АМС "Луна-3" Первые снимки обратной стороны Луны
 

В данной теме речь пойдет об изготовлении в масштабе 1:12 модели советской АМС "Луна-3", которая в октябре 1959г. впервые в мире произвела фотографирование обратной стороны Луны и передала эти снимки с помощью фототелевизионной системы по радиоканалу на землю.

Как всегда, для начала немного информации по истории освещаемой темы. Думаю, что это будет интересно. По крайней мере я сам узнал много нового, порывшись в документах из сети.

С.П. Королев продолжал планомерно выполнять программу по изучению Луны с помощью космических аппаратов. После полета станции "Луна-2" и ее попадания в Луну, следующий этап работ предусматривал полет АМС с целью фотографирования обратной (темной) стороны Луны.
АМС "Луна-3" была запущена с космодрома Тюра-Там (Байконур) 4 октября 1959г. (р/н "Восток-1Л" 8К72 Л1-8). Дата запуска 4 октября была выбрана не случайно и не в связи с годовщиной запуска ПС-1, а по той простой причине, что фотографирование обратной стороны Луны на тогдашнем уровне развития космической техники возможно было только в определенный день и час один раз в месяц (вернее за "лунные сутки"). Выведенная на сильно вытянутую эллиптическую орбиту (максимальное удаление в апогее составило 480 тыс км) искусственного спутника Земли 7 октября станция достигла района Луны. Тогда (впервые в космической технике) была произведена ориентация АМС по опорным объектам, в роли которых выступали Солнце и Луна и из режима беспорядочного "кувыркания" на траектории полета станция перешла в стабилизированный полет с постоянным автоматическим поддерживанием ориентации (направлением фотообъективов на объект съемки - Луну) в течении всего времени фотографирования. АМС обогнула Луну и прошла на расстоянии 6200 км от нее, произведя съемку при помощи двух разнофокусных объективов почти половины поверхности Луны ( одна треть в краевой зоне-для последующей привязки объектов съемки и две трети- на обратной, невидимой с Земли стороне).
Проявление отснятой пленки было произведено в специальном аппарате на борту станции и затем передано с помощью фототелевизионного устройства по радиоканалу на Землю во время возвращения станции к Земле.
Запуск АМС "Луна-3" оказался удачным во всех отношениях, а именно:
1. Не было предварительных запусков станций с ТВ-аппаратурой
2. Старт прошел в намеченное время
3. АМС"Луна-3" вышла на расчетную траекторию, а это было важно. т.к. корректировать траекторию в полете в то время еще не умели.
4.Комплексы бортовой и наземной аппаратуры, которые обеспечивали выполнение программы полета, сработали в основном успешно.
Полет "Луны-3" и выполненная ею на "пятерку" фотосессия земного спутника во второй раз, после запуска "Спутника-1",произвели эффект "разорвавшейся бомбы". Шутка ли - в то время как после ряда неудач с запуском микроспутников американского проекта "Авангард" 18 сентября 1959г. США запускают 23 кг "Vanguard-3" на высоту 8000км, русские 4 октября того же года отправляют к Луне целую фотолабораторию весом 287 кг. И не просто запускают, а успешно делают и передают снимки лунной поверхности.
Выполнив возложенные на нее функции АМС "Луна-3" совершила еще ряд витков по своей длинновытянутой орбите вокруг Земли и прекратила свое существование предположительно 20 апреля 1960г, сгорев в плотных слоях атмосферы Земли. Общая длительность полета станции составила 207 дней.

Ещё как интересно! Тем более что в этот момент мой отец работал в приёмном центре радиослежения на Камчатке и непосредственно участвовал в осуществлении этого полёта. С удовольствием буду следить за темой!

Серия космических аппаратов для исследования Луны получила индекс "Е". Четыре первых представителя этой серии станций начали разрабатываться Королевским ОКБ-1 в конце 1957 года. В декабре того же года в ОКБ-1 был уже готов эскизный проект аппаратов Е-1, Е-2, Е-3 и Е-4. О них Сергей Павлович Королев рассказал в докладе "О программе исследования Луны" в самом начале 1958 года. Все четыре типа лунных аппаратов должны были запускаться трехступенчатой ракетой 8К72 (Восток-1Л). Для достижения второй космической скорости ракета была снабжена третьей ступенью (блок Е) с двигателем РД-105.
Аппарат Е-1 выполнялся в виде сферического приборного контейнера. Из пяти запущенных аппаратов серии Е-1 лишь один частично выполнил свою задачу (АМС "Луна-1). В дальнейшем была произведена некоторая модернизация станции и она получила индекс Е-1А. В сентябре 1959г. станция Е-1А (АМС "Луна-2") с первой попытки попала в Луну.
Аппарат Е-2А предназначался для получения глобальных фотографий обратной стороны Луны с облетной траектории с последующей радиопередачей изображений на Землю. Один аппарат этой серии (АМС "Луна-3") был запущен в октябре 1959 года и полностью выполнил свою задачу.
Корпус приборного контейнера станции был выполнен из алюминиевого сплава в виде герметичного сварного контейнера длиной 130см и диаметром 95 см со сферическими днищами. Максимальный диаметр корпуса по солнечным батареям составлял 120 см. На наружной поверхности контейнера устанавливались панели солнечных батарей, жалюзи системы терморегулирования, антенны радиокомплекса, иллюминаторы фотоаппаратов и солнечных датчиков, датчики научной аппаратуры, датчики и микродвигатели системы ориентации. Внутри корпуса размещались аппаратура радиокомплекса, автоматики, научное оборудование, фототелевизионная установка "Енисей" и буферные батареи электропитания. Система ориентации станции включала в себя комплект из 8 датчиков положения Солнца, расположенных на полусферах с обоих концов приборного отсека и датчиков положения Луны, расположенных на ФТУ "Енисей" между двумя фотообъективами с фокусным расстоянием 200 и 500мм. В систему ориентации также входил блок датчиков угловой скорости и система исполнительных органов ориентации, состоящих из микродвигателей, работающих на сжатом азоте, запасы которого хранились в сферическом баллоне под давлением 150 атм. Питание микродвигателей производилось через понижающий редуктор (150/4 атм) по команде счетно-решающего блока, преобразующего аналоговые сигналы датчиков в команды. Это была первая советская система активной ориентации космического аппарата.
Контейнер станции Е-2 был заполнен азотом под давлением 1,5атм. Вентилятор перегонял газ, перемещая тепло от оборудования до наружной оболочки контейнера. Кроме того, на внешней стороне станции имелись управляемые ставни, открыванием или закрыванием которые можно было изменять интенсивность охлаждения или нагрева наружной оболочки контейнера. Данная система терморегулирования была разработана для поддержания внутренней температуры на станции в пределах 20-25 градусов Цельсия.
Аккумуляторная батарея была серебряно-цинковой, емкостью 6А-час и напряжением 26 вольт. Из-за большой продолжительности полета была применена схема подзарядки аккумуляторов от солнечных батарей, впервые установленных на космическом аппарате в таком большом количестве.
Многие эксперименты из проекта Е-1 (АМС "Луна-1/2") были включены в проект Е-2 , за исключением магнитометра. Контейнер станции содержал в себе сцинциляционный счетчик, 3 газоразрядных счетчика, 4 ионные ловушки, четыре счетчика микрометеоритов и масс-спектрометр, предназначенный для обнаружения следов разреженной атмосферы Луны.
На трассу полета к Луне станция выводилась вместе с 3-й ступенью ракеты-носителя (блок Е) массой 1511 кг, при этом вес самой станции "Луна-3" составлял 278,5кг, а вес научной измерительной аппаратуры, установленной дополнительно на блоке "Е" составлял 156, 5кг. В итоге вес научной аппаратуры в этой миссии составлял 435 кг.
На предпоследнем фото сняты руководители проекта после получения первых снимков обратной стороны Луны на станции связи, расположенной в Крыму, Симеиз, гора Кошка.
А на крайнем фото - бутылка шампанского из дома- музея С.П. Королева.
Об этом отдельный сюжет: После запуска первого ИСЗ (ПС-1) французский винодел Анри Мэр заключил с нашим консулом во Франции пари, что спутники вокруг Земли будут летать, но никому и никогда не удастся заглянуть на обратную сторону Луны. И когда фотография , сделанная "Луной-3" появилась во всех газетах мира , винодел признал себя побежденным и прислал ТЫСЯЧУ бутылок шампанского на адрес АН СССР.

7 октября 1959 года АМС "Луна-3" произвела фотосъемку части лунной поверхности, которая с Земли никогда не видна. За этим достижением стоял труд сотен инженеров, разработавших ракету-носитель, разгонный блок межпланетной станции, уникальную фототелевизионную установку 2Енисей" и (впервые!) реализовавших управление положением космического аппарата в межпланетном пространстве с помощью автономной системы ориентации "Чайка".
Как происходит движение станции в космосе? Ракета-носитель разгоняет станцию до нужной скорости и придает ей нужное направление движения. Не встречая никакого внешнего сопротивления, станция будет двигаться в заданном направлении бесконечно долго ( гравитационные силы окружающих планет в данном случае не рассматриваются). При полете станции в космосе после выключения двигателя разгонного блока (т.е. в состоянии невесомости) центр масс станции и вращение ее корпуса вокруг центра масс оказываются "развязанными". При этом центр масс движется по заданной траектории, а корпус станции в отсутствие всяких влияющих факторов может беспорядочно вращаться. Так вальсирует на обледенелой трассе движущийся автомобиль, колеса которого утратили сцепление с дорогой. Именно так, кувыркаясь, и движутся к цели межпланетные станции. И никакого гордого движения носовой частью вперед, как зачастую нам показывают в фильмах об освоении космоса.
Однако для фотографирования Луны необходимо было четко зафиксировать положение объективов станции на лике Луны, при этом сама станция должна была продолжать полет по заданной ей с Земли траектории.
Пред коллективом ученых и инженеров, возглавляемых Б.В. Раушенбахом, была поставлена задача управления ориентацией станции: получением нужного положения корпуса станции относительно внешних ориентиров (в данном случае Луны). Благодаря их усилиям к середине пятидесятых годов прошлого столетия была разработана теория управления ориентацией космических кораблей, в которой в четкой форме математических выражений описаны принципы управления положением корпуса аппарата в космическом пространстве, коррекции траектории его движения посредством двигательных установок на борту станции и гравитационных маневров за счет взаимодействия аппарата с гравитационным полем близлежащей к траектории полета планеты, предложено инженерное решение этих непростых задач. К 1958году лаборатория Раушенбаха создала действующий прототип автономной системы ориентации, названный "Чайкой". 5 мая 1959 года на исследовательском полигоне Тюра-Там были проведены автономные испытания новой системы ориентирования. Автоматическая система ориентации "Чайка" имела в своем составе следующие взаимодействующие между собой компоненты: восемь сенсоров солнечного света - четыре на днище (S) и четыре вокруг иллюминатора фотоаппаратуры (B), три гироскопических сенсора-стабилизатора (d), непрерывно измеряющих угловую скорость "Луны-3" в трех плоскостях и один сенсор лунного света (m), расположенный между объективами фотоаппарата. В систему "Чайка" также входили четыре реактивных микродвигателя (V1-V4), крестобразно расположенные перпендикулярно центральной оси станции( производили разворот станции относительно вектора скорости) и две пары реактивных микродвигателей (V5-V6),крестообразно расположенные по касательной к центральной оси станции ( производили закрутку станции относительно вектора скорости).
Информацию от сенсоров получал и обрабатывал электромеханический компьютер, логика работы единственной программы которого базировалась на уравнениях управления ориентацией, разработанных коллективом Раушенбаха. Этот же компьютер управлял моментами запуска и продолжительностью работы восьми реактивных микродвигателей. В качестве рабочего тела в двигателях ориентации использовался сжатый азот, хранившийся в сферическом баллоне под давлением 150 атм и подававшийся в сопла микродвигателей через редуктор под давлением 4 атм. Компьютер был связан с программно-временным устройством, в котором была заложена циклограмма всего полета.

Система ориентации "Чайка" легла в основу множества систем управления межпланетными и пилотируемыми космическими кораблями. В лаборатории Раушенбаха в семидесятые года были разработаны и усовершенствованы системы ориентации станций "Марс" и "Венера", системы коррекции орбиты ИСЗ, а также системы автоматического и ручного управления и стыковки пилотируемых космических аппаратов. На смену электромеханическому компьютеру "Чайки" пришли бортовые цифровые ЭВМ "Салют".
7 октября 1959г, спустя трое суток после успешного старта, станция "Луна-3" оказалась в заданной точке траектории ее движения на расстоянии 62500км от обратной стороны Луны. Местоположение станции для проведения съемки было выбрано не случайно. Во-первых, она размещалась так, что Луна перед ней и Солнце позади нее находились примерно на одной прямой, а вот Земля, свет которой мог помешать системе ориентации, оказывалась далеко в стороне. Во-вторых, по условиям съемки "Луна-3" должна была захватить в объективы небольшой участок видимой с Земли поверхности нашего спутника, чтобы у ученых появилась возможность выполнить топографическую привязку местности к известным ориентирам.
Корпус станции при подлете к точке съемки вращался вокруг центра масс с периодом 165 сек. Эти измерения , выполненные гироскопическими сенсорами (d) позволили задействовать все восемь микродвигателей, практически остановив (погрешность 0,15 градуса/сек) кувыркание станции по всем трем осям. Гироскопы при этом выполняли роль балансиров, демпфирующих в отсутствие трения действие двигателей ориентации. Этот маневр занял 10 мин. После остановки вращения в дело вступили солнечные сенсоры, расположенные на днище "Луны-3" и вокруг иллюминатора фотоаппаратуры. Компьютер начал подавать команды управления двигателями (V1-V4) таким образом, чтобы максимизировать сигналы сенсоров (S) и минимизировать сигналы сенсоров (B) возле объективов фотоаппарата. Этот маневр, длившийся около 30 мин, развернул станцию объективами в сторону Луны, а днищем к Солнцу. Нужная ориентация корпуса станции была получена и постоянно корректировалась с учетом траектории движения центра масс станции. Точно нацелиться на Луну объективам фотоаппаратов позволила информация от сенсора, улавливающего лунный свет. Максимизируя его сигналы, компьютер скорректировал положение иллюминатора, скрывающего фотоаппаратуру "Луны-3" с погрешностью в 0,5 градуса. Кроме того, система "Чайка" непосредственно перед съемкой придала станции кратковременное вращательное движение вдоль оси съемки, чтобы солнечные лучи равномерно прогрели ее корпус и процессы химической обработки отснятой фотопленки прошли без проблем.
И так, все было готово к выполнению главной задачи этого полета - съеме невидимой с Земли стороны Луны.

Замечательно! Тоже в планах, в масштабах 1/6 и 1/24. Возможно, столкнётесь с раздумьями, как делать солнечные панели. Я осенью делал корабль "Союз" на принтере, попробовал разное. Самое лучшее вышло, это распечатал их на бумаге, заламинировал нужной плотности плёнкой и вставил в каркас-крылья батарей. Показать не могу, очень далеко от дома.

Для получения на Земле фотографий обратной стороны Луны был спроектирован и изготовлен бортовой фототелевизионный комплекс "Енисей", в состав которого входил фотоаппарат АФА-1А, оборудованный сразу двумя фотообъективами с разным фокусным расстоянием -200 и 500мм, что позволяло одновременно производить фотосъемку всего диска Луны и определенной части ее территории. Между объективами располагался контейнер с датчиками "лунного света", позволявшими производить наиболее точную окончательную ориентацию станции на Луну. После ориентации станции съемка обратной стороны Луны производилась по командам программного устройства с разными выдержками : 1/200, 1/400, 1/600, 1/800 сек в течении 40 мин. Расстояние от Луны до станции во время съемки менялось от 65200км до 68400км.
По окончании съемки экспонированная пленка подвергалась однованному процессу химобработки (обрабатывающий раствор содержал в себе проявитель и закрепитель одновременно), после чего сушилась и укладывалась в специальный накопитель. Во время радиосеанса с Землей лентопротяжным механизмом пленка подавалась на устройство фотосчитывания , работающего по принципу "бегущей строки", откуда снятый сигнал посредством радиокомплекса станции уходил на Землю. Впервые в радиосхемах космических станций в бортовом фотокомплексе были использованы полупроводниковые комплектующие (транзисторы, диоды) взамен пальчиковых ламп.
Из воспоминаний одного из создателей фотокомплекса "Енисей" и аппарата АФА-1А П.Ф. Брацлавца:
по условиям секретности применение каких-то либо материалов и комплектующих иностранного производства в изделиях, связанных с космосом ( да и не только с ним - все , что шло через военную приемку, подчинялось этому указанию) было строго запрещено. А поскольку предложенная профильным институтом отечественная фотопленка, произведенная в Казани, высокими параметрами не отличалась и могла поставить под срыв получение конечного результата (получение качественных фотоснимков Луны), то П.Ф. Брацлавец "со товарищи" совершили подмену отечественной фотопленки на более контрастную, мелкозернистую и качественную(разработанную специально для условий разной температуры, повышенного фона радиации) фотопленку, добытую из фотоаппаратуры регулярно сбиваемых силами ПВО страны американских воздушных шаров-шпионов, которые в то время в большом количестве засылались в воздушное пространство СССР. Были разработаны новые ТУ, в которых пленке было присвоено название "АШ-1" и через военную приемку все прошло без замечаний, никто не заметил подмены, в которой Брацлавец сознался только через 20 лет. Вот так американская пленка позволила получить первые фотографии обратной стороны Луны. А название пленки "АШ-1" расшифровывалось просто - американские шарики.

Для получения на Земле фотографий обратной стороны Луны были спроектированы и изготовлены комплексы ТВ-аппаратуры для быстрого (Енисей-I) и медленного (Енисей-II) режимов приема передаваемой с автоматической станции информации. Комплексы включали в себя приемники радиосигналов и фототелевизионную камеру для фиксации передаваемой видеоинформации.
В медленном режиме работы ТВ-комплекса длительность строки равнялась 1,25 сек, время передачи кадра- около 30 минут. Потенциальная разрешающая способность при этом режиме работы равнялась 1000 элементов в стоке. Этот режим работы приема на аппаратуру " Енисей-II" был предусмотрен при большом удалении АМС от Земли.
В быстром режиме работы частота строчной развертки равнялась 50 Гц, время передачи полного кадра с фиксацией его на пленке -15 сек. На этот режим приемная аппаратура переключалась при подлете станции к Земле на достаточно близкое расстояние -40000-50000 км. Приемные комплексы изготавливались как в стационарном, так и в автомобильном,передвижном вариантах. Стационарные комплексы были использованы для сопряжения, отладки и калибровки передающего радиокомплекса АМС , а передвижными комплексами оснастили два из 13 НИП (наземных измерительных пунктов), расположенные в Крыму (на базе крымской обсерватории в Семиизе) и на Камчатке (в Елизово). В Крым автомобильные комплексы добрались своим ходом, а на Камчатку были доставлены самолетами ВТА вместе с группой специалистов, которые провели монтаж, отладку, сопряжение ТВ-комплексов с другими радиосредствами, а также эксплуатацию ТВ-комплексов во время работы с АМС.
Прием радиосигналов с борта АМС проводился ежесуточно в течении 2-3 час , в течении которых станция находилась в "окне радиовидимости", а также по условиям энерговооруженности бортовых аккумуляторов.
Передача изображений обратной стороны Луны производилась с расстояния в 440000 тыс км до 47000 км. (Справка: Расстояние до Луны-38446км, Характеристики орбиты станции "Луна-3" : апогей - 480000 км, перигей -47000км. Период обращения-15,5 суток).
На Земле принимаемое изображение фиксировалось на кинопленку фоторегистрирующего устройства приемного комплекса (наилучшее качество), на видеоконтрольное устройство ВКУ-ФР-А, с монитора которого можно было производить фотосъемку (среднего качества), а также увеличенное изображение можно было получить ( не очень высокого качества) на фототелеграфном аппарате "Волга".
За время радиосеансов со станции на первом витке из 36 отснятых кадров на Землю было передано только 27 фотоснимков обратной стороны Луны разного качества. При выходе станции из тени Луны на втором витке бортовая аппаратура не отреагировала на команду включения и передача оставшихся кадров не состоялась .
По расчетным данным станция закончила свое существование в марте 1960 года, совершив 11 витков по вытянутой эллиптической орбите, при входе в плотные слои атмосферы Земли.

Историческая справка закончена, начинается рассказ и показ (почти он-лайн) о процессе работы над моделью АМС"Луна-3". Поскольку данную модель ни одна из известных мне модельных фирм не производит, то придется делать ее их подручных материалов, ориентируясь на фото и информацию из сети. При написании исторической справки выудил из сети размеры приборного контейнера станции, перегнал их в масштаб и стал примерять на чертежи и рисунки станции, опубликованные в сети. Из примерок выяснилось, что чертежи, опубликованные в журнале "Техника-молодежи" вместе с масштабной линейкой не соответствуют найденным размерам - то-ли масштабная линейка неправильная , то ли рисунок выполнен "по мотивам". Точнее всего в размер , как по диаметру, так и по длине уложился рисунок с разрезами станции и перечислением ее содержимого. Его я и взял за основу для дальнейшей работы.
В "загашнике" нашлась пара полусфер от модели кк "Восток" в масштабе 1:50, выпускавшейся ранее (в СССР) на заводе "Огонек" (Москва). Диаметр найденного шарика всего на 4мм менее нужного размера, но эта проблема легко решается с помощью двухкомпонентного "Эпоксилина", тем более, что в дальнейшем предвидится необходимость вгрызаться в стенки шарика. А сейчас главная задача, найти соответствующую заглушку для отверстия на шарике, где ранее стоял утерянный во времени люк. Заглушка нашлась на донышке пластиковой бутылки, откуда она была "вышкурена" при помощи шкурника, им же обработана до нужного диаметра и вклеена в корпус. При помощи "Эпоксилина" были задраены все иллюминаторы на поверхности полусфер. Из листового пластика были вырезаны два диска с диаметром 79мм, что соответствуем масштабному диаметру приборного контейнера. На дисках был прочерчен циркулем диаметр в 75 мм (что соответствует размеру шариков от модели кк"Восток") и по этой метке полушария были наклеены на диски.