснили в природі поверхні Місяця і її історії.
П'ять із семи запусків "Сервейорів" були успішними, усі опустилися в екваторіальній зоні, крім останнього, котрий сіл у районі викидів кратера Тихо на 41 ° пд.ш.
"Сервейор-6" був у деякому змісті піонером - першим американським космічним апаратом, запущеним з іншого небесного тіла (але всього лише до другого місця посадки в декількох метрах осторонь від першого).
Пілотовані космічні апарати "Аполлон" були наступними в американській програмі досліджень Місяця. Після "Аполлона" польоти на
Місяць не проводилися. Ученим довелося задовольнятися продовженням обробки даних від автоматичних і пілотованих польотів у 1960 - е і
1970 - ті роки. Деякі з них передбачали експлуатацію місячних ресурсів у майбутньому і направили свої зусилля на розробку процесів, які змогли б перетворити місячний грунт у матеріали, придатні для будівництва, для виробництва енергії і для ракетних двигунів.
При плануванні повернення до досліджень Місяця без сумніву знайдуть застосування як автоматичні, так і пілотовані космічні апарати.
Людина на Місяці.
Робота над цією програмою почалася в США наприкінці 60 - х років. Було прийнято рішення здійснити політ людини на Місяць і його успішне повернення на Землю протягом найближчих десяти років. Влітку 1962 року після тривалих дискусій прийшли до висновку, що найбільш ефективним і надійним способом є вивід на навколомісяцеву орбіту комплексу в складі командно - обчислювального модуля, до складу якого входять командний і допоміжний модулі, і місячного посадкового модуля. Першочерговим завданням було створення ракети носія, здатної вивести не менш 300 тонн на навколоземну орбіту і не менш 100 тонн на навколомісяцеву орбіту. Одночасно велася розробка космічного корабля "Аполлон", призначеного для польоту американських астронавтів на Місяць. У лютому 1966 року "Аполлон" був випробуваний у безпілотний варіанті.
Однак те, що відбулося 27 січня 1967 року, перешкодило успішному проведенню програми в життя. У цей день астронавти Е. Уайт, Р. Гаффі,
В. Гриссом загинули при спалаху полум'я під час тренування на Землі.
Після розслідування причин іспити відновилися й ускладнилися. У грудні 1968 року "Аполлон - 8 (ще без місячної кабіни) був виведений на селеноцентрическую орбіту з наступним поверненням в атмосферу Землі з другою космічною швидкістю. Це був пілотований політ навколо
Місяця.
Знімки допомогли уточнити місце майбутньої посадки на Місяць людей. 16 липня
"Аполлон - 11" стартував до Місяця і 19 липня вийшов на місячну орбіту. 21 липня 1969 на Місяці уперше висадилися люди - американські астронавти Н.
Армстронг і Е. Олдрін, доставлені туди космічним кораблем "Аполлон-
11. Космонавти доставили на Землю кілька сотень кілограмів зразків і провели на Місяці ряд досліджень: виміру теплового потоку, магнітного поля, рівня радіації, інтенсивності і складу сонячного вітру (потоку часток, що приходять від Сонця). Виявилося, що тепловий потік з надр Місяцю приблизно втричі менше, ніж з надр Землі. У породах
Місяця виявлена залишкова намагніченість, що вказує на існування в Місяця в минулому магнітного поля. На Місяці були залишені прилади, що автоматично передають інформацію на Землю, у сейсмометри, що реєструють коливання в тілі Місяця. Сейсмометри зафіксували удари від падінь метеоритів і "місяцетрясіння" внутрішнього походження. По сейсмічним даними було встановлено, що до глибини в кілька десятків кілометрів Місяць складений щодо легкою "корою", а нижче залягає більш щільна "мантія". Це було видатне досягнення в історії освоєння космічного простору - уперше людин досяг поверхні іншого небесного тіла і пробув на ньому більш двох годин.
Слідом за політ корабля "Аполлон - 11" до Місяця протягом 3.5 - х років було спрямовано шість експедицій ( "Аполлон - 12" - "Аполлон -- 17 "), п'ять з яких пройшли цілком успішно.
На кораблі" Аполлон - 13 "з - за аварії на борті довелося змінити програму польоту, і замість посадки на Місяць був зроблений її обліт і повернення на Землю. Усього на Місяці побувало 12 астронавтів, деякі пробули на Місяці кілька доби, у тому числі до 22 годин поза кабіною, проїхали на самохідному апараті кілька десятків кілометрів.
Ними був виконаний досить великий обсяг наукових досліджень, зібрано понад 380 кілограмів зразків місячного грунту, вивчення яких займалися лабораторії США й інших країн. Роботи над програмою польотів на Місяць велися й у СРСР, але в силу декількох причин не були доведені до кінця. Тривалість сейсмічних коливань на Місяці в кілька разів більша, ніж на Землі, мабуть, це пов'язано з великою кількістю тріщин в верхньої частини місячної "кори".
У листопаді 1970 АМС "Місяць-17" доставила на Місяць у Море Дощів місячний самохідний апарат "Місяцехід-1", що за 11 місячних днів (чи 10.5 місяців) пройшов відстань у 10 540 м і передав велику кількість панорам, окремих фотографій поверхні Місяця й іншу наукову інформацію. Установлений на ньому французький відбивач дозволив за допомогою лазерного променя вимірити відстань до Місяця з точністю до часток метра. У лютому 1972 АМС "Місяць-20" доставила на Землю зразки місячного грунту, вперше узяті у важкодоступному районі Місяця. У січні 1973 АМС
"Луна-21" доставила в кратер Лемонье (Море Ясності) "Місяцехід-2" для комплексного дослідження перехідної зони між морськими і материковими рівнинами. "Місяцехід-2" працював 5 місячних днів (4 місяці), пройшов відстань близько 37 кілометрів.
Місячний грунт.
Усюди, де здійснювали посадки космічні апарати, Місяць покритий так званим реголітом. Це разнозерністий уламкових-пилової шар товщиною від декількох метрів до декількох десятків метрів.
Він виник у результаті дроблення, перемішування і спікання місячних порід при падіння метеоритів і мікрометеоритів.
Унаслідок впливу сонячного вітру реголіт насичений нейтральними газами. Серед уламків реголіта знайдені частинки метеоритної речовини.
За радіоізотопами було встановлено, що деякі уламки на поверхні реголіта перебували на одному і тому ж місці десятки і сотні мільйонів років. Серед зразків, доставлених на Землю, зустрічаються породи двох типів: вулканічні (лави) і породи, що виникли за рахунок роздроблення і розплавлення місячних утворень при падіння метеоритів. Основна маса вулканічних порід подібна з земними базальтами. Мабуть, такими породами складені всі місячні моря. Крім того, у місячному грунті зустрічаються уламки інших порід, подібних із земними і так званим
KREEP - порода, збагачена калієм, рідкоземельними елементами і фосфором. Очевидно, ці породи являють собою уламки речовини місячних материків. "Луна-20" і "Аполлон-16", що зробили посадки на місячних материках, привезли відтіля породи типу анортозитів. Усі типи порід утворилися в результаті тривалої еволюції в надрах Місяця. По ряду ознак місячні породи відрізняються від земних: у них дуже мало води, мало калію, натрію й інших летучих елементів, у деяких зразках дуже багато титана і заліза. Вік цих порід, обумовлений по співвідношеннях радіоактивних елементів, дорівнює 3 - 4.5 млрд. років, що відповідає найдавнішим періодам розвитку Землі.
Польоти космічних кораблів "Аполлон"
| No. Корабля | Екіпаж | Дати польоту |
| 1 | Безпілотний | 26.02.66 |
| 2 | Безпілотний | 05.07.66 |
| 3 | Безпілотний | 23.08.66 |
| 4 | Безпілотний | 09.11.67 |
| 5 | Безпілотний | 22.01 - 11.02.68 |
| 6 | Безпілотний | 04.04.68 |
| 7 | У. Ширра, Д. Ейзел, У. | 11 - 22.10.68 |
| 8 | Каннінгем | 21 - 27.12.68 |
| 9 | Ф. Борман, Дж. Ловелл, | 03 - 13.03.69 |
| 10 | У. Андерс | 18 - 26.05.69 |
| 11 | Дж. Макдівітт, Д. | 16 - 24.07.69 |
| 12 | Скотт, Р. Швейкарт | 14 - 24.11.69 |
| 13 | Т. Стаффорд, Дж. Янг, | 11 - 17.04.70 |
| 14 | Ю. Олень | 31.01 - 09.02.71 |
| 15 | Н. Армстронг, М. | 26.07 - 07.08.71 |
| 16 | Коллінз, Е. Олдрін | 16 - 27.04.72 |
| 17 | Ч. Конрад, Р. Гордон, | 07 - 19.12.72 |
| | А. Бін | |
| | Дж. Ловелл, Дж. | |
| | Суіджерт, Ф. Хейс | |
| | А. Шепард, Е. Мітчелл, | |
| | С. Руса | |
| | Д. Скотт, Дж. Ірвін, А. | |
| | Уорден | |
| | Дж. Янг, Ч. Дюк, Т. | |
| | Маттінглі | |
| | Ю. Олень, Р. Еванс, | |
| | Х. Шмітт | |
