Луна 9 схема посадки

Луна 9 схема посадки

• Лунная ракета
• Посадочная станция
• Хроника работы
• Телескопическая карта района посадки

Станция «Луна-9» запущена 31 января 1966 г. Осуществила мягкую посадку на поверхность Луны в районе океана Бурь (7°08′ с. ш. и 64°22′ з. д.) 3 февраля 1966 года в 21 час 45 минут 30 секунд по московскому времени. Функционировала на поверхности Луны 4 земных дня (до 6 февраля), передав три полных телевизионных панорамы и два фрагмента во время дополнительного сеанса связи.

«Луна-9» — первый земной аппарат, осуществивший мягкую посадку на поверхность иного небесного тела, является, таким образом, выдающимся памятником инженерного искусства.

Материалы настоящего раздела воспроизводятся главным образом по историческому изданию «Первые панорамы лунной поверхности» т.1, М., «Наука», 1966

Конструкция лунной ракеты Лунная ракета состоит из автоматической станции «Луна-9» (АЛС) 1, двигательной установки, отсека системы управления 2 и различной аппаратуры 3,4, устанавливаемой на корпусе ракеты. С целью уменьшения затрат топлива на торможение у Луны, а следовательно, получения наибольшего веса АЛС вся аппаратура и агрегаты, необходимые только при полете к Луне, размещаются в отделяемых перед торможением отсеках.

Для обеспечения минимального веса сбрасываемых отсеков их герметичные корпуса рассчитаны на перепад давления всего лишь 100 мм рт. ст. На Земле перед стартом давление в отсеках близко к атмосферному. После старта благодаря специально для этого открытому клапану давление в обоих отсеках падает по мере подъема ракеты. Когда оно снижается до 100 мм рт. ст., клапаны закрываются и давление сохраняется в течение всего времени полета до Луны. При этом давлении обеспечивается достаточная теплопередача от приборов к стенкам контейнера.

В АЛС и в отсеке системы управления, где требуется более интенсивный теплоотвод от функционирующих агрегатов путем конвективного теплообмена, давление намного выше — около 1,2 am.

Двигательная установка лунной ракеты состоит из жидкостного ракетного двигателя 5, управляющих двигателей 6 и топливных баков.

Блок баков двигательной установки состоит из сферического бака 7 окислителя и торового бака горючего 8, изготовленных из алюминиевого сплава. Такая форма баков позволила получить наименьший вес двигательной установки и минимальные моменты инерции всей лунной ракеты.

Для посадки на Луну необходимо осуществление двух операций: коррекции траектории и торможения у поверхности с помощью ракетного двигателя. Н аибольший вес лунной станции достигается при применении единой для коррекции и торможения двигательной установки с ракетным двигателем.

Двигатель и система подачи топлива обеспечивают двухразовое включение в невесомости и работу на двух режимах: при коррекции с постоянной тягой и при торможении с широким диапазоном регулирования тяги. Управляющими двигателями служат ракетные двигатели с небольшой тягой. Эти двигатели предназначены для создания управляющих моментов при сохранении заданной ориентации ракеты в пространстве.

Основной силовой конструкцией всей лунной ракеты является сферический бак 7 окислителя двигательной установки. На этот бак устанавливаются все системы и двигатель. Это позволит согласовать направления их взаимной установки с точностью до нескольких минут дуги и сохранить эту точность во время всего полета при колебаниях давления в баке из-за изменения температуры.

Кроме того, такая схема позволяет свести к минимуму число соединительных элементов конструкции и, следовательно, уменьшить вес лунной ракеты.

Системы лунной ракеты . Система ориентации предназначена для ориентации двигателя в направлении, заданном с Земли, при проведении коррекции и для ориентации по лунной вертикали перед торможением у Луны. Система ориентации состоит из оптического блока, датчиков угловых скоростей и счетно-решающих логических устройств. Исполнительные органы системы ориентации состоят из микродвигателей 9, работающих на сжатом газе, и баллонов 10 с запасом газа. Радиовысотомер 11 имеет свою узконаправленную параболическую антенну 12.

Система астроориентации, как уже было сказано, придает лунной ракете заданное положение перед работой двигателя при коррекции и торможении. По команде на включение двигателя система астроориентации отключается. Дальше в течение всего времени работы двигателя управление лунной ракетой и ее стабилизация обеспечиваются специальной системой, состоящей из гироскопических устройств. Кроме того, имеется устройство для регулирования тяги двигателя при торможении.

Тепловой режим лунной ракеты и всех систем при полете к Луне обеспечивается за счет придания элементам конструкции определенных оптических свойств, что достигается соответствующей окраской, и создания определенного режима вращения ракеты относительно Солнца.

Управление лунной ракетой в полете осуществляется как по командной радиолинии с Земли, так и бортовыми программно-временными и логическими устройствами. Управление процессами, которые являются основными для доставки станции на Луну и протекают достаточно быстро, например коррекция или торможение, проводится автономно. Только исходные данные для этих процессов задаются с Земли, так как они зависят от параметров действительной траектории. С другой стороны, управление многими процессами (в частности, все сеансы радиосвязи во время полета, предназначенные для траекторных измерений, передача телеметрической информации и прием на борту установочных данных) осуществляется по командам с Земли. В ряде случаев, например в сеансах радиосвязи, после посадки управление может вестись как по командам с Земли, так и от бортового программного устройства.

Радиотелеметрические системы лунной ракеты и АЛС «Луна-9» обеспечивают не только передачу научной информации, но и контроль работы аппаратуры и состояния различных элементов конструкции. Во всех герметических отсеках измеряются температура и давление. Температура измеряется также в различных местах оболочек и внутри многих приборов. Контролируются электрические напряжения как непосредственно у источников электропитания, так и трансформированные различными преобразователями. С помощью телеметрии передаются также сигналы, подтверждающие осуществление различных операций, например раскрытия антенн, отделения тех или других частей, срабатывания механизмов.

Столь тщательное исследование всего комплекса аппаратуры и в особенности самой станции «Луна-9» необходимо потому, что одной из важнейших научных задач эксперимента является изучение характера функционирования аппаратуры в совершенно новых и сложных условиях нахождения на Луне, где, например, температура грунта в окрестности станции должна была измениться за время ее работы градусов на полтораста по мере увеличения высоты Солнца.

На лунной ракете и АЛС энергопитание аппаратуры осуществляется химическими батареями. Такая система при времени работы 3-5 суток в весовом отношении более выгодна, чем система энергопитания с солнечными батареями. Кроме того, она проще и надежнее, что особенно важно при осуществлении первого эксперимента посадки на Луну.

Большая часть источников электропитания находится в сбрасываемых отсеках, и только те источники тока, которые обеспечивают работу аппаратуры на участке торможения и работу автоматической станции «Луна-9» после посадки, установлены соответственно в отсеке системы управления 2 и на АЛС.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ «ЛУНА-9»

Основные системы АЛС «Луна-9» находятся внутри герметичного контейнера, по форме близкого к сфере. Корпус лунной станции состоит из двух полуоболочек.

Внутри корпуса установлена рама с приемно-передающей аппаратурой, приборами командной радиолинии, электронными программно-временными устройствами, химическими батареями, приборами автоматики, научной и телеметрической аппаратурой. В нижней полуоболочке закреплены вентилятор, электроклапан и радиатор системы терморегулирования, а в верхней — телевизионная система и счетчики космической радиации.

Снаружи на корпусе установлены четыре лепестковые антенны 1, четыре штыревые антенны 2 с подвешенными на них эталонами яркости 3 и три двугранных зеркала 4. Лепестковые и штыревые антенны и зеркала при посадке находятся в сложенном положении. Двугранные зеркала позволяют передавать стереоскопическое изображение шести узких участков лунной поверхности, а эталоны яркости, имеющие различную окраску с известными коэффициентами отражения, предназначены для оценки альбедо лунных пород в районе посадки.

Лунная станция вместе с посадочными устройствами закрепляется на отсеке системы управления лунной ракеты.

Сложенные лепестки-антенны придают АЛС яйцевидную форму; ее центр тяжести расположен ближе к основанию. Благодаря этому лунная станция после отделения посадочных устройств принимает заданное положение на лунной поверхности (лепестками вверх). Одновременно лепестки защищают телевизионную камеру, штыревые антенны, механизмы и зеркала от случайного повреждения и запыления.

Примерно через 4 мин. после посадки по команде от программно-временного устройства или же часового механизма срабатывает механизм открытия лепестков (команда на открытие лепестков может быть выдана и с Земли). По открытии лепестков-антенн сама станция, штыревые антенны и зеркала приводятся в рабочее положение.

Вес АЛС «Луна-9» после посадки соответствует весу на Земле около 100 кГ.

Размеры станции: от основания до центра объектива телевизионной камеры 58 см, высота со штыревыми антеннами 112 см, диаметр описанной окружности по открытым лепесткам 160 см.

Во время полета и после посадки, до приведения АЛС в рабочее положение, передающими и приемными антеннами метрового диапазона являются сложенные лепестки. Форма лепестков выбрана такой, чтобы диаграмма направленности антенной системы была близка к круговой.

После посадки и приведения станции в рабочее положение открытые лепестки служат только передающими антеннами, а в качестве приемных используются четыре штыревые антенны, раскрывающиеся после открытия лепестков. Выбранная схема размещения и использования антенн обеспечивает связь с лунной станцией после посадки как в случае, если по каким-либо причинам не раскроются лепестки, так и в случае, если станция не примет нормального положения на Луне.

Для обеспечения температурного режима лунной станции после посадки система терморегулирования выбрана такой, чтобы максимально изолировать станцию от внешних тепловых потоков и обеспечить отвод наружу выделяемого приборами тепла. Защита станции от тепловых потоков, излучаемых лунной поверхностью и Солнцем, осуществляется специальной термической изоляцией на корпусе станции.

Система терморегулирования состоит из радиаторов — бачков с водой, блока автоматики, вентилятора и электроклапана.

Вентилятор обеспечивает передачу тепла от приборов к газу и от газа к радиаторам. Блок автоматики по фактической температуре газа выдает команду на открытие или закрытие электроклапана. При открытии клапана бачки соединяются с внешней средой и происходит испарение воды в вакуум, что обеспечивает отвод тепла от радиаторов, при этом температура газа и приборов понижается. При закрытии клапана испарение воды и отвод тепла наружу прекращаются.

Система терморегулирования может нормально функционировать при любом положении станции относительно Луны. Для обеспечения теплового режима телевизионной камеры, выступающей за обводы герметического корпуса станции, наружная поверхность камеры позолочена. Это исключает нагрев камеры за счет тепла, излучаемого лунной поверхностью и Солнцем. Кроме того, для защиты от прямого попадания солнечных лучей на верхней части телевизионной камеры установлен теплоизолирующий экран.

Сеанс передачи телевизионного изображения первой лунной панорамы и телеметрических данных.

Включение телевизионной аппаратуры автоматической лунной станции. Обзор лунного ландшафта и передача на Землю панорамы лунной поверхности.

Прием телеметрических данных о состоянии и функционировании бортовых систем и аппаратуры

Источник

Луна-9

Луна-9 — первый советский пилотируемый космический аппарат, который совершил мягкую посадку на поверхности Луны. Благодаря этому исследователям удалось сделать круговую фотопанораму земного спутника.

История проекта

Спустя несколько месяцев после запуска первого спутника, Королёв, собрав свою команду, предложил организовать экспедицию на Луну. Сразу после этого начали выдвигать предложения по поводу того, как доказать, что Советский союз действительно смог добраться до земного спутника.

В итоге прерия сторон прекратил академик Котельников, который предложил снабдить будущий летающий аппарат несколькими передатчиками. Последние должны транслировать постоянный сигнал. Прекращение работы передатчиков стало бы свидетельством того, что запущенный аппарат достиг цели.

Первые попытки отправиться на спутник Земли начали предпринимать в 1958 году. Тогда из-за аварии ракетоносителя потеряли Луну-1А и Луну-1В. Через год запуск космического аппарата состоялся. Однако Луна-1 пролетела мимо спутника, уйдя на расстояние в 6000 километров. Но данный модуль продолжил работу. Луну-1 в будущем использовали как первый научный спутник, который следил за состоянием Солнца.

Осенью 1959 года состоялся первый удачный запуск станции Луна-2, которая смогла достичь поверхности земного спутника. При этом аппарат осуществил жёсткую посадку. То есть данная станция лишь показала, что Советский союз способен достигнуть Луны. Никакой научной информации этот аппарат не собрал.

Позднее было осуществлено ещё несколько запусков, часть которых оказалась неудачной. В этот период на орбиту были выведены спутники, которые сняли обратную сторону Луны и сделали ещё ряд снимков. Последние, в частности, доказали, что небесное тело, как и Земля, имеет круглую форму.

С конца 1965 года при участии ОКБ-1 и Машиностроительного завода им. С.А. Лавочкина началась работа над созданием станции Луна-9. Перед последней поставили 2 задачи: осуществить мягкую посадку и сделать панорамный снимок спутника Земли. Официально Луна-9 была завершена к 31-му января 1966 года, когда состоялся запуск ракетоносителя.

Конструкция

Луна-9 состояла из следующих элементов:

• отсек системы управления;
• двигательная установка;
• вычислительная аппаратура (закреплялась на корпусе);
• радиотелеметрическая система;
• радиовысотомер;
• антенна и фидер;
• системы регулирования температуры, энергопитания и бортовой электроники.

Часть встроенного оборудования, которое управляло подлётом станции к Луне, располагалось в отделяемых отсеках. Также станция включала в себя двигательную установку, состоящую из:

• управляющих моторов;
• топливного бака;
• сферического бака с окислителем, на который крепились все двигатели;
• жидкостного ракетного двигателя.

Такая двигательная установка работала в двух режимах: при коррекции направления полёта и торможении. В обоих случаях менялся характер подачи тяги. При работе основного двигателя могли подключаться верньерные моторы, которые удерживали станцию Луна-9 в заданной точке космического пространства. Последний процесс корректировался с Земли и регулировался с помощью:

• датчиков угловых скоростей;
• оптического блока;
• логических и других устройств;
• микродвигателей, работающих на сжатом газе (непосредственно корректировали ориентацию).

Взаимодействие, продолжительность и другие параметры работы указанных компонентов автоматически регулировались бортовой электроникой.

Отдельные элементы управления, которые корректировали посадку станции Луна-9, располагались в модуле АЛС. Последний, имевший герметичный корпус, содержал:

• химические батареи;
• приёмно-передающую аппаратуру;
• командную радиолинию;
• аппаратуру автоматического управления;
• научное и телеметрическое оборудование.

Также внутри в отдельных блоках располагались системы терморегулирования и передачи данных, счетчики космической радиации. Сверху модуля крепились несколько антенн, двугранные зеркала и телевизионная камера, которая должна была сделать снимки поверхности Луны.

Масса космической станции из-за указанного оборудования и топлива достигала 1583 килограмма. При этом вес АЛС Луна-9, который опустился на поверхность земного спутника, составлял 100 килограмм. Вокруг данного модуля располагались амортизаторы, которые обеспечили мягкую посадку.

Конструкция Луна — 9

Полет

Запуск станции Луна-9 состоялся 31-го января 1966 года с космодрома «Байконур». Полёт был разделён на 4 этапа:

• Вывод спутника на земную орбиту.
• Запуск ракетного блока с переводом спутника на траекторию, по которой Луна-9 должна была достигнуть намеченной цели.
• Коррекция движения (произошла спустя сутки после запуска).
• Снижение, торможение и мягкая посадка.

Скорость на подходе к земному спутнику составляла 2,6 км/ч. Но несмотря на это, тормозящие двигатели выполнили задачу, и аппарат смог мягко сесть на поверхность в районе океана Бурь. На следующий день после завершения полёта станция начала отправлять панорамные снимки Луны на Землю. Всего исследователи провели 7 подобных сеансов, общая продолжительность которых составила 8 часов. Столь длительная трансляция обусловлена несовершенством оборудования того времени, а также большим расстоянием между небесными телами. На передачу одного панорамного снимка уходило 100 минут.

При определении как места, так и времени посадки учитывались дополнительные факторы. Одним из последних было положение Солнца над местным горизонтом. Для облегчения посадки выбрали время, когда звезда располагалась под углом в 3 градуса.

Прилунение

Станция Луна-9 приступила к посадке по достижению высоты в 8300 километров. Этот процесс проходил в несколько этапов. Сначала двигатели стабилизировали положение модуля относительно лунной вертикали. Далее станция приступила к спуску.

По достижению высоты 70-75 километров встроенное оборудование активизировало радиолокационный высотомер, по сигналам которого электроника автоматически надувала амортизационные подушки, отделялись навигационные блоки и запускался основной двигатель. На данном этапе станция спускалась со скоростью 2630 м/с.

Как только модуль достиг высоты 250-265 метров, остановился главный двигатель и включились четыре вспомогательных, закреплённых на кронштейнах. Это позволило уменьшить скорость спуска. В дальнейшем в действие приводились встроенные механизмы, призванные обеспечить мягкую посадку. Модуль оснащался пятиметровой штангой. После касания последней лунной поверхности автоматически отстреливалась посадочная капсула, благодаря чему скорость спуска уменьшилась до 15 м/с.

Надувшиеся воздушные подушки снизили силу удара. После прилунения данные элементы по прошествии четырёх минут самостоятельно разделились по шву, высвободив станцию. Ещё через минуту были развёрнуты продпружиненные лепестки и антенны.

Результаты экспедиции

Первые фотографии, которые отправила Луна-9, показали отсутствие толстого слоя пыли. Это было видно потому, что опустившийся АЛС не погрузился глубоко в грунт. Учёные определили по фотографиям, что поверхность земного спутника преимущественно слабо волнистая.

Бортовая электроника на Луна-9 выявила превышение уровня радиации в 1,58 раза в сравнении с тем, что было зарегистрировано в момент полёта станции. Это означает, что спутник Земли содержит частицы, которые испускают такое излучение. Также было установлено отсутствие заметного магнитного поля, что указывает на отсутствие подвижного ядра.

Луна-9 стала первой пилотируемой станцией, которая:

• совершила мягкую посадку на Луне;
• сделала и передала круговую панораму с лунной поверхности;
• провела сбор научной информации и измерений на Луне с помощью встроенного оборудования.

Эти рекорды были зарегистрированы Международной авиационной федерацией (FAI) через год после посадки.

Экспедиция станции Луна-9 примечательна одной особенностью: первые панорамные фотографии опубликовали не советские учёные, а британские астрономы. Последние, воспользовавшись радиотелескопом Джодрелл Бэнк, перехватили сигнал с космического аппарата и получили изображения спутника. Однако опубликованные фотографии оказались искажёнными. Более точную картинку смогли позднее предоставить советские учёные.

Источник