Первенцы космических робототехнических комплексов

Третий период (1967 — 1976) — уникальный по своей значимости развитием и применением телеуправления многофункциональными ЛКА, в том числе телеоператорного управления лунными самоходными аппаратами. В этот же период формулировались и первоначальные технические требования на проектирование ЛКА, предназначенного для взятия лунного грунта и доставки его на Землю. Идея принадлежала научному руководителю лунных экспедиций директору Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского АН СССР (ГЕОХИ) академику А.П. Виноградову. После анализа результатов, полученных «Луной-13», он изложил Г.Н. Бабакину свое мнение, заключающееся в том, что одной из важнейших задач изучения Луны является лабораторное исследование образцов лунного грунта. От имени АН СССР он высказал просьбу «о доставке всего 100 граммов лунного грунта».

В начале 1967 года Г.Н. Бабакин при активной поддержке М.В. Келдыша, получив одобрение руководства страны, сконцентрировал основные силы на проектировании ЛКА нового поколения. Оно должно было включать комплексы робототехнических систем и телеуправления, позволявшие проводить исследования как с орбиты ИСЛ, так и непосредственно с поверхности Луны, изучать самые различные участки видимой и обратной ее сторон, в том числе доставлять образцы вещества на Землю.

Георгий Николаевич отдавал предпочтение варианту, при котором одна и та же ракетно-космическая система могла доставлять на Луну в одном случае луноход, а в другом — комплекс для взятия лунного грунта и доставки его на Землю. Коренным образом изменялся облик ЛКА. В первую очередь это коснулось ракетной ступени коррекции и торможения, для которой на основе опыта разработки КТДУ-5А в ОКБ-2А. М. Исаева была создана КТДУ-417. Она представляла собой корректирующе-тормозной модуль (КТ) с новой системой управления перелетом и посадкой, осуществляемой на четыре амортизированные опоры.

В начале 1968 года на МЗЛ завершились работы по созданию новой базовой для всех беспилотных ЛКА ракетно-космической системы — орбитально-посадочного блока (ОПБ), включающего унифицированное посадочное устройство — посадочную ступень (ПС) и полезную нагрузку.

В зависимости от целевой задачи ЛКА на его ПС могли устанавливаться либо луноход (объект Е8), либо ГЗУ, ракета «Луна — Земля» с возвращаемым аппаратом (объекты Е8-5, Е8-5М), либо научные приборы для дистанционного исследования Луны (объект Е8-ЛС). Основу ПС составляла связка из четырех основных сферических топливных баков с КТДУ-417, с двух сторон к которой крепились сбрасываемые отсеки (СО) и баки цилиндрической формы с топливом на все коррекции и торможения, предшествовавшие сходу с орбиты и посадке. После осуществления посадки и оценки полученной телеметрической информации выдавалась радиокоманда на подрыв пироустройств в узлах крепления амортизаторов четырех опор. ПС полностью соприкасалась с поверхностью, что способствовало улучшению условий для схода лунохода или работы ГЗУ.

Эскизный проект ЛКА для доставки грунта был подписан 10 января 1968 года, а 28 февраля уже был утвержден.

Запуски ЛКА осуществлялись мощной четырехступенчатой РН «Протон-К» (УР-500), созданной коллективом под руководством главного конструктора Владимира Николаевича Челомея.

В 1968 — 1969 гг. на Симферопольском ЦДКС вводится в эксплуатацию уникальнейший наземный единый радиотехнический комплекс «Сатурн-МС», созданный в НИИ-885 (НИИ Приборостроения министерства общего машиностроения — НИИП). В состав комплекса вошли: приемная антенна ТНА-400; передающая антенна ТНА-200; передатчики «Горизонт» и «Бирюза»; аппаратура «Бархат»; антенна

К-524. Для личного состава подчиненных им подразделений, а также на пунктах, привлекаемых к работе по лунной программе, была организована целенаправленная работа по повышению их квалификации. Со всеми сотрудниками, принимавшими участие в работах по объектам «Е8» и «Е8-5», были проведены занятия по программе, рассчитанной на 14 академических часов. Она включала назначение, конструкцию ЛКА и состав технических средств, программы и типовые сеансы связи, особенности работы всех бортовых систем и заложенной логики при выполнении программы полета. Схема организации управления ЛКА определяла состав и места расположения государственной комиссии, ГОГУ, оперативного технического руководства, групп управления, анализа, баллистики, дешифровки, координации техническими средствами и другое.

Акт о готовности к работе комплекса «Сатурн-МС» и космической радиотехнической станции (КРС), подписанный 13 июня 1969 года со стороны Центра КИК полковниками И.Л. Геращенко и В.П. Косолаповым, а от НИИП МОМ — А.Н. Сорокиным и М.М. Кручковичем, был утвержден председателем ГОГУ полковником А.А. Большим и главным конструктором НИИП МОМ М.С. Рязанским. В нем отмечалось, что «…смешанные расчеты из представителей промышленности и НИП-10 на комплексе «Сатурн-МС» и станции КРС составлены и утверждены, к работе в штатных режимах командной радиолинии (КРЛ), телеметрии (ТМ) и фототелеметрии (ФТ) готовы».

Расширились возможности по телеуправлению ЛКА и на пунктах, принимавших участие в работах по лунной программе.

В акватории Тихого и Атлантического океанов были выведены отдельные плавучие измерительные комплексы (ОПИК) «Чажма», «Невель» и «Моржовец». Их экспедиции принимали телеметрическую информацию на этапах выведения и полета РН с ЛКА. А на участках подлета к Земле ВА с лунным грунтом телеконтроль осуществляли ОПИК «Чумикан», «Ристна» и «Долинск».

23 декабря 1968 года у секретаря ЦК КПСС Д.Ф. Устинова, а затем на совещании, состоявшемся 30 декабря 1968 года в ВПК, подводились неутешительные итоги советской пилотируемой лунной программы.

В результате постановлением ЦК КПСС и СМ СССР от 08.01.1969 г. № 19-10 были установлены сроки стартов беспилотных ЛКА, разработанных под руководством Г.Н. Бабакина. Так, в 1969 году для объектов «Е8» (луноход) оптимальными вариантами были февраль, октябрь или ноябрь; а объектов «Е8-5» (взятие и доставка на Землю лунного грунта) — апрель, май, июнь, август или сентябрь.

Исходя из этого, государственная комиссия назначила старт четырехступенчатой ракеты-носителя 8К82К с луноходом на 19 февраля 1969 года. И он состоялся в 09:48:00, но уже на 51,4 секунды полета разрушился головной обтекатель, его обломки пробили топливные баки, и произошел взрыв РН. Следующий старт мог быть только в октябре…

Тогда принимается решение о запуске ЛКА для взятия и доставки лунного грунта. Но для этого необходимо было уложиться в те конкретные весовые характеристики, которыми располагала в то время РН «Протон-К». Задача была сверхсложная, так как масса объекта «Е8-5» превышала их. Но специалист в области управления и баллистики Юлий Давидович Волохов предложил вариант обеспечения посадки ВА в заданный район Земли по баллистической (без коррекции) траектории его полета. При этом необходимо обязательно выполнить три условия: первое — обеспечить посадку ЛКА в расчетном районе Луны; второе — осуществить старт ракеты «Луна — Земля» в строго определенное время по лунной вертикали со скоростью, обеспечивающей ее разгон, вывод на заданное направление и удержание его на этой траектории системой управления с помощью гироскопа; третье — выключить двигатель ракеты «Луна — Земля» в строго расчетный момент. Научный труд Ю.Д. Волохова «Специальный метод прицеливания в заданную точку на поверхности Земли» проверили в ИПМ АН СССР и утвердили. В результате было получено авторское свидетельство на способ управления полетом ЛКА, ГЗУ, другие системы объекта «Е8-5» в целом.

Первый старт РН «Протон-К» с ЛКА «Е8-5» был назначен на 14 июня 1969 года. К сожалению, он оказался аварийным, так как не включилась двигательная установка разгонного блока РН.

Спустя месяц, 13 июля, с космодрома «Байконур» стартовал «Протон-К» с ЛКА «Е8-5», получивший название «Луна-15». Она стала первым космическим аппаратом нового, третьего поколения.

В целом полет проходил нормально. Но телеуправление объектом было весьма напряженным: в одни рабочие сутки проводилось по 20 — 22 сеанса связи. Управленцы работали практически круглосуточно: если и удавалось поспать два-три часа, то не всем и не каждый день.

19 июля «Луна-15» вышла на селеноцентрическую орбиту с заданными параметрами.

Между тем 16 июля в 16:32 с мыса Канаверал Космического центра имени Кеннеди стартовала РН с КК «Apollo-11», на борту которого находились астронавты Нил Армстронг, Эдвин Олдрин и Майкл Коллинз. 19 июля «Аполлон-11» прибыл к Луне и в 20:22 вышел на селеноцентрическую орбиту.

Согласно расчетной программе полета, момент посадки «Луны-15» должен был произойти 20 июля в 21:54:40. Но она так и осталась на орбите. 20 июля лунный модуль «Аполлона-11» совершил посадку в 23:17:42, то есть всего через час с небольшим после расчетного времени посадки «Луны-15». И уже 21 июля 1969 года в 05:56:20 Н. Армстронг ступил на поверхность Луны со словами: «Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества». А в 20:54 того же дня взлетная ступень покинула Луну, унося с собой первые образцы грунта.

«Луна-15» 21 июля 1969 года после включения тормозной двигательной установки в 18:47:00 на 53 витке пошла на посадку. Баллистики точно не знали рельеф нового предполагаемого района посадки, а там оказалась достаточно высокая гора. Касание Луны произошло не через 6 минут, как было предварительно рассчитано, а через 4 минуты, и ЛКА разбился.

Для справки. Существует несколько версий задержки «Луны-15» на окололунной орбите (более полусотни витков, прежде чем началась фаза посадки): на борту были неполадки (однако принимаемая телеметрическая информация этого не показала); гравитационное поле Луны не было достаточно изучено, поэтому ЛКА решили задержать на орбите еще на сутки; CША обратились к СССР с просьбой не проводить активных работ с «Луной-15», чтобы не помешать посадке «Аполлона-11».

Тем не менее полет «Луны-15» подтвердил правильность технических решений, жизненность организации весьма сложного процесса управления и явился новым шагом в познании ближнего космоса.

В течение того же 1969-го еще дважды пытались доставить на Землю лунный грунт: 23 сентября из-за отказа двигательной установки разгонного блока ЛКА остался на орбите ИСЗ, получив название «Космос-300»; 22 октября ЛКА также остался на низкой орбите ИСЗ под названием «Космос-305». Еще один, также аварийный запуск объекта «Е8-5» состоялся 6 февраля 1970 года.

И только 12 сентября 1970 года в 16:25:52 «Протон-К» успешно вывел на промежуточную орбиту ЛКА «Луна-16». 20 сентября в 06:06 приступили к одному из наиболее ответственных этапов полета — осуществление мягкой посадки. Группа логики, учитывая баллистический прогноз, но не полагаясь на него, предложила на участке схода с лунной орбиты и спуска к Луне ввести в контур управления радиовысотомер. Всех волновал вопрос: как поведет себя унифицированная посадочная платформа при снижении и посадке. Не забыть последних минут перелета. В пункте управления наступила тишина, и только из динамика слышался напряженный голос руководителя группы оперативного анализа, систематически докладывавшего о выполнении элементов программы мягкой посадки. И вот долгожданное сообщение: «Есть касание! Сигнал устойчивый, качество телеметрии хорошее!». Невозможно описать радость присутствующих. Все поздравляли друг друга с успехом. Расчеты верны, программа выполняется безукоризненно.

Так, 20 сентября в 08:18 «Луна-16» совершила мягкую посадку на поверхность Луны в районе моря Изобилия, в точке с координатами 0°41’ ю.ш. и 56°18’ в.д. Отклонение составило всего около 1,5 километра. Посадочная ступень массой в 1880 кг твердо стала на свои четыре лапы. За девять дней полета с «Луной-16» было проведено 72 сеанса связи.

После посадки дежурный расчет по распоряжению группы управления выдал радиокоманду на включение бортового радиокомплекса. Анализ полученной информации показал, что все системы функционируют нормально. Определено было также и уточненное положение посадочной ступени на лунной поверхности. Затем с Земли поступила радиокоманда на ввод в действие ГЗУ. Для выбора места бурения на ПС были установлены два телефотометра. Параллельно им, чтобы освещать зону работы в условиях лунной ночи (а посадка так и осуществлялась), были установлены светильники (фары). Они также включались по командам с Земли. Всего было три включения. Но изображений места бурения не получено из-за недостаточной освещенности, но на двух изображениях была видна Земля в виде светлого пятна. Тем не менее следует выделить тот факт, что впервые в истории космонавтики исследования проводились лунной ночью, впервые активно ЛКА функционировал на внеземном объекте при таких низких температурах (от -150° и ниже) и глубоком вакууме.

По командам с Земли открылся замок, удерживающий ГЗУ в полете, штанга с буровым станком приняла вертикальное положение, повернулась на 180°, обеспечивая положение корпуса бурового станка, обращенного рабочей частью к лунной поверхности, открылась крышка бурового станка. Когда штанга была опущена, были включены приводы бурового механизма, представляющего собой пустотелую трубу с резцами на торце. Бурение было произведено на полную величину рабочего хода бурового снаряда — 35 см (прямой ход), продолжалось 6 минут 14 секунд, контролировалось с Земли, измерялись плотности исследуемой породы. После окончания операции бур с лунной породой был введен в корпус бурового станка. Затем по очередной команде штангу ГЗУ подняли в вертикальное положение и повернули на 180° вокруг своей оси, а бур подвели к приемному отверстию герметичного контейнера ВА. Очередная команда переместила лунную породу внутрь контейнера, а бур был отведен от буровой установки. После этого приемное отверстие в контейнере автоматически герметично закрылось, а штанга с буровым станком была отведена от возвратной ракеты.

На столе перед Георгием Николаевичем лежат цветы… Что это, уверенность в успешном завершении работы? Так в этом уже никто не сомневался. Но оказалось, что даже в такой волнующий всех участников завершения уникального эксперимента момент главный конструктор не забывал и о своих единомышленниках. Получив сообщение о благополучном приземлении ВА, поблагодарив присутствующих, Георгий Николаевич поздравил с днем рождения одного из активнейших членов группы управления Юрия Михайловича Дугу и вручил ему эти цветы. Таким был и остается в нашей памяти Георгий Николаевич.

Посадочная ступень находилась на Луне более суток, точнее, 26 часов 25 минут. Кроме взятия грунта проводились температурные и радиационные измерения, велась проверка функционирования бортовых систем и агрегатов. В последующих сеансах связи (всего их было проведено 9) на борт была передана программа старта ракеты «Луна — Земля» с возвращаемым аппаратом, и 21 сентября 1970 года в 10:43:21 она устремилась к Земле.

По окончании сеанса связи состоялось заседание ОТР, на котором автору этих строк посчастливилось получить автографы его участников (хранятся в музее г. Краснознаменск).

Полет первенца автоматической возвратной ракеты, стартовавшей с Луны с уникальнейшим грузом, проходил по баллистической траектории, без возможности коррекции ее траектории. Продолжительность обратного перелета составила 84 часа, проведено 13 сеансов связи. По результатам траекторных измерений каждый раз уточнялся район приземления возвращаемого аппарата на территорию Казахстана.
Руководители госкомиссии по ГГС поздравили всех участников с завершением незабываемого эксперимента.
Возвращаемый аппарат в 04:50:00 24 сентября был отделен от ВР и в 08:10:00 вошел в плотные слои атмосферы. На высоте 14,5 км была введена в действие парашютная система, и в 08:26:00 он совершил посадку в 80 км юго-восточнее г. Джезказган с координатами 47°15’ с.ш. и 68°25’ в.д. По подаваемым им радиосигналам поисково-спасательная служба, оснащенная авиационными средствами и радиолокационными станциями, обеспечила быстрое обнаружение и эвакуацию контейнера с образцами лунного грунта.

Возвращаемый аппарат был доставлен на МЗ имени С.А. Лавочкина в цех № 104 (ныне цех № 81), в котором подготовили специальное помещение для выемки лунного грунта. Так как на Луне был вакуум, то именно в таких условиях и следовало сохранить образцы до начала исследований. «Шарик» установили на фрезерный станок и капсулу вырезали. Всем было интересно, что в ней находится. Каждый, кто в этот момент находился рядом, постарался подержать ее в руках, пытаясь определить наличие грунта. И вот министр С.А. Афанасьев, качая ее возле уха, громовым голосом возвещает: «Есть грунт!», и в ответ — дружное «ура!»

Затем капсулу упаковали и доставили в ГЕОХИ имени В.И.Вернадского АН СССР. После вскрытия выяснилось, что бур заполнен сыпучим лунным грунтом — реголитом массой 105 граммов. Он представлял собой разнозернистый темно-серый (черноватый) порошок, который легко формуется и слипается в отдельные рыхлые комки. Эта особенность существенно отличает грунт (реголит) от земной бесструктурной пыли, и по этому свойству он напоминает влажный песок или комковатую структуру земных почв.

Образцы грунта после карантина были переданы для исследований нескольким академическим институтам. Результаты были опубликованы в печати.

Программа исследований Луны и окололунного пространства «Луной-16» была выполнена полностью.

Впервые в мире непилотируемый, телеуправляемый с Земли космический робот-геолог выполнял обязанности активного работника и доставил на Землю образцы лунного грунта.

Наука и техника СССР блестяще решили новую научно-техническую проблему, а исполнители вписали золотую главу в историю своих предприятий, войсковых частей и учреждений.

Для справки. Международная авиационная федерация (FAI) зарегистрировала приоритетные научно-технические достижения «Луны-16»: доставка на поверхность Луны космической ракеты «Луна — Земля» с возвращаемым аппаратом; телеуправляемый старт с Луны и доставка лунного грунта на Землю; возвращение на Землю после посадки на поверхность Луны.

Также зарегистрированы и подтверждены дипломами FAI рекорды, установленные в результате полета «Луны-16» как межпланетной автоматической станции (класс «С»): мировой рекорд максимальной массы, доставленной на лунную поверхность; мировой рекорд максимальной массы, возвращенной на Землю с поверхности Луны; мировой рекорд максимальной массы лунных пород, доставленных на Землю.

Таким образом, впервые в истории изучения космического пространства «Луна-16» — представитель третьего поколения ЛКА — осуществила выдающееся достижение отечественной науки и техники, открыв новые широкие возможности для проведения систематических научных исследований небесных тел с помощью телеуправляемых аппаратов.

Для справки. 18 июня 2009 года с полигона на мысе Канаверал стартовал к Луне американский лунный орбитальный разведчик LRO. Среди научных приборов, установленных на борту ИСЛ, находится нейтронный детектор LEND (Lunar Exploration Neutron Detector), который предназначен для создания карты распределения водорода в верхних слоях реголита и получения сведений о нейтронном компоненте окололунной радиации. В соответствии с соглашением между Роскосмосом и NASA детектор разработан в ИКИ РАН под руководством И.Г. Митрофанова.

На сайте миссии были опубликованы фотоматериалы, снятые камерами спутника. 15 марта 2010 года специалисты, обрабатывающие данные с LRO, опубликовали уточненные координаты мест посадки как американских, так и советских ЛКА. Также уточнены координаты прилунения наших отечественных ЛКА из серии «Е8-5», в том числе и «Луны-16».