Автоматическая межпланетная станция на монтажной тележке
(фотография).
4 октября 1959 года в Советском Союзе произведен успешный запуск третьей космической ракеты. Целью ее запуска было решение ряда проблем по исследованию космического пространства. Важнейшей из них было получение фотографического изображения поверхности Луны. Особый научный интерес представляло получение фотографий той части поверхности, которая вследствие особенностей движения Луны вовсе недоступна для земных наблюдателей, а также части поверхности, видимой с Земли под столь малыми углами, что она не может быть достоверно изучена,
Для детального изучения космического пространства и получения фотографического изображения Луны была создана автоматическая межпланетная станция, которая с помощью многоступенчатой ракеты была выведена на орбиту, огибающую Луну. В точном соответствии с расчетом автоматическая межпланетная станция прошла на расстоянии нескольких тысяч километров от Луны и вследствие ее притяжения изменила направление движения, что позволило получить траекторию полета, удобную как для фотографирования невидимой с Земли стороны Луны, так и для передачи на Землю полученной научной информации.
Осуществление запуска третьей космической ракеты и выведение на заданную орбиту автоматической межпланетной станции потребовало решения ряда новых весьма сложных научных и технических проблем. Многоступенчатая ракета, использованная для выведения станции на орбиту, отличалась высоким конструктивным совершенством и имела мощные двигатели, работающие на высококалорийном топливе. Система управления ракеты на участке разгона обеспечила получение заданных характеристик движения ракеты с высокой точностью.
Научные исследования, проведенные с помощью автоматической межпланетной станции, позволили получить значительное количество материалов, которые в настоящее время обрабатываются. Огромный научный интерес представляют полученные фотографии невидимой с Земли стороны Луны. Впервые в истории удалось заглянуть на ту часть поверхности Луны, которая никогда не наблюдалась с Земли.
Запуск автоматической межпланетной станции свидетельствует о высоком уровне развития отечественной науки и техники.
Автоматическая межпланетная станция — это космический летательный аппарат, оснащенный сложным комплексом радиотехнической, фототелевизионной и научной аппаратуры, специальной системой ориентации, устройствами программного управления работой бортовой аппаратуры, системой автоматического регулирования теплового режима внутри станции и источниками энергопитания.
Специальная радиотехническая система обеспечивает измерение параметров орбиты станции, передачу на Землю телевизионной и научной телеметрической информации, а также передачу с Земли команд управления работой аппаратуры на борту межпланетной станции.
Система ориентации обеспечила ориентацию межпланетной станции в космическом пространстве относительно Солнца и Луны, необходимую для фотографирования невидимой стороны Луны.
Все управление работой бортовой аппаратуры станции осуществляется с наземных пунктов по радиолинии, а также автономными программными бортовыми устройствами. Подобная комбинированная система дает возможность наиболее удобно управлять проведением научных экспериментов и получать информацию с любых участков орбиты в пределах радиовидимости из наземных пунктов наблюдений.
Автоматическая межпланетная станция на монтажной тележке (фотография). |
Для поддержания заданного теплового режима внутри станции непрерывно действует автоматическая система терморегулирования. Она обеспечивает отвод тепла, выделяемого приборами, через специальную радиационную поверхность в окружающее космическое пространство. Для регулирования теплоотдачи снаружи корпуса установлены жалюзи, открывающие радиационную поверхность при повышении температуры внутри станции до +25°С.
Система энергопитания содержит автономные блоки химических источников тока, обеспечивающих питание кратковременно действующей аппаратуры, а также централизованный блок буферной химической батареи. Компенсация израсходованной энергии буферной батареи осуществляется за счет солнечных источников тока. Питание бортовой аппаратуры производится через преобразовательные и стабилизирующие устройства.
Установленный на борту автоматической межпланетной станции комплекс научной аппаратуры обеспечивает дальнейшее развитие исследований космического и окололунного пространства, начатых на первых двух советских космических ракетах.
Автоматическая межпланетная станция представляет собой тонкостенную герметичную конструкцию, имеющую форму цилиндра со сферическими днищами. Максимальный поперечный размер станции 1200 миллиметров, длина — 1300 миллиметров (без антенн). Внутри корпуса на раме размещена бортовая аппаратура и химические источники питания. Снаружи установлена часть научных приборов, антенны и секции солнечной батареи. В верхнем днище имеется иллюминатор с крышкой, автоматически открывающейся перед началом фотографирования. На верхнем и нижнем днищах имеются малые иллюминаторы для солнечных датчиков системы ориентации. На нижнем днище установлены управляющие двигатели системы ориентации.
Для фотографирования Луны наиболее целесообразной была признана схема, по которой фотоаппараты наводились путем поворота всей автоматической межпланетной станции. Установленная на борту станции система ориентации поворачивала и удерживала автоматическую межпланетную станцию в нужном направлении.
Система ориентации была включена после сближения с Луной, в момент, когда станция находилась в заданном положении относительно Луны и Солнца, обеспечивающем необходимые условия для ориентации и фотографирования. Расстояние до Луны при этом составляло в соответствии с расчетом 60-70 тысяч километров.
 |
В начале работы система ориентации, в состав которой входят оптические и гироскопические датчики, логические электронные устройства и управляющие двигатели, прежде всего прекратила произвольное вращение автоматической межпланетной станции вокруг ее центра тяжести, возникшее в момент отделения от последней ступени ракеты-носителя.
Автоматическая межпланетная станция освещается тремя яркими небесными светилами — Солнцем, Луной и Землей. Траектория ее движения была выбрана таким образом, чтобы в момент съемки станция находилась приблизительно на прямой, соединяющей Солнце и Луну. При этом Земля должна была находиться в стороне от направления Солнце — Луна, чтобы не произошло ориентации на Землю вместо Луны.
Указанное здесь положение межпланетной станции относительно небесных светил в момент начала ориентации позволило использовать такой прием: первоначально ее нижнее днище с помощью солнечных датчиков направлялось на Солнце; этим самым оптические оси фотоаппаратов направлялись в противоположную сторону — на Луну. Затем соответствующее оптическое устройство, в поле зрения которого Земля и Солнце уже не могли появиться, отключало ориентацию на Солнце и производило точную ориентацию на Луну. Поступавший с оптического устройства сигнал «присутствия» Луны .разрешал автоматическое фотографирование. В течение всего времени фотографирования система ориентации обеспечивала непрерывное наведение автоматической межпланетной станции на Луну.
После того, как было произведено экспонирование всех кадров, система ориентации выключилась. В момент выключения системы она сообщила автоматической межпланетной станции упорядоченное вращение с определенной угловой скоростью, выбранной так, чтобы, с одной стороны, улучшить тепловой режим, а с другой — исключить влияние вращения на функционирование научной аппаратуры.
Орбита автоматической межпланетной станции специально приспособлена для решения поставленного комплекса научных задач. Для получения нужной орбиты, кроме обеспечения необходимой скорости и направления движения станции в момент выключения двигателя последней ступени ракеты, использовано также влияние притяжения Луны.
Траектория облета Луны должна была удовлетворять ряду требований. Для обеспечения правильной работы системы ориентации во время фотографирования необходимо было, как сказано выше, чтобы в момент начала ориентации Луна, станция и Солнце располагались приблизительно на одной прямой. Расстояние от станции до Луны в период фотографирования было принято порядка 60-70 тысяч километров.
Характер траектории должен был позволить получить максимальное количество информации на первом витке и особенно на малых расстояниях от поверхности Земли. Для выполнения этого требования необходимо было обеспечить возможно лучшие условия радиосвязи с межпланетной станцией из пунктов, расположенных на территории Советского Союза.
Было также весьма желательным для целей научных исследований получить траекторию, обеспечивающую движение межпланетной станции в космосе в течение достаточно продолжительного времени.
 Положение автоматической межпланетной станции в пространстве при фотографировании обратной стороны Луны. (Стрелки справа показывают направление лучей Солнца.) |
Облет Луны с возвращением к Земле может производиться при движении по траекториям различных типов. Для получения таких траекторий скорость в конце участка разгона должна быть несколько меньше так называемой второй космической или параболической скорости, равной у поверхности Земли 11,2 километра в секунду. Если траектория полета проходит на расстояниях в несколько десятков тысяч километров от Луны, то ее воздействие сравнительно невелико и движение относительно Земли будет происходить по траектории, близкой к эллипсу с фокусом в центре Земли.
Однако траектории далекого облета Луны с прохождением около нее на расстояниях в несколько десятков тысяч километров имеют ряд существенных недостатков. При пролете на больших расстояниях от Луны становится невозможным прямое исследование космического пространства в непосредственной окрестности Луны. При запуске ракеты, произведенном из северного полушария Земли, возвращение к Земле происходит со стороны южного полушария, что затрудняет проведение наблюдений и прием научной информации станциями, расположенными в северном полушарии. Движение вблизи Земли при возвращении происходит вне пределов видимости из северного полушария, и поэтому вблизи Земли прием информации о результатах научных наблюдений оказывается невозможным. При возвращении к Земле ракета входит в плотные слои атмосферы и сгорает, т. е. полет заканчивается после первого витка.
Этих недостатков можно избежать, если использовать при облете Луны траектории другого типа, проходящие от нее на малых расстояниях порядка нескольких тысяч километров.
 Схема траектории полета автоматической межпланетной станции. |
Траектория полета автоматической межпланетной станции проходила на расстоянии 7900 километров от центра Луны и была выбрана с таким расчетом, чтобы в момент максимального сближения станция находилась южнее Луны. Вследствие притяжения Луны траектория автоматической станции в соответствии с расчетом отклонилась к северу. Это отклонение было столь существенным, что возвращение к Земле происходило со стороны северного полушария. При этом после сближения с Луной наибольшая высота станции над горизонтом для наблюдательных пунктов, расположенных в северном полушарии, от суток к суткам увеличивалась. Соответственно возрастали и промежутки времени, на протяжении которых была возможна прямая связь с автоматической станцией. При достаточном приближении к Земле автоматическая станция могла наблюдаться в северном полушарии как незаходящее светило.
Условия для приема информации на подходе к Земле и условия для проведения научных исследований на участке возвращения к непосредственной окрестности Земли оказались достаточно благоприятными. При возвращении к Земле на первом обороте станция не вошла в атмосферу и не погибла, а прошла на расстоянии 47 500 километров от центра Земли, двигаясь по вытянутой орбите весьма больших размеров, близкой по форме к эллиптической. Наибольшее удаление станции от Земли составляло 480 тысяч километров.
Таким образом, при прохождении около Луны оказывается возможным получать траектории движения автоматической межпланетной станции, чрезвычайно интересные и выгодные с точки зрения проведения научных исследований и приема научной информации.
Пролет межпланетной станции вблизи Земли происходит на таких больших расстояниях от ее поверхности, что торможение вследствие сопротивления атмосферы отсутствует. Поэтому, если бы движение происходило только под действием силы притяжения Земли, автоматическая станция оказалась бы спутником Земли с неограниченно большим сроком существования.
Однако в действительности время движения станции ограниченно. Вследствие возмущающего влияния притяжения Солнца ближайшее расстояние орбиты от Земли — высота перигея орбиты — постепенно уменьшается. Поэтому, совершив некоторое число оборотов, станция в свое время при очередном возвращении к Земле войдет в плотные слои атмосферы и сгорит.
Величина убывания высоты перигея за один оборот зависит от размеров орбиты и в особенности от высоты апогея, т. е. от наибольшего расстояния орбиты от Земли, резко возрастая при увеличении высоты апогея. Поэтому при выборе траектории межпланетной станции необходимо было стремиться к тому, чтобы высота апогея была по возможности меньше и не намного превышала расстояние от Земли до Луны. Необходимо также, чтобы высота перигея на первом обороте была возможно больше. От степени выполнения обоих поставленных требований зависят общее количество оборотов автоматической станции вокруг Земли и время существования станции.
Воздействие Луны не ограничивается тем эффектом, который она производит в период первого тесного сближения. Возмущения орбиты станции от притяжения Лу«ы не носят такого, регулярного характера, как возмущения от притяжения Солнца, и в сильной степени зависят от периода обращения станции вокруг Земли. Влияние Луны может оказаться существенным, если на каком-то из последующих оборотов произойдет повторное достаточно тесное сближение с Луной. В этом случае сближение станции и Луны произошло бы примерно в том же месте лунной орбиты, что и первый раз. В случае повторного тесного сближения характер движения станции может существенно измениться. Если межпланетная станция пройдет около Луны с южной стороны, т. е. второе сближение будет того же типа, что и первое, то резко увеличится количество оборотов и время существования станции при сохранении основного свойства ее траектории — приближения к Земле со стороны северного полушария. Если повторное прохождение будет со стороны севера, то высота перигея орбиты уменьшится и в случае достаточно сильного возмущения может произойти соударение с землей при ближайшем же возвращении к ней.
На тех витках орбиты, где не происходит теснее сближение с Луной, Луна тем не менее оказывает некоторое воздействие на движение станции. Хотя сила притяжения Луны в этом случае весьма мала, однако, действуя на значительном числе витков траектории, притяжение Луны оказывает заметное влияние на движение автоматической станции, вызывая уменьшение высоты перигея и времени существования станции на орбите.
Картина движения автоматической межпланетной станции под влиянием одновременно действующих сил тяготения Земли, Луны и Солнца весьма сложна. Характер прохождения вблизи Луны при первом сближении является определяющим для дальнейшего движения межпланетной станции.
Так как никакой коррекции движения межпланетной станции в пути не производится и весь полет ее определяется в конечном счете параметрами движения в конце участка разгона (в основном величиной и направлением скорости), то ясно, что реализация описанной выше траектории космической станции возможна лишь при чрезвычайно совершенной системе управления ракетой-носителем на участке разгона.
Расчеты показывают, что при отклонении от заданной точки прохождения станции через картинную плоскость на тысячу километров минимальное расстояние между Землей и станцией при ее возвращении будет меняться на 5-10 тыс. километров, а время наибольшего сближения с Землей — на 10-14 часов. Картинной плоскостью в данном случае названа плоскость, проходящая через центр Луны перпендикулярно линии Земля — Луна.
Для того, чтобы предельное отклонение минимального расстояния между Землей и станцией не превышало 20 тыс. километров, необходимо потребовать такой точности управления на участке выведения ракеты, которая обеспечивает отклонение точки пересечения картинной плоскости не более 3000 километров. На первый взгляд это условие, предъявляемое к системе управления ракетой, кажется более легким по сравнению с условиями, диктуемыми задачей попадания в Луну, так как для обеспечения попадания предельное отклонение ракеты от точки прицеливания или расчетной точки прохождения картинной плоскости не должно превышать радиуса Луны, т. е. должно быть примерно вдвое меньше, чем 3000 километров. Однако в случае движения станции по облетной траектории ошибки выведения ракеты влияют на отклонение точки пересечения картинной плоскости значительно больше, чем для попадающего варианта, реализованного второй космической ракетой.
Действительно, как сообщалось, отклонение скорости выведения ракеты на участок свободного полета на один метр в секунду при варианте попадания в Луну приводит к отклонению точки пересечения картинной плоскости на 250 километров, а в случае варианта запуска с облетом Луны это отклонение будет равным 750 километрам, т. е. в три раза больше. Только из сопоставления этих цифр видно, что реализация заданного варианта облетной траектории предъявляет не менее, а даже более жесткие требования к точности системы управления ракетой, чем в варианте попадания.
Как было сказано, при прохождении межпланетной станции вблизи Луны траектория станции претерпевает сильное возмущение, которое заставляет изменить первоначальное направление движения, обусловив возвращение станции к Земле со стороны северного полушария. Это же возмущающее действие Луны существенно усиливает влияние отклонений параметров движения в конце участка разгона от их расчетных значений на характер движения станции при ее возвращении к Земле после облета Луны. Поэтому даже небольшие ошибки определения этих параметров приводят к весьма существенным ошибкам расчета характеристик движения межпланетной станции при ее возвращении к Земле.
Вместе с тем для осуществления надежной радиосвязи межпланетной станции с земными наблюдательными пунктами нужно достаточно точно знать изменение с течением времени характеристик движения станции. Это необходимо для того, чтобы производить с требуемой точностью расчет целеуказаний измерительным пунктам и определять моменты включения на излучение бортовых передающих устройств. Это обстоятельство требует систематического измерения траектории межпланетной станции, обработки данных и уточнения характеристик движения станции как до подхода к Луне, так и после ее облета. Влияние Солнца и Луны на эволюцию орбиты межпланетной станции в процессе ее дальнейшего полета также требует постоянного измерения и уточнения характеристик движения станции.
Изложенные обстоятельства предъявляют серьезные требования к работе автоматического измерительного комплекса, предназначенного для измерения параметров траектории межпланетной станции, расчета прогноза ее движения, расчета целеуказаний измерительным и наблюдательным пунктам, расчета времени включения бортовых передающих устройств межпланетной станции в течение всего полета вокруг Земли.
В состав комплекса входят радиотехнические станции измерения дальности, угловых параметров и радиальной скорости движения объекта, станции приема телеметрической информации, автоматические линии связи измерительных пунктов с координационным вычислительным центром, который в свою очередь связан с наземными пунктами, подающими команды на включение бортовых передающих устройств автоматической межпланетной станции.
Командная радиолиния позволяет производить включение радиотехнических средств станции в определенные интервалы времени, соответствующие наилучшим условиям радиосвязи бортовой аппаратуры с наземными пунктами, расположенными на территории Советского Союза. Выбор длительности и времени включения радиосвязи со станцией производится из условия обеспечения накапливания необходимой информации для уточнения характеристик и прогноза движения межпланетной станции, а также из условия сохранения баланса энергетики бортовых устройств.
Проведенная в настоящее время предварительная обработка результатов траекторных измерений показала, что автоматическая межпланетная станция будет двигаться по своей орбите до апреля 1960 года и совершит при этом 11 — 12 оборотов вокруг Земли.
При разработке комплекса средств для фотосъемки и передачи изображения невидимой стороны Луны с автоматической межпланетной станции была успешно решена задача создания фототелевизионной системы для получения качественного полутонового изображения и передачи его на расстояния, измеряемые сотнями тысяч километров.
При этом был разрешен ряд сложных научно-технических проблем.
Во время фотографирования система ориентации обеспечила такое положение автоматической станции, при котором в поле зрения съемочных объективов находился лунный диск.
Конструктивное выполнение фототелевизионной аппаратуры обеспечило ее работоспособность в сложных условиях космического полета; была обеспечена сохранность фотоматериалов в условиях вредного воздействия космических излучений, нормальная работа блока обработки фотоматериалов и других блоков аппаратуры в условиях невесомости.
Для сверхдальней передачи изображений при весьма небольшой мощности радиопередатчика применена скорость передачи изображения в десятки тысяч раз более медленная, чем скорость передачи обычных вещательных телевизионных центров.
При первом фотографировании обратной стороны Луны целесообразно было снять возможно большую часть ее неизвестной поверхности. Это привело к необходимости фотографирования полностью освещенного диска, контрастность которого всегда значительно ниже, чем при боковом освещении, создающем тени от деталей рельефа. Для лучшей передачи малоконтрастного снимка в фототелевизионной аппаратуре применена автоматическая регулировка яркости просвечивающей трубки.
Для надежной бесподстроечной работы комплекса аппаратуры в переменных режимах были применены принципы саморегулирующихся схем. Согласование и управление работой всех звеньев, включая электронные схемы, оптические, механические и фотохимические устройства, осуществлялось специальной системой автоматики и программирования.
Фототелевизионная аппаратура, установленная на межпланетной станции, содержит следующие основные устройства. Фотоаппарат с двумя объективами с фокусными расстояниями 200 и 500 миллиметров, с помощью которых производилась одновременно съемка в двух различных масштабах. Объектив с фокусным расстоянием 200 миллиметров давал изображение диска, полностью вписывающееся в кадр. Крупномасштабное изображение, даваемое объективом с фокусным расстоянием 500 миллиметров, выходило за пределы кадра и давало более детальное изображение части лунного диска.
Съемка производилась с автоматическим изменением экспозиции для получения негативов с наивыгоднейшими плотностями и длилась около 40 минут, в течение которых обратная сторона Луны была многократно сфотографирована.
Фотографирование началось по командному сигналу, после того как объективы были наведены на Луну. Весь дальнейший процесс съемки и обработки пленки производился автоматически по заданной программе. Фотографирование производилось на специальную 35-миллиметровую фотопленку, выдерживающую обработку при высокой температуре.
Для предотвращения вуалирования пленки под действием космического излучения была предусмотрена специальная защита, выбранная на основании исследований, проведенных с помощью советских искусственных спутников и космических ракет.
После окончания съемки пленка поступила в малогабаритное устройство автоматической обработки, где производилось ее проявление и фиксирование.
Для обработки использовался специальный процесс, обеспечивающий малую зависимость параметров негатива от температуры. Были приняты необходимые меры для предотвращения нарушения процесса обработки в условиях невесомости. После обработки пленки производилась ее сушка и поглощение влаги, что обеспечило длительную сохранность пленки. После окончания обработки пленка поступила в специальную кассету и была подготовлена для передачи изображения.
На пленку заранее были экспонированы испытательные знаки, часть из которых была проявлена еще на Земле, а другая часть проявлена на борту станции в процессе обработки заснятых кадров с изображением обратной стороны Луны. Эти знаки были переданы на Землю и дали возможность проконтролировать процессы съемки, обработки и передачи изображений.
Для преобразования изображения, имеющегося на негативной пленке, в электрические сигналы использовались просвечивающая малогабаритная электронно-лучевая трубка высокой разрешающей способности и высокостабильный фотоэлектронный умножитель.
Передача изображений на Землю осуществлялась аналогично тому, как это делается при передаче кинофильмов телевизионными центрами.
Для отклонения луча электронно-лучевой трубки были применены экономичные низкочастотные развертывающие устройства. Усиление и формирование сигналов изображения осуществлялось специально разработанным узкополосным стабилизированным усилителем с устройством автоматической компенсации влияния изменения средней плотности негатива на выходной сигнал. Все схемы были выполнены в основном на полупроводниках.
Была предусмотрена передача изображения в двух режимах: медленная передача на больших расстояниях и быстрая на ближних расстояниях, при подлете к Земле.
Телевизионная система позволяла в зависимости от условий передачи изменять число строк, на которые разлагалось изображение. Максимальное число строк доходило до 1000 на один кадр.
Для синхронизации передающих и приемных развертывающих устройств использовался метод, обеспечивающий высокую помехоустойчивость и надежность работы аппаратуры.
Изображения Луны передавались с автоматической межпланетной станции по линии радиосвязи, которая в то же время служила для измерения параметров движения самой станции, а именно: расстояния, скорости и угловых координат, а также для передачи результатов научных экспериментов с помощью телеметрической аппаратуры. Включение и выключение различных приборов на борту станции и изменение режимов их работы производилось путем передачи с Земли на борт специальных команд по той же радиолинии.
Передача изображений Луны и все другие функции в линии радиосвязи со станцией осуществлялись с помощью непрерывного излучения радиоволн (в отличие от импульсного излучения, применявшегося ранее в некоторых случаях). Такое совмещение функций в единой линии радиосвязи при непрерывном излучении произведено впервые и дало возможность обеспечить надежную радиосвязь вплоть до максимальных расстояний при минимальных затратах энергии на борту.
Линия радиосвязи со станцией состояла из двух частей: линии «Земля — Станция» и линии «Станция — Земля», и включала в себя командные устройства, мощные радиопередатчики, высокочувствительные приемные и регистрирующие устройства, антенные системы, расположенные на наземных пунктах радиосвязи, а также передающие, приемные и антенные устройства, установленные на межпланетной станции. Помимо этого на борту станции были размещены командные и программные радиотехнические устройства.
Вся аппаратура линии радиосвязи как на борту, так и на наземных пунктах была задублирована для повышения надежности связи. В случае выхода из строя одного из радиотехнических приборов на борту или исчерпания ресурсов его работы он может быть заменен резервным прибором путем подачи соответствующей команды с наземного пункта управления.
Передача изображений Луны производилась по командам с Земли. Этими командами включалось питание бортовой телевизионной аппаратуры, протяжка фотопленки и производилось подключение телевизионной аппаратуры к бортовым передатчикам. В результате на Землю передавался закон изменения яркости вдоль строк, на которые разлагается изображение.
Общий объем научной информации, передававшийся по линии радиосвязи, включая кадры изображения Луны, намного превосходил тот объем информации, который передавался с первой и второй советских космических ракет.
Для надежной передачи этой информации при наличии значительного уровня шумов космического радиоизлучения был применен особо эффективный метод радиосвязи, обеспечивающий минимальное потребление энергии от бортовых источников питания.
По соображениям экономии электрической энергии мощность бортовых радиопередатчиков была установлена в несколько ватт. В бортовой приемной и передающей радиоаппаратуре были применены полупроводники и другие современные детали и материалы. Особое внимание было обращено на достижение минимального объема и веса приборов.
О трудностях, с которыми сопряжено обеспечение надежной радиосвязи с межпланетной автоматической станцией, можно получить представление, если подсчитать, какая часть мощности, излучаемой бортовым радиопередатчиком, попадает в наземное приемное устройство.
Для того, чтобы связь со станцией не прекращалась при ее вращении, антенны станции излучают радиосигналы, равномерно во всех направлениях так, что мощность излучения, приходящаяся на единицу поверхности, будет одинакова для всех точек воображаемой сферы, в центре которой находится станция.
В наземную приемную антенну попадает часть мощности излучения, определяемая соотношением эффективной площади приемной антенны к поверхности сферы с радиусом, равным расстоянию от станции до приемного пункта. Поэтому для приема сигналов со станции используются большие приемные антенны.
Однако даже в этом случае при максимальном удалении станции от Земли принимаемая часть мощности излучения бортового передатчика в 100 миллионов раз меньше средней мощности, принимаемой обычным телевизионным приемником. Для приема таких слабых сигналов нужны очень чувствительные приемные устройства, имеющие малый уровень выходных шумов.
Шумы на выходе наземного приемного устройства складываются из шумов космического радиоизлучения, принятых антенной, и собственных шумов приемника, которые рядом специальных мер сводились к минимуму. Уменьшение уровня шумов, как правило, связано со снижением скорости передачи информации.
В связи со сказанным в линии радиосвязи применены такие методы обработки и передачи сигналов на борту станции и на наземных приемных пунктах, при которых в максимальной степени снижается уровень шумов и сохраняется допустимая скорость передачи.
Экономичное использование источников питания на борту станции, наличие линии радиосвязи с непрерывным излучением и совмещенными функциями, применение на Земле специальных приемных антенн, высокочувствительных приемных устройств, использование специальных методов обработки и передачи сигналов — все это позволило обеспечить надежную радиосвязь с автоматической межпланетной станцией, безотказное действие командной радиолинии и планомерный съем изображений Луны и телеметрической научной информации.
Сигналы телевизионного изображения, принятые наземными приемными пунктами, регистрировались различной аппаратурой, что обеспечивало необходимое резервирование и давало возможность контролировать ход передачи и исключать специфические искажения, вызванные особенностями линии радиосвязи и регистрирующих устройств.
Фиксация сигналов изображения Луны производилась на специальных устройствах регистрации телевизионных изображений на фотопленку, на аппаратах магнитной записи с высокой стабильностью скорости движения магнитной ленты, на скиатронах (электронно-лучевых трубках с длительным сохранением изображения на экране) и на аппаратах открытой записи с регистрацией изображения на электрохимической бумаге. Материалы, полученные от всех видов регистрации, используются при изучении невидимой части Луны.
С помощью телевизионной системы, установленной на борту межпланетной автоматической станции, передача изображений осуществлялась на расстояния до 470 тысяч километров. Тем самым впервые экспериментально подтверждена возможность передачи в космическом пространстве на сверхдальние расстояния полутоновых изображений высокой четкости без существенных специфических искажений в процессе распространения радиоволн.
Период вращения Луны вокруг своей оси совпадает с периодом ее обращения вокруг Земли, и поэтому Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной. В далеком прошлом, миллионы лет тому назад, Луна вращалась вокруг своей оси быстрее, чем сейчас, совершая один оборот за несколько часов.
Силы приливного трения, вызванные притяжением Солнца и Земли, затормозили Луну, удлинив период ее оборота вокруг оси, и сделали его равным 27,32 суток.
До сих пор карты могли быть составлены лишь для видимой с Земли области Луны, телескопическое изучение которой продолжается уже на протяжении 3% столетий. На этих картах обозначаются кольцевые горы, горные цепи, темные области лунной почвы, называемые морями, и другие образования.
С Земли видима не точно половина поверхности лунной сферы, а несколько больше, именно 59 процентов. На этой части Луны многие образования расположены на самом краю видимого диска и потому не могли быть детально изучены из-за сильных перспективных искажений. То, что с Земли можно изучать немного больше половинного диска, объясняется наличием так называемых либрации Луны, т. е. покачиванием Луны для земного наблюдателя.
Фотографирование Луны с борта межпланетной космической станции производилось в тот момент, когда станция находилась на линии, соединяющей Солнце и Луну, то есть когда для нее Луна представлялась почти полностью освещенным диском. На фотографии граница видимой и невидимой с Земли частей Луны обозначена пунктиром.
На фотографиях получилась часть невидимой с Земли поверхности Луны и небольшая область с уже известными образованиями. Наличие этой области на снимках дало возможность привязать никогда не наблюдавшиеся раньше объекты лунной поверхности к уже известным и, таким образом, определить их селенографические координаты.
Среди объектов, сфотографированных с борта межпланетной станции и видимых с Земли, имеются: Море-Гумбольдта, Море Кризисов, Краевое Море, Море Смита, часть Южного Моря и другие.
Эти моря, расположенные у самого края Луны, еще видимого при наблюдении с Земли, кажутся нам вследствие перспективного искажения узкими и длинными, и истинная форма их до настоящего времени была неопределенной. На фотографиях, сделанных с борта межпланетной станции, эти моря расположены далеко от видимого края Луны и их форма незначительно искажена перспективой. Таким образом, впервые удалось узнать истинную форму ряда лунных образований.
Заметно, что на имеющихся снимках невидимой части лунной поверхности преобладают горные районы, в то время как морей, подобных морям видимой части, очень мало. Резко выделяются кратерные моря, лежащие в южной и приэкваториальной областях.
Из морей, расположенных вблизи края видимой части в сильном ракурсе, на фотографиях отчетливо различаются почти без искажений Море Гумбольдта, Краевое Море, Море Смита и Южное Море. Оказалось, что Южное Море значительной своей частью расположено на обратной стороне Луны, причем границы его имеют неправильную извилистую форму.
Море Смита по сравнению с Южным Морем имеет более округлую форму, и с южной стороны в него глубоко врезается гористая область. Краевое Море несколько вытянуто в северном направлении, а в противоположном от Моря Кризисов направлении имеет углубление.
 Фотография обратной стороны Луны, полученная с борта автоматической межпланетной станции. |
 Фотография обратной стороны Луны, полученная с борта автоматической межпланетной станции. |
 1. Большое кратерное море диаметром 300 км — Море Москвы; 2. Залив Астронавтов в Море Москвы; 3. Продолжение Южного Моря на обратной стороне Луны; 4. Кратер с центральной горкой — Циолковский; 5. Кратер с центральной горкой — Ломоносов; 6. Кратер — Жолио-Кюри; 7. Горный хребет — Советский; 8. Море Мечты. Сплошная линия, пересекающая схему, — лунный экватор; пунктирная линия — граница видимой и невидимой с Земли частей Луны. Сплошной линией обведены объекты, достоверно установленные при предварительной обработке; пунктирной линией обведены объекты, требующие уточнения формы; точками окружены объекты, классификация которых уточняется; в остальной части — производится дальнейшая обработка полученных фотоматериалов. Римскими цифрами обозначены объекты видимой части Луны: I — Море Гумбольдта; II — Море Кризисов; III — Море Краевое, имеющее продолжение на невидимой части Луны; IV — Море Волн; V — Море Смита, имеющее продолжение на невидимой части Луны; VI — Море Плодородия; VII — Море Южное, имеющее продолжение на невидимой части Луны. |
Своеобразную грушевидную форму имеет Море Гумбольдта. Вся область, примыкающая к западному краю обратной стороны Луны (т. е. к Краевому Морю), имеет промежуточную отражательную способность между горными областями и морями. По отражательной способности она сходна с областью Луны, расположенной между кратерами Тихо, Петавиусом и Морем Нектара.
На юго-юго-восток от Моря Гумбольдта на границе вышеуказанной области идет горная цепь общей протяженностью свыше 2000 километров, переходящая через экватор и простирающаяся в южное полушарие. За горной цепью простирается обширный материк с повышенной отражающей способностью.
В области, расположенной между 20° и 30° северной широты и 140° и 160° западной долготы, расположено кратерное море диаметром около 300 километров. В южной части это море заканчивается заливом. В южном полушарии, в районе с координатами широта — 30° и долгота +130°, расположен большой кратер диаметром свыше 100 километров с темным дном и яркой центральной горкой, окруженный светлым широким валом.
К востоку от упомянутой выше цепи, в районе +30° северной широты, расположена группа из четырех кратеров среднего размера, наиболее крупный из которых имеет диаметр около 70 километров. К юго-западу от этой группы, в районе с координатами широта +10° и долгота +110°, имеется отдельный кратер круглой формы. В южном полушарии у западного края расположены две области с резко пониженной отражательной способностью.
Кроме того, на фотографиях имеются отдельные области с слегка повышенной и пониженной отражательными способностями и многочисленные мелкие детали. Природу этих деталей, их форму и размеры можно будет установить после углубленного изучения всех фотографий.
То, что впервые удалось осуществить телевизионную передачу изображений невидимой части поверхности Луны с борта межпланетной станции, открывает широчайшие перспективы для изучения планет нашей солнечной системы.
Полет третьей космической ракеты открыл новую страницу в истории науки. Проникая в космическое пространство, советские космические ракеты будут теперь посылать на Землю не только сведения о физических характеристиках межпланетной среды и небесных светил, но и фотографии небесных тел, мимо которых они пролетают. Впервые осуществлена телевизионная передача изображений с расстояний в сотни тысяч километров. Широчайшие перспективы открываются перед астрономией, которая получила возможность приблизить свои приборы к небесным телам.
Первая советская автоматическая межпланетная станция вызывает чувство гордости у каждого советского человека за нашу великую социалистическую Родину, за передовую советскую науку и технику. Она вызывает восхищение всего прогрессивного человечества.
«Правда» от 27 октября 1959 г.