APs спрашивает. Отвечаю: "Какие эксперименты планировались во время миссии Аполлон-13"

Мой читатель и комментатор под ником APs задал очень интересный вопрос. Какие эксперименты и какую научную программу планировали в НАСА для экипажа миссии Аполлон-13.

• "Скажите, уважаемый автор, а какие эксперименты, оборудование, или приборы были уникальны для миссии а13? Какова вообще научная ценность миссии 13? PS/ Если бы сели, естественно. Пояснение для совсем отбитых, коих тут большинство."

Сразу уточню, что вас я не считаю совсем отбитым, напротив, вы один из немногих адекватных конспирологов, с которыми я здесь встречаюсь. Но подоплека вашего вопроса мне ясна. Вы намекаете на то, что главная цель программы была в постановочной аварии. Привлечении аудитории (это миссии удалось), улучшении статистики аварийности. Уж слишком все шло гладко.

Однако, вопрос интересен. Поэтому я потратил 5 минут на поиски материала, нашел его. Это пресс-релиз от 2 апреля. Миссия стартовала 11 апреля. Далее этот пресс-релиз я перевел в текстовый формат, который и скормил ДипСику. Попросил его на основе этого документа ответить на ваш вопрос. А именно рассказать какие эксперименты и какая научные программа была запланирована для миссии Аполлон-13, если опираться на этот пресс-релиз. ИИ выполнил свою работу.

Но сначала сравнение основных экспериментов между программами миссий Аполлон-11, 12 и 13

Пресс-релиз

Ответ ИИ "DeepSeek":

"На основе предоставленного пресс-кита NASA по миссии «Аполлон-13» (Apollo 13 Press Kit), ниже приведен полный список запланированных научных экспериментов и исследовательских задач с подробным описанием.

Программа миссии была очень насыщенной и включала как работы на поверхности Луны, так и наблюдения с орбиты. Ключевой особенностью было изучение материкового (высокогорного) района Фра-Мауро, в отличие от «морских» районов посадок «Аполлон-11» и «Аполлон-12».

I. Научные эксперименты на поверхности Луны (ALSEP III и другие)

Главный комплекс научного оборудования, который астронавты Джеймс Ловелл и Фред Хейз должны были развернуть на поверхности, назывался Apollo Lunar Surface Experiment Package (ALSEP) III. Он включал пять основных экспериментов, питающихся от радиоизотопного генератора SNAP-27.

1. Пассивный сейсмический эксперимент (Passive Seismic Experiment, PSE)

• Цель: Измерение сейсмической активности Луны (лунотрясений), регистрация ударов метеороидов и изучение внутреннего строения лунной коры. Также прибор должен был фиксировать наклоны поверхности, вызванные приливными деформациями.
• Описание: Чувствительный сейсмометр, который после ручного выравнивания астронавтами непрерывно передавал данные на Землю. В отличие от сейсмометра «Аполлона-11», работавшего только в лунный день, этот прибор питался от радиоизотопного генератора и мог работать непрерывно не менее года.
• Дополнительно: Для калибровки этого сейсмометра и уже работающего прибора, оставленного «Аполлоном-12», планировалось два контролируемых удара: сначала падение третьей ступени Saturn V (S-IVB), а затем — намеренное падение взлетной ступени лунного модуля после возвращения астронавтов.

2. Эксперимент по измерению теплового потока (Heat Flow Experiment, HFE)

• Цель: Измерение теплового потока из недр Луны к поверхности. Это позволяет оценить содержание радиоактивных элементов (уран, торий, калий) в лунных недрах и понять тепловую историю Луны.
• Описание: Астронавты должны были с помощью специального лунного бура (Apollo Lunar Surface Drill) пробурить два отверстия глубиной 10 футов (около 3 метров). В каждое отверстие опускался зонд длиной около 1 метра, содержащий датчики температуры. Зонды были соединены кабелями с электронным блоком. Измерялась разница температур между разными участками зонда, а также теплопроводность окружающей породы.

3. Эксперимент по изучению заряженных частиц лунной среды (Charged Particle Lunar Environment Experiment, CPLEE)

• Цель: Измерение энергий протонов и электронов, достигающих лунной поверхности от Солнца (солнечный ветер, солнечные вспышки), а также в хвосте магнитосферы Земли, когда Луна проходит через него.
• Описание: Детектор состоял из двух спектрометров, способных одновременно измерять протоны и электроны в диапазоне от 50 эВ до 50 000 эВ. Использовались специальные умножители (каналотроны). Ответственный ученый — доктор Брайан О'Брайен (Сиднейский университет).

4. Детектор лунной атмосферы (Lunar Atmosphere Detector, LAD) — также называется «эксперимент с холодным катодом» (Cold Cathode Gauge Experiment, CCGE)

• Цель: Измерение плотности и вариаций давления разреженной лунной атмосферы. Источником атмосферы могут быть внутренние газы (дегазация) или солнечный ветер.
• Описание: Прибор представлял собой ионизационный манометр с холодным катодом. Он измерял плотность нейтральных частиц. Хотя прямой химический анализ не проводился, калибровка прибора для ожидаемых газов (в основном неон) позволяла оценить состав. Диапазон измеряемого давления: от 10⁻⁶ до 10⁻¹² Торр.

5. Детектор пыли (Dust Detector)

• Цель: Инженерное измерение для обнаружения накопления пыли или мусора на элементах ALSEP в течение его работы.
• Описание: Три калиброванных солнечных элемента, направленных на восток, запад и вертикально (по пути Солнца). Снижение освещенности из-за осевшей пыли позволяло судить о скорости загрязнения.

6. Эксперимент по составу солнечного ветра (Solar Wind Composition Experiment, SWCE)

• Примечание: Это не входило в ALSEP, а было отдельным экспериментом, который планировалось вернуть на Землю.
• Цель: Определение элементного и изотопного состава благородных газов в солнечном ветре.
• Описание: Алюминиевая фольга площадью 4 квадратных фута (около 0,37 м²) натягивалась на рамку и устанавливалась перпендикулярно потоку солнечного ветра. Фольга должна была экспонироваться 20 часов (на «Аполлоне-11» было 2 часа, на «Аполлоне-12» — 18 часов). Затем фольга сворачивалась и возвращалась на Землю для анализа внедрившихся частиц. Ответственный ученый — профессор Й. Гейсс (Бернский университет).

II. Геологические исследования на поверхности (Field Geology Investigations)

Это была обширная программа изучения геологии района Фра-Мауро, который считался выбросами (эжектой) от образования бассейна Моря Дождей (Mare Imbrium).

• Главная цель: Сбор образцов пород, которые, как предполагалось, имеют возраст около 5 миллиардов лет (возраст самой Луны) и происходят с большой глубины.
• План работ:
  Два выхода на поверхность (EVA) общей продолжительностью до 8 часов (каждый до 4-5 часов).
  Сбор около 95 фунтов (43 кг) образцов, включая отдельные камни, мелкие фрагменты и керны.
  Отбор «контингентного образца» (около 2 фунтов) сразу после высадки на случай экстренного отлета.
  Рытье траншеи глубиной 2 фута (60 см) для изучения механики грунта (soil mechanics).
  Фотографирование мест отбора проб с помощью специальной стереокамеры для крупных планов (Lunar Surface Close-up Camera), которая снимала участки размером 3×3 дюйма с высоким разрешением (до 40 микрон).
  Использование гномона (шест с серой шкалой) для масштаба и определения угла солнца на фотографиях.

III. Орбитальные научные наблюдения и фотография

Эти задачи должен был выполнять командир командного модуля (не совершающий посадку) Томас Маттингли.

1. Лунная топографическая камера (Lunar Topographic Camera, LTC)

• Впервые на «Аполлоне-13» использовалась эта камера высокого разрешения.
• Характеристики: Объектив с фокусным расстоянием 18 дюймов, кадр 4,5×4,5 дюйма на 100-футовой пленке, разрешение позволяет различать объекты размером 3-5 футов с высоты 8 морских миль.
• Задачи: Фотографирование будущих мест посадки («Кансоринус», «Дэви Рилл», «Декарт») и научных целей в стереорежиме и для создания мозаик.

2. Астрономические наблюдения (5 феноменов)

С орбиты Луны планировалось сфотографировать:

1. Солнечную корону (используя край Луны как окклюдер).
2. Зодиакальный свет (отражение солнечного света от пыли в астероидном поясе) без помех атмосферы.
3. Яркость лунного лимба (свечение над горизонтом после лунного заката).
4. Комету Беннета (1969i).
5. Область Гёгеншайна (слабое свечение в точке, противоположной Солнцу) для проверки теории о скоплении частиц в точке Моултона.

3. Бистатический радар (VHF Bistatic Radar)

• Цель: Изучение подповерхностных слоев Луны (например, глубины слоя реголита).
• Описание: Сигнал с КМ на VHF-частоте отражался от лунной поверхности и принимался 150-футовой антенной на Земле. Анализ длины волны отраженного сигнала позволял судить о свойствах грунта на глубине.

4. Фотография явлений, связанных с космическим кораблем

• Слив воды и выброс газов в вакууме для изучения образования облаков из частиц льда.

5. Фотография Земли и операционная съемка

• Научная и документальная съемка в течение перелета.

IV. Радиоизотопный генератор SNAP-27

Хотя сам генератор не является экспериментом, он был критически важен для питания ALSEP.

• Тип: Радиоизотопный термоэлектрический генератор.
• Топливо: Плутоний-238 (8,36 фунта в виде оксида) в сверхпрочной капсуле.
• Мощность: Не менее 63 ватт электрической энергии, образующейся за счет распада плутония (1480 тепловых ватт). Срок службы — годы (период полураспада Pu-238 — ~90 лет).
• Особенность: Астронавт должен был извлечь топливную капсулу из защитного графитового контейнера (на LM) и вручную вставить её в генератор, уже размещенный на поверхности.

Итог: Что должно было быть сделано, но не случилось из-за аварии

Из-за взрыва кислородного бака на пути к Луне вся эта программа была отменена. Посадка не состоялась. Экипаж использовал лунный модуль в качестве «спасательной шлюпки», чтобы облететь Луну и вернуться на Землю. Тем не менее, некоторые эксперименты были проведены:

• Часть орбитальной фотографии (правда, не в полном объеме).
• Бистатический радарный эксперимент.
• Наблюдение кометы Беннета.
• Сам инцидент с кислородным баком дал ценные данные для инженеров.

Однако главные научные цели — изучение пород Фра-Мауро, развертывание ALSEP и сейсмические эксперименты с падением ступеней — были полностью потеряны. Большинство из этих экспериментов позже успешно выполнили следующие миссии («Аполлон-14», -15, -16, -17).

Установка флага, выгрузка научных приборов и проведение экспериментов.

Две лунные "прогулки". Первая - общее расстояние чуть менее двух километров. Ни тележки, ни ровера не было. Пешком и все в руках.

Вторая:

И научные приборы:

🎯 Научная цель CPLEE

Основная научная цель эксперимента CPLEE заключалась в измерении энергий протонов и электронов, достигающих лунной поверхности от Солнца【49†L1-L2】. Это позволило бы ученым лучше понять, как эти частицы возмущают систему Земля-Луна【49†L2-L3】. В частности, изучались следующие явления:

• Солнечный ветер: Электроны и протоны с энергией от 50 эВ до 5 кэВ【49†L11】.
• Магнитосферный хвост: Частицы, попадающие в хвост магнитосферы Земли, которые могут вызывать полярные сияния и усиливать радиационные пояса【49†L3-L5】.
• Низкоэнергетические солнечные космические лучи: Частицы с энергией от 40 эВ до 50 кэВ【49†L12】.

🔬 Отличие от других экспериментов

Важно отметить, что эксперимент CPLEE отличался от Solar Wind Spectrometer (SWS), который был установлен на Луне в ходе миссии Apollo 12. Если SWS также измерял энергию, но дополнительно определял направление потока частиц, то CPLEE был ориентирован в первую очередь на точное измерение их энергетического распределения【51†L1-L3】.

Lunar Atmosphere Detector (LAD) — детекторе лунной атмосферы, который также называют Cold Cathode Gauge Experiment (эксперимент с холоднокатодным датчиком).

🌙 Назначение эксперимента

Несмотря на то, что Луну принято считать безвоздушным телом, у нее все же есть крайне разреженная газовая оболочка. Задача LAD — измерить плотность нейтральных частиц у лунной поверхности и ее изменения, связанные с фазами Луны или солнечной активностью. Это помогло бы понять происхождение этой атмосферы.

🔬 Предполагаемые источники лунной атмосферы

В документе указаны два основных источника:

1. Внутренний — выделение газов из недр Луны (дегазация).
2. Внешний — солнечный ветер (его ионизированные частицы нейтрализуются на поверхности и высвобождаются как нейтральные газы, в первую очередь неон), а также испарение вещества при ударах метеоритов.

Ожидалось, что легкие газы (водород, гелий) будут быстро улетучиваться, а более тяжелые — задерживаться. При повышении температуры их концентрация у поверхности должна расти.

⚙️ Устройство и принцип работы

• Тип датчика: Холоднокатодный ионизационный манометр. Это устройство с перекрестными электрическим и магнитным полями. Электроны ускоряются, сталкиваются с газовыми молекулами, и возникающий поток положительных ионов пропорционален плотности газа.
• Измерения: Датчик не только измеряет плотность, но и регистрирует температуру в диапазоне от -90°C до +125°C с точностью ±5°C.
• Динамический диапазон: Прибор мог работать в семи различных диапазонах, что позволяло регистрировать давление от 10⁻⁶ Торр (наибольшее предсказанное значение) до 10⁻¹² Торр (предел чувствительности).
• Точность: При давлении выше 10⁻¹⁰ Торр точность составляла ±30%, при более низком — ±50%. Эксперимент должен был сократить существующую неопределенность в оценках давления на несколько порядков.

Этот бур в описании не нуждается

Эксперимент по измерению теплового потока (Heat Flow Experiment, HFE) был одним из самых сложных и технически продвинутых в составе комплекса ALSEP на «Аполлоне-13». Его задача — заглянуть в недра Луны и измерить, сколько тепла она теряет.

🌡️ Что такое тепловой поток и зачем его измерять?

Тепловой поток — это количество тепловой энергии, которое поступает из недр планеты (или Луны) на единицу поверхности в единицу времени. На Земле такие измерения помогли понять тектонику плит, вулканизм и внутреннюю структуру.

На Луне у HFE было две главные научные цели:

1. Определить современную тепловую потерю Луны. Это позволяет оценить, сколько «первичного» тепла осталось от формирования Луны (аккреция, дифференциация) и сколько тепла генерируется за счёт радиоактивного распада урана, тория и калия в её недрах.
2. Измерить теплопроводность лунного реголита и горных пород на глубине до 3 метров. Это даёт информацию о плотности, пористости и минеральном составе материала.

🧑‍🔬 Ответственный учёный: Доктор Маркус Лангсет (Marcus Langseth) из Lamont-Doherty Geological Observatory (ныне часть Колумбийского университета). Соавторы: доктор Сидней Кларк-младший (Йельский университет) и доктор М. Г. Симмонс (MIT).

⚙️ Устройство эксперимента

HFE состоял из трёх основных частей, которые астронавты должны были достать из контейнера ALSEP и развернуть:

1. Два измерительных зонда (Probes)

Каждый зонд представлял собой тонкую трубку длиной 50 см (около 20 дюймов), разделённую на две одинаковые секции. Внутри каждой секции находились:

• Мост градиентных датчиков (Gradient bridge) – четыре платиновых резистора, измеряющих разницу температур между верхним и нижним концом 20-дюймового сегмента. Это позволяет определить направление и величину теплового потока.
• Кольцевой датчик (Ring sensor) – дополнительный платиновый резистор для измерения абсолютной температуры.
• Два нагревателя (Heaters) – маломощные (0,002 Вт) и более мощные (0,5 Вт) для измерения теплопроводности окружающего грунта.

Зонды соединялись кабелями длиной 10 метров с электронным блоком. На кабеле, на расстояниях 65 см, 115 см и 165 см от верхушки зонда, были закреплены термопары для измерения температурных волн, идущих от поверхности вглубь.

📊 Ожидаемые научные результаты

1. Первое прямое измерение теплового потока с поверхности другого небесного тела.
   Предполагалось, что тепловой поток Луны меньше земного (около 1/4 – 1/3), но это нужно было проверить.
2. Оценка концентрации радиоактивных элементов в недрах.
   Если тепловой поток высок, значит, в мантии Луны много U, Th, K – что противоречило бы теории о её первичном холодном аккреции.
3. Понимание лунного реголита как теплоизолятора.
   По тому, как быстро затухают суточные температурные волны (от -170°C до +130°C) с глубиной, можно было определить тепловую инерцию и пористость верхних слоёв. Ожидалось, что колебания влияют только на верхние 2 метра, а на глубине 3 метра уже доминирует внутренний тепловой поток.
4. Калибровка геофизических моделей Луны.
   Совместно с сейсмическими и магнитными данными тепловой поток давал ограничения на состав и эволюцию Луны.

Пассивный сейсмический эксперимент (Passive Seismic Experiment, PSE) был одним из ключевых научных приборов, которые планировалось развернуть на Луне в рамках миссии «Аполлон-13». Его задача — «слушать» внутреннее строение Луны.

Что такое PSE?

Это высокочувствительный сейсмометр, который должен был непрерывно регистрировать любые колебания лунной поверхности и передавать данные на Землю. По сути — создание первого в истории сейсмологического полигона на другом небесном теле.

🎯 Основные научные цели

1. Обнаружение лунотрясений – измерение сейсмической активности Луны, её частоты, магнитуды и глубины очагов.
2. Регистрация ударов метеороидов – определение интенсивности метеоритной бомбардировки.
3. Изучение приливных деформаций – измерение наклона поверхности, вызванного гравитационным воздействием Земли.
4. Определение физических свойств лунной коры и мантии – по скорости распространения сейсмических волн (когда есть зарегистрированные удары или искусственные источники).

Устройство прибора (из пресс-кита)

PSE состоял из трёх основных компонентов, которые астронавты должны были достать из контейнера ALSEP и разместить на поверхности:

1. Датчиковая сборка (Sensor assembly)

• Три длиннопериодных сейсмометра (long-period) – ориентированы по двум горизонтальным осям и одной вертикальной. Тип датчиков – ёмкостной (capacitance type). Они измеряют медленные колебания, вызванные приливами и далёкими лунотрясениями.
• Один короткопериодный сейсмометр (short-period) – с магни́тным датчиком, расположен прямо на основании сборки. Он регистрирует более быстрые и слабые сигналы (например, удары небольших метеороидов).

2. Уравнивающая подставка (Leveling stool)

• Позволяла астронавтам вручную выставить датчики по горизонтали с точностью до ±5 градусов.
• Затем специальные моторы (контрольные двигатели) доводили точность уже до 3 угловых секунд (это очень высокая точность, необходимая для работы длиннопериодных сейсмометров).

3. Термоизолирующий кожух (Thermal shroud)

• Закрывал датчики, чтобы защитить их от экстремальных перепадов температуры на Луне (от -170°C ночью до +130°C днём).
• Внутри кожуха также были два радиоизотопных нагревателя – они не давали приборам замёрзнуть во время двухнедельной лунной ночи.

🌍 Что должны были дать эти измерения?

• Строение Луны: Обнаружить, есть ли у Луны ядро, мантия, кора. По сейсмическим волнам можно понять, где залегают слои разной плотности.
• Глубина и частота лунотрясений: Выяснить, активна ли Луна сейчас, происходят ли тектонические процессы (или всё вызвано только падениями метеоритов и приливами).
• Природа лунного реголита: По тому, как затухают волны на малых расстояниях, оценить рыхлость поверхностного слоя.
• Метеоритная опасность: По числу ударов разной силы оценить поток микрометеороидов в окрестностях Луны (важно для будущих баз).

Эксперимент по изучению состава солнечного ветра (Solar Wind Composition Experiment, SWCE) был одним из самых простых по замыслу, но чрезвычайно важных для науки. Он не входил в комплекс ALSEP и планировался к возврату на Землю. Основная научная цель

Определить элементный и изотопный состав благородных газов в солнечном ветре.
Солнечный ветер — это поток заряженных частиц (в основном протонов и электронов), непрерывно истекающий из короны Солнца. Захватив и проанализировав его частицы, ученые получают возможность:

• Понять, из чего состоит внешняя оболочка Солнца.
• Уточнить модели ядерных реакций в звездах.
• Изучить эволюцию Солнечной системы, так как состав солнечного ветра считается близким к исходному протосолнечному веществу.

Устройство эксперимента

Эксперимент был удивительно прост и не требовал электропитания:

• Материал: Алюминиевая фольга (чистота >99,9%) площадью 4 квадратных фута (примерно 0,37 м²). Толщина фольги — около 0,0005 дюйма (12,5 мкм).
• Защита от разрыва: Края фольги были укреплены тефлоновой окантовкой, чтобы астронавт случайно не порвал её при развертывании.
• Конструкция: Фольга натягивалась на легкую рамку-«жалюзи» (наподобие оконной шторы). В развернутом состоянии она удерживалась телескопической штангой, которая позволяла установить поверхность перпендикулярно направлению на Солнце.

Принцип работы:
Ионы солнечного ветра (водород, гелий, неон, аргон и др.) внедряются в кристаллическую решетку алюминия на глубину нескольких сотен атомных слоев. При этом частицы космических лучей (гораздо более энергичные) проходят фольгу насквозь, не задерживаясь.

После возвращения на Землю фольгу разрезали на фрагменты и подвергали ступенчатому травлению (снимая слой за слоем) в сверхвысоковакуумной камере. Выделившиеся газы анализировались с помощью масс-спектрометра, что позволяло определить их изотопный состав.

SNAP-27 — это компактная электростанция, предназначенная для работы в суровых условиях Луны. Главная задача устройства — обеспечивать научные приборы стабильным электричеством, вырабатывая его из тепла, выделяемого при распаде плутония-238. В этом генераторе нет движущихся частей, а используется эффект Зеебека: нагретая сторона термопар (благодаря плутонию) и холодная (благодаря космическому вакууму) создают разность температур, которая и порождает электрический ток. Первый SNAP-27 был успешно установлен на Луне во время миссии «Аполлон-12» в ноябре 1969 года и питал первую долговременную научную станцию ALSEP.

• Успешные миссии: Всего пять генераторов SNAP-27 были развернуты на Луне в рамках миссий «Аполлон-12», -14, -15, -16 и -17. Они обеспечивали передачу научных данных о лунотрясениях, тепловом потоке, составе солнечного ветра и многом другом в течение многих лет.

Кадр из фильма "Аполлон-13"