Луна-10
3 апреля 1966 года автоматическая станция «Луна-10» вышла на орбиту вокруг Луны и вывела первый в мире искусственный спутник Луны. Это позволило людям увидеть обратную сторону естественного спутника Земли.
Запущена 31 марта 1966 года ракетой-носителем «Молния-М» с космодрома Байконур. Космический аппарат был разработан и изготовлен в НПО им. С.А. Лавочкина.
«Молния» (Индекс ГРАУ - 8К78) - одноразовая четырёхступенчатая ракета-носитель среднего класса. Входит в семейство ракет-носителей Р-7.
Спроектирована в ОКБ-1 в 1959-1960 годах. Изготовитель: ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
Конструкция и двигатель третьей ступени (Блок «И») основаны на конструкции и двигателе второй ступени боевой ракеты Р-9А (8К75), конструкция 4-й ступени Блок «Л» - на конструкции блока «Е» ракеты 8К72, однако двигатель был применён принципиально новый, замкнутой схемы и с возможностью запуска в невесомости.
Блок Л - четвёртая ступень ракеты-носителя «Молния» (8К78). Первый из советских ракетных блоков, имевший возможность запуска в невесомости
Разрабатывалась для запуска межпланетных аппаратов к Венере и Марсу, затем - для запусков лунных аппаратов серии Е-6 («Луна-4» - «Луна-14»), для чего система управления была существенно модифицирована.
Программа «Е-6» - работы по мягкой посадке автоматической межпланетной станции на Луну, проводимые ОКБ-1 (СССР). Программа завершилась успешными прилунениями советских АМС Луна-9 и Луна-13.
Непосредственная разработка НИОКРов проводилась под непосредственным контролем заместителя Королева Бушуева К. Д. коллективом, возглавляемым Максимовым Г. Ю.
Автоматическая межпланетная станция представляла собой спускаемый аппарат массой около 100 кг, отсеки с аппаратурой систем управления, астроориентации, радиосистем и двигательной установки для коррекции и торможения перед посадкой. Общая масса АМС после отделения от разгонной ступени ракеты-носителя составляла 1583 кг.
Спускаемый аппарат состоял из герметичного приборного отсека (телевизионная аппаратура, аппаратура радиосвязи, программно-временное устройство, научная аппаратура, системы энергопитания и терморегулирования), оснащенного амортизаторами (надувные баллоны), антеннами и другим оборудованием.
На первом этапе полёта ракета-носитель «Молния» выводила «Е-6» вместе с разгонным блоком «Л» на околоземную орбиту. Вне видимости с территории СССР включался блок «Л», станции сообщалась вторая космическая скорость, и она ложилась на траекторию полёта к Луне. На протяжении всего полёта к Луне вёлся контроль и осуществлялась правка траектории с помощью корректирующих двигателей. На последнем этапе производилось торможение (гашение скорости с 2600 м/с до нескольких м/с) и осуществлялась мягкая посадка на Луну. На поверхность Луны должен был опуститься аппарат массой до полутонны.
В марте - апреле 1965 года начался перевод работ по автоматическим межпланетным станциям (включая проект Е-6) из ОКБ-1 в Конструкторское бюро Машиностроительного завода имени С. А. Лавочкина (МЗЛ). С 1965 года в МЗЛ на базе унифицированной платформы Е-6 были созданы различные модификации, выполнявшие определённые задачи: Е-6М («Мягкая посадка», отработка технологий мягкой посадки), Е-6С («Спутник», вывод автоматических станций на окололунную орбиту), Е-6ЛФ («Лунный Фотограф», фотографирование лунной поверхности с орбиты), Е-6ЛС («Лунная Связь», отработка технологий командно-измерительного комплекса для будущих пилотируемых полётов Л1 и Л3).
Оснащались двигательной установкой КТДУ-5А
Космический аппарат был создан на базе автоматической станции «Луна-9». Вместо автоматической лунной станции на космическом аппарате «Луна-10» был установлен отделяемый герметичный контейнер - искусственный спутник Луны (ИСЛ), который был сделан достаточно простым по конструкции и по составу оборудования. Система ориентации на ИСЛ отсутствовала, поэтому аппарат совершал неориентируемый полет. Внутри герметичного контейнера ИСЛ были установлены телеметрическая аппаратура для сбора служебной и научной информации, программно-временное устройство, радиосистема КРС метрового диапазона и приемоответчик дециметрового диапазона РКТ-1, электронные блоки научных приборов и химические источники тока. В состав системы терморегулирования герметичного контейнера входил вентилятор, сброс тепла осуществлялся непосредственно через стенки контейнера.
На внешней стороне ИСЛ были размещены антенны радиокомплексов, штанга магнитометра длиной 1,5 метра, а также датчики научных приборов.
При подлете к Луне 3 апреля была построена лунная вертикаль, и включена двигательная установка на торможение, которая, отработав 57 секунд, обеспечила выход на орбиту искусственного спутника Луны. Через 20 секунд после окончания работы двигателя от корректирующей тормозной двигательной установки был отделен герметичный контейнер с научной аппаратурой, который стал первым в мире искусственным спутником Луны «Луна-10».
За 56 суток активного существования спутника на орбите Луны с ним было проведено 219 сеансов связи, получена ценная научная информация. Программа полета станции «Луна-10» выполнена полностью.
Орбитальные измерения позволили установить несферичность гравитационного потенциала Луны и впервые получить его точную модель (в виде коэффициентов разложения по сферическим гармоникам). Несферичность гравитационного потенциала Луны влияла на эволюцию орбиты АМС в 5-6 раз сильнее, чем возмущения со стороны Земли и Солнца. За время активного существования спутника на селеноцентрической орбите (460 витков) вековой дрейф долготы восходящего узла орбиты был равен −7,7°, положения перицентра −11,8°. За один оборот возмущение координаты спутника, обусловленное нецентральностью поля тяготения, составляло по модулю в среднем 0,75 км. Это было первое указание на существенную неоднородность недр Луны (см. Масконы). Кроме того, было уточнено значение массы Луны.
На внешней обшивке спутника были установлены газоразрядные счётчики ионизирующего излучения:
СБТ-9 (для мягкого излучения) - установлен возле оси в носовой части, имел направленное вперёд по оси спутника торцевое входное окно из слюды площадью 0,2 см2 (диаметр 0,5 см) с толщиной 1,2 мг/см2 и напылённым слоем золота толщиной 0,3 мг/см2 для экранирования мягкого солнечного рентгена; вне окна защищён медным экраном толщиной 2,5 г/см2, угол обзора окна около 2 стерадиан. Регистрировал с эффективностью, близкой к 100 %, электроны с E > 40 кэВ и протоны с E > 500 кэВ. Кроме того, с малой эффективностью регистрировалось рентгеновское излучение жёстче 10 ангстрем. Скорость счёта во время солнечных вспышек (8-13 апреля) увеличивалась до 50 имп/с (от солнечных космических лучей). С 3 по 23 апреля скорость счёта составляла в среднем 20-23 имп/с (предположительно от рентгеновского излучения Солнца), но с 23 апреля по 12 мая упала практически до фонового уровня.
СБТ-9 (для жёсткого корпускулярного излучения) - аналогичен предыдущему, но экранирован медью толщиной 2,5 г/см2 со всех сторон. Он также был расположен вверху носового конуса спутника параллельно его оси. Через медный экран счётчика могли проникать электроны с E > 5 МэВ и протоны с E > 50 МэВ. Наблюдения на счётчиках СБТ-9 проводились с 31 марта (то есть ещё до выхода на селеноцентрическую орбиту) по 29 мая. Экранированный счётчик показывал среднюю скорость счёта от 10 (в периселении) до 11 (в апоселении) импульсов в секунду; уменьшение скорости счёта в периселении (11 ± 3%) соответствует ожидаемому экранированию космических лучей Луной (расчётное изменение на 15 % при нулевом альбедо). На участке траектории до выхода на лунную орбиту скорость счёта составляла 12,2 ± 0,1 имп/с, что с учётом геометрического фактора счётчика (2,6 ± 0,2) см2 соответствует потоку частиц 4,7 ± 0,4 см−2·с−1.
СФ - три штуки, установлены на боковой поверхности, предназначены для обнаружения рентгеновского излучения Луны, были включены 8 апреля 1966. Имели входные окна из алюминиевой фольги площадью 0,5 см2 и толщиной 2,7 мг/см2. Регистрировался рентген жёстче 14 ангстрем, электроны с E > 50 кэВ и протоны с E > 800 кэВ.
С помощью счётчиков мягкого излучения было обнаружено прохождение Луны через хвост земной магнитосферы, выразившееся в синхронном росте скорости счёта из-за регистрации изотропного потока электронов с энергией более 40 кэВ. Из наличия мягких электронов был сделан вывод об отсутствии глобальной магнитосферы Луны, образующей вокруг неё замкнутые силовые линии.
На обшивке спутника были установлены ионные ловушки для регистрации заряженных частиц с тепловыми скоростями (ионов и электронов предполагаемой ионосферы Луны). На основании измерений установлена верхняя граница концентрации положительных ионов (ni < 100 см−3) и электронов (ne < 300 см−3) с тепловыми скоростями вблизи Луны.
Магнитометр спутника определил напряжённость магнитного поля Луны (примерно в 1000 раз меньше земного). Было установлено, что оно не имеет дипольного характера.
С помощью микрометеоритных пьезодатчиков, наклеенных на обшивку спутника (общая чувствительная площадь датчиков 1,2 м2, минимальная масса частиц 0,07 мкг при скорости 15 км/с), измерялась концентрация метеоритного вещества на высотах от 355 до 1030 км от поверхности Луны. С 3 апреля по 12 мая 1966 года зарегистрировано 198 событий за 11 часов 50 минут (в среднем 0,004 удара на м2 в секунду). На отдельных участках траектории протяжённостью 100...900 км наблюдались повышенные концентрации микрометеоритов. Установлено, что средняя плотность микрометеоритов вблизи Луны на два порядка превышает их среднюю плотность в межпланетном пространстве.
Был измерен гамма-спектр, излучаемый поверхностью Луны в диапазоне 0,3-3 МэВ. Обнаружено, что элементный состав природных радиоактивных нуклидов (уран, торий, калий) примерно соответствует таковому для земных базальтов. Однако более 90 % гамма-излучения с поверхности Луны обусловлено наведённой радиоактивностью, образующейся под действием космических лучей.
Станцией «Луна-10» впервые были получены данные об общем химическом составе Луны по характеру гамма-излучения ее поверхности. Общий уровень гамма-излучения лунных пород несколько превышает уровень гамма-излучения над породами земной коры. Методом гамма-спектрометрии впервые было измерено содержание естественных радиоактивных элементов (K, U, Th) и определен тип пород, залегающих на поверхности Луны. Было обнаружено присутствие на поверхности частиц реголита неокисленных форм железа, титана и кремния. Также было измерено альбедо проникающего корпускулярного излучения от первичного космического излучения, позволившее сделать вывод об отсутствии у Луны радиационных поясов.
Запущена 31 марта 1966 года ракетой-носителем «Молния-М» с космодрома Байконур. Космический аппарат был разработан и изготовлен в НПО им. С.А. Лавочкина.
«Молния» (Индекс ГРАУ - 8К78) - одноразовая четырёхступенчатая ракета-носитель среднего класса. Входит в семейство ракет-носителей Р-7.
Спроектирована в ОКБ-1 в 1959-1960 годах. Изготовитель: ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс».
Конструкция и двигатель третьей ступени (Блок «И») основаны на конструкции и двигателе второй ступени боевой ракеты Р-9А (8К75), конструкция 4-й ступени Блок «Л» - на конструкции блока «Е» ракеты 8К72, однако двигатель был применён принципиально новый, замкнутой схемы и с возможностью запуска в невесомости.
Блок Л - четвёртая ступень ракеты-носителя «Молния» (8К78). Первый из советских ракетных блоков, имевший возможность запуска в невесомости
Разрабатывалась для запуска межпланетных аппаратов к Венере и Марсу, затем - для запусков лунных аппаратов серии Е-6 («Луна-4» - «Луна-14»), для чего система управления была существенно модифицирована.
Программа «Е-6» - работы по мягкой посадке автоматической межпланетной станции на Луну, проводимые ОКБ-1 (СССР). Программа завершилась успешными прилунениями советских АМС Луна-9 и Луна-13.
Непосредственная разработка НИОКРов проводилась под непосредственным контролем заместителя Королева Бушуева К. Д. коллективом, возглавляемым Максимовым Г. Ю.
Автоматическая межпланетная станция представляла собой спускаемый аппарат массой около 100 кг, отсеки с аппаратурой систем управления, астроориентации, радиосистем и двигательной установки для коррекции и торможения перед посадкой. Общая масса АМС после отделения от разгонной ступени ракеты-носителя составляла 1583 кг.
Спускаемый аппарат состоял из герметичного приборного отсека (телевизионная аппаратура, аппаратура радиосвязи, программно-временное устройство, научная аппаратура, системы энергопитания и терморегулирования), оснащенного амортизаторами (надувные баллоны), антеннами и другим оборудованием.
На первом этапе полёта ракета-носитель «Молния» выводила «Е-6» вместе с разгонным блоком «Л» на околоземную орбиту. Вне видимости с территории СССР включался блок «Л», станции сообщалась вторая космическая скорость, и она ложилась на траекторию полёта к Луне. На протяжении всего полёта к Луне вёлся контроль и осуществлялась правка траектории с помощью корректирующих двигателей. На последнем этапе производилось торможение (гашение скорости с 2600 м/с до нескольких м/с) и осуществлялась мягкая посадка на Луну. На поверхность Луны должен был опуститься аппарат массой до полутонны.
В марте - апреле 1965 года начался перевод работ по автоматическим межпланетным станциям (включая проект Е-6) из ОКБ-1 в Конструкторское бюро Машиностроительного завода имени С. А. Лавочкина (МЗЛ). С 1965 года в МЗЛ на базе унифицированной платформы Е-6 были созданы различные модификации, выполнявшие определённые задачи: Е-6М («Мягкая посадка», отработка технологий мягкой посадки), Е-6С («Спутник», вывод автоматических станций на окололунную орбиту), Е-6ЛФ («Лунный Фотограф», фотографирование лунной поверхности с орбиты), Е-6ЛС («Лунная Связь», отработка технологий командно-измерительного комплекса для будущих пилотируемых полётов Л1 и Л3).
Оснащались двигательной установкой КТДУ-5А
Космический аппарат был создан на базе автоматической станции «Луна-9». Вместо автоматической лунной станции на космическом аппарате «Луна-10» был установлен отделяемый герметичный контейнер - искусственный спутник Луны (ИСЛ), который был сделан достаточно простым по конструкции и по составу оборудования. Система ориентации на ИСЛ отсутствовала, поэтому аппарат совершал неориентируемый полет. Внутри герметичного контейнера ИСЛ были установлены телеметрическая аппаратура для сбора служебной и научной информации, программно-временное устройство, радиосистема КРС метрового диапазона и приемоответчик дециметрового диапазона РКТ-1, электронные блоки научных приборов и химические источники тока. В состав системы терморегулирования герметичного контейнера входил вентилятор, сброс тепла осуществлялся непосредственно через стенки контейнера.
На внешней стороне ИСЛ были размещены антенны радиокомплексов, штанга магнитометра длиной 1,5 метра, а также датчики научных приборов.
При подлете к Луне 3 апреля была построена лунная вертикаль, и включена двигательная установка на торможение, которая, отработав 57 секунд, обеспечила выход на орбиту искусственного спутника Луны. Через 20 секунд после окончания работы двигателя от корректирующей тормозной двигательной установки был отделен герметичный контейнер с научной аппаратурой, который стал первым в мире искусственным спутником Луны «Луна-10».
За 56 суток активного существования спутника на орбите Луны с ним было проведено 219 сеансов связи, получена ценная научная информация. Программа полета станции «Луна-10» выполнена полностью.
Орбитальные измерения позволили установить несферичность гравитационного потенциала Луны и впервые получить его точную модель (в виде коэффициентов разложения по сферическим гармоникам). Несферичность гравитационного потенциала Луны влияла на эволюцию орбиты АМС в 5-6 раз сильнее, чем возмущения со стороны Земли и Солнца. За время активного существования спутника на селеноцентрической орбите (460 витков) вековой дрейф долготы восходящего узла орбиты был равен −7,7°, положения перицентра −11,8°. За один оборот возмущение координаты спутника, обусловленное нецентральностью поля тяготения, составляло по модулю в среднем 0,75 км. Это было первое указание на существенную неоднородность недр Луны (см. Масконы). Кроме того, было уточнено значение массы Луны.
На внешней обшивке спутника были установлены газоразрядные счётчики ионизирующего излучения:
СБТ-9 (для мягкого излучения) - установлен возле оси в носовой части, имел направленное вперёд по оси спутника торцевое входное окно из слюды площадью 0,2 см2 (диаметр 0,5 см) с толщиной 1,2 мг/см2 и напылённым слоем золота толщиной 0,3 мг/см2 для экранирования мягкого солнечного рентгена; вне окна защищён медным экраном толщиной 2,5 г/см2, угол обзора окна около 2 стерадиан. Регистрировал с эффективностью, близкой к 100 %, электроны с E > 40 кэВ и протоны с E > 500 кэВ. Кроме того, с малой эффективностью регистрировалось рентгеновское излучение жёстче 10 ангстрем. Скорость счёта во время солнечных вспышек (8-13 апреля) увеличивалась до 50 имп/с (от солнечных космических лучей). С 3 по 23 апреля скорость счёта составляла в среднем 20-23 имп/с (предположительно от рентгеновского излучения Солнца), но с 23 апреля по 12 мая упала практически до фонового уровня.
СБТ-9 (для жёсткого корпускулярного излучения) - аналогичен предыдущему, но экранирован медью толщиной 2,5 г/см2 со всех сторон. Он также был расположен вверху носового конуса спутника параллельно его оси. Через медный экран счётчика могли проникать электроны с E > 5 МэВ и протоны с E > 50 МэВ. Наблюдения на счётчиках СБТ-9 проводились с 31 марта (то есть ещё до выхода на селеноцентрическую орбиту) по 29 мая. Экранированный счётчик показывал среднюю скорость счёта от 10 (в периселении) до 11 (в апоселении) импульсов в секунду; уменьшение скорости счёта в периселении (11 ± 3%) соответствует ожидаемому экранированию космических лучей Луной (расчётное изменение на 15 % при нулевом альбедо). На участке траектории до выхода на лунную орбиту скорость счёта составляла 12,2 ± 0,1 имп/с, что с учётом геометрического фактора счётчика (2,6 ± 0,2) см2 соответствует потоку частиц 4,7 ± 0,4 см−2·с−1.
СФ - три штуки, установлены на боковой поверхности, предназначены для обнаружения рентгеновского излучения Луны, были включены 8 апреля 1966. Имели входные окна из алюминиевой фольги площадью 0,5 см2 и толщиной 2,7 мг/см2. Регистрировался рентген жёстче 14 ангстрем, электроны с E > 50 кэВ и протоны с E > 800 кэВ.
С помощью счётчиков мягкого излучения было обнаружено прохождение Луны через хвост земной магнитосферы, выразившееся в синхронном росте скорости счёта из-за регистрации изотропного потока электронов с энергией более 40 кэВ. Из наличия мягких электронов был сделан вывод об отсутствии глобальной магнитосферы Луны, образующей вокруг неё замкнутые силовые линии.
На обшивке спутника были установлены ионные ловушки для регистрации заряженных частиц с тепловыми скоростями (ионов и электронов предполагаемой ионосферы Луны). На основании измерений установлена верхняя граница концентрации положительных ионов (ni < 100 см−3) и электронов (ne < 300 см−3) с тепловыми скоростями вблизи Луны.
Магнитометр спутника определил напряжённость магнитного поля Луны (примерно в 1000 раз меньше земного). Было установлено, что оно не имеет дипольного характера.
С помощью микрометеоритных пьезодатчиков, наклеенных на обшивку спутника (общая чувствительная площадь датчиков 1,2 м2, минимальная масса частиц 0,07 мкг при скорости 15 км/с), измерялась концентрация метеоритного вещества на высотах от 355 до 1030 км от поверхности Луны. С 3 апреля по 12 мая 1966 года зарегистрировано 198 событий за 11 часов 50 минут (в среднем 0,004 удара на м2 в секунду). На отдельных участках траектории протяжённостью 100...900 км наблюдались повышенные концентрации микрометеоритов. Установлено, что средняя плотность микрометеоритов вблизи Луны на два порядка превышает их среднюю плотность в межпланетном пространстве.
Был измерен гамма-спектр, излучаемый поверхностью Луны в диапазоне 0,3-3 МэВ. Обнаружено, что элементный состав природных радиоактивных нуклидов (уран, торий, калий) примерно соответствует таковому для земных базальтов. Однако более 90 % гамма-излучения с поверхности Луны обусловлено наведённой радиоактивностью, образующейся под действием космических лучей.
Станцией «Луна-10» впервые были получены данные об общем химическом составе Луны по характеру гамма-излучения ее поверхности. Общий уровень гамма-излучения лунных пород несколько превышает уровень гамма-излучения над породами земной коры. Методом гамма-спектрометрии впервые было измерено содержание естественных радиоактивных элементов (K, U, Th) и определен тип пород, залегающих на поверхности Луны. Было обнаружено присутствие на поверхности частиц реголита неокисленных форм железа, титана и кремния. Также было измерено альбедо проникающего корпускулярного излучения от первичного космического излучения, позволившее сделать вывод об отсутствии у Луны радиационных поясов.