Наука и техника: прошлое и настоящее

Отечественная лунная одиссея

Продолжение. См. № 7/09

Обратная сторона Луны

Наша естественная спутница Луна интересовала жителей Земли с незапамятных времён. Но земляне могли видеть только одну сторону Луны. А учёным, да и любознательным обывателям, хотелось узнать, какова другая, не видимая с Земли сторона. Развитие ракетно-космической техники на 1959 г. позволяло решить эту задачу только при старте ракеты-носителя (РН) с лунным космическим аппаратом ЛКА в определённый день и час один раз в лунные сутки (практически один раз в месяц). Подготовка и осуществление этого уникального космического эксперимента стали предметом особого внимания как на Симеизском измерительном пункте ИП-41Е, так и на Симферопольском научном измерительном пункте НИП-10, командование которым принял полковник Н.И.Бугаев, участник Великой Отечественной войны. Будущим Центром дальней космической связи (ЦДКС) Н.И.Бугаев руководил более 14 лет. За это время под его руководством и при непосредственном участии были успешно проведены работы по телеуправлению лунными космическими аппаратами – от «Луны-3» до «Луны-21» и «Лунохода-2».

Во второй половине 1959 г. активно продолжается строительство Симферопольского ЦДКС. Специалистами ЦКБ-34 (ныне ОАО «Конструкторское бюро специального машиностроения» – КБСМ) монтируется антенная установка СМ-84 с зеркалом диаметром 25 м (антенна ТНА-200). А учёные и конструкторы НИИ-885 создают многофункциональную, в двести крат бóльшую, чем была раньше, по дальности действия радиотехническую систему дальней связи РТС-1,2 не только для траекторных измерений, но и для приёма научной и служебной информации с борта ЛКА и передачи на его борт радиокоманд управления. Антенна узкополосного приёма с подстройкой частоты, учитывающей эффект Доплера, и уменьшением шумовой температуры корреляционным накоплением сигналов была дополнительно оснащена параметрическим усилителем (разработчики Е.И.Галин и А.И.Дунаев). Так впервые в истории создавался космический аппарат, управляемый по радиокомандам с Земли.

На НИПах, привлекаемых к предстоящей работе, дополнительно были развёрнуты станция РТС-12БМ (для измерения дальности и радиальной скорости, приёма, обработки и регистрации телеметрической информации, передачи радиокоманд управления на ЛКА и приёма с него фотографических изображений – НИП-6, НИП-10, НИП-12 и ИП-41Е) и телевизионная аппаратура «Енисей-1» и «Енисей-2» (ИП-41Е и НИП-6).

По свидетельству Н.И.Бугаева, аппаратура во многих случаях разрабатывалась в единственных экземплярах и на ИП-41Е и НИП-10 поставлялась практически без технической документации. В связи с этим в её эксплуатации участвовали и представители предприятия-разработчика, и специалисты Центра командно-измерительного комплекса, а также военнослужащие – операторы Симеизского и Симферопольского пунктов.

Комплекс телевизионной аппаратуры «Енисей» для получения на Земле фотографий Луны включал в себя бортовую фототелевизионную камеру, способную работать в двух режимах – «медленном» и «быстром»: наземную приёмную аппаратуру для «быстрого» режима «Енисей-1» (камера переключалась при подлёте станции к Земле на расстояние 40–50 тыс. км) и для «медленного» – «Енисей-2» (когда станция находилась на бóльших расстояниях).

Съёмка Луны велась на 35-мм плёнку двухобъективным фотоаппаратом АФА-Е1 с фокусным расстоянием 200 и 500 мм, разработанном на Красногорском механическом заводе. По окончании съёмки плёнка поступала в устройство автоматической обработки, где проявлялась, закреплялась, просушивалась и перематывалась в специальную кассету. Для преобразования негативного изображения в электрические сигналы использовались электронно-лучевые трубки и фотоэлектронный умножитель.

К лету 1959 г. приёмные комплексы «Енисей-1» и «Енисей-2» были изготовлены как в стационарном, так и в автомобильном вариантах. Стационарные отправили в НИИ-885 (головной разработчик радиокомплекса) и в ОКБ-1, а также на полигон Байконур. Автомобильные же своим ходом прибыли на ИП-41Е, а на Камчатский НИП были доставлены самолётом. Группа специалистов НИИ-380 во главе с В.А.Ефимовым провели на НИП-6 монтаж, отладку и сопряжение этих комплексов с другими радиосредствами.

Руководили телеуправлением ЛКА из пункта управления, который развернули в деревянном «финском домике». В нём же были установлены и фоторегистрирующие устройства. Это был первый Центр управления полётом лунными космическими аппаратами – прообраз будущих Центров управления полётами космическими аппаратами.

На «горке», как тогда называли этот временный Центр, учёные и специалисты под руководством Е.Я.Богуславского, Г.А.Сыцко и Н.И.Бугаева занимались буквально всем: обучением молодых операторов, техников и инженеров, наладкой уникальной аппаратуры, организацией размещения и питания людей, и даже противопожарными мероприятиями.

4 октября 1959 г. в 03 ч 43 мин 39,7 с на полигоне Байконур состоялся старт РН «Восток-Л» с ЛКА Е-2А – третьей советской космической ракетой «Луна-3». Она представляла собой тонкостенную герметичную конструкцию, имеющую форму цилиндра со сферическими днищами массой 278,5 кг. Масса третьей ступени РН (без топлива) составляла 1553 кг (масса научной и измерительной аппаратуры с источниками питания 435 кг). На ЛКА располагались: радиотехническая система приёма с Земли радиокоманд управления бортовой аппаратурой и передачи на Землю телеметрической, телевизионной и научной информации, система ориентации для фотографирования Луны, фототелевизионная система, комплекс научной аппаратуры, автоматическая система терморегулирования и система энергопитания.

Согласование и управление работой всех систем осуществлялось специальным программно-временным устройством (ПВУ). Бортовая аппаратура и химические источники электропитания размещались на специальной раме внутри приборного отсека. На внешней стороне ЛКА находились датчики научной аппаратуры, солнечные батареи, солнечный и лунный оптические датчики, иллюминатор для фотокамеры, двигатели системы ориентации, четыре штыревые и две ленточные антенны.

Программу фотографирования Луны составили таким образом, чтобы можно было заснять половину лунной поверхности, одна треть которой располагалась бы на её видимой стороне. Это позволяло осуществить координатную привязку новых образований к объектам, наблюдаемым с Земли, и уточнить структуру краевой зоны видимого полушария.

Принимаемый с борта телевизионный сигнал записывался на перфорированную ленту магнитофона (разработчик М.М.Алон). Одновременно сигнал регистрировался аппаратурой «Енисей-2» на 35-мм киноплёнку двумя фоторегистрирующими устройствами, а воспроизводился на экранах мониторов и на электрохимической бумаге фототелевизионного аппарата открытой записи типа «Волга».

Для проведения фотосъёмки поверхности Луны в ПВУ предусматривалось включение схемы для наведения объективов фотоаппарата путём разворота самого ЛКА. Удержание его в этом положении осуществлялось бортовой системой ориентации. Передача с борта на Землю полученных фотоснимков Луны производилась по радиокомандам, выдаваемым дежурным расчётом с ИП-41Е. Этими командами включалось и по программе выключалось бортовое фототелевизионное устройство (ФТУ).

История «космической» 35-мм фотоплёнки типа «АШ» достаточно забавна. По свидетельствам заместителя главного конструктора темы «Енисей» П.Ф.Брацлавца и ведущего инженера по бортовой камере Ю.П.Лагутина, наша промышленность к тому времени не освоила производства требуемой фотоплёнки. А во второй половине 50-х гг. США стали использовать в разведывательных целях воздушные шары, снабжённые специальной фотоаппаратурой. Эти шары запускались с американских военных баз, дислоцированных в Западной Европе, и, проплывая с воздушными течениями над территорией нашего государства, фотографировали её. Некоторое количество фотоплёнки с этих шаров-шпионов оказалось в Военной академии им. А.Ф.Можайского, с которой сотрудничал Ленинградский ВНИИ телевидения. В результате исследований выяснилось, что эта плёнка по своим параметрам подходит для использования в бортовой аппаратуре «Енисей». Тогда было принято решение (в тайне от высокого начальства) разрезать её на требуемый размер, отперфорировать и использовать для фотографирования невидимой стороны Луны. Отсюда и обозначение «АШ» – «американские шарики».

«Луна-3» вышла на расчётную траекторию полёта, а это было очень важно, т.к. в то время её коррекция конструкциями РН и ЛКА не предусматривалась. На ИП-41Е приступили к телеконтролю, а затем и телеуправлению ЛКА. С полигона на НИП-10 прилетели С.П.Королёв, М.В.Келдыш, В.П.Глушко, Н.А.Пилюгин, М.С.Рязанский, В.П.Бармин, В.П.Кузнецов, А.Ф.Богомолов, С.М.Владимирский, Б.В.Раушенбах, Б.Е.Черток, главный конструктор ТВ-комплекса «Енисей» И.Л.Валик и др. Полёт «Луны-3» поражал смелостью замысла и точностью инженерного расчёта. «Лунный фотограф» по состоянию на 7 октября удалился от Луны на расстояние 65–68 тыс. км. На этом участке траектории бортовая оптическая система очень хорошо «просматри­вала» обратную сторону Луны, ярко освещённую лучами Солнца, и Землю, находящуюся на расстоянии почти в полмиллиона километров. Дежурный расчёт командной радиостанции, согласно программе, выдал радиокоманду на включение бортового ФТУ. Режим фотографирования продолжался около 40 мин, причём одновременно двумя объективами, один из которых имел фокусное расстояние 200 мм, а другой 500 мм. Таким образом, изображения получились в двух масштабах.

После сеанса фотографирования «Луна-3» прошла на расстоянии 6200 км от поверхности Луны. Анализ принятого с борта телеметрического сигнала показал, что фототелевизионная камера «Енисей» сработала. Но есть ли что-нибудь на фотоплёнке, пока было не совсем ясно. Техническое руководство приняло решение о включении бортовой аппаратуры на передачу ТВ-сигнала. По распоряжению начальника дежурного расчёта оператор станции выдал радиокоманду на её включение.

Через несколько секунд начался приём сигнала с изображением штриховой миры, впечатанной на фотопленку ещё на Земле. Эти два события – начало работы бортовой передающей камеры «Енисей» и передача тест-строки – ознаменовали рождение космического телевидения.

По воспоминаниям Б.А.Покровского, находящийся в это время на пункте известный астроном Андрей Борисович Северный, возглавлявший с 1952 г. Крымскую астрофизическую обсерваторию, подойдя к С.П.Королёву, показал свои расчёты, по которым получалось, что никакого изображения не может быть, т.к. (по его мнению) фотоплёнка будет засвечена солнечной радиацией. Сергей Павлович отодвинул от себя подальше его листки и не сказал ни слова. Но вот на экранах мониторов в «шумах» появилось пятно – фотография Луны, заснятая с Земли и впечатанная на бортовую фотоплёнку в качестве теста. И это было только начало. А затем фиолетовая точка начала строчка за строчкой выписывать изображение лунной поверхности на экране ВКУ. Это был первый в истории человечества успешный эксперимент по фотографированию и передачи из космоса на Землю изображения другого небесного тела. В течение 40 минут Симеизским пунктом были приняты 40 фотографий невидимой части лунной поверхности.

Дежурные расчёты Камчатского НИПа также вели приём ТВ-сигнала в тот момент, когда станция находилась на расстоянии 470 тыс. км от Земли, что было зафиксировано в «Книге рекордов Гиннесса». Проявлять «боевые» плёнки на НИПах было категорически запрещено. Однако, по указанию С.П.Королёва, плёнку всё-таки обработали. Когда Сергею Павловичу принесли из фотолаборатории ещё влажный снимок, он, сдерживая волнение, проговорил: «Ну, что тут у нас получилось?» Все увидели на первом снимке теперь уже «видимые», пока ещё безымянные горы, моря и кратеры. С.П.Королёв на одном из снимков своим размашистым почерком написал: «Уважаемому А.Б.Северному. Первая фотография обратной стороны Луны, которая не должна была получиться. С уважением, С.Королёв. 7 октября 1959 года». Так Главный конструктор подтвердил приоритет нашей страны в рождении космического телевидения.

По условиям приёма информации и в связи с ограниченными энергоресурсами сеансы с «Луной-3» проводились, как правило, один раз в сутки. По мере приближения её к Земле контрастность принимаемых изображений увеличивалась и качество «картинки» улучшалось. Кстати, работе с «Луной-3» было уделено такое внимание, что, по словам участников этих работ на Симеизском пункте, на время сеансов связи в Крыму выключались все радиоизлучающие средства, а в районе Симеиза даже запрещалось движение автотранспорта.

Фото обратной стороны Луны с борта Galileo [http://www.tonnel.ru/index.php?l=cal&aid=375&godik=2005]

Карта Луны [http://telescop.ucoz.ru/index/0-118]

На фотографии слева: Зонд-3 сфотографировал оставшиеся 30% обратной стороны Луны [www.kopona.net]

На фотографии справа: Главная особенность обратной стороны Луны — её материковый характер. Если на «нашем» лунном полушарии моря составляют примерно 40% территории, то на обратном на долю морей приходится менее 10%. Собственно, если не считать краевых зон, то там есть всего два скромных по размерам моря — Море Москвы и Море Мечты [www.astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=33&num=471]

Первая карта обратной стороны Луны (2) [http://sovams.narod.ru/updates.html]

18 октября, когда расстояние до Земли составляло 40–50 тыс. км, был включён «быстрый» режим. Дежурный расчёт приёмного комплекса «Енисей-1» Симеизского пункта принял эти изображения. На Камчатском НИПе приём ТВ-сигнала осуществлялся во втором сеансе связи. Изображение наблюдали на экранах мониторов и фиксировали на киноплёнку приёмные комплексы «Енисей-1» и «Енисей-2».

При подлёте «Луны-3» к радиогоризонту Камчатского НИПа дежурный расчёт ИП-41Е выдал радиокоманду на выключение бортового радиокомплекса. В расчётное время ЛКА ушёл в тень Земли. Его появление в зоне радиовидимости Камчатского НИПа ожидалось 19–20 октября. Однако «Луна-3», появившись в назначенное время, не ответила Земле на поданные на её борт радиокоманды. И с неё больше не удалось принять ни телевизионную, ни телеметрическую информацию. По всей вероятности могли выйти из строя радиопередатчик или система энергопитания.

Киноплёнки со снимками лунной поверхности были отправлены в Москву. 27 октября 1959 г. они впервые были опубликованы в газете «Известия». Советские учёные тщательно проанализировали полученные фотографии и по праву первооткрывателей дали наименования новым морям, заливам и кратерам. С тех пор на глобусе Луны навеки зафиксированы и Море Мечты, и Море Москвы, и Кратер Циолковского... «Луна-3», совершив 11 витков по трассе своего полёта, вошла в атмосферу Земли и прекратила своё существование 29 апреля 1960 г.

В ходе полёта впервые в мире на практике была реализована идея «гравитационного манёвра», т.е. изменения орбиты КА за счёт использования гравитационного поля Луны, что позволило обеспечить передачу данных на радиотехнические средства слежения НИПов. Временный Центр дальней космической связи на горе Кошка после завершения работ со станцией «Луна-3» был расформирован.

В своей книге «Наперекор земному притяжению» О.Г.Ивановский вспоминает, что в канун 1960 г. С.П.Королёв пригласил его к себе в кабинет (в то время Ивановский был его заместителем) и сказал: «В Париже какой-то винодел в своей компании пари держал, что поставит тысячу бутылок шампанского тому, кто когда-нибудь на обратную сторону Луны заглянет. Недели две назад в Москву, в академию посылка из Франции пришла. Ровно тысяча бутылок. Проиграл мосье! Так что, тысяча не тысяча, а две бутылки твои. С Новым годом!»

Для выполнения программы облёта Луны и её фотографирования с большей разрешающей способностью (проект Е-3) на ЛКА вместо фотокамер был установлен фотоаппарат с одним объективом (фокусное расстояние 750 мм), изменена фототелевизионная система передачи фотографий на Землю. После двух неудачных попыток запуска объектов Е-3 (№ 1 – 15.04.1960 г. и № 2 – 19.04.1960 г.) было принято решение прекратить работы по проекту Е-3.

Итак, в результате выполнения отечественной лунной программы по проекту Е-1, части проекта Е-2А и проекта Е-3 из девяти стартов РН с ЛКА целей достигли «Луна-2» и «Луна-3».

Тем не менее 1959 г. вошёл в историю мировой науки и техники как год начала совершенно нового этапа исследования Луны и окололунного пространства советскими космическими ракетами. Следует заметить, что вне поля зрения объективов фотокамер «Луны-3» остался несфотографированным один сегмент на обратной стороне Луны. Дальнейшее фотографирование возобновилось почти через пять лет с запуском КА «Зонд-3». Картографированием было охвачено свыше 95% поверхности невидимого полушария Луны, незаснятыми остались небольшие районы лунных полюсов. Все 25 снимков оказались высокого качества. На основании изучения полученных фотографий с «Луны-3» и «Зонда-3» впервые удалось создать полный глобус (масштаб 1 : 10 000 000) и полную карту (масштаб 1 : 5 000 000) Луны.

Дата старта	Аппарат	РН	Цель полёта	Особенности полёта
04.10.1959 г. 03ч 43м 40с	Е-2А № 1  («Луна-3»)	«Восток-Л»	Фотографирование Луны	07.09.59 г. впервые в истории сфотографирована обратная сторона Луны – родилось космическое телевидение; 18.10.59 г. переданы на Землю первые фотоснимки обратной стороны Луны; 19.10.59 г. связь с ЛКА прекратилась; 29.04.60 г. ЛКА прекратил существование
15.04.1960 г. 18ч 06м 42с	Е-3 № 1	8К72	Детальное фотографирование Луны	ЛКА остался на орбите ИСЗ
19.04.1960 г.	Е-3 № 2	8К72	Детальное фотографирование Луны	Авария РН на 1-й секунде  полёта

Продолжение следует