В. Л. Пономарьова, кандидат технічних наук, Інститут історії природознавства і техніки ім.С.І.Вавілова РАН, Москва
Перша радянська Державна програма досліджень і освоєння космічного простору була розроблена на підставі представленого в 1958 р. С. П. Корольовим документа "Попередні міркування про перспективні роботах з освоєння космічного простору". 10 грудня 1959 вона була затверджена рішенням ЦК КПРС і СМ СРСР.
До 1966 р. програма включала вивчення навколоземного космічного простору автоматичними штучними супутниками Землі, дослідження Місяця та планет автоматичними міжпланетними станціями (АМС), створення перших супутників з людиною на борту, відпрацювання операції зближення і стикування космічних апаратів на орбіті, створення супутника з екіпажем два- три людини. За цим планом (з деяким відставанням за часом) і розвивалася в ці роки наша космічна програма.
Коли було створено Інститут космічних досліджень (ІКД) Академії наук СРСР, в його роботу була включена широка мережа науково-дослідних інститутів і конструкторських бюро.
Місяць
Першим об'єктом досліджень стала Місяць. Не тільки тому, що вона є найближчим до нас небесним тілом, але й тому, що вивчення Місяця важливо для розуміння походження й еволюції Сонячної системи.
Розглядалося кілька варіантів: обліт Місяця для фотографування її зворотної сторони, доставка на Місяць і підрив на її поверхні ядерного заряду (спалах від вибуху, зафіксована усіма земними обсерваторіями, підтвердить факт потрапляння в Місяць; цей варіант був відкинутий через його очевидної небезпеки) і, нарешті , м'яка посадка на Місяць.
Завдання попадання в Місяць виявилася дуже складною науковою і технічною проблемою: потрібно потрапити в рухому ціль з відстані 384 тис. км. Недобір або перебір швидкості наприкінці активної ділянки всього на 1 м / с (при тому, що необхідна швидкість становить близько 11 км / с) призводить до промаху від точки прицілювання на 250 км, а час старту треба витримати з точністю до декількох секунд. Розрахунок та класифікацію траєкторій польоту до Місяця (потрапляють, пролітні і облетние) вперше виконав співробітник Інституту прикладної математики В. О. Єгоров.
Штурм Місяця почався в кінці 1958 р., проте всі спроби запуску апаратів до Місяця, як наші, так і американські, були невдалими. Перший успішний запуск радянської ракети до Місяця відбувся 2 січня 1959 Це була четверта за рахунком спроба. Через незначну відхилення одного з параметрів станція промахнулася на 6 тис. км, і третя ступінь з контейнером, в якому знаходилися наукова апаратура і вимпел із зображенням герба Радянського Союзу, на Місяць не потрапили. У нас не прийнято було повідомляти про невдачі, і в пресі з'явилося повідомлення про новий великому досягненні Радянського Союзу в дослідженні космосу: вперше в Сонячній системі була створена штучна планета, яка отримала ім'я "Мрія". Так невдача перетворилася на успіх.
"Негативний результат теж результат", - говорив Корольов. Відпрацьовувалася техніка, способи керування та багато іншого. Навіть якщо апарат не досяг поставленої мети (наприклад, не потрапив в Місяць), на траєкторії польоту він передавав на Землю нову інформацію про міжпланетному просторі, дуже потрібну для подальшого розвитку досліджень.
14 вересня 1959 радянська автоматична станція "Луна-2" досягла поверхні Місяця. Вперше апарат, виготовлений людиною, досяг іншого небесного тіла. Дослідження, проведені за допомогою наукової апаратури, встановленої на борту "Місяця-2", показали, що Місяць не має власного магнітного поля і радіаційних поясів.
Апарат "приземлився" (точніше сказати, врізався в Місяць на величезній швидкості) в Море Дощів, між кратерами Архімед, Аристилл і Автолік (зараз цей район називається Затока місячника) і доставив на поверхню Місяця вимпел з гербом СРСР. Вимпел мав форму кулі, поверхня якого складалася з п'ятикутних металевих пластин з написом "СССР. Вересень 1959 ". При ударі апарат повинен був розбитися, а пластини розлетітися навколо, як, без сумніву, і сталося.
Це чудове досягнення нашої науки і техніки мало величезний політичний резонанс. Американські газети писали, що М. С. Хрущов (якраз на ті дні припав його візит до США) привіз з собою Місяць у валізі.
4 жовтня 1959, рівно через два роки після початку Космічної ери, був здійснений обліт Місяця. Станція "Луна-3" передала на Землю фотографії її зворотного боку, і люди вперше побачили зображення того боку нашого природного супутника, яка завжди була від них прихована.
Для того, щоб це зробити, потрібно вирішити цілий ряд надзвичайно складних науково-технічних проблем, які умовно можна розділити на дві групи: забезпечення умов фотографування (розрахунок траєкторії, управління польотом, забезпечення необхідної орієнтації станції для фотографування, радіозв'язку, передачі зображень на Землю і тощо) і розробка засобів для отримання фотозображень в незвичайних умовах космічного польоту. Обидві "групи" включали в себе масу проблем, багато з яких в історії розвитку техніки виникли вперше.
Для вирішення цього завдання був розроблений ряд наземних комплексів і бортових систем для управління польотом і роботою фотоапаратури: програмно-тимчасове влаштування, командна радіолінія, система орієнтації. "Місяць-3" - перший космічний апарат, забезпечений системою управління рухом і складним радіокомплексу. Ці системи - прабатьки сучасних незмірно більш складних і досконалих систем, що працюють тепер "на цифрі".
При розрахунку орбіти необхідні значення параметрів траєкторії отримали за рахунок впливу поля тяжіння Місяця. Траєкторія польоту повинна була забезпечити отримання максимального обсягу інформації; безпечне повернення АМС на близьку відстань до Землі для надійної передачі отриманих зображень, щоб при підході до Землі станція не зачепила атмосферу і не згоріла в ній. Завдання ускладнювалася ще й тим, що для успішної передачі на Землю фотознімків по радіоканалу АМС повинна підходити з боку північної півкулі, тому що перший в країні пункт далекого космічного зв'язку був побудований в Криму на горі Кішка. Ці розрахунки проводилися у Відділенні прикладної математики Академії наук, в ОКБ-1 і в НДІ-4.
Для фотографування в НДІ-380 (нині Всесоюзний науково-дослідний інститут телебачення) розробили автоматичну фототелевізіонную систему "Єнісей". До фотоаппаратурі пред'являлися специфічні і вельми жорсткі вимоги (по витримуванню температури об'єктивів і самого фотоапарата, по термостійкості плівки, щодо збереження властивостей фотореактіва, по захисту плівки від засвічення космічним випромінюванням і т.д.).
Цілком зрозуміле прагнення при першому фотографуванні забезпечити охоплення можливо більшої площі призвело до несприятливих умов освітлення: поверхню Місяця висвічувалася прямими променями Сонця, тому деталі рельєфу не давали тіней і могли розпізнаватися тільки завдяки відмінності їх відбивної здатності, і інформативність отриманого матеріалу була не дуже високою. Для можливості дешифрування і прив'язки до селеноцентричній координатами захопили невелику область видимої сторони з уже відомими утвореннями.
Взаємне положення автоматичної станції "Луна-3", Місяця і Сонця в момент фотографування Місяця.
Отримані зі станції "Луна-3" матеріали охоплювали приблизно 60% поверхні невидимого півкулі Місяця. На цих знімках помітні деталі, що мають у поперечнику розмір не менше 50 км. Після дешифрування виявили та описали близько 400 невидимих із Землі утворень на місячній поверхні, встановлено їх селенографічні координати. Державним астрономічним інститутом ім.П.К.Штернберга був випущений "Атлас зворотного боку Місяця", складені карти і каталоги. Міжнародний астрономічний союз присвоїв новим об'єктам імена. На Місяці з'явилися Море Мрії із затокою астронавтів, Море Москви, кратери і цирки Джордано Бруно, К. Е. Ціолковського, Д. І. Менделєєва, Г. Герца, І. В. Курчатова, М. В. Ломоносова, Дж.К. Максвелла та ін
Цікаво відзначити, що в повідомленні про запуск ні слова не було сказано про його головної мети. Як пише академік Б. Є. Черток, якщо із сучасної теорії надійності оцінити ймовірність успішного виконання завдання фотографування створеними тоді засобами, шанси на успіх не перевищували 20-30%. Але самовідданість і ентузіазм людей, які працювали над вирішенням цієї надзвичайно складної задачі, все подолали!
Цікавий штрих: згадуючи про історію перших фотографування Місяця, Черток згадує про такий факт: багатий французький винороб оголосив, що подарує тисячу пляшок шампанського тому, хто покаже зворотний бік Місяця, і виконав свою обіцянку. Після довгих узгоджень на всіх рівнях шампанське розійшлося, як це часто у нас буває, в основному серед "непричетних" ...
У 1965 р. Корольов передав міжпланетну тематику Г. М. Бабакіна в НВО ім.С.А.Лавочкіна, всі наступні польоти до Місяця і планет здійснювалися на розроблених там апаратах.
Ракета-носій із станцією "Луна-9" стартувала 31 січня 1966, а вже 3 лютого станція зробила першу м'яку посадку на інше небесне тіло. Сферичний спускний апарат відокремився від рухового відсіку, м'яко приземлився, розкрив чотири пелюсткові панелі, що закривають антени і телекамеру, і передав на Землю панорамне зображення місячного ландшафту. З'ясувалася структура місячного грунту - виявилося, що в місці посадки він досить щільний, начебто пемзи.
М'яка посадка на інше небесне тіло - нова і дуже складна науково-технічна задача. Відсутність на Місяці атмосфери виключало використання парашута. Потрібно було за допомогою ракетного двигуна загальмувати апарат, що летить зі швидкістю 2.5-2.7 км / с, до нуля і саме в той момент, коли він впритул наблизиться до поверхні Місяця. Вона відпрацьовувалася під час запусків "місячника" з четвертого номера по восьмий.
У тому ж році для вивчення гравітаційного поля Місяця була запущена станція "Луна-10". 31 березня вона вийшла на орбіту штучного супутника Місяця. Це був перший штучний супутник іншого небесного тіла.
У вересні 1970 р. станція "Луна-16" здійснила м'яку посадку в районі Моря Достатку, справила буріння, взяла зразки місячного грунту і доставила їх на Землю. Це було перше в історії космонавтики повернення космічного апарату з іншого небесного тіла; досліджували хімічний склад місячного грунту і визначили абсолютний вік порід морського і материкового типу, що є однією з фундаментальних проблем вивчення планет.
Щоб вирішити ці завдання - здійснити м'яку посадку або створити штучний супутник іншої планети - потрібно було навчитися коригувати (або задавати) траєкторію польоту космічного апарату. Це стало можливо після розробки точних систем орієнтації і створення коригувальних ракетних двигунів, здатних неодноразово включатися в умовах космічного простору.
У листопаді 1970 р. "Місяць-17" доставила на Місяць дистанційно керований апарат "Луноход-1". При розробці цього апарату у ВНДІ Трансмаш (Ленінград) розглядалися різні способи пересування на Місяці - крокуючі, що стрибають, повзуть, що рухаються на гусеницях або на колесах механізми. Врешті-решт зупинилися на останньому варіанті.
Коліс було вісім - по чотири з кожного боку. Кожне колесо мало свій власний двигун (невеликий електромотор в ступиці), тому місяцехід міг рухатися і при відмові одного або декількох коліс. Спеціальні шипи забезпечували хороше зчеплення з грунтом при малій (у шість разів менше, ніж на Землі) сили тяжіння. Для випробування ходової частини на Землі був побудований спеціальний лунодром з усіма елементами місячної поверхні (кратерами, тріщинами, камінням та іншим). Матеріали для будівництва привезли з вимерлих і діючих вулканів Камчатки.
Управляли місяцеходом по радіо-та телеканалам оператори із Землі. Це було дуже непросто, тому що команда управління йшла до апарату 1.3 с і стільки ж часу потрібно на відповідь місяцеходу "Вас зрозумів". Був бортовий електронний блок управління, який контролював рух і зупиняв місяцехід в небезпечних ситуаціях.
Одного разу при спробі подолати кратер, який наземного екіпажу з-за несприятливого освітлення не здався складним, місяцехід небезпечно нахилився. Тут же включилася автоматика і зупинила апарат. Іншим разом апарат спеціально направили в кратер з крутими схилами і великою кількістю каміння, який вченим неодмінно треба було досліджувати. Це було складне завдання, але зусиллями наземного екіпажу і автоматики впоралися.
За 10 місяців "Луноход-1" пройшов відстань 10 540 м, обстеживши площа 80 тис. м2. Більш ніж у 500 точках вивчалися фізико-хімічні властивості Місяця, на Землю було передано величезну кількість наукової інформації, в тому числі близько 200 панорам і більше 20 тис. окремих знімків.
У січні 1973 р. на Місяць був доставлений "Місяцехід-2". Виконуючи програму досліджень і передаючи результати на Землю, він протягом п'яти місяців пройшов 37 км.
Венера
Венера завжди закрита товстим шаром хмар, і відомості про її поверхні і атмосфері до початку польотів автоматичних міжпланетних станцій були досить мізерними. У 1959 р. радянські фахівці почали радіолокаційні дослідження Венери з Землі. Вдалося визначити температуру, період обертання навколо осі. Обертання виявилося зворотним, період обертання склав приблизно 244 діб. Отримані тоді значення досить добре співпадають із сучасними. Першим апаратом, який досяг поверхні планети, стала станція "Венера-3" (міжпланетний переліт тривав з 16 листопада 1965 р. по 1 березня 1966). У 67-му була зроблена спроба м'якої посадки. Апарат станції "Венера-4" представляв собою кулю діаметром 1 м. При його гальмуванні в атмосфері перевантаження досягала 300 одиниць. Спуск на парашуті тривав 94 хв. Протягом цього часу на Землі брали унікальну наукову інформацію. Вперше були отримані дані про атмосферу планети. На висоті 22 км, коли тиск досягло 18 атм, а температура 277 ° С, станція припинила існування - вона не була розрахована на такі умови.
Після польотів наступних станцій, які гинули при спуску, стало ясно, що встановлюють апарати слід розраховувати на зниження в надщільний розпеченій атмосфері. Станція "Венера-7", що досягла поверхні планети, передала, що тиск становить 100 атм (як в океані на глибині 800 м), а температура 475 ° С. Найбільш успішним у цій серії був політ станції "Венера-8", яка сіла на денній стороні планети і протягом 50 хв передавала інформацію.
У 1975 р. були запущені станції нового типу "Венера-9" і "Венера-10". Станції складалися з двох частин - орбітального блоку і що спускається. За дві доби до зустрічі з планетою від станцій відділилися спусковий апарат і продовжили політ до планети, а орбітальні блоки перейшли на орбіти штучних супутників планети. Станції "Венера-9" і "Венера-10" стали першими штучними супутниками Венери. Зі спущені апаратів були отримані панорамні зображення поверхні планети. Незважаючи на щільну атмосферу і густу хмарність, по освітленості види нагадували похмурий день на Землі, а місцевість являла собою кам'янисту пустелю з великою кількістю валунів гігантського розміру.
Дослідження Венери, хоч і не завжди успішні, тривали. У 1981 р. стартували станції нового покоління "Венера-13" і "Венера-14". Їх встановлюють апарати взяли і досліджували проби грунту і через орбітальний блок передали на Землю унікальну наукову інформацію. У 1983 р. на орбіту штучного супутника Венери були виведені станції "Венера-15" і "Венера-16". Протягом восьми місяців вони вели радіолокаційну зйомку планети. За результатами їхніх досліджень були складені карти північної півкулі планети. Її рельєф виявився складним, з горами, западинами, кратерами. Найбільші з них отримали імена: наприклад, каньйон Артеміди, рівнина Снігуроньки.
Майже всі польоти радянських станцій до Венери були успішними, її називали "російською планетою".
Марс
Першим апаратом, запущеним до Марса, стала автоматична міжпланетна станція "Марс-1", яка стартувала 1 листопада 1962 Політ тривав сім з половиною місяців, станція пройшла на відстані 195 тис. км від Марса. У березні 1963 р., коли станція віддалилася від Землі на відстань 106 млн км, зв'язок з нею обірвалася.
19 і 28 травня 1971 р. були запущені АМС "Марс-2" і "Марс-3". Станція "Марс-2" вийшла на орбіту штучного супутника Марса, від неї був відділений спускний апарат, який розбився при посадці. Наукова апаратура і невеликий крокуючий марсохід загинули, але вимпел із зображенням герба СРСР все ж потрапив на поверхню Марса. Це третій вимпел, доставлений на інші планети (другий був відправлений на Венеру).
2 грудня 1971 спускний апарат станції "Марс-3" здійснив м'яку посадку на поверхню планети. Посадка здійснювалася за такою схемою: спускний апарат спочатку вийшов на орбіту штучного супутника Марса, після відпрацювання коригуючого імпульсу перейшов на траєкторію зниження, потім була введена парашутна система. Апарат опустився на поверхню Марса, після чого розкрилися пелюсткові панелі, закривали апаратуру, і почалася робота. До складу наукової апаратури входили прилади для вимірювання атмосферного тиску, температури і швидкості вітру, мас-спектрометр для визначення хімічного складу атмосфери, складу та фізико-хімічних властивостей грунту. Апарат почав передавати інформацію, але через 20 з зв'язок перервався. Зрозуміти, що сталося, було неможливо.
У 1974 р. підійшло "стартове вікно" для польоту на Марс, коли умови для запуску найбільш сприятливі з енергетичних міркувань. Запущені чотири "Марсу", з них тільки політ станції "Марс-5" виявився частково вдалим. Так що Марс був не настільки прихильний до нас, як Венера.
Програма "Фобос" призначалася для досліджень Марса і його супутника Фобоса. Це було дуже цікаво, тому що свого часу існували гіпотези, що Фобос є не природним, а штучним супутником Марса.
Два апарати стартували в липні 1988 р. з інтервалом у кілька днів. Політ повинен був тривати 200 добу. Планувалося, що наблизившись до планети, апарати вийдуть на сильно витягнуту орбіту над екватором, пропрацюють на ній близько 60 діб, після чого перейдуть на кругову орбіту з періодом обертання 8 год Програмою передбачалося наближення до поверхні Фобоса на 50 м і проведення досліджень на цій висоті , після чого від апаратів відокремлюються дослідні модулі для вивчення Фобоса. Один з них міг стрибками пересуватися по його поверхні. Склад порід передбачалося вивчати за допомогою лазерної гармати. Дослідження Марса і Фобоса повинні були тривати близько року.
Цей проект став міжнародним, в ньому брали участь вчені і фахівці багатьох країн Європи і Європейського космічного агентства.
Через помилки оператора "Фобос-1" вийшов з ладу, і всі спроби оживити його залишилися безрезультатними. "Фобос-2" після корекції, проведеної за командою з Землі, вийшов на орбіту супутника Марса з періодом обертання 77 ч. Після чотирьох витків почалися операції по зближенню з Фобосом. З 21 березня станція передавала інформацію на Землю, а 27-го зв'язку з нею була втрачена. Як показав подальший аналіз, основною причиною невдачі виявилися конструктивні недоліки цих апаратів.
Проект "Вега"
У 1986 р. очікувалася комета Галлея, яка з'являється в околицях Землі раз на 76 років. Для її дослідження було розроблено міжнародний проект "Вега". В кінці грудня 1984 стартували дві міжпланетні автоматичні станції - "Вега-1" і "Вега-2".
Вони попрямували до Венери по пролітної траєкторії. 9 і 13 червня 1985 від них відділилися спусковий апарат, а прогонові блоки, змінивши траєкторію за допомогою гравітаційного поля Венери, полетіли "доганяти" комету.
На висоті 65 км від апаратів, що спускаються в згорнутому вигляді відділилися аеростатні зонди. По команді автоматики зонди розвернулися і заповнилися гелієм. Під "повітряною кулькою" була підвішена гондола з розміщеною в ній наукової апаратурою. Після скидання баласту зонди опустилися на висоту близько 50 км, на якій і дрейфували, вивчаючи розу вітрів і атмосферу Венери. Зв'язок з зондами тривала до вичерпання джерел живлення, майже 46 ч. За цей час вони встигли пролетіти близько 12 тис. км.
На початку березня 1986 р. "Вега-1" і "Вега-2" наблизилися до ядра комети Галлея на відстань трохи менше 9 тис. км. Вони піддалися інтенсивному бомбардуванню частками хвоста комети, але тим не менш передавали на Землю телевізійне зображення ядра. Виміри проводилися на всій ділянці зближення з ядром, отримана інформація передавалася на європейський супутник "Джотто", який для цього наблизився до ядра на відстань близько 600 км.
У проекті брали участь Європейське космічне агентство, Японія, США. Це був останній грандіозний проект XX століття.