Посадка на Луну

Луна посадки является прибытие космического аппарата на поверхность Луны . Это включает как пилотируемые, так и роботизированные миссии. Первый человек сделал объект , чтобы коснуться Луны был Советский Союз «s Luna 2 , 13 сентября 1959 года ^[3]

Интерактивная карта местоположений всех успешных мягких посадок на ближней стороне Луны на сегодняшний день (вверху).   Луна программа (СССР)   Программа Чанъэ (Китай)   Сюрвейерская программа (США)   Программа Аполлон (США) Даты - это даты посадки по всемирному координированному времени . За исключением программы «Аполлон», все мягкие посадки были без экипажа. Кадр из видеопередачи, снятой за несколько минут до того, как Нил Армстронг стал первым человеком, ступившим на поверхность Луны, в 02:56 UTC 21 июля 1969 года. Это событие смотрели примерно 500 миллионов человек во всем мире, что составляет самую большую телевизионную аудиторию для прямая трансляция в то время. [1] [2]

Американский космический корабль « Аполлон-11» стал первой миссией с экипажем, совершившей посадку на Луну 20 июля 1969 года. ^[4] В период с 1969 по 1972 год было совершено шесть посадок в США с экипажем и множество посадок без экипажа, при этом мягких посадок в период с 22 августа 1976 года не произошло. и 14 декабря 2013 г.

США является единственной страной , которая успешно провела Crewed миссии на Луну, с последним отходя лунной поверхности в декабре 1972. Все мягких посадок не произошло на ближней стороне Луны до 3 января 2019, когда китайский Чанг» Космический аппарат Е-4 совершил первую посадку на обратной стороне Луны . ^[5]

Штамп с изображением первого мягкого приземления зонда " Луна 9" рядом с первым видом лунной поверхности, сфотографированным зондом.

После неудачной попытки Луны-1 приземлиться на Луну в 1959 году Советский Союз совершил первую жесткую посадку на Луну - "жесткая", что означает, что космический корабль намеренно врезался в Луну - позже в том же году с космическим кораблем Луна 2 , подвиг США продублировали в 1962 году Ranger 4 . С тех пор двенадцать советских и американских космических кораблей использовали тормозные ракеты ( ретроковые ракеты ) для мягких посадок и выполнения научных операций на лунной поверхности в период с 1966 по 1976 год. В 1966 году СССР выполнил первые мягкие приземления и сделал первые снимки с Земли. поверхность Луны во время миссий « Луна 9» и « Луна 13» . США последовали за ними с пятью мягкими посадками Surveyor без экипажа .

СССР достиг первого необитаемых лунного грунта образец возвращение с Луны 16 зонда 24 сентября 1970 года За этим последовало Luna 20 и Luna 24 в 1972 и 1976, соответственно. После неудачного запуска в 1969 году первого Лунохода , Луна Е-8 № 201 , Луна 17 и Луна 21 успешно выполняли миссии беспилотного лунохода в 1970 и 1973 годах.

Многие миссии были неудачными при запуске. Кроме того, несколько вылетов без экипажа достигли поверхности Луны, но были безуспешными, в том числе: Луна 15 , Луна 18 и Луна 23 разбились при приземлении; и US Surveyor 4 потерял радиосвязь всего за несколько мгновений до приземления.

Совсем недавно другие страны разбили космические корабли на поверхности Луны на скорости около 8000 километров в час (5000 миль в час), часто в точных, запланированных местах. Как правило, это были отслужившие свой срок лунные орбитальные аппараты, которые из-за системной деградации больше не могли преодолевать возмущения от концентраций лунной массы ("массконцентрации") для поддержания своей орбиты. Японский лунный орбитальный аппарат Hiten столкнулся с поверхностью Луны 10 апреля 1993 года. Европейское космическое агентство произвело управляемый аварийный удар со своим орбитальным аппаратом SMART-1 3 сентября 2006 года.

14 ноября 2008 г. Индийская организация космических исследований (ISRO) провела управляемое столкновение с помощью своего лунного зонда (MIP). MIP представлял собой зонд, сброшенный с индийского лунного орбитального аппарата Chandrayaan-1, и проводил эксперименты по дистанционному зондированию во время его спуска на Луну. поверхность.

Китайский лунный орбитальный аппарат Chang'e 1 совершил управляемое падение на поверхность Луны 1 марта 2009 года. Миссия марсохода Chang'e 3 совершила мягкую посадку 14 декабря 2013 года, как и его преемник Chang'e 4 3 декабря. Январь 2019 года. Все мягкие посадки с экипажем и без экипажа происходили на ближней стороне Луны до 3 января 2019 года, когда китайский космический корабль Chang'e 4 совершил первую посадку на обратной стороне Луны . ^[5]

22 февраля 2019 года израильское частное космическое агентство SpaceIL запустило космический корабль Beresheet на борту Falcon 9 с мыса Канаверал, штат Флорида, с намерением осуществить мягкую посадку. SpaceIL потерял контакт с космическим кораблем, и 11 апреля 2019 года он упал на поверхность. ^[6]

Индийская организация космических исследований запустила « Чандраяан-2» 22 июля 2019 года, посадка намечена на 6 сентября 2019 года. Однако на высоте 2,1 км от Луны за несколько минут до мягкой посадки посадочный модуль потерял связь с диспетчерской. ^[7]

Всего на Луну высадились двенадцать человек. Это было достигнуто двумя американскими пилотами-астронавтами, управляющими лунным модулем в каждой из шести миссий НАСА в течение 41-месячного периода, начиная с 20 июля 1969 года, с Нилом Армстронгом и Баззом Олдрином на Аполлоне-11 и заканчивая 14 декабря 1972 года с Джином Сернаном и Джек Шмитт на Аполлоне-17 . Сернан был последним человеком, сошедшим с поверхности Луны.

Во всех лунных миссиях Apollo третий член экипажа оставался на борту командного модуля . Последние три миссии включали управляемый луноход, Lunar Roving Vehicle , для повышения мобильности.

Чтобы попасть на Луну, космический корабль должен сначала покинуть гравитационный колодец Земли ; в настоящее время единственным практическим средством является ракета . В отличие от летательных аппаратов, таких как воздушные шары и реактивные самолеты , ракета может продолжать ускоряться в вакууме за пределами атмосферы .

При приближении к целевой Луне космический корабль будет приближаться к ее поверхности с возрастающей скоростью из-за силы тяжести. Чтобы приземлиться неповрежденным, он должен замедлиться до менее 160 километров в час (99 миль в час) и быть прочным, чтобы выдерживать «жесткую посадку», или он должен замедлиться до незначительной скорости при контакте для «мягкой посадки» (единственное вариант для человека). Первые три попытки США совершить успешную жесткую посадку на Луну с помощью сейсмометра повышенной прочности в 1962 году потерпели неудачу. ^[8] Советский Союз впервые совершил веху - жесткую посадку на Луну с помощью камеры повышенной прочности в 1966 году, а всего через несколько месяцев - первая мягкая посадка на Луну без экипажа, совершенная США.

Скорость аварийной посадки на ее поверхность обычно составляет от 70 до 100% от космической скорости целевой Луны, и, таким образом, это полная скорость, которая должна быть потеряна из-за гравитационного притяжения целевой Луны, чтобы произошло мягкое приземление. Для Луны Земли убегающая скорость составляет 2,38 километра в секунду (1,48 миль / с). ^[9] Изменение скорости (называемое дельта-v ) обычно обеспечивается посадочной ракетой, которая должна быть доставлена ​​в космос исходной ракетой-носителем как часть всего космического корабля. Исключением является мягкая посадка на Луну на Титане, осуществленная зондом Гюйгенс в 2005 году. Поскольку это Луна с самой плотной атмосферой, посадки на Титан могут быть выполнены с использованием методов входа в атмосферу , которые обычно легче по весу, чем ракеты с аналогичными возможностями.

Советам удалось совершить первую аварийную посадку на Луну в 1959 году. ^[10] Аварийные посадки ^[11] могут происходить из-за неисправностей в космическом корабле, или они могут быть специально организованы для транспортных средств, у которых нет бортовой посадочной ракеты. Было много таких падений Луны , часто с управляемой траекторией полета для ударов в точных местах на поверхности Луны. Например, во время программы Apollo третья ступень S-IVB ракеты Saturn V, а также отработанная ступень подъема лунного модуля были намеренно разбиты на Луне несколько раз, чтобы обеспечить удары, регистрируемые как лунное землетрясение на оставленных сейсмометрах. на лунной поверхности. Такие аварии сыграли важную роль в картировании внутренней структуры Луны .

Чтобы вернуться на Землю, космический корабль должен преодолеть космическую скорость, чтобы космический корабль покинул гравитационный колодец Луны. Ракеты необходимо использовать, чтобы покинуть Луну и вернуться в космос. При достижении Земли методы входа в атмосферу используются для поглощения кинетической энергии возвращающегося космического корабля и снижения его скорости для безопасной посадки. ^{[ необходима цитата ]} Эти функции значительно усложняют миссию по высадке на Луну и приводят ко многим дополнительным эксплуатационным соображениям. Любая отправляемая на Луну ракета должна сначала быть доставлена ​​на поверхность Луны с помощью ракеты для посадки на Луну, увеличивая требуемый размер последней. Ракета вылета на Луну, более крупная ракета для посадки на Луну и любое оборудование входа в атмосферу Земли, такое как тепловые экраны и парашюты, в свою очередь, должны подниматься оригинальной ракетой-носителем, что значительно увеличивает ее размер в значительной и почти непомерно высокой степени.

Интенсивные усилия, предпринятые в 1960-х годах для достижения сначала беспилотного, а затем, в конечном итоге, высадки человека на Луну, становится легче понять в политическом контексте этой исторической эпохи. Вторая мировая война принесла много новых и смертоносных нововведений, включая внезапные атаки в стиле блицкрига, использованные при вторжении в Польшу и Финляндию , а также при нападении на Перл-Харбор ; V-2 ракеты , баллистическая ракета , которая убила тысячи нападений на Лондоне и Антверпене ; и атомная бомба , унесшая жизни сотен тысяч человек в результате атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки . В 1950-х годах нарастала напряженность между двумя идеологически противоположными сверхдержавами - США и Советским Союзом , которые вышли победителями в конфликте, особенно после разработки обеими странами водородной бомбы .

Вилли Лей писал в 1957 году, что ракета на Луну «может быть построена позже в этом году, если удастся найти кого-нибудь, кто подпишет какие-то бумаги». ^[12] 4 октября 1957 года Советский Союз запустил Спутник-1 в качестве первого искусственного спутника на орбите Земли и таким образом инициировал космическую гонку . Это неожиданное событие стало источником гордости для Советов и потрясением для США, которые теперь потенциально могут быть внезапно атакованы советскими ракетами с ядерными боеголовками менее чем за 30 минут. ^{[ необходима цитата ]} Кроме того, постоянный звуковой сигнал радиомаяка на борту Спутника 1, когда он проходил над головой каждые 96 минут, широко рассматривался обеими сторонами ^{[ необходима цитата ]} как эффективная пропаганда для стран третьего мира, демонстрирующая технологическое превосходство советской политической системы по сравнению с к мнению США. Это восприятие было подкреплено рядом последовавших за этим стремительных советских космических достижений. В 1959 году ракета Р-7 использовалась для первого выхода из гравитационного поля Земли на солнечную орбиту , первого столкновения с поверхностью Луны и первой фотографии невиданной ранее обратной стороны Луны. . Это были космические корабли « Луна-1» , « Луна-2» и « Луна-3» .

Реакцией США на эти советские достижения было значительное ускорение ранее существовавших военно-космических и ракетных проектов и создание гражданского космического агентства НАСА . Военные усилия были начаты разработкой и производство массового количеств межконтинентальных баллистических ракет ( МБР ) , которые мост так называемым ракетным разрыва и позволяют проводить политику сдерживания к ядерной войне с СССР , известной как гарантированное взаимным уничтожением или MAD. Эти недавно разработанные ракеты были предоставлены гражданским лицам НАСА для различных проектов (которые имели дополнительное преимущество, демонстрируя Советам полезную нагрузку, точность наведения и надежность американских межконтинентальных баллистических ракет).

В то время как НАСА подчеркивало мирное и научное использование этих ракет, их использование в различных усилиях по исследованию Луны также имело второстепенную цель - реалистичное, целенаправленное испытание самих ракет и развитие соответствующей инфраструктуры, ^{[ цитата необходима ],} как и Советы. их Р-7.

После распада Советского Союза в 1991 году были опубликованы исторические записи, позволяющие достоверно подсчитать усилия Советского Союза на Луне. В отличие от американской традиции присваивать конкретное название миссии перед запуском, Советы присваивали общедоступный номер миссии « Луна » только в том случае, если запуск привел к выходу космического корабля за пределы околоземной орбиты. Эта политика скрывала неудачи советских миссий на Луну от общественности. Если попытка не удалась на околоземной орбите перед отлетом на Луну, ей часто (но не всегда) давали номер миссии « Спутник » или « Космос » на околоземную орбиту, чтобы скрыть ее цель. Стартовые взрывы вообще не признавались.

Художник изображает космический корабль Ranger прямо перед столкновением

В отличие от успехов советских исследователей Луны в 1959 году, успех ускользнул от первоначальных попыток США достичь Луны с помощью программ « Пионер» и « Рейнджер» . Пятнадцать последовательных миссий США без экипажа на Луну за шестилетний период с 1958 по 1964 год все провалили свои основные фотографические миссии; ^{[13] [14]} Однако Рейнджеры 4 и 6 успешно повторили советские лунные столкновения в рамках своих второстепенных миссий. ^{[15] [16]}

Неудачи включали три попытки США ^{[8] [15] [17]} в 1962 году посадить на твердую землю небольшие сейсмометрические блоки, выпущенные главным космическим кораблем Ranger. Эти наземные комплексы должны были использовать ретроковые ракеты, чтобы выжить при приземлении, в отличие от базового транспортного средства, которое было разработано для преднамеренного столкновения с поверхностью. Последние три зонда Ranger выполнили успешные полеты на высотную лунную разведку во время преднамеренных столкновений со скоростью от 2,62 до 2,68 километров в секунду (9400 и 9600 км / ч). ^{[18] [19] [20]}

Пионерские миссии

Три различных конструкции лунных зондов "Пионер" были запущены на трех различных модифицированных межконтинентальных баллистических ракетах. Те, кто летал на ускорителе Thor, модифицированном верхней ступенью Able, несли телевизионную систему со сканированием инфракрасного изображения с разрешением 1 миллирадиан для изучения поверхности Луны, ионизационную камеру для измерения радиации в космосе, узел диафрагмы / микрофона для обнаружения микрометеоритов и др. магнитометр и терморезисторы для контроля внутреннего теплового режима космического корабля. Первая, миссия, управляемая ВВС США , взорвалась во время запуска; все последующие полеты Pioneer на Луну осуществлялись НАСА в качестве ведущей управляющей организации. Следующие два вернулись на Землю и сгорели при входе в атмосферу после достижения максимальной высоты около 110000 километров (68000 миль) и 1450 километров (900 миль), что намного меньше примерно 400000 километров (250 000 миль), необходимых для достижения окрестностей. Луны.

NASA затем сотрудничали с армией Соединенных Штатов «s Агентством баллистических ракет летать два чрезвычайно малые конусообразные зонды на Juno МБР, неся только фотоэлементы , которые будут запускаемыми при свете Луны и лунного экспериментом радиационной обстановки с использованием Гейгер Трубчатый детектор Мюллера . Первый из них достиг высоты всего около 100000 километров (62000 миль), случайно собрав данные, которые установили наличие радиационных поясов Ван Аллена перед повторным входом в атмосферу Земли. Второй пролетел мимо Луны на расстоянии более 60000 километров (37000 миль), вдвое больше, чем планировалось, и слишком далеко, чтобы запустить какой-либо из бортовых научных инструментов, но все же стал первым космическим кораблем США, достигшим солнечной орбита .

Окончательная конструкция лунного зонда Pioneer состояла из четырех солнечных панелей типа « гребное колесо », выходящих из сферического корпуса космического корабля со стабилизированным вращением диаметром один метр, оборудованного для получения изображений лунной поверхности с помощью телевизионной системы, оценки массы Луны и топографии поверхности Луны. полюсов , регистрируют распределение и скорость микрометеоритов, изучают излучение, измеряют магнитные поля , обнаруживают низкочастотные электромагнитные волны в космосе, а также используют сложную интегрированную двигательную установку для маневрирования и вывода на орбиту. Ни один из четырех космических кораблей, построенных в этой серии зондов, не пережил запуск на межконтинентальной баллистической ракете Атлас, оснащенной разгонным блоком Able.

После неудачных исследований Atlas-Able Pioneer Лаборатория реактивного движения НАСА приступила к программе разработки беспилотных космических аппаратов, модульная конструкция которых может использоваться для поддержки как лунных, так и межпланетных исследовательских миссий. Межпланетные версии были известны как Mariners ; Лунные версии были Рейнджерами . Лаборатория реактивного движения предусматривала три версии лунных зондов Ranger: прототипы Block I, которые будут нести различные детекторы излучения в испытательных полетах на очень высокую околоземную орбиту, которая не приближается к Луне; Блок II, который попытается совершить первую высадку на Луну путем жесткой посадки сейсмометра; и Block III, который врезался бы в поверхность Луны без каких-либо тормозящих ракет, делая снимки Луны с очень высоким разрешением и большой площадью во время их спуска.

Миссии рейнджеров

Миссии Ranger 1 и 2 Block I были практически идентичны. ^{[21] [22]} Эксперименты на космическом корабле включали телескоп Лайман-альфа , магнитометр на парах рубидия , электростатические анализаторы, детекторы частиц среднего диапазона энергий , два телескопа тройного совпадения, интегрирующую ионизационную камеру космических лучей , детекторы космической пыли и сцинтилляционные счетчики . Цель состояла в том, чтобы вывести эти космические аппараты Block I на очень высокую околоземную орбиту с апогеем 110 000 километров (68 000 миль) и перигеем 60 000 километров (37 000 миль). ^[21]

С этой точки зрения ученые могли проводить прямые измерения магнитосферы в течение многих месяцев, в то время как инженеры совершенствовали новые методы регулярного отслеживания и связи с космическими кораблями на таких больших расстояниях. Такая практика считалась жизненно важной для обеспечения захвата телевизионных передач с высокой пропускной способностью с Луны во время одноразового пятнадцатиминутного временного окна в последующих лунных спусках в Блоке II и Блоке III. Обе миссии Block I потерпели неудачу с новым разгонным блоком Agena и никогда не покидали низкую орбиту стоянки Земли после запуска; оба сгорели при повторном входе всего через несколько дней.

Первые попытки высадиться на Луну были предприняты в 1962 году во время миссий Рейнджерс 3, 4 и 5, совершенных Соединенными Штатами. ^{[8] [15] [17]} Все три базовые машины миссии Block II были высотой 3,1 м и состояли из лунной капсулы, покрытой ограничителем удара из бальзового дерева, диаметром 650 мм, монотопливного срединного двигателя, Ретракета с тягой 5 050 фунтов силы (22,5 кН), ^[15] и позолоченное и хромированное шестиугольное основание диаметром 1,5 м. Этот спускаемый аппарат (кодовое название Tonto ) был разработан для обеспечения амортизации ударов с использованием внешнего покрытия из измельчаемого бальзового дерева и внутреннего наполнения несжимаемым жидким фреоном . Металлическая сфера полезной нагрузки диаметром 42 кг (56 фунтов) диаметром 30 сантиметров (0,98 фута) плавала и могла свободно вращаться в резервуаре с жидким фреоном, содержащимся в приземляющейся сфере. ^{[ необходима цитата ]}

Эта сфера полезной нагрузки содержала шесть серебристо- кадмиевых батарей для питания радиопередатчика мощностью 50 милливатт, термочувствительный генератор, управляемый напряжением, для измерения температуры поверхности Луны и сейсмометр, обладающий достаточно высокой чувствительностью, чтобы обнаруживать удар 5 фунтов (2,3 кг). метеорит на противоположной стороне Луны. Вес был распределен в сфере полезного груза, так что он мог вращаться в своем жидком покрытии, чтобы установить сейсмометр в вертикальное рабочее положение независимо от того, какова конечная ориентация покоя внешней приземляющейся сферы. После приземления необходимо было открыть пробки, чтобы фреон испарился, а сфера полезной нагрузки установилась в вертикальном контакте с посадочной сферой. Батареи были рассчитаны на три месяца работы в сфере полезной нагрузки. Различные ограничения миссии ограничивали посадочную площадку Oceanus Procellarum на лунном экваторе, до которой в идеале посадочный модуль должен был добраться через 66 часов после запуска.

На десантных аппаратах Ranger не было фотоаппаратов, и во время миссии нельзя было делать никаких снимков с поверхности Луны. Вместо этого на базовом корабле Ranger Block II длиной 3,1 метра была установлена ​​телевизионная камера с 200-строчной разверткой, которая должна была захватывать изображения во время спуска на поверхность Луны в свободном падении. Камера предназначена для передачи изображения каждые 10 секунд. ^{[15] За} секунды до столкновения, на высоте 5 и 0,6 км (3,11 и 0,37 мили) над поверхностью Луны, базовые корабли Ranger сделали снимок (который можно увидеть здесь ).

Другими инструментами, собирающими данные до того, как базовый корабль упал на Луну, были гамма-спектрометр для измерения общего химического состава Луны и радиолокационный высотомер. Радиолокационный высотомер должен был подать сигнал о выбросе посадочной капсулы и ее твердотопливной тормозной ракеты за борт базового корабля Block II. Тормозная ракета должна была замедлиться, а приземляющаяся сфера полностью остановиться на высоте 330 метров (1080 футов) над поверхностью и отделиться, позволяя приземляемой сфере снова свободно упасть и удариться о поверхность. ^{[ необходима цитата ]}

На «Рейнджер-3» отказ системы наведения «Атлас» и ошибка программного обеспечения на борту разгонного блока Agena в совокупности привели к тому, что космический корабль выбрал курс, который не попадал бы на Луну. Попытки сохранить лунные фотографии во время облета Луны были сорваны из-за отказа бортового бортового компьютера в полете. Вероятно, это произошло из-за предварительной тепловой стерилизации космического корабля, когда он оставался на земле выше точки кипения в течение 24 часов, чтобы защитить Луну от загрязнения земными организмами. Тепловую стерилизацию также обвиняли в последующих сбоях в полете компьютера космического корабля на Рейнджере 4 и подсистемы питания на Рейнджере 5. Только Рейнджер 4 достиг Луны в результате неконтролируемого столкновения с обратной стороной Луны. ^{[ необходима цитата ]}

Тепловая стерилизация была прекращена для последних четырех зондов Block III Ranger. ^{[ необходима цитата ]} Они заменили посадочную капсулу Block II и ее ретророзет на более тяжелую и более мощную телевизионную систему для поддержки выбора места посадки для предстоящих миссий по высадке на Луну с экипажем Аполлона. Шесть камер были разработаны, чтобы сделать тысячи снимков с большой высоты за последние двадцать минут перед тем, как упасть на поверхность Луны. Разрешение камеры составляло 1132 строки развертки, что намного выше, чем 525 строк, найденных в типичном домашнем телевизоре США 1964 года. В то время как Ranger 6 потерпел неудачу в этой системе камеры и не вернул никаких фотографий, несмотря на успешный полет, последующая миссия Ranger 7 на Mare Cognitum была полным успехом.

Прервав шестилетнюю череду неудач в попытках США сфотографировать Луну с близкого расстояния, миссия Рейнджер-7 рассматривалась как поворотный момент в стране и способствовала тому, что ключевые бюджетные ассигнования НАСА 1965 года прошли через Конгресс Соединенных Штатов без изменений. сокращение средств на программу посадки на Луну с экипажем "Аполлона". Последующие успехи с Ranger 8 и Ranger 9 укрепили надежды США.

Космический корабль « Луна-9» , запущенный Советским Союзом , совершил первую успешную мягкую посадку на Луну 3 февраля 1966 года. Подушками безопасности была защищена его 99-килограммовая (218 фунтов) извлекаемая капсула, которая выдержала ударную скорость более 15 метров в секунду (54 км / ч). ; 34 миль / ч). ^{[24] «} Луна 13» повторила этот подвиг, совершив аналогичную посадку на Луну 24 декабря 1966 года. Обе вернули панорамные фотографии, которые были первыми видами с поверхности Луны. ^[25]

Луна 16 была первым роботом-зондом, который приземлился на Луну и благополучно вернул образец лунного грунта обратно на Землю. ^[26] Это была первая миссия Советского Союза по возвращению лунных образцов и третья миссия по возврату лунных образцов в целом после миссий Аполлон-11 и Аполлон-12 . Позже эту миссию успешно повторили « Луна-20» (1972 г.) и « Луна-24» (1976 г.).

В 1970 и 1973 годах на Луну были доставлены два робота- лунохода « Луноход », где они успешно проработали 10 и 4 месяца соответственно, пройдя дистанцию ​​10,5 км ( Луноход-1 ) и 37 км ( Луноход-2 ). Эти миссии марсохода выполнялись одновременно с сериями Zond и Luna, включающими облет Луны, орбитальные полеты и посадку.

Американская программа роботизированных геодезистов была частью попытки найти на Луне безопасное место для посадки человека и проверить в лунных условиях радар и системы посадки, необходимые для точного контролируемого приземления. Пять из семи миссий Surveyor совершили успешные высадки на Луну без экипажа. Surveyor 3 был посещен через два года после его посадки на Луну экипажем Аполлона 12. Они удалили его части для исследования на Земле, чтобы определить последствия длительного воздействия лунной среды.

С разницей в четыре месяца в начале 1966 года Советский Союз и Соединенные Штаты совершили успешные высадки на Луну с помощью беспилотных космических кораблей. Для широкой публики обе страны продемонстрировали примерно равные технические возможности, вернув фотографические изображения с поверхности Луны. Эти изображения дали ключевой утвердительный ответ на решающий вопрос о том, сможет ли лунный грунт выдержать предстоящие десантные корабли с экипажем с их гораздо большим весом.

Однако жесткая посадка Luna 9 на прочную сферу с использованием подушек безопасности на скорости баллистического удара 50 километров в час (31 миль в час) имела гораздо больше общего с неудачными попытками приземления Ranger 1962 года и их запланированными 160 километрами в час. час (99 миль / ч), чем при мягкой посадке Surveyor 1 на три подножки с использованием управляемой радаром ретроркты с регулируемой тягой. В то время как Luna 9 и Surveyor 1 были главными национальными достижениями, только Surveyor 1 достиг места посадки, используя ключевые технологии, которые потребуются для полета с экипажем. Таким образом, с середины 1966 года Соединенные Штаты начали опережать Советский Союз в так называемой космической гонке за высадку человека на Луну.

Хронология космической гонки между 1957 и 1975 годами с миссиями из США и СССР.

Необходимы успехи в других областях, прежде чем космические корабли с экипажем смогут последовать за неуправляемыми космическими кораблями на поверхность Луны. Особое значение имело развитие навыков для выполнения полетов на лунной орбите. Рейнджер, геодезист и первые попытки приземления на Луну на Луну вылетели прямо на поверхность без выхода на лунную орбиту. Такие прямые восхождения расходуют минимальное количество топлива для беспилотных космических кораблей на рейс в один конец.

В отличие от этого, транспортным средствам с экипажем требуется дополнительное топливо после посадки на Луну, чтобы экипаж мог вернуться на Землю. Оставить это огромное количество необходимого возвращаемого с Земли топлива на лунной орбите до тех пор, пока оно не будет использовано позже в миссии, гораздо эффективнее, чем доставить такое топливо на лунную поверхность при посадке на Луну, а затем снова вытащить все это обратно в космос, работая против лунной гравитации в обоих направлениях. Такие соображения логически приводят к профилю миссии сближения на лунной орбите при посадке на Луну с экипажем.

Соответственно, начиная с середины 1966 года и США, и СССР естественным образом перешли к полетам на лунную орбиту в качестве предварительного условия для высадки на Луну с экипажем. Основными целями этих первых орбитальных аппаратов без экипажа были обширные фотографические карты всей поверхности Луны для выбора мест посадки с экипажем, а для Советов - проверка средств радиосвязи, которые будут использоваться при будущих мягких посадках.

Неожиданным крупным открытием, сделанным на первых лунных орбитальных аппаратах, стали огромные объемы плотных материалов под поверхностью Марий Луны . Такие массовые концентрации (« масконы ») могут привести к опасному отклонению экипажа от курса в последние минуты посадки на Луну при наведении на относительно небольшую зону посадки, которая является гладкой и безопасной. Также было обнаружено, что в течение более длительного периода времени масконы сильно нарушали орбиты низколетящих спутников вокруг Луны, делая их орбиты нестабильными и вызывая неизбежное падение на лунную поверхность в течение относительно короткого периода от месяцев до нескольких лет.

Контроль места падения отработавших лунных орбитальных аппаратов может иметь научное значение. Например, в 1999 году орбитальный аппарат NASA Lunar Prospector был намеренно направлен на удар по постоянно затененной области кратера Шумейкера около южного полюса Луны. Была надежда, что энергия от удара испарит предполагаемые затененные ледяные отложения в кратере и высвобождает шлейф водяного пара, обнаруживаемый с Земли. Такого шлейфа не наблюдалось. Однако небольшой пузырек с пеплом от тела пионера лунного ученого Юджина Шумейкера был доставлен Лунным изыскателем в кратер, названный в его честь - в настоящее время ^{[ когда? ]} единственный человек остается на Луне.

Луна-10 стала первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Луны 3 апреля 1966 года.

Можно нацелить космический корабль с Земли так, чтобы он облетел Луну и вернулся на Землю, не выходя на лунную орбиту, следуя так называемой траектории свободного возврата . Такие полеты на окололунную петлю проще, чем полеты на лунную орбиту, потому что не требуются ракеты для торможения на лунной орбите и возврата на Землю. Тем не менее, кругосветная окололунная петля с экипажем создает серьезные проблемы, помимо тех, которые встречаются в миссии на низкой околоземной орбите с экипажем, предлагая ценные уроки при подготовке к посадке на Луну с экипажем. В первую очередь это выполнение требований повторного входа в атмосферу Земли после возвращения с Луны.

Обитаемые орбитальные аппараты, такие как космический шаттл, возвращаются на Землю со скоростью около 7 500 м / с (27 000 км / ч). Под действием силы тяжести возвращающийся с Луны аппарат ударяет в атмосферу Земли с гораздо более высокой скоростью - около 11 000 м / с (40 000 км / ч). Г-нагрузка на космонавтах во время результате замедления может быть в пределах человеческой выносливости даже при номинальном входе в атмосфере. Незначительные изменения траектории полета и угла входа транспортного средства во время возвращения с Луны могут легко привести к фатальным уровням силы торможения.

Достижение пилотируемого окололунную полета петли до к пилотируемому прилунения стало главной целью Советов с их Зондом программой космических аппаратов. Первые три Зонда были роботизированными планетарными зондами; после этого название Zond было передано в совершенно отдельную программу пилотируемых космических полетов. Первоначальное внимание этих более поздних Зондов было сосредоточено на обширном тестировании требуемых методов высокоскоростного входа в атмосферу. США не разделяли этой цели, которые вместо этого предпочли обойти ступеньку полета по окололунной петле с экипажем и никогда не разрабатывали для этой цели отдельный космический корабль.

Первые пилотируемые космические полеты в начале 1960-х позволили одному человеку выйти на низкую околоземную орбиту во время советских программ « Восток» и США « Меркурий» . Расширение два полета программа Востока известной как Восход эффективны использовать капсулы Востока с их выталкиванием мест удалено для достижения советских космических нововведений нескольких экипажей людей в 1964 году и выхода в открытом космосе в начале 1965 г. Этих возможности были позже продемонстрированным США в десяти Gemini минимума Полеты на околоземную орбиту в 1965 и 1966 годах с использованием совершенно новой конструкции космического корабля второго поколения, имевшей мало общего с более ранним Меркурием. Эти миссии Gemini продолжали доказывать методы орбитального сближения и стыковки, имеющие решающее значение для профиля миссии посадки на Луну с экипажем.

После завершения программы «Близнецы» в 1967 году Советский Союз начал полеты на своих космических кораблях «Зонд» второго поколения с конечной целью - обвести космонавта вокруг Луны и немедленно вернуть его или ее на Землю. Космический корабль « Зонд» был запущен с помощью более простой и уже действующей ракеты- носителя « Протон », в отличие от параллельной советской попытки высадки человека на Луну, которая также осуществлялась в то время на базе космического корабля «Союз» третьего поколения, требующего разработки усовершенствованной ракеты - носителя Н-1 . Таким образом, Советы считали, что они смогут совершить облет Луны с экипажем на Зонд за годы до высадки человека на Луну США и таким образом одержать пропагандистскую победу. Однако из-за серьезных проблем с разработкой программа Зонд задержалась, а успех американской программы посадки Аполлона на Луну привел к окончательному прекращению работ по Зонду.

Как и Зонд, полеты Аполлона обычно запускались по свободной обратной траектории, которая возвращала бы их на Землю по окололунной петле, если бы неисправность служебного модуля не могла вывести их на лунную орбиту. Этот вариант был реализован после взрыва на борту миссии « Аполлон-13 » в 1970 году, которая на сегодняшний день является единственной миссией по окололунной петле с экипажем. ^{[ когда? ]}

Zond 5 был первым космическим кораблем, который доставил жизнь с Земли в окрестности Луны и вернулся, начав последний этап космической гонки с помощью черепах, насекомых, растений и бактерий. Несмотря на провал, нанесенный в его последние моменты, миссия «Зонд-6» была отмечена в советских СМИ как успешная. Несмотря на то, что во всем мире они были признаны выдающимися достижениями, обе эти миссии «Зонд» летели по необычным траекториям входа, что привело к появлению сил торможения, которые были бы фатальными для людей.

В результате Советы тайно планировали продолжить испытания «Зонд» без экипажа до тех пор, пока не будет продемонстрирована их надежность для обеспечения полета человека. Однако из-за продолжающихся проблем НАСА с лунным модулем и из-за сообщений ЦРУ о возможном полете вокруг Луны с советским экипажем в конце 1968 года, НАСА роковым образом изменило план полета Аполлона-8 с испытания лунного модуля на околоземной орбите на полет на лунной орбите. намечено на конец декабря 1968 года.

В начале декабря 1968 года стартовое окно на Луну открылось для советского космодрома Байконур , дав СССР последний шанс обыграть США на Луну. Космонавты насторожились и попросили запустить космический корабль «Зонд», а затем совершить последний обратный отсчет на Байконуре во время первого полета человека на Луну. В конечном итоге, однако, Советское Политбюро решило, что риск гибели экипажа неприемлем, учитывая совокупную плохую работу Зонд / Протон в этой точке, и таким образом отменило запуск советской лунной миссии с экипажем. Их решение оказалось мудрым, поскольку эта ненумерованная миссия Зонда была уничтожена в ходе другого испытания без экипажа, когда она, наконец, была запущена несколько недель спустя.

К этому времени начались полеты американского космического корабля Apollo третьего поколения . Гораздо более способный, чем «Зонд», космический корабль «Аполлон» обладал необходимой мощностью ракеты для выхода на лунную орбиту и выхода с нее, а также для корректировки курса, необходимого для безопасного входа в атмосферу во время возвращения на Землю. Миссия Аполлона 8 осуществила первое путешествие человека на Луну 24 декабря 1968 года, сертифицировав ракета-носитель Saturn V для использования с экипажем и пролетев не по окололунной петле, а вместо этого совершив полные десять витков вокруг Луны, прежде чем безопасно вернуться на Землю. Затем « Аполлон-10» провел генеральную репетицию высадки на Луну с экипажем в мае 1969 года. Эта миссия находилась на орбите в пределах 47 400 футов (14,4 км) от поверхности Луны, выполняя необходимое низко-высотное картирование изменяющих траекторию масконов с использованием заводского прототипа лунного модуля. тяжело приземлиться. После неудачи советского роботизированного образца при попытке приземления на Луну Луна-15 в июле 1969 года все было готово для Аполлона-11 .

Стратегия США

Планы по исследованию Луны человеком начались при администрации Эйзенхауэра . В серии середины 1950-х года статей в Кольере журнала, Вернер фон Браун популяризировал идею пилотируемых экспедиции по созданию лунной базы. Посадка человека на Луну поставила перед США и СССР ряд серьезных технических проблем. Помимо управления и контроля веса, серьезным препятствием было возвращение в атмосферу без абляционного перегрева. После того, как Советы запустили Спутник , фон Браун продвигал план армии США по созданию к 1965 году военного лунного форпоста.

После первых успехов Советского Союза , особенно полета Юрия Гагарина , президент США Джон Ф. Кеннеди искал проект, который захватил бы общественное воображение. Он попросил вице-президента Линдона Джонсона дать рекомендации относительно научного начинания, которое докажет мировое лидерство США. Предложения включали варианты, не связанные с космосом, такие как масштабные ирригационные проекты в интересах стран третьего мира . У Советов в то время были более мощные ракеты, чем у США, что давало им преимущество в некоторых видах космических миссий.

Достижения в технологии ядерного оружия США привели к созданию меньших и более легких боеголовок; Советы были намного тяжелее, и для их перевозки была разработана мощная ракета Р-7 . Более скромные миссии, такие как полет вокруг Луны или космическая лаборатория на лунной орбите (обе были предложены Кеннеди фон Брауну), давали Советам слишком много преимуществ; Однако посадка захватит воображение всего мира.

Джонсон отстаивал программу пилотируемых космических полетов США со времен Sputnik, спонсируя закон о создании НАСА, еще будучи сенатором. Когда в 1961 году Кеннеди попросил его исследовать лучшее достижение, чтобы противостоять советскому лидерству, Джонсон ответил, что у США есть равные шансы опередить их при посадке на Луну с экипажем, но ни за что не меньшее. Кеннеди ухватился за «Аполлон» как на идеальное место для работы в космосе. Он обеспечил постоянное финансирование, оградив космические расходы от снижения налогов в 1963 году, но отвлекая деньги от других научных проектов НАСА. Эти отклонения встревожили лидера НАСА Джеймса Э. Уэбба , который осознал необходимость поддержки НАСА со стороны научного сообщества.

Посадка на Луну потребовала разработки большой ракеты-носителя « Сатурн V » , которая достигла безупречного рекорда: ноль катастрофических отказов или сбоев миссии, вызванных ракетой-носителем, в тринадцати запусках.

Чтобы программа имела успех, ее сторонники должны были отвергнуть критику со стороны политиков как слева (больше денег на социальные программы), так и справа (больше денег для армии). Подчеркивая научную выгоду и играя на опасениях советского господства в космосе, Кеннеди и Джонсон сумели изменить общественное мнение: к 1965 году 58 процентов американцев поддерживали Аполлон по сравнению с 33 процентами двумя годами ранее. После того, как Джонсон стал президентом в 1963 году , его постоянная защита программы позволила ей добиться успеха в 1969 году, как и планировал Кеннеди.

Советская стратегия

Советский лидер Никита Хрущев заявил в октябре 1963 года, что СССР «в настоящее время не планирует полет космонавтов на Луну», при этом настаивая на том, что Советы не вышли из гонки. Только через год СССР полностью предпринял попытку высадки на Луну, которая в конечном итоге провалилась.

В то же время Кеннеди предлагал различные совместные программы, включая возможную посадку на Луну советских и американских астронавтов и разработку более совершенных спутников для мониторинга погоды. Хрущев, почувствовав попытку Кеннеди украсть российские космические технологии, отверг идею: если СССР полетит на Луну, он полетит один. Сергей Королев , главный конструктор советской космической программы , начал продвигать свой корабль "Союз" и ракету-носитель N1, которая могла бы совершить посадку человека на Луну.

Хрущев поручил конструкторскому бюро Королева сначала организовать дальнейшие космические работы, модифицируя существующую технологию Восток, а вторая группа приступила к созданию совершенно новой ракеты-носителя и корабля, ракеты-носителя «Протон» и «Зонд», для полета человека в космос в 1966 году. В 1964 году новый Советский корабль. Руководство поддержало Королева для высадки на Луну и передало все проекты с экипажем под его руководством.

После смерти Королева и провала первого полета "Союза" в 1967 году координация советской программы высадки на Луну быстро пошла на убыль. Советский Союз построил десантный корабль и отобрал космонавтов для миссии, которая должна была отправить Алексея Леонова на поверхность Луны, но из-за последовательных неудачных запусков ракеты-носителя N1 в 1969 году планы по высадке с экипажем сначала были отложены, а затем отменены.

Была начата программа автоматических возвращающихся аппаратов, в надежде, что они первыми вернут лунные камни. У этого было несколько неудач. В конечном итоге это удалось с Luna 16 . ^[27] Но это не имело большого влияния, потому что к тому времени уже произошли высадки на Луну и возвращение скал Аполлон-11 и Аполлон-12.

Миссии Аполлона

Всего на Луну побывали двадцать четыре астронавта США. Трое совершили путешествие дважды, а двенадцать ступили по его поверхности. Аполлон-8 был миссией только на лунную орбиту, Аполлон-10 включал расстыковку и выведение на спускаемую орбиту (DOI), за которыми следовала подготовка LM к повторной стыковке CSM, в то время как Аполлон-13, первоначально запланированный как посадка, закончился как пролёт Луны. за счет траектории свободного возврата ; Таким образом, ни одна из этих миссий не приземлилась. Аполлон-7 и Аполлон-9 выполняли миссии только на околоземную орбиту. Помимо неотъемлемой опасности экспедиций на Луну с экипажем, как это видно на Аполлоне-13, одной из причин их прекращения, по словам астронавта Алана Бина, является стоимость государственных субсидий. ^[28]

Посадки людей на Луну

Другие аспекты успешной посадки Аполлона