Luna16 page

После того, как стало ясно, что CША первыми высадят своего астронавта на Луну, основной целью советской лунной программы стала доставка лунного грунта на землю с помощью автомата. Эта проблема легла на плечи Георгия Николаевича Бабакина - конструктора лунников и межпланетных аппаратов с середины 60-х. Лунную станцию для этой цели разрабатывали по сверхсрочному графику. Машина получилась тяжелой (1880 кг), ракета Королева « СОЮЗ » не могла доставить ее на Луну. Ракета Челомея УР-500К могла, но была еще « сырой ». Однако у Бабакина нет выхода. 15 апреля 1969 года УР-500К с лунным бурильщиком терпит аварию на участке выведения на околоземную орбиту. 14 июня - та же история. Георгий Николаевич готовит еще одну станцию и запускает ее 13-го июля за 3 дня до старта американцев ! На этот раз ракета не подвела, и станция успешно произвела посадку на Луну. Однако при отделении надувного шара с автоматом внутри, обломок сломавшегося при прилунении кронштейна протыкает этот « мяч »...Спустя несколько часов Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин совершили первые шаги по Луне. Но Бабакин не сдался. В сентябре и октябре два его автомата с бурильными станками остаются без работы на орбите спутника. Два других, запущенные 6-го февраля и 8-го июня 1970 года, не достигают даже орбиты Луны. И, наконец, 17-го сентября 1970 года ѕ красный день в календаре Бабакина : «ЛУНА-16» совершила мягкую посадку на спутник, взяла пробу грунта и успешно доставила его на Землю. Одновременно с разработкой станции был создан комплекс приемной лаборатории АН СССР, в которую должен был поступить лунный грунт, и построен ряд приборов, допускавших проведение исследования грунта в вакууме и различной атмосфере. Таким образом, прежде чем «ЛУНА-16» первой в истории космонавтики смогла вернутся с образцом лунного грунта, за полтора года было произведено 7 неудачных пусков.

УСТРОЙСТВО «ЛУНЫ-16»

На поверхность Луны опустилась посадочная ступень с четырьмя опорами для мягкой посадки на грунт. На ней были закреплены буровое устройство для отбора образца грунта и ракета «ЛУНА-ЗЕМЛЯ» с возвращаемым аппаратом для доставки контейнера с отобранными образцами на Землю. Масса станции при посадке на Луну-1880 кг. Посадочная ступень представляет собой самостоятельный ракетный блок многоцелевого назначения, имеющий КТДУ-417, систему блоков с компонентами топлива, приборные отсеки и амортизированные опоры. На посадочной ступени также установлены антенны бортового радиокомплекса. Двигательная установка посадочной ступени имеет основной двигатель с регулируемой тягой для торможения, а также два двигателя малой тяги, работающие на завершающем участке посадки. Основной двигатель имеет возможность многократного запуска. При подъеме с Луны посадочная ступень служила стартовым столом для ракеты «ЛУНА-ЗЕМЛЯ». Бортовая аппаратура, работающая на перелете и после посадки на Луну, была сосредоточена в герметичном приборном отсеке тороидальной формы с несколькими наростами в виде эллипсоидов с люками, через которые в отсек вставлялись приборы. В приборных отсеках посадочной ступени расположены: 1) Приборы системы управления и стабилизации; 2) Приборы системы ориентации; 3) Радиопередатчики и приемники радиоизмерительного комплекса, работающие в широком диапазоне частот ; 4) Программно-временное устройство, управляющее работой всех систем и агрегатов станции; 5) Химические аккумуляторные батареи и преобразователи тока; 6) Элементы системы терморегулирования; 7) Радиосредства измерения высоты и скорости при посадке на Луну; 8) Телефотометры; 9) Приборы, определяющие температуру и радиацию на участке перелета и на поверхности Луны. Вне приборных отсеков на внешних поверхностях посадочной ступени установлены реактивные микродвигатели систем ориентации и стабилизации, баллоны с запасом рабочего тела для них, оптические датчики системы ориентации. В верхней части посадочной ступени установлена космическая ракета «ЛУНА-ЗЕМЛЯ» ѕ самостоятельный ракетный блок КРД-61 с системой сферических топливных баков. На центральном баке укреплен цилиндрический приборный отсек, включающий :

1) Приборы системы управления ракетой;

2) Приборы радиокомплекса ракеты;

3) Химические батареи и преобразователи тока;

4) Приборы бортовой автоматики.

На внешней поверхности приборного отсека ракеты установлены 4 штыревые приемно-передающие антенны. В верхней части приборного отсека с помощью металлических стяжных лент прикреплен возвращаемый аппарат. Пиротехнический замок , соединяющий стяжные ленты , открывается по радиокоманде из ЦУПа на подходе ракеты к Земле.

Рис.1 Автоматическая станция «Луна-16».

I - Посадочная ступень; II - ракета «Луна-Земля». 1. Приборный отсек посадочной ступени; 2. Управляющее сопло; 3. Топливный бак ракеты; 4. Приборный отсек ракеты; 5. Антенна; 6. Возвращаемый аппарат; 7. Буровой станок; 8. Штанга грунтозаборного устройства; 9. Телефотометр; 10. Топливный бак; 11. Двигатель посадочной ступени; 12. Двигатель ракеты «Луна-Земля».

Возвращаемый аппарат представляет собой металлический шар с теплозащитным покрытием на внешней поверхности. Внутренний объем аппарата разделен на 3 изолированных отсека. В наибольшем из них расположены:

1) Химические батареи;

2) Радиопеленгационные передатчики для обнаружения возвращаемого аппарата на Земле;

3) Элементы автоматики и бортовое программное устройство, вводящее в действие парашютную систему.

Во втором отсеке сложен парашют , 4 упругие антенны пеленгационных передатчиков, 2 наполненных газом эластичных баллона, обеспечивающие необходимое положение аппарата после посадки на Землю.

Рис.2 Схема грунтового отсека возвращаемого аппарата

1. Контейнер для бурового снаряда с грунтом; 2. Буровой снаряд с грунтом; 3. Крышка контейнера; 4. Фиксирующие пружины.

Третьим отсеком является цилиндрический контейнер для образцов лунного грунта. С одной стороны он имеет приемное отверстие , герметически закрываемое после помещения в него лунной породы. Принципиально новым агрегатом КА является грунтозаборное устройство, созданное впервые для «ЛУНЫ-16». Его задача - бурение реголита различной плотности ( от пылевидного до гранитного) в вакууме. ГЗУ (рис.)состоит из выносной поворотной штанги, на конце которой закреплен буровой станок, имеющий отделяемый буровой снаряд. Штанга позволяет опустить буровой станок на поверхность Луны и обеспечивает его подъем в положение, необходимое для помещения бурового снаряда с пробой грунта в спускаемый аппарат ракеты «ЛУНА-ЗЕМЛЯ».

Рис.3 Схема грунтозаборного устройства «Луны-16»

1. возвращаемый аппарат; 2. буровой станок; 3. исходное положение штанги; 4. демпфер штанги; 5. привод поворота штанги в вертикальной плоскости; 6. рабочее положение штанги; 7. привод сканирования штанги по азимуту;

Поворот штанги в вертикальной плоскости осуществляется механическим приводом. На выходном валу этого привода имеется рычаг, соединенный со штангой пружинным демпфером для плавного нагружения электродвигателя привода. Привод, поворачивающий штангу по углу места, закреплен на фланце выходного вала привода сканирования штанги по азимуту. Привод сканирования по азимуту производит разворот штанги вокруг вертикальной оси на 180 градусов, ориентируя рабочую часть бурового станка в сторону спускаемого аппарата (для введения грунта в контейнер ) или в противоположную сторону (для взятия пробы ). Привод сканирования по азимуту обеспечивает выбор места для взятия пробы грунта в пределах дуги, определяемой длиной штанги и углом 120 градусов. Основные положения ГЗУ: 1) Полетное положение и положение для введения бурового снаряда с образцом лунного грунта в спускаемый аппарат ракеты «ЛУНА-ЗЕМЛЯ»; 2) Положение для разворота штанги на 180 градусов; 3) Положение при сканировании штанги по азимуту для выбора места бурения; 4) Положение при бурении. Преимущества ударно-вращательного бурения состоят прежде всего в том, что оно осуществляется с использованием твердосплавного породоразрушающего инструмента, что не ставит жестких требований к их охлаждению. Сочетание вращения и ударных нагрузок увеличивает ресурс полезной работы коронки, а также уменьшает вероятность подклинки керна при колонковом бурении. В результате повышается скорость бурения. Кроме того, буровое оборудование имеет сравнительно малые габариты и вес, а также потребляет небольшое количество энергии. При использовании ударно-вращательного бурения искажение свойств породы при проходке скважины и отборе керна минимальное.

Технические данные бурового станка ударно-вращательного действия:

Глубина бурения ..................................... 380 мм

Диаметр бурения ..................................... 26 мм

Число оборотов вращателя ........................ 508 об/мин

Скорость подачи бурового станка .............. 56 мм/мин

Усилие подачи бурового станка ................. 80-120 Н

Число ударов ударного механизма ................1524 уд/мин

Длина бурового снаряда ............................ 417 мм

Мощность электродвигателя .......................140 Вт

Габаритные размеры ................................ 690ґ290 мм

Масса .......................................................13,6 кг

Рис.4 Общий вид бурового станка:

1. корпус бурового станка; 2. вращатель; 3. буровой снаряд.

ЗАПУСК «ЛУНЫ-16»

Станция «Луна-16» стартовала 12 сентября 1970 года. Выведение на орбиту искусственного спутника Земли было осуществлено РН 8К 78 c более мощной по сравнению с РН , запускавшей «Луну-9» и «Луну-13». Параметры промежуточной околоземной орбиты, с которой стартовала к Луне станция «Луна-16», по данным обработки траекторных измерений, составили : высота в апогее- 212,2 км, наклонение к плоскости экватора- 51,6 градусов Через 70 минут после старта был включен ЖРД последней ступени РН, который сообщил станции дополнительную скорость, в результате чего «ЛУНА-16» вышла на траекторию полета к спутнику. На пути к Луне 13 сентября была проведена одна коррекция траектории движения АМС включением ЖРД посадочной ступени; последующие измерения показали, что АМС движется к заданной точке окололунного пространства с высокой точностью, -в связи с чем была отменена вторая коррекция. При достижении станцией заданного района была произведена подготовка и осуществлено второе включение двигателя посадочной ступени с целью уменьшения скорости подлета к Луне и перевода АМС на орбиту спутника Луны. 17 сентября в 2 часа 38 минут «ЛУНА-16» перешла на селеноцентрическую круговую орбиту с удалением от лунной поверхности на 110 км, наклонением в 70 градусов и периодом обращения - 1 час 59 минут. В течение трех суток на селеноцентрической орбите было проведено два маневра. С помощью первого форма орбиты была изменена и стала эллиптической с высотой в периселении 15 км и высотой в апоселении 110 км. В результате второго маневра плоскость орбиты была несколько повернута, высота в апоселении при этом составила 106 км. 20 сентября в 6 часов 06 минут была начата подготовка к осуществлению мягкой посадки на Луну. После ряда операций для ориентации станции и программных разворотов в 8 часов 12 минут был включен ЖРД посадочной ступени, в результате чего скорость АМС уменьшилась до значения, обеспечивающего переход в режим снижения. При достижении заданных значений высоты и скорости спуска был еще раз включен двигатель посадочной ступени. Скорость АМС снизилась на высоте 20 метров до 2,5 м/с. На этой высоте был выключен основной ЖРД станции и включены два ЖРД малой тяги, обеспечившие мягкую посадку на поверхность Луны. Эти два двигателя были включены по команде от гамма-высотометра. Длительность посадки-6 минут. Протяженность трассы полета от точки схода с орбиты до места прилунения составила 250 км. Мягкая посадка АМС была осуществлена 20 сентября 1970 года в 8 часов 18 минут в районе моря Изобилия в точке с координатами 0°41ґюжной широты и 56° 18ґ восточной долготы. При этом отклонение от центра выбранной площадки было незначительным. Процесс бурения После посадки на Луну по команде с Земли был включен бортовой радиокомплекс. Было определено положение станции на лунной поверхности. Затем на борт АМС была передана команда на ввод в действие ГЗУ. Работа всего комплекса ГЗУ проводилось в условиях лунной ночи при весьма низких температурах на поверхности Луны. Бурение производилось при угле места штанги 35° к горизонту. Ось бурового станка была отклонена от вертикали на 13°. Буровой станок был включен при температуре на корпусе станка и на корпусе электродвигателя +26 °C. Азимут для взятия пробы был выбран нулевой. Бурение продолжалось 6 минут 14 секунд и было произведено на полную величину рабочего хода бурового снаряда-350 мм. В конце рабочего хода электродвигатели бурового станка были автоматически отключены. Одновременно с забором реголита контролировалась скорость углубления бура в грунт и определялась плотность исследуемой породы. После окончания бурения была произведена операция по помещению бура в контейнер спускаемого аппарата. Кроме решения основной задачи-взятия реголита - проводились измерения температуры элементов конструкции АМС и уровня радиации на лунной поверхности. Дальнейший этап работ предусматривал подготовку к старту ракеты «ЛУНА-ЗЕМЛЯ». На борту ракеты в запоминающее устройство ее системы управления было заложено необходимое значение скорости при взлете с Луны.

Старт с Луны Старт ракеты «ЛУНА-ЗЕМЛЯ» был произведен по команде с Земли в 10 часов 43 минуты 21сентября 1970 года. После старта при достижении заданной скорости равной 2,708 км/сек, двигатель был выключен , и ракета устремилась к Земле по баллистической траектории. Коррекция траектории возвращения не предусматривалась. При подлете 24 сентября в 4 часа 50 минут по команде с Земли возвращаемый аппарат был отделен от приборного отсека ракеты, а в 8 часов 10 минут вошел в плотные слои атмосферы Земли. Скорость входа аппарата превышала 11 км/сек. Он развернулся лобовой частью против встречного потока воздуха. Демпфирующее устройство удерживало аппарат в этом положении и тем самым обеспечило наиболее выгодный режим торможения в атмосфере. Максимальные перегрузки, действующие на спускаемый аппарат при аэродинамическом торможении, достигали 350 единиц. Температура пограничного слоя при этом превышала 10000 градусов Цельсия. Тормозной парашют раскрылся на высоте 14,5 км при скорости снижения 300 м/сек в 8 часов 11 минут. Далее на высоте около 11 км произошло отделение тормозного и раскрытие основного парашюта. Одновременно с этим включились пеленгационные радиопередатчики. В 8 часов 14 минут самолетами и вертолетами поискового комплекса были приняты радиосигналы, а затем спуск на парашюте визуально наблюдался с вертолета Ми-4, который сопровождал его до посадки на Землю. В 8 часов 26 минут возвращаемый аппарат совершил посадку на Землю в 80 км юго-восточнее города Джезказгана ( Казахстан ).

Химический состав грунта «ЛУНЫ-16»

Колонка реголита до глубины 35 см представляет собой разнозернистый материал темного цвета. Структура грунта, тонкозернистая у поверхности, с глубиной, в нижней части колонки, становится крупнозернистой; средняя величина частиц размерами менее 1 мм соответственно составляет 70 и 120 микрон. Ниже колонки в месте взятия грунта идет горная порода. Методом нейтронно-активационного анализа с использованием реакторных нейтронов определено содержание алюминия, марганца, натрия, хрома, железа и кобальта, с использованием быстрых нейтронов генератора- содержание кислорода и кремния.

ЭЛЕМЕНТ	СОДЕРЖАНИЕ (%)
Al	7,1±1,0
Mn	0,17±0,02