Приветствую вас, мои космические друзья! Когда лучше всего совершать посадку на поверхность Луны? Многие из вас скажут что при хорошем освещении лунной поверхности солнцем, и это будет верно, но и тут есть свои нюансы.
Как все мы с вами знаем, что из-за особенностей вращения Луны вокруг Земли, лунные сутки равны 29,5 земным суткам. Также мы с вами знаем знаем, что из-за приливного захвата, Луна всегда обращена к Земле одной стороной.
Изменения орбитальной геометрии и освещения луной поверхности интересуют в первую очередь астрономов-любителей, и ученых. Но во время осуществления программы "Аполлон" этот вопрос был очень важен. Лунные миссии космической программы "Аполлон" стартовали к Луне каждые несколько месяцев, и условия освещения на лунной поверхности были критически важным фактором при выборе места посадки и определения времени всей миссии.
В правилах лунных миссий было оговорено, что лунный модуль должен был произвести посадку только через 12–48 часов после восхода солнца в месте посадки, когда оно находилось на высоте от 5° до 20° над восточным горизонтом. В назначенное время командир миссии и пилот лунного модуля должны были запустить двигатель посадочной ступени находясь на обратной стороне Луны, чтобы замедлить его скорость и вывести космический аппарат на траекторию полета к точке посадки на видимой стороне Луны.
Приближаясь к запланированному месту посадки с востока, лунный модуль должен был быть переведен в горизонтальное положение для осуществления посадки. Когда место посадки было видно, Солнце освещало лунный модуль сзади. Это предотвращало попадание солнечных лучей в глаза астронавтов. Затем, по мере снижения, тень лунного модуля становилась видна на лунной поверхности, что позволяло астронавтам оценить размеры лунных объектов и выбрать место для безопасной посадки.
Из-за ограниченных запасов воды, электроэнергии и кислорода, максимальная продолжительность лунной миссии программы "Аполлон" составляла около 72 часов. Таким образом, промежуток времени, в течение которого астронавты программы "Аполлон" могли осуществлять исследование лунной поверхности составлял от 12 часов до пяти дней после восхода Солнца в месте посадки.
В 1991 году Дин Эпплер, геолог из Управления программы исследования Луны и Марса (LMEPO) Космического центра имени Джонсона НАСА, заинтересовался полевыми геологическими исследованиями Луны. Он провел исследование влияния условий освещения лунной поверхности на работу астронавтов, в рамках планирования Инициативы по исследованию космоса (SEI). Инициатива SEI, была предложена президентом Джорджем Бушем-старшим 20 июля 1989 года. Она ставила своей целью завершение строительства космической станции Freedom ("Свобода"), возвращение американских астронавтов на Луну, и осуществление пилотируемой миссии на Марс. Это подразумевало, что астронавтам нужно будет осуществить посадку на лунную поверхность, и работать на ней в течение всего цикла лунного дня и ночи в различных регионах нашего естественного спутника.
Эпплеру помогал бывший астронавт НАСА Джон Янг. Джон Янг (1930–2018) был выбран в отряд астронавтов НАСА в 1962 году. Он осуществил шесть космических полетов ("Джемини-3", "Джемини-10", "Аполлон-10", "Аполлон-16", STS-1 и STS-9), в четырех из которых он был командиром миссии. Он также был руководителем отдела астронавтов в Космическом центре имени Джонсона с 1974 года до 5 мая 1987 года, после чего был назначен специальным помощником директора Космического центра имени Джонсона Аарона Коэна по вопросам проектирования, эксплуатации и безопасности.
Хотя его новая работа воспринималась им как наказание за откровенные высказывания, которые он сделал после катастрофы шаттла "Челленджер" 28 января 1986 года , Янг взялся за неё с энтузиазмом. Он углубился в широкий круг технических вопросов и распространял сотни служебных записок с различными рекомендациями. Янг также консультировал Дина Эпплера.
Впервые Янг наблюдал поверхность Луны с лунной орбиты, в мае 1969 года во время миссии "Аполлон-10". Он рассказал Эпплеру, что при наблюдении поверхности Луны с борта космического корабля переход от освещенной Солнцем части Луны к освещенной Землей части, был плавным, и глаза почти мгновенно адаптировались к пониженному уровню освещенности. Детали на лунной поверхности оставались почти такими же видимыми, как и под прямыми солнечными лучами, и даже можно было различить детали в тенях на освещенных Землей участках лунной поверхности.
Янг сообщил, что переход от освещенной Землей части Луны к неосвещенным участкам обратной стороны, был резким. Даже на высоте орбиты в несколько десятков километров, поверхность Луны была не видна. Горизонт был различим только потому, что над ним были видны звезды, а под ним — нет.
В апреле 1972 года, будучи командиром миссии "Аполлон-16", Джон Янг пилотировал лунный модуль "Орион" и совершил посадку в окрестностях кратера Декарт - единственном из мест посадок космической программы "Аполлона", которое располагалось в пределах лунных высокогорий.
Янг сказал Эпплеру, что, по его мнению, посадка космического аппарата, эквивалентного лунному модулю "Аполлон", была бы возможна на месте, освещенном только светом, отраженным от Земли. "Посадка на подготовленную посадочную площадку оснащенную посадочными огнями, которую бы освещал свет от Земли, была бы проще, чем посадка вертолета ночью на Земле" - сказал Янг.
Янг столкнулся с трудностями передвижения по лунной поверхности при низком положении Солнца. Движение к Солнцу (на восток) было затруднено из-за его яркого света, а движение от Солнца (на запад) было опасным, поскольку тени исчезали за камнями и краями кратеров, которые их отбрасывали. Это создавало эффект размытого ландшафта. Препятствия впереди было очень трудно увидеть и избежать их. Движение на север или юг значительно уменьшало блики и улучшало видимость отбрасываемых теней. По этой причине причин, первые две миссии программы "Аполлон", в которых использовался лунный ровер ("Аполлон-15" и "Аполлон-16"), имели заранее спланированные маршруты передвижения, которые, в основном, были ориентированы на север и юг.
Приведенные выше фотографии, сделаны с одного и того же места с интервалом в несколько минут, астронавтом миссии "Аполлон-16" Чарльзом Дьюком. Они дают некоторое представление о трудностях, связанных с условиями освещения лунной поверхности.
На верхнем изображении показан вид на яркое низко расположенное Солнце. На среднем изображении Джон Янг работает рядом с лунным ровером. Снимок сделан в сторону севера. Как показывает ориентация теней, Солнце расположено справа, поэтому видимость особенностей поверхности близка к оптимальной. Хорошо видны камни, следы и отпечатки лунного ровера.
Нижняя фотография, сделана в направлении на запад, в противовположную от Солнца сторону. Детали рельефа выглядит совсем иначе, но в действительности виден каменистый ландшафт, похожий на тот, что показан на верхнем и среднем снимках. Однако, за исключением теней камней рядом с Дьюком (и тени шлема самого Дьюка), особенности поверхности заслоняют свои собственные тени и поэтому почти невидимы.
Небольшая базальтовая равнина Sinus Medii — в переводе с латыни «Центральный залив» — находится в центре видимой стороны Луны. Этот район была одним из первых кандидатов на место посадки космической программы "Аполлон", но ни один лунный модуль так и не совершил посадку в этом регионе. Когда в "Центральном заливе" наблюдается полночь, то в центре обратной стороны Луны — полдень.
На основе наблюдений Янга и собственных расчетов Эпплер предложил графики работ в различных точках лунной поверхности. Он определил, что в Центральном заливе" период от восхода Солнца до 5,5 дня после восхода, будет оптимальным для передвижения астронавтов по лунной поверхности; как пешком, так и при поездках на лунном ровере.
С 6 по 9 день после восхода, Солнце будет находиться в пределах 20° от вертикали, при этом полдень будет приходиться на седьмой день. Почти вертикальный угол освещения, затруднит ходьбу и передвижение на ровере, так как элементы рельефа почти не будут отбрасывать теней. Лунный модуль который будет производить посадку в этот период, будет отбрасывать тень непосредственно под собой, где она, скорее всего, не будет видна астронавтам. Эпплер рекомендовал, чтобы в период около полудня проводились только ограниченные операции на луной поверхности. Посадки должны будут осуществляться только на подготовленных посадочных площадках.
Эпплер обнаружил, что период с 9 до 28 дня после восхода солнца в "Центральном заливе" будет оптимальным для активности на поверхности Луны, хотя условия освещенности в течение этого периода будут сильно меняться. Через девять-четырнадцать дней после восхода солнца, оно будет находится на западе, а детали рельефа вновь будут отбрасывать видимые тени. Лунному модулю, приближающемуся к посадочной площадке с востока, пришлось бы бороться как с прямым солнечным светом, так и с отсутствием тени от космического аппарата. Закат наступил бы на 14-й день, когда наполовину освещенная Земля сияла бы высоко в небе.
На 21-й день (в полночь в "Центральном заливе") полная Земля осветит лунный ландшафт. Семь дней спустя, когда наполовину освещенная Земля будет находиться бы высоко в небе, Солнце снова взойдет на востоке. Таким образом, активность в этом регионе могла бы осуществляться без перерывов и ограничений в течение 24,5 дней из 29,5-дневного лунного цикла.
В центре обратной стороны Луны ситуация с освещением будет совершенно иной. Начиная с 14 дня, Солнце будет заходить, и поскольку на небе будет отсутствовать яркая Земля, то окружающий ландшафт погрузится во тьму. Астронавты смогут перемещаться только с помощью искусственного освещения. Посадка на лунную поверхность будет запрещена в течение всей ночи, за исключением специально подготовленных мест.
Эпплер также исследовал освещение на восточном и западном краях видимой стороны Луны и на лунных полюсах. На западном краю Луны, Солнце будет заходить на западе через 14 дней после восхода. В это время на восточном горизонте будет видна полностью освещенная Земля. Освещенная часть Земли будет уменьшаться по мере наступления лунной ночи.
В период с 23-го по 28-й день после восхода солнца на западном краю Луны, Земля будет давать слишком мало света для работы на поверхности без применения искусственного освещения. Она станет совершенно невидимой во время восхода солнца который произойдет на востоке.
На восточном краю видимой стороны Луны закат будет происходить, когда Земля будет еще молодой, поэтому сразу же станет темно. Эпплер предполагал, что серп Земли, расположенный чуть выше западного горизонта, обеспечит достаточное освещение для операций на поверхности Луны, начиная с 19-го дня после местного восхода солнца. На 21-й день Земля будет освещена наполовину, а на 28-й день она будет полностью освещена, когда Солнце вновь взойдет на востоке.
На лунных полюсах будут наблюдаться фазы Земли, подобные тем, что наблюдаются в Центральном заливе. Земля будет находится вблизи южного горизонта на видимой стороне Луны на Северном полюсе, и вблизи северного горизонта на видимой стороне Луны на Южном полюсе.
На полюсах Солнце будет передвигаться вдоль горизонта, никогда не заходя за него. Астронавтам необходимо будет следить за его положением на горизонте и проявлять осторожность, чтобы не поворачиваться прямо к нему без надлежащей защиты глаз. Кроме того, местные горы и края кратеров будут иногда закрывать Солнце или Землю, а некоторые области (в основном на дне глубоких кратеров) навсегда останутся в холодной тени.
Ну а на сегодня у меня всё. Спасибо за внимание!
Ссылочка на работу по освещенности лунной поверхности будет тут.