Приветствую вас, мои космические друзья. Не так давно один из наших уважаемых пользователей попросил меня рассказать о космической программе "Сервейер". Ну что же.. а почему бы и нет. Тем более учитывая то, что эта космическая программа достаточно обширна, и сама по себе очень интересна. Ну а сегодня вводная статья об истории данной космической программы, ну и подробности по устройству самого космического аппарата.
В первой половине 1960-х годов Советский Союз и США в течение четырех лет предприняли более десятка попыток совершить посадку на поверхность Луны с помощью автоматических космических аппаратов. Первым американским космическим аппаратом, который совершил мягкую посадку на Луну (и вторым после советской "Луны-9") стал лунный зонд "Сервейер-1".
С чего же началась космическая программа "Сервейер" ("Геодезист" по-нашему)?
Еще задолго до того, как была принята американская лунная космическая программа "Рейнджер", космическое агентство НАСА вынашивало планы еще более амбициозных лунных миссий. В мае 1960 года была утверждена космическая программа "Сервейер", которую разрабатывала Лаборатория реактивного движения (JPL).
Первоначально предполагалось, что "Сервейер" будет представлять собой единый базовый космический аппарат, который можно будет оснащать для выполнения двух различных типов лунных миссий. "Сервейер А" должен был быть предназначен для посадки на лунную поверхность. Его масса при запуске должна была составить около 1100 килограмм, и он мог бы нести до 157 килограмм различных научных приборов. По проекту, среди этих приборов, были четыре телевизионные камеры. Одна камера должна была использоваться для съемки прилунения, две — для стереоскопической съемки места посадки, а четвертая — для наблюдения за полуавтоматической буровой установкой, которая предназначалась для бурения лунного грунта на глубину до 1,5 метров. Для анализа образцов, извлеченных буровой установкой, должны были использоваться различные приборы. Другие приборы включали сейсмометр, магнитометр, а также датчики для измерения лунной гравитации, излучения, свойств лунной атмосферы и механических свойств лунного грунта.
Конструкция посадочного модуля представляла собой простую пирамидальную раму, на которой размещались различные приборы и отсеки с электроникой и системой терморегуляции. Высота космического аппарата от посадочных опор до вершины установленной на мачте солнечной панели, и плоской антенны с высоким коэффициентом усиления, должна была составить три метра. После посадки со скоростью в три метра в секунду, с использованием твердотопливного ракетного двигателя, и жидкостных ракетных двигателей, его масса составляла бы около 340 килограмм. Миссия должна была длиться не менее тридцати дней, а в идеале — до девяноста дней. На этом раннем этапе проектирования первый запуск зонда "Сервейер" планировался на 1963 год.
Второй вариант космического аппарата получил название "Сервейер B". Этот зонд должен был иметь ту же базовую конструкцию, что и посадочный космический аппарат, но его планировалось вывести на лунную орбиту высотой в 100 километров для проведения телевизионной съемки поверхности Луны, а также для проведения других исследований Луны в течение шести месяцев. 19 января 1961 года компания Hughes Aircraft получила контракт на разработку и строительство космического аппарата "Сервейер".
В качестве ракеты-носителя, для запуска данного лунного космического аппарата, планировалось использовать "Атлас-Центавр", который в то время разрабатывало агентство НАСА. В качестве топлива вторая ступень "Центавр" должна была использовать жидкий водород и жидкий кислород. Это была первая ракетная ступень, использующая подобную комбинацию. Это обеспечивало в полтора раза большую тягу, чем аналогичное по массе топливо используемое в то время. В качестве первой ступени планировалось использовать модифицированную версию межконтинентальной баллистической ракеты "Атлас D".
Официально разработка ступени "Центавр" началась 28 августа 1958 года, когда ВВС США получили разрешение на разработку верхней ступени для использования с ракетами "Атлас D" и "Юнона-5" (позже ставшая "Сатурном-1"). К октябрю того же года подразделение Convair компании General Dynamics получило контракт на разработку и создание ступени "Центавр". Из-за политической обстановки того времени, в июле 1959 года, разработка этой ступени в конечном была передана НАСА, а ВВС США была отведена консультативная роль.
Разработка ступени на водородном топливе оказалась сопряжена со множеством трудностей. Недостаточное финансирование и ряд технических проблем задержали запуск первого опытного образца. Наконец, 8 мая 1961 года состоялся первый запуск носителя "Атлас-Центавр". После 44 секунд полета изоляционные панели начали отделяться от влетающей ракеты. Произошло разрушение конструкции, и ракета взорвалась через 55 секунд после старта. Причина разрушения была изучена, и ее конструкция была изменена. Дальнейшие работы по перепроектированию привели к увеличению массы верхней ступени, и ее характеристики были снижены. Со временем стало ясно, что ступень "Центавр" не будет готова в обозначенный для разработки и испытаний срок.
Время для этого проекта было выбрано крайне неудачно. Через несколько дней после провала испытательного полета "Атлас-Центавр-1", президент США Джон Ф. Кеннеди призвал осуществить пилотируемую высадку на Луну к концу десятилетия. Цели космических программ "Рейнджер" и "Сервейер" были направлены на поддержку новой лунной программы, и в последующие месяцы Конгресс США выделил необходимые для этого средства.
По мере изменения приоритетов лунных программ НАСА, накапливались и проблемы с программой "Сервейер". В первой половине 1962 года на авиабазе Холломан в Нью-Мексико начались испытания моделей космического аппарата, оснащенных тормозными ракетными двигателями, которые сбрасывались с аэростатов. Первое испытание провалилось, а последующие показали неоднозначные результаты. Тем не менее, испытания дали много информации, которая помогла доработать последовательность посадки и конструкцию систем зонда "Сервейер".
Ракета-носитель для запуска космического аппарата, также испытывала немало трудностей. В течение 1962 года в конструкцию носителя "Атлас-Центавр" вносились изменения для исправления различных дефектов, обнаруженных во время первого неудачного запуска, а также в ходе наземных испытаний. В октябре вся программа разработки была передана из Космического центра имени Маршалла в Исследовательский центр имени Льюиса НАСА (ныне Исследовательский центр имени Гленна), из-за постоянно увеличивающейся работы над разработкой ракеты "Сатурн" и отсутствия поддержки проекта "Центавр" со стороны ключевых специалистов в Центре Маршалла, таких как например Вернер фон Браун. На этом этапе разработки новый испытательный полет "Атлас-Центавр" не ожидался ранее середины 1963 года.
Из-за изменений в конструкции ступени "Центавр", также пришлось уменьшить массу космического аппарата "Сервейер". Новая конструкция зонда была несколько более легче; массой в 950 килограмм. Зонд должен был нести 52 килограмма научного оборудования. Также продолжались работы по усовершенствованию конструкции зонда, и в проект были добавлены несколько новых опций, включая использование радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) от компании Martin-Marietta - SNAP-11 для обеспечения зонда "Сервейер А" электрической энергией мощностью до 18,6 ватт в течение девяноста дней. И хотя такое количество электроэнергии составляло лишь малую часть необходимой для работы "Сервейера", этот генератор дал бы минимальное количество энергии необходимое чтобы пережить долгую лунную ночь, когда солнечные панели были бы бесполезны. К концу 1962 года планы предусматривали семь посадочных миссий зондов "Сервейер А", начиная с конца 1964 года, и пять лунных орбитальных аппаратов "Сервейер B", первый запуск которых ожидался в 1965 году. Также рассматривались варианты создания пяти или более дополнительных посадочных зондов.
Однако по мере продвижения работы над программой "Сервейер" и ракетой-носителем "Атлас-Центавр", JPL столкнулась с чередой проблем, связанных с провалом трех миссий по посадке на Луну в рамках программы "Рэйнджер", которые были запущены в 1962 году. Из-за опасений о том, что проблемы JPL с миссиями "Рэйнджер" могут повториться в программе "Сервейер", а также из-за продолжающихся проблем с разработкой ракеты "Атлас-Центавр", штаб-квартира НАСА начала изучать возможные альтернативы. В 1962 году НАСА поручила исследовательскому центру Лэнгли изучить возможность использования легкого лунного орбитального аппарата, запускаемого с помощью усовершенствованной ракетой "Атлас-Аджена D", для выполнения миссии по фотокартированию лунной поверхности, вместо запуска орбитального зонда "Сервейер B". Любые дальнейшие задержки в программе "Сервейер" и при разработке ракеты-носителя "Атлас-Центавр", могли серьезно повлиять на график выполнения программы "Аполлон". Агентству срочно требовались фотографии потенциальных мест посадки на Луну в высоком разрешении.
Проведенные исследования показали, что создание небольшого лунного орбитального аппарата, способного выполнить съемку поверхности Луны, было бы вполне осуществимо. К марту 1963 года была утверждена космическая программа под названием "Лунный орбитальный аппарат" (Lunar Orbiter). 30 августа вновь созданное Управление проекта Lunar Orbiter выпустило запрос предложений по данному лунному проекту. Целью программы было создание орбитального аппарата, который был способен передать изображения потенциальных мест посадки миссий лунной программы "Аполлона" в 5° к северу и югу от экватора, между 45° восточной и западной долготы, с разрешением в один метр. Первый полет этого космического аппарата был запланирован на 1966 год.
У агентства НАСА было аналогичное опасение по поводу разработки посадочного лунного зонда программы "Сервейер". В 1963 году Лаборатория реактивного движения (JPL) начала исследования по созданию лунного зонда "Рэйнджер Block V", который должен был запускаться с помощью ракеты-носителя "Атлас-Аджена D". Этот вариант так и не был реализован, и он был отменен к концу 1963 года, частично из-за проблем с бюджетом. Также проводились исследования по замене ракеты-носителя "Атлас-Центавр" на "Титан IIIC", разрабатываемый ВВС США, но этот вариант также не был реализован, поскольку разработка носителя "Атлас-Центавр" по прежнему продолжалась.
После отмены орбитального зонда "Сервейер", JPL сосредоточилась на создании лунного посадочного зонда. Цели программы также были сужены и изменены для поддержки космической программы "Аполлон". Теперь зонд "Сервейер" должен был использоваться как инженерный инструмент для разработки методов, необходимых для посадки на Луну. К концу 1963 года было запланировано в общей сложности семь миссий. Первые четыре миссии должны были быть испытательными, а последующие три — научно-инженерными. Первый полет по-прежнему планировался на конец 1964 года. Рассматривались варианты дополнительных полетов более тяжелых и усовершенствованных посадочных зондов "Сервейер", которые включали бы в себя большее количество экспериментов и научного оборудования, а также небольшой луноход. Но для этого требовалось увеличить грузоподъёмность ракеты-носителя.
В 1963 году разработка ракеты "Атлас-Центавр" продвигалась стабильными темпами. Второй испытательный полет "Атлас-Центавр-2", состоялся 11 ноября 1963 года, после нескольких месяцев задержек. Целью этого полета был выход на околоземную орбиту. Повторное включение водородного двигателя RL-10 во время этого полета, не планировалось. Ступень "Центавр" успешно проработала на протяжении 380 секунд, достигнув орбиты с параметром 547 на 1691 километр. Но предстояло проделать еще много работы по усовершенствованию этого капризного носителя.
В то же самое время продолжалась разработка лунного зонда программы "Сервейер". Проводились испытания прототипа лунного зонда, и испытания его систем. Предполагаемая масса космического аппарата составляла около 975 килограмм, из которых 30 килограмм приходилось на научную полезную нагрузку. На этом этапе программы планировалось, что во время трёх научных миссий на космическом аппарате будет установлена камера для съемки лунной поверхности в момент посадки, и две телевизионные камеры для съемки окружающей местности после прилунения, а также прибор для измерения альфа-рассеяния для определения состава грунта, сейсмограф, детекторы микрометеоритов и эксперимент по изучению динамики лунного грунта. Минимальное же количество научных приборов планировалось установить во время первых четырёх испытательных полётов, которые, как ожидалось, должны были состоятся в 1966 году.
Исследования в рамках последующих миссий программы "Сервейер", были завершены к концу 1964 года. Одной из полезных нагрузок, рассматриваемых для зонда "Сервейер Block II", был 70-килограммовый луноход, который был способен проводить исследования лунного грунта и топографию на расстоянии до трёх километров от посадочного зонда. Для вывода этой, значительно более тяжелой полезной нагрузки, предполагалось использовать модернизированную ступень "Центавр", которая в качестве окислителя использовала бы смесь жидкого кислорода и жидкого фтора (FLOX). Ожидалось, что добавление высокореактивного жидкого фтора в окислитель значительно повысит производительность ступени "Центавр". Предполагалось что первый полет модифицированного лунного зонда "Сервейер Block II" состояться к 1968 году.
Однако, программа испытаний носителя "Атлас-Центавр", шла с большим трудом. Третий испытательный полет состоявшийся 30 июня 1964 года, закончился аварией, из-за внезапной поломки приводного вала в гидравлической системе ступени "Центавр".
Полет "Атлас-Центавр 4"состоялся 11 декабря того же года. Ступень "Центавр" и макет зонда "Сервейер" вышли на околоземную орбиту высотой в 172 километра. Целью этого полета было тестирование работы всех систем ракеты-носителя. Второстепенной задачей этого полета был повторный запуск двигателя верхней ступени. Хотя основные задачи полета были выполнены, но из-за проблем с управлением ориентацией, двигатель ступени не был запущен повторно.
Из-за продолжающихся проблем, краткосрочные цели программы "Сервейер" были изменены. Вместо короткого полета по орбите вокруг Земли, перед финальным включением двигателя ступени "Центавр", который должен был вывести лунный зонд на траекторию полета к Луне, был выбран новый вариант - обеспечивающий возможность прямого перелета (по крайней мере для первых миссий которые были запланированы на 1966 год). Хотя такая траектория полета не являлась оптимальной, она имела преимущество, так как не требовала повторного включения двигателя ступени "Центавр", что позволяло избежать проблем, связанных с перезапуском двигателя в полете.
Основная задача испытательного полета "Атлас-Центавр 5" который стартовал 2 марта 1965 года, заключалась в проверке возможности прямого перелета к Луне путем вывода модели зонда "Сервейер" массой 640 килограмм на орбиту параметром 160 на 800 000 километров. К сожалению, отказ клапана привел к отключению двигателей ускорителя "Атлас" всего через две секунды полета. Полностью заправленная ракета упала обратно на стартовую площадку стартового комплекса LC-36A, что привело к одному из самых сильных взрывов.
Наконец испытательный полет "Атлас-Центавр 6" прошел успешно. Этот полет состоялся 11 августа 1965 года со стартовой площадки LC-36B. Носитель вывел 946-килограммовую модель зонда "Сервейер" на запланированную орбиту параметром 169 на 820 315 километров, которая имитировала траекторию прямого полета к Луне. Благодаря этому успешному полету ракета была признана готовой к эксплуатации. Будущие испытательные полеты носителя будут проводится для разработки возможности перезапуска двигателя ступени "Центавр" на околоземной орбите.
Разработка самого зонда "Сервейер" также была практически завершена. Последние испытания сброса с аэростата, для проверки последовательности посадки, прошли успешно. Первый образец лунного зонда, получивший название "Сервейер А", прошел большую серию различных испытаний. Запуск этого первого космического аппарата ожидался в начале весны 1966 года.
Тем временем были пересмотрены планы будущих лунных миссий. После тщательного анализа НАСА решило использовать более лёгкий (массой в одну тонну) вариант зонда "Сервейер" для всех семи запланированных миссий, а не только для первых четырёх миссий, как планировалось ранее. Было решено, что посадочный зонд с минимальным количеством научных приборов вполне подходит для выполнения всех основных задач. Решение о запуске трёх последующих миссий с использованием зонда "Сервейер BlockII" было отложено до проведения дальнейших исследований.
В своём окончательном варианте зонд "Сервейер" был самым передовым лунным космическим аппаратом своего времени. Базовая конструкция имела высоту в 2,4 метра и состояла из простой 27-килограммовой пирамидальной рамы, изготовленной из трубчатых алюминиевых элементов. На нижних углах рамы находились посадочные опоры, оснащённые амортизаторами и опорные площадки из деформируемого сотового алюминия. Общий размах опор составлял 4,3 метра. На вершине рамы возвышалась мачта, на которой была установлена плоская антенна с высоким коэффициентом усиления и солнечная панель, обеспечивающая до 85 ватт электроэнергии для зарядки серебряно-цинковых батарей. Высота зонда от опор до вершины мачты составляла три метра.
Внутри рамы находился твердотопливный ракетный двигатель TE-M-364 диаметром 91 сантиметр, разработанный компанией Morton Thiokol, который обеспечивал тягу от 35,5 до 44,5 килоньютон. Этот двигатель массой 656 килограмм, использовался для торможения, когда зонд приближался к лунной поверхности.
Зонд также нес вторую двигательную установку для коррекции своей траектории, и управления ориентацией во время включения тормозного двигателя, а также во время фазы финального спуска. Эта система состояла из трех верньерных двигателей, работающих на монометилгидразингидрате и смеси из 90% тетраоксида азота и 10% азотной кислоты в качестве окислителя. Дроссель этих двигателей можно было регулировать с помощью подсистемы управления полетом космического аппарата, создавая тягу от 130 до 460 ньютон для каждого двигателя. Рыскание, тангаж и скорость снижения контролировались путем селективного регулирования тяги двигателей. Крен контролировался одним двигателем. Во время транслунного перелета ориентация зонда контролировалась шестью струями азота, каждая из которых обеспечивала тягу в 270 миллиньютон.
Вся чувствительная к температуре электроника размещалась в двух термобоксах. Эти отсеки были покрыты 75 слоями алюминизированной майларовой изоляции, а их верхние части были закрыты зеркальными стеклянными терморегуляторами. В отсеке А, поддерживавшем внутреннюю температуру в диапазоне от +4° до +52°C, размещался резервный комплект приемников и десятиваттных радиопередатчиков, батареи, регуляторы заряда и некоторое вспомогательное оборудование. Во втором отсек (отсек В), в котором поддерживался диапазон рабочих температур от -15° до +52°C, размещался компьютер космического аппарата, который управлял всеми системами космического аппарата. На раме также были установлены звездные датчики, пара радиолокационных систем для посадки, антенны с низким коэффициентом усиления, баки с топливом и баки с гелием.
На борту первых "Сервейеров" находилось в общей сложности 30 килограмм различных приборов. Большинство из них представляли собой различные датчики, такие как тензометры, акселерометры, гироскопы, датчики температуры, предназначенные для проведения более двухсот измерений характеристик и состояния космического аппарата. Хотя эти датчики не были предназначены для исследования Луны, многие из них могли быть использованы для определения некоторых параметров окружающей среды.
Единственными настоящими научными приборами на борту первых зондов, были две телевизионные камеры. Одна была направлена вниз, чтобы обеспечить обзор лунной поверхности, а другая была направлена на опорную площадку. Изображение с камер передавалось во время заключительного этапа посадки, начиная с высоты 1600 километров, чтобы точно определить место посадки, а также предоставить информацию об окружающей местности.
Во время первых двух полётов, камера которая должна была быть направлена вниз, была демонтирована. Считалось, что предстоящие миссии орбитального зонда Lunar Orbiter получат все необходимые изображения лунной поверхности.
Вторая камера была установлена на мачте высотой 1,65 метров, прикрепленной к раме космического аппарата. Камера была направлена вверх на подвижное зеркало, что позволяло ей охватить 360° по азимуту и диапазон углов от 60° ниже и до 50° выше плоскости камеры. Камера весом 7,3 килограмма была наклонена под углом 16°, чтобы обеспечить четкий обзор лунной поверхности от опор зонда до лунного горизонта на расстоянии в 2,5 километров. Камера была оснащена зум-объективом от 25 до 100 мм, обеспечивающим поле зрения от 25,3° до 6,4°. Диафрагма могла быть установлена в диапазоне от f/4 до f/22, а фокусировка объектива — от 1,2 метров до бесконечности. Также был предусмотрен затвор, позволяющий использовать различное время экспозиции для получения идеальной выдержки. Хотя номинальное время экспозиции составляло 150 миллисекунд, можно было производить съемку с выдержкой до тридцати минут. Типичное разрешение камеры составляло один миллиметр на расстоянии четырех метров. Путем объединения серии изображений, полученных пошагово при различных азимутах и углах возвышения, можно было создавать панорамные мозаики как самого космического аппарата, так и окружающей его местности.
Камера также была оснащена колесом фильтров, имевшем прозрачный и три цветных фильтра. С помощью калибровочных мишеней, установленных в различных точках космического аппарата, снимки, сделанные через красный, зеленый и синий спектральные фильтры, могли быть объединены для получения цветных изображений лунной поверхности. Основным средством передачи изображений была антенна с высоким коэффициентом усиления. С помощью этой мощной антенны изображение разбивалось на 600 строк развертки и передавалось на Землю за 3,6 секунды. Менее мощные антенны, которые служили резервными, позволяли разбить изображение на 200 строк и передавали изображение в течении 61,8 секунды.
"Сервейер" был спроектирован для прямого спуска на лунную поверхность с траектории транслунного перелета без промежуточной остановки на лунной орбите. Тем не менее зонд мог приближаться к лунной поверхности под значительным углом к вертикали. Это сделало большую часть видимой стороны Луны доступной для посадки. Однако первые полеты были ограничены экваториальными районами, которые оказались наиболее безопасными местами для посадки первых миссий космической программы "Аполлон".
Продолжение следует....
Всего вам самого наилучшего.
Читайте также по теме: