Записки дилетанта: Дотягнутися до Місяця

вівторок, 24 січня 2012 р.

Дотягнутися до Місяця

Місяць з Землі. (c) Luc Viatour

Не встигши толком освоїтися на низькій земній орбіті, людство стало пробувати досягнути інших планет. Першим таким світом став Місяць -- через свою близькість.

Не заглиблюючись в те, як Місяць цікавив вже давніх людей, зауважимо, що він -- зручний об'єкт для "міжпланетного навчання". Близький, невеликий, із слабкою гравітацією, без набридливої атмосфери.

Середня відстань від Землі складає 384 тисячі кілометрів (перигей - 356 400–370 400 км, апогей — 404 000–406 700 км). Це ніби і велике число, але в космічних масштабах -- як в себе вдома. До Марса -- мінімум 56 млн. км, до Сонця -- 150 млн. км.

Радіус -- 1737 км, 27% від земного,
об'єм -- 2% земного,
маса -- 1.2% земної,
сила тяжіння -- 1.6 м/с², 16% земної,
швидкість на орбіті -- 1 км/с,
перша космічна швидкість -- 1.68 км/с, 21% земної,
друга космічна швидкість -- 2.38 км/с, 21% земної.
Летіти з другою космічною для Землі (а з суттєво меншою і не вилетиш, Земля не пустить) -- 45 годин, зовсім недовго.
Світло летить 1.36 секунди, тобто цілком реально керувати автоматичною станцією з безпосередньо Землі.

Не втримаюся від того, щоб навести класичну картинку, Земля, Місяць та віддаль між ними, в масштабі. Жовта смужка, що рухається зображає промінь світла, в реальному часі.

Враховуючи все це, спроби "підкорити" його здійснювалися з перших днів космічної ери. Перший запуск апарата до Місяця -- 17 серпня 1958, на той момент успішних штучних супутників Землі було всього 7. Це був Піонер-0, ціль -- вийти на орбіту Місяця, обладнання включало телекамеру, детектор мікрометеоритів, магнітометр. Ракета вибухнула на 74-й секунді.

Спробуємо вжитися в шкуру тих, кому Місяць вперше відкривав свої таємниці, подивитися, які місії по його вивченню були успішним, як розширювали наше знання про нього та його емоційне сприйняття.

Задача перша -- дострілити :-)

2 січня 1959, Луна 1

Луна-1,
(c) Большая советская энциклопедия

Після серії невдач, нарешті вдалося надати автоматичній станції швидкість, більшу за другу космічну -- на висоті 1500 км над Землею її швидкість була 10 км/с, вивівши її на орбіту супутника Сонця (геліоцентричну орбіту).

Станція мала потрапити в Місяць, однак через помилку -- команда вимкнення двигуна останньої ступені була подана, не враховуючи час на проходження радіосигналу, який вже був помітним. Тому промазала, через 34 години після запуску пройшла на віддалі 5995 км від поверхні. Зараз знаходиться на орбіті десь між Землею та Марсом. Перша штучна планета. На форумі "Новостей космонавтики" жартували: "В далекому майбутньому, завдання для аспіранта по спеціальності космонавтика: знайти і привезти у музей станцію Луна-1" :-)

Зв'язок підтримували протягом 62 годин, до віддалі 597 000 км -- тогочасний рекорд. Гігантське число з одного боку, крихітне по сучасним уявленням, з іншого...

"Науковий блок" (на фото) мав діаметр 80 см та масу 170 кг. Крім того, додаткова наукова апаратура знаходилася на останній ступені, вага її 220 кг (тому в літературі часто трапляються числа ваги станції, ближчі до 400кг).

Наукове обладнання:

Магнітометр.
Плексигласовий детектор черенковського випромінювання.
Два лічильники мікрометеоритів.
Чотири пастки йонів.
Сцинтиляційні лічильники на базі йодиду натрію.
Два внутрішніх лічильники Гейгера.

Детально тут про них не розповідатиму, але в попередньому пості є опис апаратури Супутника-3, близької по конструкції. Розгінний блок, остання ступінь ракети, містив також сцинтиляційний лічильник на йодиді цезію та експеримент із парами натрію.

Крім того, на станції були вимпели з рекламою СРСР, які належало "довезти" до Місяця. Не зважаючи на заяви радянських ЗМІ тих часів, навряд чи вони змогли б вціліти при зіткненні. Детальніше див. "Soviet Spacecraft Pennants".

Щодо телеметрії -- циклічно передавалися 120 вимірів, по секунді на вимір.

Не поціливши в Місяць, станція все ж повернула багато цікавих наукових результатів. Було виміряно потоки частинок у радіаційних поясах. Іонні пастки, півсферичні, на відміну від ти, що на Супутнику-3, а значить -- направлені, виявили те, що ми потім називатимемо сонячним вітром. Створено першу штучну комету: на віддалі 113 000 км від Землі випарувано близько кілограму натрію. Зроблено це для точного визначення положення станції та вивчення дифузії газів у космосі. Утворену хмаринку можна було спостерігати з поверхні Землі протягом кількох хвилин, її зоряна величина сягала 6. Показано, що Місяць не має помітного власного магнітного поля (менше 100 нанотесла, тобто менше 1/10 000 поля Землі, індукція якого -- порядку 50 мікротесла).

Цікавинка: Луна-1 її назвали вже заднім числом, спочатку це була "Первая советская космическая ракета", потім "Мечта".

Детальніше про її конструкцію, телеметрію, і т.д. можна почитати в Дона Мітчела, чи в Sven Grahn.

3 березня 1959, Піонер-4

Піонер-4, (c) NASA

Через кілька місяців вдалося досягнути другої космічної й американцям. Їхній апарат, традиційно, був значно меншим -- ракети не дотягували. Зате він був стабілізований обертанням, а не хаотично перекидався, як Луна-1.

Форма конічна, основа діаметром 23 см, висота 51 см, вага 6.1 кг. Апаратура включала два лічильники Гейгера, та фотоелектричний сенсор, який мав спрацювати при попаданні в його поле зору Місяця (для відпрацювання систем фотографування, камер апарат не містив).

Промазав, замість пройти на віддалі 30 000 км, пройшов на 60 000 км, сенсор не спрацював через завелику віддаль. Зв'язок підтримувався протягом 82.5 годин, до віддалі 658 000 км. Вийшов на геліоцентричну орбіту, між Землею та Марсом.

12 вересня 1959, Луна-2

Перше тіло, виготовлене людьми, на поверхні іншої планети! Конструкція схожа на Луну-1, з дрібними відмінностями. (Збільшено кількість лічильників Гейгера, змінено конфігурацію іонних пасток, додано кілька лічильників, і т.д.). Зіткнення з Місяцем відбулося о 21:02:24 13 вересня 1959, через 33.5 годин після запуску. Розгінний блок догнав станцію через 30 хвилин.

Наукові результати: в основному підтверджено та доповнено результати досліджень Луна-1.

Детальніше про її конструкцію, телеметрію, і т.д. можна почитати в Дона Мітчела, чи в Sven Grahn, не забуваємо і англомовну вікі.

--------------------

Великі пости мене трохи втомили, тому поки що все -- дотягнулися ж. Про перші фото, Луна-3, "Рейнджери" -- наступного разу. Цього разу ще раз дивимося на статистику успішних запусків та ролик про політ Луна-2, (щоб уявити як виглядає дорога до Місяця):