Что самое сложное в создании планетохода? Представьте, что вас попросили создать автомобиль, который должен безотказно ездить по поверхности, которую никто никогда не видел вблизи. При этом чинить его нельзя, температура вокруг скачет на триста градусов, а каждая лишняя сотня граммов веса увеличивает стоимость проекта на астрономическую сумму. И вот в этих вводных, в середине 60-х годов прошлого века, в ленинградском институте, который всю жизнь занимался танками, началась история колеса, обкатавшего лунную пыль. Это история о человеке по имени Александр Леонидович Кемурджиан, но еще в большей степени — о том, как коллективный гений, помноженный на опыт войны и тяжёлого машиностроения, породил чудо, которое мы знаем как шасси «Лунохода».
Танкист Его Величества Космоса
Чтобы понять, как рождалось это шасси, нужно понять личность главного конструктора. Кемурджиан не был классическим «ракетчиком». Он был танкостроителем. Вся его инженерная биография до звонка Королёва была связана с Всесоюзным научно-исследовательским институтом транспортного машиностроения — ВНИИ-100, позже «Трансмаш». А это значит, что его ум в профессиональной деятельности был заточен под решение одной конкретной задачи: как перемещать тяжелую бронированную махину по бездорожью так, чтобы она не застряла, не перевернулась и добралась до цели. Когда в 1964 году Сергей Павлович Королёв привлек этот сугубо оборонный институт к космической программе, многое поменялось. Королёв умел видеть суть вещей. А суть была проста: лунная поверхность — это абсолютное бездорожье. А значит, нужен мозг, который проектирует вездеходы для худшего из возможных миров.
Задача, свалившаяся на Кемурджиана и его команду, была сформулирована почти вызывающе. Вакуум. Температура от минус 150 до плюс 120 по Цельсию. Ни грамма смазки, которая бы не испарилась или не замерзла намертво. Полная автономность по питанию, дикое ограничение по массе — чуть меньше тонны на всё шасси с моторами, и энергопотребление не более 300 ватт-часов. И, вишенка на торте, — дистанционное управление с задержкой сигнала. Словом, вас просят построить машину, которая идеально ездит вслепую по миру пыли и камней, питаясь от розетки мощностью в три лампочки.
Колёса или гусеницы?
Самое интересное, что первые прототипы шасси были вовсе не колесными. Будучи танкостроителями, инженеры «Трансмаша» начали с того, что знали лучше всего, — с гусениц. Казалось бы, что может быть проходимее? Но тут в игру вступила дьявольская неопределенность. Никто на Земле не знал на сто процентов, что такое лунный реголит. Была еще жива совершенно жуткая теория Томаса Голда, по которой Луна покрыта слоем рыхлой пыли глубиной в сотни метров. Мол, любой аппарат просто утонет в этой пучине, как в зыбучем песке, и даже не дёрнется. Гусеницы на испытаниях, которые проводили на Камчатке, где вулканический пепел хоть как-то имитировал эту взвесь, показали свою ахиллесову пяту. Они забивались сыпучим грунтом под завязку, теряли сцепление, наматывали на себя абразивную массу и намертво вязли.
И вот тут Кемурджиан принял решение, которое сделало его имя бессмертным. Он велел забыть про гусеницы и переходить к колесной схеме. Но не к четырем, не к шести, а к восьми колесам. Это была страховка от всего сразу. Во-первых, снижалась нагрузка на грунт: аппарат не проваливался, а как бы плыл по поверхности. Во-вторых, живучесть. Если представить, что в пути откажут моторы одного, двух или даже трех колес, восьминогая машина все равно останется на ходу и выполнит программу. Это тактическая логика, переложенная на космический лад: отказ не должен быть фатальным. И в-третьих, маневренность. Восемь независимых ведущих колес позволяли разворачиваться на месте, делая пируэт на лунной пыли, объезжая камни и не рискуя загрести ведущим мостом непроходимый бархан.
Титановая сетка и моторы внутри обода
Когда решение о восьми колесах было принято, началась магия инженерной деталировки. Сделать колесо для Луны — это вам не резину на диск натянуть. Колесо «Лунохода» — это произведение инженерного искусства. Основу составляла титановая ступица, от которой расходились спицы, а внешняя оболочка была выполнена в виде мелкой металлической сетки. Зачем сетка? Это был компромисс между сцеплением и весом. На сетку наклепывались специальные титановые грунтозацепы, которые вгрызались в спекшийся реголит. В ступицу каждого, повторяю, каждого из восьми колес был вмонтирован индивидуальный герметичный электродвигатель. По сути, это восемь мотор-колес.
Почему это гениально? Представьте себе вакуум. В земном автомобиле мотор крутит трансмиссию, карданный вал, дифференциал. Там куча трущихся деталей. В вакууме металл при трении схватывается намертво — происходит так называемая холодная сварка. Смазка мгновенно испаряется. Поэтому Кемурджиан убрал трансмиссию как класс. Привод стал прямым: каждая ступица — это мотор. Минимум механических связей, минимум точек отказа. А герметичный корпус мотора, заполненный инертным газом, решал проблему теплоотвода и трения. Это решение опередило время на десятилетия. По сути, «Луноход» был восьмимоторным электромобилем с индивидуальным приводом на каждое колесо еще в 1970 году.
Полигон имени неизвестности
Но даже идеальное колесо не будет ездить без правильной подвески и, главное, без испытаний. Данных о грунте не было. Их взяли только в сентябре 1970-го, когда станция «Луна-16» доставила на Землю жалкие сто граммов реголита. А запуск «Лунохода-1» планировался на ноябрь. У инженеров был месяц, чтобы скорректировать всё, что можно. Но до этого их главным полигоном была Камчатка, долины вулканической пыли в районе вулканов Шивелуч, Толбачик, Ключевской, Крашенинникова и песчаные барханы. Рычажная независимая подвеска отрабатывалась так, чтобы машина могла переваливать через валуны, не задирая корпус и не теряя контакта колес с грунтом. Это была подвеска-вездеход в чистом виде: каждый рычаг работал сам по себе, и машина буквально обтекала рельеф.
Результат превзошел самые смелые ожидания. Когда 17 ноября 1970 года «Луноход-1» съехал по трапу на поверхность Моря Дождей, он принялся методично утюжить лунную равнину. Рассчитанный на три лунных дня, он отработал одиннадцать. Почти год! Десять с половиной километров пути, двадцать пять тысяч фотографий, исследование свойств грунта в пятистах точках. Колеса Кемурджиана месили реголит, оставляя характерный ребристый след, а датчики крена и дифферента, завязанные на шасси, позволяли водителю на Земле «чувствовать» дорогу, несмотря на задержку в пару секунд.
От Чернобыля до Марса
История колеса «Лунохода» не закончилась на Луне. Кемурджиан создал не просто агрегат, а методологию. Принципы, заложенные в восьмиколесное шасси, оказались настолько универсальными и живучими, что их немедленно перенесли на «Луноход-2», который прошел уже 42 километра, а затем и на несостоявшийся «Луноход-3». Но самое поразительное — это земное эхо. Когда в 1986 году грянул Чернобыль, возникла чудовищная проблема: нужно было убирать графит с крыши четвертого энергоблока. Любая обычная техника, попадая туда, просто выгорала от радиации и требовала немедленной эвакуации, что подвергало людей смертельной опасности.
И тут взгляды упали на лабораторию Кемурджиана. На основе лунных шасси в рекордные сроки создали роботов СТР-1. Те самые титановые колеса, которые месили реголит при минус ста пятидесяти, теперь сгребали радиоактивный графит, выдерживая дозы, немыслимые для человека. А позже, глядя на марсоходы NASA, Spirit и Curiosity, приглядитесь к их подвеске и мотор-колесам. Это идейные наследники восьмиколесной тележки, придуманной ленинградским профессором. Так что на вопрос «кто изобрел колесо для лунохода?» у меня есть точный ответ. Его изобрел танковый гений, думавший не о войне, а о том, как проложить путь туда, где не ступала нога человека. И колея эта, поверьте, останется там на миллионы лет.