Первые фотографии обратной стороны Луны

В соответствии с программой исследования космического пространства и подготовки к межпланетным полетам, 4-го октября 1959 г. в Советском Союзе был осуществлен пуск третьей советской космической ракеты, которая вывела на расчетную орбиту автоматическую межпланетную станцию (АМС).

Запуск АМС был осуществлен с помощью многоступенчатой управляемой ракеты с мощными высокоэффективными ракетными двигателями. Управление полетом космической ракеты осуществлялось с высокой точностью специальными автоматическими системами. Вес последней ступени третьей космической ракеты составлял 1553 кг (без топлива). Вес полезной нагрузки - 453 кг. Часть этой нагрузки была размещена на борту последней ступени ракеты. Общий вес отделяемой от космической ракеты АМС составлял 278,5 кг.

Основной задачей АМС было фотографирование невидимой с Земли стороны Луны и передача изображения на Землю. Кроме того, с помощью АМС проводились научные исследования: космической радиации, газовой компоненты межпланетного вещества, корпускулярного излучения Солнца, наличия тяжелых ядер и однозарядной компоненты в космическом излучении, микрометеоров, состава межпланетного газа.

Общий вид автоматиче- ской межпланетной станции: 1 - иллюминатор для фотографиче- ских аппаратов; 2 - двигатель системы ориентации, 3 - солнеч- ный датчик; 4- секции солнеч- ной батареи; 5- жалюзи системы терморегулирования; 6 - тепло- вые экраны; 7 - антенны; 8 - приборы для научных исследо- ваний.

В соответствии с основной задачей была выбрана орбита АМС. АМС прошла на расстоянии 6500 км от поверхности Луны и вследствие ее притяжения изменила направление движения. Это позволило получить траекторию полета, удобную как для фотографирования Луны, так и для передачи на Землю (на территорию СССР) полученной информации (возвращение к Земле со стороны Северного полушария) на расстоянии порядка 47000 км. Орбиты, получаемые без использования эффекта возмущения Луны, не дают такой возможности. Выбранная орбита обеспечила, кроме того, полет АМС в космическом пространстве в течение длительного времени. Осуществление такого полета стало возможным в результате использования совершенной системы управления, обеспечившей в конце участка выведения расчетные значения величины и направления вектора скорости.

Автоматическая межпланетная станция является космическим аппаратом, существенно отличающимся по своей конструкции от искусственных спутников Земли, запущенных ранее. Основным отличием является то, что АМС в определенный период своего движения по орбите становится ориентированным аппаратом, способным проводить астрономические наблюдения заранее выбранного небесного тела. В случае третьей советской космической ракеты объектом наблюдения была обратная сторона Луны; которая до того была совершенно неизвестна человеку.

После прохождения плотных слоев атмосферы был сброшен конус, защищавший AMG от внешних воздействий. АМС была отделена от последней ступени космической ракеты. Отделение станции от космической ракеты необходимо для обеспечения внутри станции заданного температурного режима, для устранения влияния на научные эксперименты большой массы космической ракеты и газов, испарившихся из нее, и для облегчения поворотов станции во время процесса ориентации.

Орбита автоматической межпланетной станции.

АМС представляла собой тонкостенный герметичный цилиндрический аппарат со сферическими днищами. Максимальный диаметр станции 1200 мм, длина 1250 мм (без антенн). Снаружи на корпусе была установлена часть научных приборов, антенны и солнечная батарея. В верхнем днище имелся иллюминатор, прикрытый крышкой, которая автоматически открылась перед началом фотографирования. На верхнем и нижнем днищах - восемь малых иллюминаторов для датчиков системы солнечной ориентации. На нижнем днище были установлены миниатюрные управляющие реактивные двигатели системы ориентации. Для поддержания и регулирования внутри аппарата необходимого теплового режима сферические днища были закрыты экранами, а на цилиндрической части имелись жалюзи.

Внутри корпуса автоматической межпланетной станции были установлены: фототелевизионная система, система ориентации, система терморегулирования, радиосистемы, система управления, телеметрическая система, система единого энергоснабжения, научная аппаратура, состоящая из чувствительных элементов, усилительных и преобразующих устройств.

Радиотехническая аппаратура, установленная на АМС, служила для передачи на Землю научной информации, сведений о работе аппаратуры объекта и телевизионной передачи фотографии Луны; телеметрическая система позволила контролировать работу системы ориентации, системы терморегулирования, системы питания и фототелевизионной аппаратуры. Кроме того, радиоаппаратура станции позволила произвести траекторные измерения и уточнить положение АМС в пространстве.

Управление аппаратурой, установленной на AMС, осуществлялось по командной радиолинии с Земли.

Система единого энергопитания состояла из солнечной батареи, буферной батареи, преобразующих и стабилизирующих устройств. Солнечная батарея преобразовывала солнечную энергию в электрическую, которая накапливалась в буферной батарее. Энергия, накопленная в буферной батарее, расходовалась постоянно - для питания непрерывно работающих приборов и периодически - во время сеансов передачи информации.

В полете АМС получала тепло от Солнца, кроме того, расположенные внутри АМС приборы выделяли при своей работе большое количество тепла. Для обеспечения теплового режима, необходимого для нормальной работы аппаратуры, на AMС была установлена система терморегулирования. К системе терморегулирования предъявлялись особо высокие требования в связи с процессом фотографирования, т. к. для нормальной работы оптических систем необходимо поддержание температуры в строго определенных пределах. Для регулирования теплового режима на цилиндрической поверхности корпуса снаружи были установлены жалюзи, которые открывали или закрывали радиационную поверхность с большой излучательной способностью. При повышении температуры до +25° С жалюзи открывали радиационную поверхность, при понижении температуры газа до +15° жалюзи закрывались. Кроме того, вся наружная поверхность корпуса станции была обработана таким образом, что отдельные ее элементы имели заданные оптические свойства. Внутри корпуса была осуществлена принудительная циркуляция газа.

С целью обеспечения равномерного притока солнечного тепла, после окончания процесса фотографирования и ориентации АМС было придано медленное вращательное движение.

Несмотря на высокий перигей орбиты АМС на первом витке и отсутствие сопротивления атмосферы при ее движении, время существования AMС ограничено. Перигейное расстояние орбиты станций вследствие влияния притяжения Солнца и Луны быстро сокращалось, и в конце марта 1960 г. АМС вошла в плотные слои атмосферы Земли и сгорела (в районе Северной Африки).

Работа всей аппаратуры АМС в течение первого оборота протекала нормально. В соответствии с намеченной программой научных исследований 7 октября в 6 час. 30 мин. московского времени было начато фотографирование Луны, которое продолжалось 40 минут. 

Корабль при прохождении Луны был ориентирован кормой к Солнцу и стабилизирован при помощи системы «Чайка», которая включала солнечные и лунный световые датчики, гироскопические датчики углового вращения, счётно-решающее устройство, микродвигатели ориентации, использующие в качестве рабочего тела сжатый азот. АМС «Луна-3» была первым в мире аппаратом, способным поддерживать ориентацию в космосе необходимый период времени. 7 октября 1959 года во время 40-минутного сеанса фотографирования, в начале которого станция находилась на расстоянии 66800 км над точкой с селенографическими координатами 17°00′ с. ш. 117°00′ в. д.G, двумя объективами — с фокусным расстоянием 200 мм и 500 мм была заснята почти половина поверхности Луны (одна треть — в краевой зоне, две трети — на обратной невидимой с Земли стороне). Изображения — после проявления плёнки на борту — были переданы с помощью фототелевизионной системы на Землю. Фототелевизионное устройство «Енисей» было разработано ленинградским НИИ телевидения (сам фотоаппарат АФА-Е1 — Красногорским механическим заводом). По инициативе П. Ф. Браславца при этом в тайне от начальства использовалась особая устойчивая к радиации и перепадам температуры киноплёнка, добытая из американских разведовательных зондов Project Genetrix (WS-119L), регулярно сбиваемых над территорией СССР. Советская промышленность в те времена подобной плёнки не выпускала (по идеологическим соображениям эта информация не афишировалась).

Комплекс бортовой фототелевизионной аппаратуры «Енисей» для станции «Луна-3»

Передача изображения осуществлялась аналоговым методом камерой бегущего луча. На наземной стороне приём совершался несколькими способами: съёмкой камеры бегущего луча на киноплёнку, фотографированием с экрана скиатрона, записью на магнитную ленту и прямым выводом изображения на термохимическую бумагу. Записи на магнитную ленту не удалось воспроизвести, изображения на термобумаге и скиатронах позволяли только оценить сюжет изображения. Единственным удачным методом регистрации оказался с использованием камеры бегущего луча. При полёте к Луне и при приёме сигналов качество сигнала было плохим, высоки были уровни шумов. В сеансе связи, когда станция подошла поближе к Земле и можно было повторить приём с большим отношением сигнал-шум, получить изображения не получилось. Однако 18 октября сигнал усилился, и удалось получить 17 изображений хотя и с помехами, но с видимыми деталями рельефа, а 22 октября связь со станцией прекратилась. В результате дешифровки различили 499 деталей рельефа, из них 100 — в видимой с Земли части Луны для калибровки. Расстояние АМС «Луна-3» от Земли в апогее составило около 480 тыс. км, в перигее — около 40 тыс. км (47500 км от центра Земли). Совершив 11 оборотов вокруг Земли, аппарат вошёл в земную атмосферу и прекратил существование. Более качественные снимки удалось получить через несколько лет станцией «Зонд-3», в целом съёмками «Луны-3» и «Зонда-3» было охвачено 95 % поверхности Луны.

Таким образом, с помощью АМС совершено выдающееся открытие - получено изображение обратной, невидимой с Земли, стороны Луны. Кроме этого, с помощью АМС получены дополнительные данные о космическом пространстве.

На втором обороте радиосвязь с АМС прекратилась, что могло быть вызвано различными причинами. Не исключена возможность, что прекращение работы бортовой аппаратуры произошло вследствие удара метеорита, в результате нарушения герметичности корпуса.

===================================

Борис Черток:
А пока по стране гремели овации, мы готовили Е-2. На старте подготовка прошла сравнительно спокойно. Уезжая по тридцатиминутной готовности со стартовой площадки на первый ИП, я по установившейся традиции пожелал Воскресенскому и Евгению Осташеву "ни пуха, ни пера". Они дружно послали меня "к черту".
Ракета с новым лунником ушла в полет всего через двадцать дней после первого попадания в Луну.
4 октября, в день второй годовщины начала космической эры, голос Левитана оповестил мир об успешном осуществлении "третьего пуска космической ракеты". Несмотря на обещания, перестраховщики - авторы сообщения ТАСС - выбросили из текста все, что касалось главной цели полета - фотографирования обратной стороны. К середине дня 4 октября Государственной комиссии было доложено, что Центр управления на горе Кошка ведет наблюдение и связь "всеми средствами". На борту все в порядке, работа продолжается по программе.
Рано утром 5 октября мы разлетались с полигона. Бригада "банно-прачечного треста" - в Крым, остальные - в Москву. Вторую годовщину запуска первого ИСЗ мы отмечали уже в самолете Ил-14 на пути во Внуково.
......
Втиснувшись в "ЗИМ", мы на предельной скорости по узкой извилистой крымской дороге понеслись в сторону Симеиза. Выехав из дома в 11 часов, сменив автомобиль на реактивный лайнер, затем на вертолет, снова автомобиль, в 14 часов 30 минут мы были на горе Кошка, возвышающейся над Симеизом - известным курортом южного берега Крыма.
Пункт управления размещался рядом с филиалом Пулковской обсерватории. Основным сооружением была плоская поворотная антенна площадью 120 квадратных метров. Приемопередающая аппаратура размещалась в автофургонах. Сам пункт управления теснился во временном деревянном бараке. В одном из закутков были
установлены фоторегастрирующие приборы. На термочувствительной бумаге этих приборов, не требующей процесса проявления, должно было появиться изображение обратной стороны Луны. Одновременно изображение регистрировалось и на обычную кинопленку, требовавшую длительного процесса химической обработки. Проявка кинопленки на месте была невозможна. Предполагалось, что это будет проделано в Москве.
Личный состав пункта - военные и гражданские специалисты - жил в палатках. На территории дымила походная кухня, обычная для военного времени. По всему чувствовалось, что здесь полные хозяева - военные. Они уже капитально строили новые пункты управления под Симферополем и Евпаторией. Пункт на горе Кошка был временным, поэтому все носило отпечаток походности.
На первом оперативном сборе Богуславский, считавшийся техническим руководителем, доложил, что основной причиной неустойчивой связи на первых сеансах, по-видимому, являются неудачные диаграммы направленности бортовых антенн АС.
Что есть - то есть. Диаграммы не исправишь. Королев пожелал лично поговорить с непосредственными операторами, отвечающими за радиосвязь. Среди всех прочих редких качеств СП обладал еще, как мы говорили, седьмым чувством обнаружения "непорядка и разгильдяйства". Он сразу заметил и ухватил, что на пункте одновременно командуют любимый им Богуславский, будущий доктор технических наук, будущий Герой Социалистического Труда, будущий лауреат Ленинской премии, и полковники Сыцко и Бугаев (в будущем тоже лауреаты и руководители новых пунктов дальней космической связи).
Во время сеансов связи операторы крутили многочисленные ручки настроек и регулировок не очень согласованно. Не все понимали, когда и чью команду надо исполнять. Богуславского все уважали, но для любого офицера стоящий над ним полковник был более реальной властью.
- Внимание! - скомандовал Королев. - Во время сеансов связи я прошу, чтобы все доклады шли Евгению Яковлевичу Богуславскому. И всех операторов прошу выполнять только его команды.
Простейшее, казалось бы, распоряжение, но сразу на пункте установился новый порядок. Богуславский почувствовал себя хозяином и принял всю ответственность за "связь с Луной" на себя. Полковникам, оказывается, и так вполне хватало хлопот. Они перестали дублировать Богуславского.
В 16 часов 6 октября прошел сеанс приема телеметрии. К всеобщему удивлению, постепенно, по мере обработки выяснилось, что на борту все в порядке.
Когда спало всеобщее напряжение после сеанса, мы с Богуславским вышли покурить. Дул холодный ветер. Со смотровой площадки открывался чудесный вид на зеленеющий внизу курортный берег, голубой залив подсвечивался заходящим солнцем. По неспокойному морю неспешно двигался одинокий катер.
- Видишь катер? - спросил Богуславский. - Это я потребовал. Военный катер Черноморского флота патрулирует залив. На нем стоит аппаратура поиска источников помех. Кроме того, на время сеансов связи, по нашему предупреждению, Черноморский флот "затихает" - радиопереговоры, по возможности, прекращаются. А внизу ГАИ не пускает автомашины на горную дорогу. Помехи сведены к минимуму. Честно говоря, мощность передатчиков маловата. Но думаю, что если "банно-прачечный трест" не подведет, все будет в порядке. Как ни как, прием картинки будем вести с дальности не более пятидесяти тысяч!
Говоря все это, он жадно курил "Беломор", отказавшись от моего "Казбека".
Когда мы вернулись после перекура, Королев уже снова "завелся". Он потребовал доложить точное расписание следующих сеансов и действий на случай отказов.
Ориентация на обратную сторону Луны, а затем включение ФТУ должны начаться рано утром 7 октября. Брацлавец неожиданно высказал опасение, что по предыдущему опыту тренировок с ФТУ время фотографирования может оказаться более часа, а здесь на пункте, оказывается, израсходован запас специальной магнитной ленты для последующей записи изображения неведомых лунных ландшафтов. Ну, тут СП пришел в ярость. Я его понимал. Ведь если бы нас предупредили, мы могли бы захватить с собой из Москвы эту дефицитную ленту. Он "из всех стволов главного калибра" выдал Рязанскому, Богуславскому и Брацлавцу.
Но простым криком дела не исправишь. Удовлетворение СП получал только в конкретном действии после разноса. Он тут же позвонил в Москву, нашел Руднева, объяснил ситуацию и попросил помощи. Потом еще звонки в наш ОКБ-1, там все растолковал. Успокоившись после многих переговоров с Москвой, сказал, обращаясь к полковнику Бугаеву:
- В Симферополь рейсом таким-то приходит Ту-104. У командира корабля будет коробка с пленкой. Я сейчас договорюсь, чтобы в аэропорту к моменту посадки был вертолет. Вы должны на этом вертолете доставить сюда эту пленку. Простите, но эти хлопоты по вине моих товарищей.
Инцидент с пленкой был исчерпан. Все сработало по королевскому расписанию.
Уже поздно вечером, глядя на мирно дремавшего у какой-то приборной стойки Келдыша, СП дал последнее ЦУ:
- Осташеву оставаться на ночевку здесь, а мы поедем осваивать "Нижнюю Ореанду". На спокойное утро не надейтесь, мы вернемся рано.
С продуваемой холодными октябрьскими ветрами Кошки мы на горкомовском "ЗИМе" спустились в теплую курортную зону и помчались в "Нижнюю Ореанду". Несмотря на поздний час, в фешенебельном правительственном санатории вымуштрованный персонал развел нас по роскошным "люксам" и объявил, что "ужинать уже подано". За столом с яствами и винами СП строго предупредил:
- Не пить! Завтра выезжаем в 6.00.
Спать оставалось четыре часа.
7 октября в 6 часов 30 минут на борту АС начало работать ФТУ. Станция при этом находилась на прямой между Луной и Солнцем. В сеансе связи на Кошке лихорадочно расшифровывали телеметрию, которая шла со сбоями. Я не стерпел и сказал:
- Это Луна мешает прохождению информации.
Надо было экономить электроэнергию, чтобы не разрядить аккумуляторы при работе ФТУ, поэтому телеметрию выключили. Фотографирование уложилось в положенные сорок минут. На летящей уже к Земле станции начался ответственный процесс проявления и фиксирования в "банно-прачечном" отделении.
Для нас было крайне интересно, с какой высоты велось фотографирование. Обработка траекторных измерений производилась параллельно в баллистическом центре НИИ-4 и ОПМ. Теперь уже Келдыш сидел на телефоне. Королев проявлял нетерпение. Своим спокойным голосом Келдыш сказал:
- Они в третий раз пересчитывают, но это на всякий случай. А пока уверяют, что над поверхностью Луны мы прошли не более чем в семи тысячах километров и все, как будто, идет по расписанию. Теперь надо смотреть, чтобы станция не зарылась в атмосферу. Луна возмутилась, что заглядываем в ее запретную зону, и теперь баллистики выясняют, как это возмущение скажется на траектории движения к Земле.
Пошли часы мучительного ожидания, во время которых я и Осташев не переставали теребить Брацлавца, чтобы по телеметрическим данным он нас заверил в безотказном функционировании ФТУ.
По приглашению Келдыша на Кошку приехал астроном Андрей Северный - директор Крымской солнечной обсерватории. Он пытался внести панику в атмосферу напряженного ожидания. По его словам, не было никаких оснований волноваться по поводу исправной работы ФТУ. Никакого изображения мы в принципе получить не сможем, по той простой причине, что космическое облучение засветило пленку. Ее могла бы спасти только свинцовая защита толщиной, по крайней мере, в пять-шесть сантиметров.
Будем ждать!
Я пристроился рядом с Богуславским у аппарата открытой записи на электрохимической бумаге.
С приемного пункта докладывали:
- Дальность - пятьдесят тысяч. Сигнал устойчивый. Есть прием!
Дали команду на воспроизведение изображения. Опять ответственность лежит на ФТУ.
На бумаге строчка за строчкой появляется серое изображение. Круг, на котором различить подробности можно при достаточно большом воображении.
Королев не выдержал и ворвался к нам в тесную комнатку.
- Ну что там у вас?
- У нас получилось, что Луна круглая, - сказал я.
Богуславский вытянул из аппарата записанное на бумаге изображение, показал Королеву и спокойно разорвал. СП даже не возмутился.
- Зачем же так сразу, Евгений Яковлевич? Ведь это первый, понимаешь, первый!
- Плохо, много всякой грязи. Сейчас мы уберем помехи и следующие кадры пойдут нормально.
Постепенно на бумаге появлялись один за другим все более четкие кадры.
Мы ликовали, поздравляли друг друга. Богуславский успокаивал, что на фотопленке, которую обработаем в Москве, все будет гораздо лучше.
Уже совсем поздно, распрощавшись с участниками "страды" на Кошке, мы снова уехали в "свой санаторий". На этот раз Королев разрешил Осташеву ехать с нами. Я разделил с ним роскошный "люкс". За ужином уже не было запрета на потребление вин из правительственных подвалов.