Попасть в Луну
Не прошло и двух лет с момента запуска первого искусственного спутника Земли, а советские космические аппараты уже один за другим отправлялись к Луне. Первым стала запущенная 2 января 1959 года "Луна-1". Ракета-носитель впервые сообщила ей вторую космическую скорость, и межпланетная станция стала первой рукотворной планетой Солнечной системы. Предполагалось, что аппарат столкнется с Луной, однако из-за ошибки в расчетах он пролетел мимо. По пути к естественному спутнику нашей планеты "Луна-1" распылила в космическое пространство килограмм натрия, создав искусственную комету. Оранжевое облако наблюдалось с Земли как звезда на пределе видимости человеческого глаза и доказало, что станция действительно летит к Луне. Научная аппаратура "Луны-1" обнаружила в космическом пространстве, считавшемся пустым, сильные потоки горячей плазмы — солнечный ветер. "Луна-2", запущенная в сентябре, впервые в истории достигла поверхности другого небесного тела, оставив на Луне металлические памятные вымпелы с гербом Советского Союза. Копию такого вымпела советский лидер Никита Хрущев подарил президенту США Дуайту Эйзенхауэру в ходе своего визита в Соединенные Штаты.
Запускались к Луне и американские космические аппараты. Еще в декабре 1958 года стартовал Pioneer 3, но двигатель ракеты-носителя отработал на четыре секунды меньше положенного, аппарат достиг четверти расстояния до орбиты Луны, вернулся и сгорел в земной атмосфере. В марте 1959 года к Луне отправился Pioneer 4, который должен был сфотографировать наш естественный спутник при близком пролете. И снова подвел носитель — вторая ступень ракеты горела дольше расчетного, поэтому американская станция пролетела вдвое дальше от Луны и фотосъемка не состоялась.
Советская автоматическая межпланетная станция "Луна-3" стартовала месяцем позже "Луны-2", в двухлетнюю годовщину запуска первого спутника. Она должна была сфотографировать и передать на Землю изображения обратной стороны нашего естественного спутника.
Конструктор ракетной техники Борис Черток, соратник Сергея Королева, в книге "Ракеты и люди" вспоминал, что по сравнению с "Луной-2" инженерам предстояло решить ряд сложнейших задач: впервые в мировой практике создать космический фотоаппарат, способный работать как автономно, так и по радиокомандам. Для этого была необходима система ориентации, которая повернет межпланетную станцию к Луне и будет стабилизировать ее положение без малого час. Наконец, станция через маломощный бортовой передатчик должна была переслать снимки Луны из космического пространства на Землю.
По сравнению с прямым попаданием в Луну задача фотографирования ее обратной стороны была несоизмеримо более сложной. Впервые в истории космонавтики был создан управляемый автономно и по командам с Земли космический аппарат
Космический фотоаппарат, вязкие химреактивы и волны "Енисея"
Одним из главных приборов межпланетной станции стал фотоаппарат, которому предстояло сфотографировать обратную сторону Луны. Его разработку поручили Красногорскому механическому заводу (ныне — Красногорский завод им. С.А. Зверева в составе холдинга "Швабе" госкорпорации "Ростех"). Предприятие известно своими фотоаппаратами "Зенит", "Зоркий", кинокамерами "Кварц", "Красногорск".
"Проект сам по себе был уникальным, так как подобная технология применялась в мировой практике впервые", — объяснили ТАСС в холдинге "Швабе". "У разработчиков возникало множество вопросов, так как аппарат создавался впервые. Ответы на некоторые вопросы были лишь теоретическими. Например, требовалось определить параметры объектива, включая его фокусное расстояние. Кроме того, нужно было решить, на какую пленку будет снимать аппарат, как будет осуществляться автоматическая съемка и последующая обработка пленки в космосе <...>. Сложности в выборе характеристик объектива были обусловлены неопределенностью в расстоянии от Луны, на котором окажется космический аппарат во время съемки в результате выведения и орбитального полета. Было принято решение использовать объективы с разными характеристиками. Съемка шла синхронно (попарно) сразу двумя объективами. Серьезное опасение вызывало воздействие космической радиации на фотопленку, поэтому была разработана специальная защита", — рассказали представители компании-разработчика.
Космическая камера получила название АФА-Е1. Александра Стрельникова, сотрудница Научно-исследовательского кинофотоинститута (НИКФИ), руководившая разработкой процессов обработки фотопленки на борту "Луны-3", в статье для журнала "Мир техники кино" (№2/2006) раскрыла детали работы камеры. Проявление и закрепление отснятой пленки происходило в одной ванне вместо традиционных двух. Раствор сделали вязким, чтобы исключить влияние невесомости. Вязкий компонент длительное время защищал химическую композицию от окисления — на случай, если фотосъемка будет по каким-то причинам отложена.
Но мало было отснять Луну — необходимо было получить ее снимки. Возвращения "Луны-3" с фотопленкой на Землю не предусматривалось. Отснятые и проявленные фотоматериалы должны были сканироваться бортовой аппаратурой комплекса "Енисей" разработки ленинградского НИИ телевидения (сейчас входит в холдинг "Росэлектроника" Ростеха) и передаваться по радиоканалу в радиотехнический центр. По этой же радиолинии планировалось получать телеметрическую информацию с борта станции, передавать команды управления. По воспоминаниям Бориса Чертока, первый в стране пункт дальней космической связи был построен в районе крымского Симеиза, на горе Кошка. Соратник Королева утверждал, что для ускорения строительства пункта огромные параболические антенны установили на опорно-поворотных устройствах, спроектированных и изготовленных для орудийных башен главного калибра строящегося линкора.
Степень новизны всех решений зашкаливала. В комплексе широко применялись полупроводниковые приборы, что в ту пору считалось рискованным. "Енисей" строка за строкой преобразовывал негативное изображение на фотопленке в электрические сигналы с помощью электронно-лучевой трубки и фотоэлектронного умножителя. Комплекс через маломощный бортовой радиопередатчик мог передавать один кадр в стандартном качестве за 10 секунд, в высоком — за 30. Наземная часть комплекса отвечала за обратный процесс: превратить радиосигналы из космоса в изображение.
Если по современной теории надежности подсчитать вероятность получения фотографии невидимой стороны Луны созданными тогда средствами, шансы на успех не превышали бы 20–30%
Предыдущие космические аппараты летели кувыркаясь в пространстве — работе научной аппаратуры это не мешало. Однако "Луна-3", которой предстояло устроить космическую фотосессию, должна была наводиться на снимаемый объект и держать его в объективе. Для стабилизации корпуса межпланетной станции была впервые разработана автономная система ориентации. Она получила название "Чайка". С помощью фотодатчиков система "видела" Солнце и Луну, гироскопические датчики считывали ориентацию станции в пространстве, электромеханический "компьютер" вычислял необходимые действия и давал команды на миниатюрные реактивные двигатели, работавшие на сжатом азоте.
Конструкторам удалось упаковать все чудеса технологий тех лет в космический аппарат длиной 1,25 м и массой 278 кг.
Туда и обратно
Специалисты-баллистики рассчитали, что запуск космического аппарата по необходимой траектории к Луне был возможен только раз в году, в начале октября. 4 октября 1959 года ракета-носитель "Восток-Л" (межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, дополненная третьей ступенью) вывела "Луну-3" на вытянутую эллиптическую орбиту. Для формирования нужной орбиты аппарату предстояло впервые в истории выполнить гравитационный маневр — используя систему стабилизации, скорректировать траекторию полета так, чтобы на нее повлияло притяжение Луны. Впоследствии такой прием начали широко применять для исследований Солнечной системы космическими аппаратами.
7 октября "Луна-3" достигла заданной точки орбиты. "Чайка" автоматически стабилизировала аппарат. В половине седьмого утра по московскому времени включился "Енисей" и в течение 40 минут производил фотосъемку, после чего устройство проявило, высушило пленку, перемотало ее в кассету, подготовив к сканированию, а автоматика отключила стабилизацию.
Но сразу принять изображение не позволяла малая мощность бортового передатчика космической станции. Начались часы напряженного ожидания момента подлета "Луны-3" на достаточно малое расстояние к Земле. Когда станция приблизилась к планете на 50 тыс. км, специалисты поймали устойчивый радиосигнал. Первые принятые кадры обратной стороны Луны не изобиловали деталями. "У нас получилось, что Луна круглая", — пошутил тогда Черток, присутствовавший в центре космической связи. Однако последующие снимки содержали все больше и больше информации. Всего удалось принять 17 сделанных станцией снимков. Мир узнал о космической фотосессии и увидел изображение обратной стороны Луны 27 октября в сообщении ТАСС, процитированном газетами.
22 октября связь с "Луной-3" была потеряна. Аппарат сделал 11 витков по своей вытянутой орбите, уходящей за лунную, и в апреле 1960 года сгорел в плотных слоях земной атмосферы.
Красногорский механический завод (КМЗ) использовал и усовершенствовал опыт, полученный в ходе разработки космического фотоаппарата. "Однако в созданных в последующем аппаратах ДЗЗ (дистанционного зондирования Земли — прим. ТАСС) необходимости в передаче на Землю изображения с фотопленки не было, — рассказали ТАСС в холдинге "Швабе". — Отснятая и проявленная на борту фотопленка в кассетах доставлялась на Землю в специальных спускаемых аппаратах". В последующие годы КМЗ был ведущим предприятием, разрабатывавшим и выпускавшим аппаратуру для космической фотосъемки. В период с 1960 по 1991 год на заводе было создано более 30 наименований аппаратуры по космической тематике, и каждая была уникальной.
В 1965 году более совершенный космический аппарат "Зонд-3", создававшийся для исследований Марса и Венеры, передал на Землю снимки, содержащие значительно больше объектов на невидимой стороне Луны. Апофеозом советской программы исследования спутника Земли стали "Луна-16" — космический робот, в 1970 году впервые в мире автоматически вернувший на нашу планету 101 г лунного грунта, а также первый в мире планетоход "Луноход-1", прилунившийся в том же году.
Отечественные исследования естественного спутника Земли продолжаются. Несмотря на неудачу "Луны-25", которая должна была совершить мягкую посадку, однако разбилась о поверхность Луны, госкорпорация "Роскосмос" готовит к запуску в 2027 году орбитальный аппарат "Луна-26", а годом спустя — посадочный аппарат "Луна-27".
Виктор Бодров