середа, 12 грудня 2012 р.

Місяць -- орбіти чужих світів

"Луна-10", разом із орбітальним блоком
(вверху) та власне штучний супутник
(внизу) (с) "Советская космонавтика:
Фотоальбом", 1981
СРСР зміг завоювати ще одне "вперше" -- вперше вивів космічну станцію на орбіту іншого небесного тіла. Хоча епоха лідерства, особливо -- безумовного (з точки зору обивателів), добігала кінця, але інерція -- страшна сила :-) Попереду було ще багато видатних, в тому числі -- не перевершених до цих пір, досягнень. При чому, не тільки формальний (як "Луноходи" -- єдині телекеровані роботи на Місяці), так і фактично (посадки "Венер" не повторені ніким, проби "Піонера-Венера", які випадково пережили посадку не рахуємо).

Для того, щоб завоювати пріоритет у виходу на орбіту нашого природного супутника, використали вже відпрацьований і відносно надійний блок Е-6, який забезпечив м'яку посадку на Місяць, замінивши посадочний апарат на "бочку з приладами", "найпростіший супутник Місяця". Назвали цю конструкцію Е-6С. Успіху передував лише один невдалий запуск -- 1 березня 1966 року станція застрягла на опорній орбіті, була обізвана (секретність...)  Космос-111, і 3-го березня впала назад. 


Характеристики станції та її польоту:
  • Запуск -- 31 березня 1966 року, 10:48:00 UTC, вийшла на опорну орбіту з параметрами 200 x 250 км, нахил -- 52 градуси до екватора.
  • Корекція курсу -- 1 квітня.
  • Вихід на орбіту Місяця -- 3 квітня 1966, о 18:44 UTC
  • Гальмівний імпульс тривав 57 секунд і змінив швидкість на 0.64 км/с. Перед цим швидкість складала 2.190 км/с, після 1.279 км/с. Цього цілком вистачило для того, щоб гравітація Місяця захопила станцію (в свої тенета :-). Через 20 секунд супутник відділився від орбітального блоку.
  • Початкова орбіта навколо Місяця: переселеній -- 352 км, апоселеній -- 1016 км, схилення до місячного екватора -- 71°54', період - 2 години, 58 хвилин, 15 секунд. Потім, під дією неоднорідної гравітації Місяця, змінювалася. (Див. маскони). Стверджувалося, що така орбіта була вибрана менш-більш свідомо, зокрема -- великий ексцентриситет,  "еліптичність", щоб з одного боку наближатися до поверхні для проведення вимірів, з іншого ж -- не бути біля поверхні занадто довго, щоб не перегрітися через теплове  випромінювання Місяця (системи терморегуляції тоді ще були зовсім недосконалі). Чи насправді це було так, чи просто "яка орбіта вийшла таку й оголосимо заданою" -- не знаю, адже збої і неточності в роботі всіх систем АМС були тоді нормою.
  • Вага станції на траєкторії перельоту -- 1583.7 кг. Палива -- приблизно 490 кг, перелітний модуль без палива -- приблизно 850 кг.
  • Вага супутника -- 248.5 кг.
  • Зв'язок зі станцією підтримували поки не сіли батареї, до 30 травня 1966, 56 діб. За цей час станція зробила 460 витків.
  • Протягом цього часу було проведено 219 сеансів зв'язку.
  • Момент сходження з орбіти (під дією варіацій гравітації -- проблеми всіх місячних орбітальних апаратів) невідомий, могла проіснувати роки. Philip Stooke, посилаючись на Powell, D., 2003. "The Moon's own moons", Astronomy Now, 17 (9), 38--9, стверджує, що вона може все ще бути на орбіті.
  • Заводський № 206.

Конструкція, наукові прилади

Основне призначення станції було завоювання пріоритету. Однак трохи наукової апаратури вона на орбіту привезла, і якісь результати повернула. 

Перелітний блок станції був таким же, як і у Луна-9, а станція-супутник являла собою дещо неправильний (із зрізаним "краєчком") циліндр, висотою 1.5 м і діаметром в широкій частині 0.75 м. Корпус герметичний, терморегуляція здійснювалася циркуляцією газу (ймовірно, як і в інших тогочасних радянських АМС, азоту), тепло віддавалося назовні беспосередньо через корпус. Для радіообміну використовувалося два передавачі, на частотах 183 МГц і 922 МГц (котрі із цих частот використовувалися для прийому команд -- не знаю).
Макет "Луна-10". В деяких джерелах те, що позначено "Іонні пастки", називають
датчиками мікрометеоритів, але не дуже схоже...
Взято тут, де, у свою чергу, посилаються на сайт журналу «Новости Космонавтики»

Наскільки я розумію, система орієнтації в просторі у станції передбачена не була, хоча можливо використовувалася та чи інша осьова стабілізація -- обертання. Тому, до речі, ніякої камери на станції не могло бути, через відсутність можливості наведення, чи хоча б визначення, з якого боку Місяць.

Набір експериментів на борту:
  • Трьохосьовий магнітометр, розташований на штирі довжиною 1.5 м (щоб мінімізувати вплив електромагнітних полів, створених апаратурою станції). Через відсутність системи орієнтації, "трьохосьовість" навряд чи давала аж так багато інформації -- можна було вимірювати лише поле вздовж і впоперек осі обертання. Чутливість від -50 до 50 гамма, виміри проводилися раз на 128 секунд. Похибка визначення амплітуди магнітного поля, з калібрування під час перельоту, складала 10 гамма (9 гамма для компоненти паралельної осі, 2.5 -- для перпендикулярної). Виміряно було поле порядку 15-30 гамма, трішки більше, ніж у міжпланетному просторі. Поле виявилося менш-більш однорідним у просторі. Збільшення це, ймовірно, було викликане сонячними бурями. Шлейфа магнітосфери Землі зафіксовано не було. (Хоча останнє -- це залежить, як на дані дивитися... Та й сучасна їх інтерпретація може сильно відрізнятися.)
  • Гамма-спектрометр для визначення типів порід, з яких складається поверхня Місяця. Породи визначалися, порівнюючи отримані спектри із типовими спектрами земних порід. Охоплюється до кількох сантиметрів вглиб породи. Прилад знаходився всередині корпуса (гамма-променям то не дуже заважає), складався з пластин сцинтилятора NaI(Ti) розміром 40x40 мм.  32-канальний, вимірював інтенсивність випромінювання у 32 точках на інтервалі енергій 0.3-3.0 МеВ. Паралельно міг підраховувати кількість гамма-квантів у діапазоні 0.3-0.7 МеВ. Калібрувався на Землі по калію, (який в природі, крім стабільних ізотопів калій-39 і калій-41, містить 0,0117% радіоактивного калію-40) урану, торію. Керувався теж із Землі. Побудовано спектри над 14-ма регіонами Місяця, вимірювання кількості квантів у діапазоні  енергій 0.3-0.7 МеВ зроблено над 56-ма регіонами. Оцінено, що інтенсивність гамма-випромінювання поблизу поверхні (у точка виміру) складає 20-30 мікрорентген/год. З його допомогою було вперше показано, що Місяць вкрито породами, схожими на земні базальти, виявлено натяки, що породи морів та "суші"  відрізняються. (Цитата з щорічника за 1967 рік показує, що зараз на ці дані дивляться по іншому:  "Результаты измерений над различными районами лунной поверхности, включая районы лунных «материков» и «морей», не позволили обнаружить заметного различия в уровне интенсивности гамма-излучения над этими районами (изменения интенсивности не превышают 40%).") 90% випромінювання виникає в результаті взаємодії із космічними променями, (перевипромінювання та розпад утворених короткоживучих ізотопів), решта 10% -- від взаємодії радіації з O, Mg, Al, Si у породі та розпаду калію-40, урану, торію.
  • Лічильник м'яких рентгенівських фотонів, для дослідження рентгенівської флуоресценції поверхневого шару (до 1 мм). Елементи, такі як Mg, Al, Si, S, Ca, Ti, Fe, під дією сонячного рентгенівського випромінювання "світяться" у м'якому рентгені, 1-8 кеВ, і за цим випромінюванням можна оцінити хімічний склад верхнього шару реголіту.
  • Інфрачервоний датчик для вимірювання теплового випромінювання Місяця (див. рисунок). Складався з двох плоских пластин, 15x30 мм з матеріалу, що сильно змінює опір у залежності від температури. Одна з пластин була покрита матеріалом, який поглинає  85 - 90% інфрачервоного випромінювання та відбиває 97-99% видимого, інша -- золотою фольгою, яка відбивала  97 - 99% інфрачервоного і поглинала більшість видимого. Різниця вимірів для різних пластин, нагрітих, одна - видимим, друга інфрачервоним випромінюванням, давала потік виключно інфрачервоного випромінювання. 
  • Газорозрядні лічильники для реєстрації частинок сонячного та космічного випромінювання. Їх було два типи -- СБТ-9 і СФ. Кожен із цих приладів складався з двох однакових лічильників із різним екрануванням, щоб відділити частинки із різними енергіями. Один із них був оточений суцільним мідним екраном з густиною 2.5 грам на квадратний сантиметр, другий -- таким же екраном, але з віконечком. Екранування без віконечок  дозволяло детектувати електрони із енергією, більшою за 5 МеВ та протони із енергією більшою за 50 МеВ. Щодо детекторів з віконечками, їх слід розглянути окремо. СБТ-9 розташований спереду, віконечко діаметром 0.5 см закрито слюдою (1.2 мг/см2) та вкрито золотом (0.3 мг/см2). Кут зору складав приблизно 2 стерадіани. Ефективно детектував електрони з енергією більше 40 кеВ і протони з енергією більше 500 кеВ, а також не дуже ефективно міг детектувати рентгенівські промені з довжиною хвилі менше 10 ангстрем (1.2 кеВ). Детектор СФ включав три лічильника, змонтованих на зовнішній стінці корпуса по колу, з алюмінієвим віконцем (діаметр 0.4 см, густина 2.7 мг/см2), для детектування рентгенівських променів із довжиною хвилі менше 14 ангстрем, також був чутливий до електронів з енергією більше 50 кеВ і протонів 800 кеВ.  (Цей опис, як і відмітка на фото вище, може бути неточним -- єдине детальне джерело суперечить саме собі...) Під час перельоту не було зареєстровано частинок низьких енергій, вперше вони детектувалися вже на орбіті, з 3 по 23 квітня та з 27 по 29 травня, ймовірно через прояви сонячної активності. Головним результатом роботи цих приладів було сильне обмеження на можливу іоносферу Місця, швидше навіть натяк, що вона взагалі відсутня.
  • 4 іонні пастки для дослідження повного потоку низькоенергетичних заряджених частинок. Знаходилися вони ззовні корпуса. Дві були призначені для детектування електронів з енергіями більшими за 70 еВ та позитивних іонів з різними енергіями того ж порядку величин (для чого до електродів прикладалася напруга, що протягом 2 хвилин змінювалася від 0 до 50 вольт і назад). Ще одна призначалася для детектування, в першу чергу, позитивних іонів. Складалася вона з двох однакових датчиків, на пластини яких подавалася хитро модульована напруга (через ту ж відсутність джерел інформації не зміг розібратися, як воно працювало...) Остання детектувала сумарний потік зарядів, створений електронами та позитивними іонами.
  • П'єзоелектричні датчики для детектування мікрометеоритів, з вагою, більшою за одну стомільйонну грама. Сумарна площа порядку квадратного метра. Зареєстровано 198 ударів, при чому їх частота на орбіті Місяця переважала частоту під час перельоту на два порядки, тому було зроблено висновки про локальну хмару, пов'язану із Місяцем. 
  • Радіопередавачі станції також використовувалися для дослідження природного супутника Землі. Затемнення радіосигналу дозволили обмежити верхнє значення густини місячної атмосфери -- в межах чутливості експерименту не було зареєстровано жодної. Вимірювання напрямку на передавач та Допплерівського зсуву його частоти дозволило точно визначити орбіту та дослідити, як вона змінювалася з часом. Це, в свою чергу, дало можливість побудувати карту гравітаційного поля Місяця. Виявлено маскони -- регіони із підвищеною гравітацією, ймовірно внаслідок вищої густини порід, що там залягають.
Переріз гравітаційного потенціалу Місяця за даними "Луна-10". Вибрано еквіпотенціальну поверхню, що проходить через точку r=1738 км, y= 0, λ = 0. (а) Екваторіальна плозина, XY, (б) нульовий меридіан XZ (λ = 0°), (в) меридіан λ = 90°, перпендикулярний до (б). Для наочності радіальний масштаб відхилення від кола, що відповідало би сферичному потенціалу, збільшено в 1000 раз.  (c) Ежегодник-1967

Цікавинка: 4 квітня планувалося транслювати для делегатів XXIII з'їзду КПРС Інтернаціонал, із станції на орбіті Місяця. Музика в залі засідань успішно прозвучала. Як через три десятиліття виявилося, все було не так просто. Хоча 3-го тестова передача пройшла успішно, 4-го пропала одна з нот (очевидно, щось зламалося в пристрої, який мав формував мелодію), тому таємно було запущено запис, зроблений попереднього дня.

На завершення -- симуляція польоту Луна-10 від  RecklessTornado.


Література

На жаль, після першого ажіотажу, ця маленька станція особливої зацікавленості ні в кого не викликала. Така вже популярна доля починань, зроблених "для понтів"... Однак дарма -- все ж це було помітне досягнення. Як би там не було, літератури мало. Ось, що вдалося знайти:

Опубліковано о
Мітки: , , , ,

Немає коментарів:

Дописати коментар

Підписатися на: Дописати коментарі (Atom)