Приветствую вас мои космические друзья!
60 лет назад космический аппарат НАСА "Маринер-4" передал серию цифровых изображений, полученных во время первого успешного пролёта Марса, которое состоялось 15 июля 1965 года. После успешного полета американского зонда к Марсу Советский Союз запустил в инженерно-испытательный полёт свой космический аппарат "Зонд-3". Но вместо того, чтобы направится на Марс или Венеру, "Зонд-3" пролетел мимо Луны по пути к солнечной орбите, и к середине августа 1965 года были опубликованы подробные четкие снимки обратной стороны Луны. Но какова история этой уникальной лунной экспедиции?
Предыстория АМС серии "Зонд"
История космического аппарата "Зонд-3", восходит к советским автоматическим межпланетным станциям, запущенным в 1962 году. В этом году стартовые окна для полета к Венере и Марсу открывались с разницей в несколько месяцев, поэтому было принято решение запустить 6 космических аппаратов, построенных на основе конструкции автоматической межпланетной станции (АМС) 2МВ. Всего было построено четыре варианта 2МВ, каждый из которых был специально разработан для двух разных научных экспедиций — пролёта или посадки — для двух разных планет: Венеры и Марса.
К сожалению, все три космических аппарата серии 2МВ, которые были запущены к Венере в августе и сентябре 1962 года, так и не вышли за пределы околоземной орбиты из-за проблем с ракетой-носителем "Молния" 8К78. Два месяца спустя, два космических аппарата серии 2МВ, которые предназначались для полета к Марсу, также потерпели неудачу из-за отказов своих ракет-носителей. Только аппарат "Марс-1", запущенный 1 ноября 1962 года, пережил запуск и отправился к Марсу. Несмотря на успешный запуск, неисправность системы ориентации космического аппарата обрекла экспедицию АМС "Марс-1" на провал за несколько месяцев до достижения Красной планеты.
Ещё до получения последнего сообщения с зонда "Марс-1" было принято решение отправить ещё 6 космических аппаратов к Венере и Марсу в течение стартовых окон которые открывались в 1964 году. На это раз предполагался запуск усовершенствованных космических аппаратов основанных на новой конструкции АМС серии 3МВ. Конструкция космических аппаратов серии 3МВ была разработаны в ОКБ-1 под руководством Сергея Королева. Зонд 3МВ имел высоту 3,6 метра и состоял из двух секций. Первая представляла собой орбитальный отсек, в котором размещались системы управления, источники питания и средства связи, а также часть электроники. На внешней стороне этого отсека были установлены две солнечные панели с полусферическими радиаторами для терморегуляции, и расположенными на их концах, зонтичными антеннами с высоким коэффициентом усиления, а также антеннами с низким коэффициентом усиления и различных датчиков. Конструкция зонда 3 МВ включала ряд усовершенствований, основанных на опыте более раннего проекта 2МВ, например значительное увеличение резервирования ключевых систем и включение набора экспериментальных плазменных двигателей, которые резервировали азотные струйные двигатели, использовавшиеся для управления ориентацией, которые вышли из строя во время полета АМС "Марс-1".
Вторая секция зонда 3МВ представляла собой планетарный отсек, предназначенный для исследования конкретной целевой планеты. Планетарный отсек производился в двух вариантах: один имел фотокамеру и набор ультрафиолетовых и инфракрасных датчиков, предназначенных для изучения целевой планеты во время близкого пролёта, а другой представлял собой почти сферический посадочный модуль диаметром около 0,9 метра, предназначенный для отделения от орбитального отсека перед встречей и посадкой на целевую планету. Как орбитальный, так и планетарный отсеки были герметичными, что упрощало проектирование и тестирование различных систем, а также облегчая терморегуляцию.
Конструкция АМС 3МВ имела четыре варианта исполнения. Конструкция 3МВ-1 имела планетарный отсек, который предназначался для посадки на Венеру, а конструкция 3МВ-2 — приборы для изучения Венеры во время близкого пролёта. Аналогично варианты 3МВ-3 и 3МВ-4 предназначались для посадки и пролёта Марса соответственно. Хотя в конструкции АМС 3МВ было реализовано множество усовершенствований, направленных на решение проблем, выявленных во время полета АМС серии 2МВ, Королев и его инженеры понимали, что были необходимы испытательные полёты АМС 3МВ для выявления любых дополнительных проблем задолго до запусков зондов к Венере и Марсу, чтобы повысить шансы на успех этих научных экспедиций. Поскольку эти испытательные полеты не должны были быть направлены на достижение Венеры или Марса, эти космические аппараты получили общее название "Зонд".
Первая версия АМС "Зонд" представляла собой урезанную модель венерианского посадочного модуля, который был обозначен как 3МВ-1А. Его планировалось запустить на солнечную орбиту и вернуть обратно к Земле после пяти-шести месяцев полёта. Затем спускаемый аппарат должен был отделялся от орбитального отсека и войти в атмосферу Земли, имитируя посадку модуля 3МВ-1 на Венеру.
Вторая версия "Зонда" представляла собой модифицированную версию космического аппарата для пролета Марса, которая была обозначена 3МВ-4А. Этот космический аппарат должен был нести планетарный отсек, оснащённый обновлённой системой съёмки, а также другими научными приборами. После запуска на траекторию которая имитировала полет к орбите Марса, АМС 3МВ-4А должен был развернуть свою камеру в сторону удаляющейся Земли на расстоянии от 40 000 до 200 000 километров и сделать серию фотографий, которые затем должны были быть автоматически проявлены на борту космического аппарата. Затем зонд должен был передать отсканированные фотографии и другие данные о межпланетной среде, на расстояние от 200 до 300 миллионов километров в рамках испытания системы связи на больших расстояниях.
Первые полеты АМС серии "Зонд"
21 марта 1963 года Советское правительство официально утвердило программу 3МВ. Она включала два запуска АМС 3МВ-1А и один запуск 3МВ-4А, запланированные на 1963 год, а также запуск шести космических аппаратов 3МВ к Венере и Марсу в 1964 году. Задержки при изготовлении и испытании космических аппаратов серии 3МВ привели к задержке запуска инженерных испытательных полетов и сокращению полетов к Венере до двух посадочных зондов 3МВ-1. В конечном итоге и испытательные полеты 3МВ-1А "Зонд", и первая миссия АМС 3МВ-1 "Венера" потерпели неудачу из-за проблем с ракетой-носителем. Только посадочный модуль 3МВ-1 № 4, 2 апреля 1964 года пережил запуск и отправился к Венере. Но, как и в случае с предыдущими зондами, проблемы были обнаружены сразу после запуска, и удаляющемуся космическому аппарату дали общее название "Зонд-1". Во время своего полета этот космический аппарат, несмотря на его усовершенствования в конструкции стал жертвой растущего числа проблем. Связь с ним прекратилась за два месяца до встречи с Венерой.
После этой неудачи, испытательный полёт зонда 3МВ-4А "Зонд", запланированный на апрель-май 1964 года, был отложен в связи с текущими проблемами связанными с конструкцией и контролем качества АМС 3МВ. Несмотря на эти проблемы, Королев и его команда всё ещё намеревались запустить к Марсу два посадочных зонда 3МВ-3, в ноябре 1964 года и ещё два пролётных космических аппарата 3МВ-4. Однако, помимо текущих проблем с оборудованием, планы на это пусковое окно оказались под угрозой из-за последних данных об атмосфере Марса, которые были получены во время наземных наблюдений. Новейший анализ, проведённый советскими и американскими астрономами, показал, что марсианская атмосфера значительно разрежена, чем предполагалось изначально. Спроектированный с учётом более плотной марсианской атмосферы, посадочный аппарат АМС 3МВ-3 не имел никаких шансов на успешную посадку на Марсе.
В связи с продолжающимися задержками в разработке пролетного марсианского зонда и невозможностью посадки посадочного модуля АМС 3МВ-3, в ноябре 1964 года руководители программы отказались от первоначальных планов запуска четырёх космических аппаратов к Марсу. Поскольку подготовка к запуску уже продвинулась достаточно далеко, было решено, что к Марсу будет запущен только один 950-килограммовый испытательный зонд 3МВ-4А. Однако, учитывая неудачные результаты предыдущих запусков, было признано, что шансы этого космического аппарата дожить до орбиты Марса будут невелики. В результате Марс стал лишь второстепенной целью этой миссии, а главной целью стал первоначальный инженерно-испытательный полёт. АМС 3МВ-4А, получивший обозначение "Зонд", планировалось запустить по так называемой медленной траектории длительностью в 249 дней.
В отличие от космического аппарата НАСА "Маринер-4", АМС "Зонд" не будет делать снимки Марса, несмотря на то, что его более совершенная фотосистема могла бы сделать более качественные снимки Красной планеты, чем меньший зонд НАСА. Вместо этого, АМС "Зонд", сделает фото Земли вскоре после своего старта. Помимо инженерных данных и проверки фотосистемы, космический аппарат будет собирать научные данные о полях и частицах во время своего межпланетного путешествия. Если аппарату удастся преодолеть все трудности, и пережить длительный перелет к Красной планете в хорошем состоянии, он будет направлен на столкновение с Марсом и доставку набора памятных вымпелов, которые бы находились на его борту.
Как и предполагалось, у АМС "Зонд-2" сразу после запуска, который состоялся 30 ноября 1964 года, обнаружились неполадки, когда не раскрылась одна из двух солнечных панелей. Несмотря на то, что застрявшую солнечную панель удалось развернуть через 16 дней после запуска, "Зонд-2" столкнулся с рядом системных сбоев, и последний сеанс связи с космическим аппаратом состоялся 2 мая 1965 года. Неработающий "Зонд-2" пролетел мимо Марса на расстоянии 1500 километров 6 августа 1965 года, через три недели после того, как аппарат НАСА "Маринер-4" совершил первый успешный пролёт над Красной планетой.
Новые полеты
Помимо испытательного полёта АМС "Зонд-2", Советское правительство также одобрило ряд полетов с использованием конструкции АМС 3МВ. Согласно этим планам, в ноябре 1965 года к Венере планировалось запустить два посадочных модуля и два пролётных космических аппарата. В конечном итоге этим аппаратам были присвоены прежние обозначения марсианских космических аппаратов 3МВ-3 и 3МВ-4, которые так и не были завершены и запущены. Кроме того, в первой половине 1965 года был одобрен запуск одного или двух испытательных полётов АМС 3МВ-4, для проверки усовершенствований, внесённых в конструкцию 3МВ после аварии "Зонда-2".
Как и прежде, задержки в подготовке космического аппарата 3МВ отодвинули запуск испытательного полёта АМС "Зонд" на лето 1965 года. По счастливому стечению обстоятельств, в это время Луна могла быть достигнута по траектории отлёта АМС "Зонд" к орбите Марса, а условия освещения были идеальными для наблюдения за обратной стороной Луны. Было предложено, чтобы вместо фотографирования Земли по пути к солнечной орбите, новый космический аппарат "Зонд" мог бы быть направлен на фотографирование Луны, включая большую часть ее обратной стороны, которая не была сфотографирована советской автоматической станцией "Луна-3" в 1959 году. Это предоставило бы инженерам прекрасную возможность провести полное комплексное испытание систем АМС 3МВ во время сближения с Луной и получить новые данные о ней.
В состав оборудования АМС 3МВ-4 входила усовершенствованная фототелевизионная система, способная делать фотографии или получать ультрафиолетовые спектры в диапазоне от 250 до 350 нанометров. Эта система размещалась внутри планетарного отсека. Снаружи отсека были установлены ультрафиолетовый и инфракрасный спектрофотометры, чувствительные к диапазонам от 190 до 270 нанометров. Спектрофотометры и ультрафиолетовый спектрометр изначально были разработаны для изучения атмосферы целевой планеты и, следовательно, были малопригодны для лунной миссии.
6,5-килограммовая фототелевизионная система представляла собой, значительно улучшенную версию системы, использовавшуюся на АМС "Луна-3" и более поздней модели, которая была установлена на АМС "Марс-1". Изображения с одного объектива с фокусным расстоянием 106,4 мм и светосилой f/8 фокусировались на 25-миллиметровой фотоплёнке. Всего должно было быть выполнено 25 экспозиций длительностью в одну тридцатую или одну сотую секунды. Используя ту же плёнку, ультрафиолетовый спектрометр делал еще три экспозиции доводя общее количество экспозиций до 28. После экспонирования плёнка автоматически проявлялась на борту.
Высушенные негативы затем сканировались и изображение передавалось на Землю в одном из двух форматов. Формат быстрого просмотра разбивал фотографию на 67 строк, которые могли быть переданы на Землю за 135 секунд через мощный передатчик C-диапазона с использованием двухметровой антенны с высоким коэффициентом усиления. Также была возможность осуществить более детальное сканирование фотографий. В этом режиме каждая фотография разбивалась на 1100 строк по 860 точек в каждой, что по качеству было сопоставимо с телевизионными снимками Луны, полученными американскими зондами "Рэйнджер", и значительно превосходило цифровую систему формирования изображений, которая использовалась зондом "Маринер-4". В режиме высокого разрешения одна фотография могла быть передана за 34 минуты. Каждое изображение могло быть отсканировано несколько раз.
Полёт АМС "Зонд-3"
Для этого испытательного полёта к запуску был подготовлен 960-килограммовый космический аппарат 3МВ-4 № 3. 18 июля 1965 года в 14:38 по всемирному времени ракета-носитель 8К78 "Молния" вывела космический аппарат, получивший название "Зонд-3", на временную опорную околоземную орбиту параметром 164 на 210 километров с наклонением 64,8°. После короткого полёта был запущен двигатель разгонного блока "Блок Л", отправив АМС "Зонд-3" по траектории полета к Луне и его вывода на солнечную орбиту.
Во время полета АМС "Зонд"-3" не было выявлено серьёзных сбоев в его работе. Поскольку космический аппарат 3МВ-4 был намного легче 1500-килограммовых лунных посадочных модулей серии E-6, которые запускались той же ракетой-носителем, "Зонд-3" достиг окрестностей Луны за сравнительно короткий период времени равный 33 часам.
20 июля 1965 года, на расстоянии 11 570 километров от поверхности Луны, "Зонд-3" направил свою камеру и другие приборы и начал снимки Луны каждые 134 секунды. Первые изображения включали не только обратную сторону Луны, но ее видимую сторону, чтобы можно было привязать вновь обнаруженные объекты к уже существующей сетке лунных координат. После 68-минутной фотосессии отснятая пленка была проявлена на борту "Зонда-3". Далее космический аппарат отправился на орбиту вокруг солнца, которая имитировала орбиту Марса, поскольку сама Красная планета не могла быть достигнута из-за своего положения.
29 июля, находясь на расстоянии 2,25 миллиона километров, "Зонд-3" был достаточно далеко, и антенны с высоким коэффициентом усиления захватили Землю и начали передавать полученные изображения. Все фотографии были первоначально отсканированы в режиме низкого разрешения в 67 строк, а затем 14 фотографий были выбраны для сканирования в высоком разрешении в 1100 строк. Изображения имели хорошее качество и намного превосходили те, что были переданы шестью годами ранее АМС "Луна-3". На снимках можно было различить детали размером до пяти километров в поперечнике. Эти фотографии подтвердили, что на обратной стороне Луны не было морей по сравнению с видимой стороной, на которой преобладали темные и относительно плоские базальтовые равнины.
На фотографиях также не было никаких признаков предполагаемого Моря Парвум, которое, по утверждениям некоторых наземных наблюдателей, они видели вблизи Моря Восточного во время особенно сильных либраций Луны. "Зонд-3" обнаружил новый тип лунных образований, который советские учёные предложили назвать талассоидами. Это были изрезанные вогнутые остатки впадин диаметром более 500 километров, которые, как считалось, были предшественниками морей. По какой-то причине эти структуры на обратной стороне Луны никогда не были затоплены лавой, и не смогли образовать настоящие моря. Термин "талассоид" вышел из официального употребления в 1967 году, поскольку было обнаружено, что эти образования неотличимы от других крупных незатопленных лунных впадин. Спектрометры зонда обнаружили, что Луна отражает всего один процент ультрафиолетового излучения, падающего на её поверхность. Для сравнения, лунная поверхность отражала от восьмидесяти до девяноста процентов инфракрасного излучения.
Имея эти снимки, Советский Союз картографировал 95% поверхность Луны. Даже на этом раннем этапе полета АМС "Зонд-3" это был большой успех после долгой череды неудач в попытках исследовать другие планеты.
"Зонд-3" продолжал свою работу, удаляясь от Земли и приближаясь к орбите Марса. Помимо инженерной информации, "Зонд-3" передавал данные с комплекса приборов, предназначенных для изучения межпланетной среды во время длительного путешествия. 16 сентября, находясь на расстоянии 12,5 миллионов километров, Зонд-3 использовал свою двигательную установку для изменения скорости зонда на 50 метров в секунду, имитируя коррекцию траектории на середине курса. Космический аппарат успешно передавал изображения Луны в середине августа, середине сентября и в последний раз 23 октября 1965 года, находясь на расстоянии в 31,5 миллиона километров от Земли.
К моменту запуска АМС "Венера-2" который состоялся 12 ноября 1965 года, "Зонд-3" проработал уже 117 дней, подтвердив, что конструкция АМС 3МВ способна пережить 107-дневный перелет к Венере. Регулярные сеансы связи с "Зондом-3" происходили до 3 марта 1966 года когда зонд находился на расстоянии 153,5 миллиона километров. "Зонд-3" проработал 228 дней — этого времени едва бы хватило, чтобы пережить перелет к Марсу, но этот факт подтвердил надёжность постоянно совершенствующейся конструкции АМС 3МВ. К сожалению, связь с АМС "Венера-2" и "3" (двумя из четырех успешных космических аппаратов, запущенных к Венере в ноябре 1965 года) была потеряна за два дня до сближения с Венерой.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!