Ошибки мировой космонавтики

Следующая задача автоматических станций после фотографирования Луны – мягкая посадка. И здесь обнаружилась целая россыпь проблем еще до запуска первого аппарата. Самый большой вопрос – а какая на Луне поверхность? Пока никто на Луне не был, искать ответ пришлось косвенными методами. Инфракрасные измерения температуры освещенной части естественного спутника показывали значение 120 °C выше нуля, а неосвещенной – 150 °C ниже нуля. Такая разница обусловлена отсутствием атмосферы и передачи тепла методом конвекции. Днем Луна нагревается от Солнца, а ночью остывает, излучая все тепло в бескрайнюю пустоту космоса. Самое интересное, что с наступлением темноты поверхность Луна остывала до минимума менее чем за час. Перепад температуры составлял 270 °C. Ни один материал на Земле не может остывать так быстро. Астрономы провели исследование на других длинах волн. Данные в радиодиапазоне показали, что температура Луны за то же время меняется всего на градус.

Образец лунного грунта, доставленный на Землю АМС «Луна-20»

Данные противоречили друг другу. Единственное разумное объяснение – толстый слой рыхлой поверхности. Песчинки сверху почти соприкасаются друг с другом. Верхний слой работает изолятором тепла для нижнего слоя. Пористая структура не дает энергии выходить в космос. Вакуум в пустотах дополнительно уменьшает теплопроводность. По похожему принципу работает термос. При этом верхние пылинки лунного грунта имеют большую площадь, с которой происходит излучение тепла. От этого они очень быстро остывают. Для сравнения: кофе в кружке остывает медленнее, чем суп в плоской тарелке, как раз из-за того, что площадь соприкосновения супа с воздухом больше. Под слоем пыли на Луне находится более твердый грунт, чью температуру дают измерения радиоизлучения.

Так как верхний слой изолирует нижний, то температура последнего практически не меняется. Радиоволны проходят сквозь рыхлый песок, не взаимодействуя с ним. Это и дает два разных результата скорости остывания. Радионаблюдения говорят о температуре внутреннего слоя, а инфракрасные наблюдения – о температуре внешнего.

Теория получилась интересной, но возник другой вопрос – а какова толщина верхнего слоя и насколько он плотный? Что будет с аппаратом, который коснется песка? Утонет, будет плавать, сильно ли погрузится, или плотности грунта хватит, чтобы можно было стоять, как на твердой поверхности? Ответить на эти вопросы без непосредственного контакта было невозможно.

Чтобы с большей вероятностью посадка удалась, зонд сделали в форме яйца с раскрывающимися лепестками.

Советская АМС «Луна-4» посадку совершить не смогла. Дело в том, что пока межпланетная станция летит, она имеет большую скорость. Лобовое столкновение было бы слишком жестким. Автоматической станции нужно было облететь Луну, чтобы гравитация спутника притормозила ее. Затем требовалось в определенный момент включить двигатели торможения, так как Луна не могла сбросить всю скорость. В случае «Луны-4» двигатели не сработали, и станция просто пролетела мимо. После выяснилось, что дело было не в двигателе, а в системе астронавигации. Датчики должны были зафиксировать Солнце, Луну и Землю в определенном положении и дать сигнал запуска. После промаха «Луны-4» выяснилось, что приборы измеряли направление с большой ошибкой и не могли установить точный момент для включения двигателя.

Посадка космического аппарата, во-первых, должна осуществляться в дневное время, чтобы Солнце освещало поверхность для фотографирования. Во-вторых, прилунение необходимо проводить на той стороне, которая повернута к Земле, для осуществления передачи фотографий по радио. Оба условия возможно выполнить, если Солнце, Земля и Луна находятся примерно на одной линии (это бывает незадолго до полнолуния и немного после него). Соответственно, запуск космического аппарата необходимо производить за несколько дней до того, как небесные тела расположатся относительно друг друга таким удобным образом.

Когда станция залетела за Луну, ее датчики потеряли Солнце и Землю. Луна закрыла ориентиры своим «телом». После зонд так и не смог найти небесные тела как опорные точки.

Самое неприятное, что этой системе астронавигации отдали полный контроль над «Луной-4», и вручную с Земли никак нельзя было дать команду на включение двигателей. Так станция и пролетела несколько раз между Землей и Луной, напоминая об ошибках инженеров. Во время дальнейших испытаний нашлась еще одна проблема. Датчик касания Луны мог сработать от вспышки при запуске двигателя. Так что «Луна-4» была все равно обречена. Но, разумеется, этот факт тяжесть неудачи не снимал.