«Луна-9»: первые панорамы лунной поверхности / Offсянка

⇡#На пути к мягкой посадке

Планы доставки автоматических приборов на Луну появились в СССР и США еще до запуска первых спутников. В частности, Особое конструкторское бюро №1 (ОКБ-1) под руководством Сергея Павловича Королёва представило их в документе «Ближайшие задачи по изучению космоса», подготовленном 22 ноября 1956 года.

На тот момент основной проблемой представлялась энергетика: чтобы уйти из пределов земного притяжения и попасть на Луну, аппарат требовалось разогнать до скорости, приближающейся ко второй космической (которая, как известно, у поверхности Земли составляет 11,2 км/с), — то есть заставить его лететь на 40% быстрее, чем нужно для запуска искусственного спутника. Для этого специалисты из Подлипок предложили оснастить дополнительной, третьей ступенью «семёрку» — разрабатываемую тогда двухступенчатую межконтинентальную баллистическую ракету Р-7. Проектирование трёхступенчатого варианта началось летом 1957 года.

Многоступенчатые ракеты-носители, предназначенные для запуска первых лунных зондов, — советская 8К72 и американская Thor Able. Рисунок А. Шлядинского. Источник — https://vk.com/album25885042_168258766

Программа исследования ночного светила, намеченная специалистами ОКБ-1, предусматривала создание и запуск серии небольших — массой порядка 300-400 кг — зондов серии «Е». Первый (Е-1) должен был попасть в Луну, второй (Е-2) совершить облёт и сделать снимки её невидимой стороны, третий (Е-3) — сделать то же самое, но послать на Землю снимки с высоким разрешением.

Поскольку Запад мог не поверить, что Советы летают к Луне и фотографируют её со всех сторон («Подумаешь! Все кадры отсняты на «Леннаучфильме» Павлом Клушанцевым!»), зонд Е-4 должен был подорвать при контакте с поверхностью ядерный заряд для оптической фиксации факта достижения цели. Впрочем, этот проект отменили до начала реализации из-за ошибок концепции, отсутствия научной ценности и по политическим мотивам.

Как известно, основные этапы, указанные выше, были пройдены раньше американцев (после триумфа первого спутника престиж становился чуть ли не основным драйвером космических программ по обе стороны океана) станциями, задним числом получившими наименование «Луна-1» (Е-1), «Луна-2» (Е-1А) и «Луна-3» (Е-2А). Кроме завоевания политических приоритетов, первые космические автоматы подтвердили возможность выполнения межпланетных миссий и обеспечили получение данных об обстановке на трассе полета. Однако для решения перспективных научных и прикладных задач нужно было нечто более совершенное и функциональное (а в то время — и гораздо более тяжёлое). Перспективы пилотируемой высадки на Луну, замаячившие сразу после первых полётов человека в космос, требовали освоения технологии мягкой посадки.

Первые советские автоматические станции «Луна-1» (Е-1), «Луна-2» (Е-1А) и «Луна-3» (Е-2А). Рисунок А. Шлядинского. Источник — https://vk.com/album25885042_168258766

Такая задача и для земных условий решается нетривиально. Вспомним сложности приземления любого самолёта (хотя, растиражированная сотни миллионов раз, эта проблема сейчас кажется банальной). Что уж говорить про посадку на другое небесное тело, удалённое от нас на четыреста тысяч километров, — для начала 1960-х это было адски сложно! В общих чертах о схемах полёта и посадки на Луну говорилось в статье «Приключения космического робота», но некоторые тонкости решения рассмотрим сейчас.

⇡#Ход Е-2 — Е-6

Подлипки начали решать проблему мягкой посадки на Луну в конце 1959 года. «Мы готовились к пуску Е-2, когда от Королёва пришла команда: «Хочу мягкую посадку!» — вспоминал ветеран советской космонавтики Глеб Юрьевич Максимов, руководитель группы проектирования автоматических аппаратов в ОКБ-1.

Новые вводные предполагали разработку автоматов второго поколения: Е-6 — для отработки мягкой посадки, Е-7 — для съёмки поверхности с орбиты искусственного спутника Луны и Е-8 — для доставки лунохода. Первые два должны были иметь стартовую массу порядка полутора тонн, что кратно превышало возможности трехступенчатого носителя на базе «семёрки».

Нужна была новая ракета. Предпосылки ее создания появились ещё в 1958 году, когда в Математическом институте имени В. А. Стеклова Академии Наук СССР (МИАН) под руководством М. В. Келдыша выполнялись теоретические расчёты оптимальных траекторий полётов к планетам земной группы.

Из исследований вытекали два фундаментальных вывода. Во-первых, схема прямого запуска на отлётную траекторию с территории СССР не оптимальна из-за больших гравитационных потерь, приводящих к снижению массы полезного груза ракеты. Во-вторых, энергетику можно улучшить, если эту схему изменить — сначала выйти на низкую околоземную орбиту, а затем в нужный момент стартовать с неё, используя специальный разгонный блок. Такой вариант обеспечивал увеличение массы, выводимой на траекторию, и позволял снизить требования по точности выбора момента старта к Луне.

Траектория выведения, полета и посадки на Луну при старте с околоземной орбиты. Источник — https://coollib.com/b/98385/read

На основе расчетов ОКБ-1 в 1959 году спроектировало четырехступенчатую ракету-носитель, которая позднее стала известна как «Молния». В основу лег «пакет» (первые две ступени усовершенствованной «семерки»), в качестве третьей ступени применили видоизмененную вторую ступень «межконтиненталки» второго поколения Р-9, а четвёртую ступень спроектировали заново, на основе самого совершенного на тот момент советского двигателя замкнутой схемы. Первый пуск «Молнии» состоялся 10 октября 1960 года с космодрома Байконур. Вопрос с носителем был решён, дело оставалось за лунным зондом. В январе 1960 года проект Е-6 был санкционирован политическим руководством страны со сроком начала лётных испытаний в… 1961 году. Чуть более чем за год коллективу ОКБ-1 со смежниками предстояло решить множество технических проблем.

⇡#Многорежимный «самовар»

С самого начала работ над станциями второго поколения ключевым моментом проекта стала система, обеспечивающая мягкую посадку или выход на окололунную орбиту. «Было понятно, что для гашения скорости подлета к Луне нужна двигательная установка — без нее сохранить в целостности что-нибудь (разве кроме вымпела) невозможно, — отмечал Г. Ю. Максимов. — Мы знали, что американцы делали посадочную капсулу по программе Ranger, и видели, как они хотят гасить остаточную скорость. Их система рассчитывалась на жесткую посадку, то есть делалась с гораздо большими запасами по прочности, чем мы могли себе позволить. У нас не было их полупроводниковой электроники, да и на Луну мы собирались доставить не только сейсмометр».

Верхние ступени ракеты-носителя «Молния». Рис. А. Шлядинского, источник — http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/jeleznyakov/100/jeleznyakov_100_2016.pdf

Функционирование системы определялось общей схемой полёта. С точки зрения простоты конструкции для Е-6 была выбрана непосредственная (прямая) посадка с «попадающей» траектории, без выхода на окололунную орбиту. При старте с околоземной орбиты траекторию полёта к Луне требовалось скорректировать, обеспечив попадание в цель с необходимой точностью. При посадке нужно было за заданный промежуток времени затормозиться, снизив скорость с 2700 м/с практически до нуля.

Исходные соображения заставили крепко задуматься специалистов ОКБ-2 под руководством Алексея Михайловича Исаева, которым предстояло разработать двигательную установку. Поскольку к тому времени они только-только научились включать жидкостный «движок» в невесомости, им приходилось закладываться на двухдвигательную схему: один двигатель для коррекции, а второй — для посадки.

Однако вскоре от заказчиков — ОКБ-1 — пришла вводная: точная высота, на которой должен включиться тормозной двигатель большой тяги, зависит от множества факторов; время, за которое он должен погасить скорость до нуля перед касанием поверхности, рассчитать очень сложно; мгновенно выключить его в заданный момент не получится. Значит, в схему надо закладывать положительные запасы по времени и высоте включения, в результате обнуление скорости может произойти на каком-то расстоянии от поверхности. Чтобы аппарат с этого момента не просто падал на Луну, снова разгоняясь, следует предусмотреть участок медленного снижения с небольшой скоростью («парашютирования»), для чего малая — очень малая — тяга должна сохраняться практически до момента посадки. На кульманах появились уже три двигателя…

Концептуально станция Е-6 напоминала Ranger Block II, но проектанты ОКБ-1 были жестко ограничены возможностями отечественной электроники. На фото — Ranger 4, источник — https://en.wikipedia.org/wiki/Ranger_4

Такой подход заводил проект Е-6 в тупик: каждый двигатель имел собственные габариты и массу, требовал отдельной пневмогидравлической системы с насосами, трубопроводами и регулирующими клапанами, а в идеале и с собственными баками для топлива. С учетом громоздкого блока наведения и управления всё это «хозяйство» так раздувалось, что ни о каком значимом полезном грузе нельзя было и думать. Ко всем бедам прибавлялись сложность и низкая расчётная надёжность связки двигателей…

Проектантам Королёва пришлось всем своим авторитетом надавить на двигателистов Исаева, и те «сдались». Началась проработка корректирующе-тормозной двигательной установки, обозначенной КТДУ-5А, все функции в которой вешались на единственный движок. Это было нелёгкое решение: «Наши благие мечты «в одно касание» поучаствовать в «лунном проекте» повисали в воздухе, когда пришлось с ужасом приниматься за работу и реализовать все требования на одном двигателе, — вспоминал участник тех событий Георгий Михайлович Петраш, ведущий конструктор ОКБ-2. — Для быстрого торможения нужна была тяга [около] 5 тонн, при «парашютировании» — 1-2 тонны (лучше еще меньше), а для «нониусной» коррекции достаточно было 50 килограмм...»

КТДУ-5А поставлялась заказчику как законченный агрегат. Конструктивную основу составлял сферический бак окислителя (азотной кислоты), в нижней части которого через раму крепился торовый бак горючего (смеси аминов). В проёме «бублика» стоял однокамерный двигатель с турбонасосной системой подачи. От «экватора» тора до среза сопла установку закрывал конический теплозащитный экран. Баки и трубопроводы изготавливались из алюминиевых сплавов, камера двигателя с соплом — из титана. Укомплектованная КТДУ-5А имела вид диковинного самовара.

Единственной советской жидкостной двигательной установкой, которую в самом начале 1960-х научились включать после длительного полета в космосе, была ТДУ-1 корабля «Восток». Источник — https://cont.ws/@hodanov/1524927/full

Для того чтобы в невесомости отделить жидкие компоненты топлива от газа наддува, баки имели сетчатые сепараторы — действуя на эффекте поверхностного натяжения жидкости в мелких ячейках (капиллярах), они обеспечивали поступление в турбонасос первых порций топлива для запуска двигателя. В состав установки также входили шар-баллоны со сжатым гелием для наддува баков и управления автоматикой.

Снаружи на газоводах крепились неподвижные рулевые сопла, через которые истекал отработанный на турбонасосе генераторный газ. При посадке на Луну двигатель вначале работал на номинальной тяге, потом снижал ее, а затем для «парашютирования» переводился на режим сверхмалой тяги — основная камера выключилась, но газогенератор продолжал работать, сбрасывая газ через рулевые сопла.

⇡#Капризный И-100

Опыт предыдущей работы проектантов ОКБ-1 говорил, что двигательная установка является лишь малой частью космического аппарата. Но в данном случае всё оказалось наоборот — по сути дела, КТДУ-5А представляла собой неавтономную ракетную ступень, вокруг которой компоновался весь аппарат. С двух сторон к баку окислителя крепились сбрасываемые блоки: в одном находилась система астронавигации, во втором — радиовысотомер с электроникой. И то и другое можно было сбросить после выключения двигателя на торможение, экономя изрядное количество топлива. Сверху на бак окислителя устанавливался герметичный отсек с системой наведения и управления. Всё вместе составляло, как сказали бы сегодня, перелётно-посадочный модуль.

Корректирующе-тормозная двигательная установка КТДУ-5А для «Объекта Е-6». Источник — http://kbhmisaeva.ru/main.php?id=57

Он доставлял к цели автоматическую лунную станцию (АЛС) массой около 90 кг (примерно 1/16 от стартовой массы Е-6), которая отделялась от двигательной установки пружинным толкателем после подрыва пироболтов. Основу её конструкции составлял сферический приборный отсек, верхнюю полусферу которого в полёте закрывали четыре лепестка, придававшие станции форму яйца со свойствами ваньки-встаньки. Из-за низкого положения центра тяжести при посадке станция занимала положение «тупым концом» вниз, а раскрытые лепестки служили её опорами. В АЛС размещалась вся «наука».

Основным прибором была система панорамной телесъёмки с прямой передачей кадров на Землю. Её головка помещалась в верхней части приборного отсека под стеклянным цилиндром, имела качающееся зеркало и вращательный привод в качестве механизма сканирования и фотометр в качестве чувствительного элемента. Панорамное изображение лунного пейзажа получалось построчно за счёт медленного вращения головки по горизонтали и одновременного быстрого сканирования зеркалом, качающимся по вертикали. Автофокусировка системы позволяла получать контрастные изображения всех объектов с расстояния до сканирующей головкиот 1,5 м до бесконечности, и на панораме различались детали от полутора-двух миллиметров величиной.

Угол зрения системы по горизонтали составлял 360°, по вертикали — 30°. В одном кадре помещалось 6000 строк, в каждой строке 500 элементов. За секунду сканировалась полоса высотой в 30° и шириной в 3'. Скорость съемки и передачи изображения на Землю была низкой, всего одна строка в секунду. Основным ограничителем стала пропускная способность радиоканала, работающего на частоте 183,538 МГц. Трансляция велась с использованием метода частотной модуляции. Земля получала полную панораму лишь через 100 минут съемки.

«Объект Е-6»: 1 – АЛС внутри амортизационных баллонов; 2 – отсек с основным блоком объединенной системы управления И-100; 3 – баллоны со сжатым газом системы астроориентации; 4 – микродвигатели системы ориентации; 5 – аппаратура системы радиоизмерений; 6 – радиовысотомер с узконаправленной антенной; 7 – управляющие сопла основного двигателя КТДУ-5А; 8 – основной двигатель КТДУ-5А; 9 – торовый бак горючего; 10 – сферический бак окислителя; 11 – блок системы астроориентации. Источник: «Новости космонавтики», №3, 2016, с.60

Три небольших двухгранных зеркала на верхней полусфере АЛС позволяли получить трёхмерное изображение отдельных участков лунной поверхности. Из верхней же полусферы торчали четыре штыревых антенны, на которых висели калибровочные мишени для настройки яркости и контрастности изображений путём сравнения с ранее отснятыми эталонами. Кроме телевизионной системы в приборном отсеке станции размещались прибор для регистрации (как в полёте, так и на Луне) корпускулярного излучения и гамма-спектрометр.

Корпус АЛС был окружён пневматическим амортизатором из двух соединенных вместе подушек, которые при наддуве придавали станции сферическую форму. Они гасили остаточную скорость АЛС после выключения тормозной двигательной установки.

В сборе Е-6 являла собой довольно массивный (около полутора тонн) аппарат высотой 2,7 метра. Из-за весовых ограничений тепловой режим работы обеспечивался пассивными средствами: в космосе приборы сбрасывали избыток тепла путем теплопередачи и прямой радиации через стенку отсеков, имеющих специально подобранные коэффициенты поглощения и излучения. При полёте к Луне станция Е-6 медленно вращалась вокруг продольной оси, подставляя солнцу то один, то другой бок.

Весовые ограничения непосредственно сказались и на архитектуре системы управления. Это сегодня ее можно уместить в один-другой килограмм, в те же годы у нас в стране она строилась на электронных лампах, первых полупроводниках и электромеханических устройствах. Чтобы сэкономить массу, инженеры шли на множество ухищрений. Система управления и наведения И-100 включала гиростабилизированную платформу, которая служила не только для управления полётом Е-6, но ещё и для наведения третьей и четвертой ступеней ракеты-носителя. Такое решение было оригинальным, но, как выяснилось позднее, рискованным: именно сбои И-100 стали причиной девяти аварий «Молнии».

Телевизионная камера и ее расположение на АЛС. Источники — https://nplus1.ru/material/2019/12/27/telephoto и РГАНТД. Ф. 213. Оп. 1-1. Ед. хр. 86.

⇡#Дьявол в деталях

Схема полета была следующей. Первыми тремя ступенями «Молния» выводила на низкую околоземную орбиту Е-6 с разгонным блоком — четвертой ступенью. Последняя включалась в требуемое время и переводила объект на траекторию отлёта к Луне. При перелёте, продолжавшемся более трех суток, предусматривались девять сеансов радиосвязи и одна коррекция. Параметры последней определялись на Земле по результатам измерений фактической траектории, после чего на борт объекта передавались уставки для включения двигателя на расстоянии 110-130 тыс. км от цели. Коррекция обеспечивала попадание станции в расчетную зону диаметром не более 150 км.

Место и время посадки выбирались заранее из условий освещенности (чтобы по длинным теням на снимках определить величину объектов ландшафта) и соображений теплового режима (находясь на Луне, АЛС не должна была перегреваться). Поэтому прилуниться планировали в районе терминатора в Океане Бурь сразу после восхода солнца.

Наиболее интересным был последний участок полёта. Именно здесь баллистики и управленцы проявили смекалку прежде всего. Никакого бортового компьютера Е-6 не имел, да и сам по себе пересчет траектории торможения с учетом тяги двигателя и возмущающих факторов представлялся крайне сложным даже для земных систем. В реальном времени делать это было невозможно, как и передавать команды управления на регулирование тяги и выключение с Земли — не позволяли малое быстродействие исполнительных механизмов станции и запаздывание радиосигнала. Посадка должна была производиться автоматически, как выстрел в анекдоте про автомат Калашникова.

Схема полёта «Объекта Е-6». Из архива РГАНТД. Ф. 213. Оп. 1-1. Д. 86. Л. 23

В идеале следовало когда надо включить двигатель и удерживать объект «на гироскопе» до момента, пока интегратор не наберет необходимое значение скорости. Желательно при этом, чтобы последняя не имела боковых составляющих — то есть снижение должно проходить строго вертикально. В этом случае на какой-то (хорошо бы небольшой) высоте скорость «обнулится», и можно будет переходить на «парашютирование» до момента контакта с поверхностью.

Но эту самую лунную вертикаль ещё требовалось найти! Проблему решили оригинально, на основе свойств гиперболической траектории: вектор скорости в определённой её точке оказывался параллелен направлению конечного участка полета. Достаточно было поймать этот момент, сориентировать объект в нужном направлении, а затем уже поддерживать ориентацию с помощью гироскопов.

Требуемое положение станции относительно Солнца, Луны и Земли выстраивалось за два часа до посадки, когда на расстоянии примерно 8700 (по другим данным — 8300) км до Луны ось аппарата направлялась параллельно «отловленной» местной вертикали. Затем включался радиовысотомер, который на высоте 70-75 км и при скорости примерно 2630 м/с сбрасывал навесные блоки с ненужной уже аппаратурой, наддувал пневматический амортизатор и запускал двигатель. Проработав расчетное время (примерно полминуты), последний переводился в режим парашютирования на высоте около 250 м.

Момент окончания работы КТДУ-5А, выключения двигателя и отделения АЛС. Источник — https://www.laspace.ru/projects/planets/luna-9/

Непосредственно перед прилунением из аппарата выдвигался пятиметровый щуп. Как только он касался грунта, двигатель выключался и АЛС отстреливалась вверх. Станция падала на грунт чуть в стороне от двигательной установки, несколько раз подпрыгивала на амортизаторах, поглощавших энергию удара, и, если надо, катилась по поверхности. Предполагалось, что ее движение закончится через четыре минуты после посадки. Тогда амортизатор делился надвое, освобождая приборный отсек. Ещё через минуту раскрывались «лепестки», стабилизируя положение АЛС на грунте. Начиналась работа на Луне…

⇡#Через тернии

Облик станции Е-6 сформировался к маю 1961 года, однако затем работа замедлилась, поскольку все силы отдела автоматических аппаратов ОКБ-1 были переброшены на запуск первых станций к Марсу и Венере. Лётные испытания Е-6 начались с задержкой в полтора года. Первый запуск состоялся лишь 4 января 1963 года: объект №2 (Е-6 №1 служил для наземных испытаний) успешно вышел на околоземную орбиту, но двигатель четвертой ступени не запустился. Через сутки разгонный блок и станция сгорели в атмосфере.

3 февраля 1963 года стартовал Е-6 №3, но на участке работы третьей ступени возникли значительные возмущения, и полёт ракеты-носителя был аварийно прекращён. Как в первом, так и во втором случае советская пресса не дала никаких комментариев, зато американцы бурно обсуждали яркую вспышку на небе в районе Гавайских островов, где взорвалась ракета.

Сброс «подушек» амортизатора, раскрытие «лепестков» и начало работы АЛС на лунной поверхности. Из архива РГАНТД. Ф. 213. Оп. 1-1. Д. 86. Л. 79

Следующий старт состоялся 2 апреля 1963 года — Е-6 №4 успешно вышел на траекторию полёта и получил официальное имя «Луна-4». Советская пресса сообщила, что «советские учёные работают над задачей посадки на Луну», указав даже на возможность пилотируемых полётов! Но радость была недолгой: уже 3 апреля обнаружилось большое отклонение фактической траектории от расчётной. «Луна-4» промахнулась мимо цели на 8336 км.

Печальнее всего было то, что основную причину отказа так и не нашли. Выявленные более мелкие проблемы устранили ужесточением контроля качества производства и на всякий случай добавили резервную систему радиопеленгации. Доработки заняли почти год, но следующий объект (Е-6 №6) не достиг даже опорной орбиты: из-за отказа одного из клапанов третья ступень не развила требуемой тяги…

20 апреля 1964 года состоялся запуск Е-6 №5. Оказавшись на околоземной орбите, четвертая ступень снова не сработала — не прошла команда на запуск двигателя. На этот раз под подозрение попал блок И-100: его детально протестировали, выявив местный перегрев. Систему «доточили», введя воздушное охлаждение перед стартом. Доработки снова отняли почти год…

12 марта 1965 года стартовал Е-6 №9. Успешно выйдя на опорную орбиту, станция снова застряла на пороге Луны: из-за сбоя в работе блока питания не сработала система зажигания двигателя четвёртой ступени. Это был конфуз, поскольку о запуске объявили заранее… После аварии объект получил псевдоним «Космос-60».

Препарированный блок объединенной системы наведения и управления И-100. Источник: «Новости космонавтики», №4, 2016, с.66

Чаша претензий к И-100 переполнилась, и третью и четвертую ступени ракеты оснастили собственными гироприборами. Переработка системы управления — дело крайне хлопотное и небыстрое, но, подгоняемые слухами об успехах американцев в разработке посадочного аппарата Surveyor нового поколения, станцию Е-6 №8 решили пускать со старым блоком И-100. Старт состоялся 10 апреля 1965 года и… На этот раз виноват оказался двигатель третьей ступени: ракета со всей полезной нагрузкой разрушилась в атмосфере.

Е-6 №10 запустили 9 мая 1965 года. Выведение прошло штатно, объект, получив название «Луна-5», отправился к цели по почти расчётной траектории. Но на следующий день при выполнении коррекции гироскоп И-100 не успел разогреться, и станция начала вращаться вокруг продольной оси. После восстановления ориентации на борт передали ошибочную команду, вызвавшую отклонение от расчётной траектории и утрату ориентации по местной вертикали. Вдобавок из-за сбоя в навигации не запустился двигатель на торможение. 12 мая станция стала вторым (после «Луны-2») советским аппаратом, достигшим поверхности ночного светила, врезавшись в нее со второй местной космической скоростью.

8 июня Е-6 №7 успешно покинул околоземную орбиту, став «Луной-6», но при коррекции траектории двигатель в нужный момент не выключился. Траектория получила огромные возмущения, и 11 июня 1965 года объект промчался мимо цели на расстоянии 161 тыс. км. Тем не менее остальные системы функционировали нормально, удалось проверить систему наддува амортизатора и готовность аппаратуры к посадке.

Схема (рисунок А. Шлядинского справа) позволяет рассмотреть детали АЛС «Объекта Е-6» (фото из музея НПО имени Лавочкина слева): головка телекамеры в центральной верхней части сферы окружена четырьмя штыревыми антеннами (на них подвешены эталоны яркости); приборный отсек в рабочем положении опирается на четыре откидных лепестка, которые также служат антеннами

⇡#Новый хозяин

Одной из причин неудач с «Лунами» (впрочем, дела с «Венерами» и «Марсами» обстояли не лучше) являлась перегруженность ОКБ-1, которое в тот период работало одновременно по двум дюжинам тем из разных направлений. Поэтому в 1965 году автоматические «межпланетки» было решено передать на Машиностроительный завод имени С. А. Лавочкина. Уже со второго полугодия предприятия вели работы по Е-6 совместно, и специалисты из Химок принимали участие в подготовке запуска станции №11 наряду с коллегами из Подлипок.

Старт состоялся в восьмилетнюю годовщину начала Космической эры — 4 октября 1965 года — и был успешен: станция уже под именем «Луна-7» ушла на отлётную траекторию, выполнила промежуточную коррекцию, но совершить посадку не смогла. При определении положения в пространстве она потеряла ориентацию, двигатель не запустился. «Луна-7» повторила судьбу «Луны-5», врезавшись в поверхность неподалёку от кратера Кеплера.

Полшага до успеха оставалось «Луне-8» (Е-6 №12), запущенной 3 декабря 1965 года: на этот раз все системы действовали практически безупречно вплоть до начала посадочного участка. Одна из «подушек» амортизатора при наддуве получила прокол от бракованного кронштейна одного из «лепестков» АЛС. Струя газа закрутила станцию, КТДУ-5А проработал на торможение всего 9 секунд, да и то при неправильной ориентации. «Луна-8» разбилась там же, где и «Луна-7».

Вымпелы СССР, доставленные станциями «Луна-2» в 1959-м и «Луна-9» в 1966 годах. Источник — https://www.energia.ru/en/news/news-2016/news_09-12.html

Между тем американцы «дышали в затылок»: начав с неудач, они неожиданно успешно закончили программу Ranger, переориентировав ее на съемку Луны, и готовились реализовать мягкую посадку в проекте Surveyor (не говоря уже о том, что программа Saturn-Apollo набирала обороты и обретала «плоть и кровь»). Нашим инженерам (и политикам) срочно нужен был успех.

Когда с конца 1965 года Завод имени Лавочкина стал полноправным хозяином темы Е-6, его главный конструктор Георгий Николаевич Бабакин решил внести в конструкцию некоторые изменения для повышения надежности. Обновлённый аппарат получил индекс Е-6М. И хотя его изготовление началось ещё в Подлипках, окончательная сборка и испытания проходили уже в Химках.

Первый лётный экземпляр Е-6М получил внутризаводской номер 202 (станция №201 использовалась для стендовой отработки) и успешно стартовал с Байконура 31 января 1966 года, через 17 дней после смерти С. П. Королёва. Объекту, названному «Луной-9», сопутствовала удача — выведение на орбиту, старт к Луне и коррекции прошли штатно.

Подготовка к посадке и собственно прилунение прошли практически идеально, двигатель отработал превосходно. Мягкая посадка — первая в истории — на соседнее небесное тело была выполнена! АЛС отделилась и села в точке с координатами 7°8‘ с.ш. и 64°22’ з.д. в районе Океана Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марий. Цель, к которой советские учёные и инженеры шли более пяти лет, была достигнута: СССР вновь обогнал США в космической гонке.

Круговая панорама, полученная станцией «Луна-9». Источник — https://www.laspace.ru/projects/planets/luna-9/

Аппарат прилунился на краю кратера диаметром 25 м, наклонился на 75° к горизонту (затем за счёт проседания грунта этот угол уменьшился примерно на 5°) и приступил к выполнению программы. Всего до 7 февраля Земля провела с ним девять сеансов связи, получив три круговых панорамы при различной высоте солнца над горизонтом, а также несколько отдельных снимков лунной поверхности и данные о радиационной обстановке на месте.

⇡#Они узнали об этом первыми

История первых панорам, полученных с «Луны-9», связана со скандалом, который сейчас кажется забавным, но тогда воспринимался вполне серьёзно: дело в том, что первыми снимки опубликовала не советская пресса, а… учёные радиоастрономической обсерватории «Джодрелл-Бэнк», принадлежащей Манчестерскому университету и расположенной в графстве Чешир на северо-западе Англии.

Британцы посчитали, что имеют на это полное право, поскольку советская сторона сама сообщила им частоты связи и привлекла их 76-метровый радиотелескоп для фиксации факта передачи сигналов с Луны. 3 и 4 февраля они с удивлением наблюдали за изменением характера радиопередачи. Зная, что сигналы не закодированы, они предположили, что имеют дело со стандартом передачи Radiofax, используемым мировыми СМИ для пересылки изображений. Срочно одолжив у манчестерского офиса Daily Express факсимильный аппарат, они распечатали принятые сигналы и… опубликовали их (пусть и с геометрическими искажениями) до того, как это смогли сделать советские газеты, что и привело к небольшому дипломатическому инциденту.

Газета Daily Express раньше «Правды» опубликовала первые снимки с Луны. Источник: https://kik-sssr.ru/Perehvat.htm

Эта история достаточно известна и уже обросла множеством интересных подробностей, но три десятилетия никто не знал, что самыми первыми, кто получил качественную «картинку», были американские разведчики. Недавно рассекреченные в США документы свидетельствуют, что за «Луной-9» наблюдали не только англичане, но и аналитики Агентства национальной безопасности (АНБ) и других спецслужб.

Вскоре после того, как советский зонд достиг своей цели, обычный поток телеметрии дополнился сигналом нового типа. Его легко опознали как фотофаксимильную передачу. 4 февраля АНБ уже соображало, как выделить картинку (параметры кадра оставались неизвестными). При этом начальство намекало, что «Белый дом и Конгресс ожидают ответов, а АНБ ни мычит ни телится».

Первым возможное решение задачи с использованием спецаппаратуры фирмы Honeywell предложил молодой инженер-электрик Джон О'Хара (John O'Hara) из отдела телеметрии, но попытки распечатать изображения провалились — вместо картинки из принтера лезла какая-то белиберда. О'Хара тут же спаял электронный блок для коррекции сигнала. Вторая попытка принесла успех, и американцы получили кусок лунной панорамы, хотя и с некоторыми искажениями: несомненный интерес представлял участок, содержащий элемент конструкции «Луны-9», на котором можно было различить серийные номера, а не насмешливые послания для американцев, как они сначала подумали!

Бернард Лоувелл (слева), директор обсерватории «Джодрелл-Бэнк», первым предоставил журналистам сенсационные снимки поверхности Луны, которые были тут же опубликованы мировыми СМИ. Источник — https://twitter.com/jodrellbank/status/1247598568493506560/photo/1

Перехватывая сигналы, аналитики АНБ заметили изменение теней на разных участках панорамы из-за движения Солнца по лунному небосводу, а также смогли определить, что с течением времени станция немного сдвинулась от исходного положения из-за смещения грунта под ее тяжестью.

Для устранения искажений снимков О'Хара в обход бюрократических процедур умудрился быстро получить у Honeywell записывающее устройство с соответствующими характеристиками, и к утру 5 февраля АНБ имело идеальное изображение. В тот же день снимки легли на стол президента Линдона Джонсона. По мнению некоторых историков, эти фотографии послужили мощным стимулом для Белого дома в продвижении программы Apollo…

⇡#Итоги

Мягкая посадка и получение панорамных изображений лунной поверхности в высоком разрешении стали важнейшими результатами полёта «Луны-9». Но наряду с этим были добыты и другие научные данные, пусть и не столь яркие, например, опровергнута гипотеза Айзека Азимова о том, что Селена покрыта многометровым слоем пыли. Прав оказался Сергей Королёв, который еще в конце 1964 года предположил, что лунный грунт представляет собой твёрдую породу «типа пемзы». Была подтверждена «метеорно-шлаковая» теория строения наружного покрова Луны, выдвинутая советскими учёными.

С помощью счётчика Гейгера АЛС открыла лунное излучение: протоны, электроны и гамма-кванты с очень высокой энергией — частицы проникали через металлический корпус станции (но ещё до посадки регистрировались первичные космические лучи, падающие на аппарат со всех сторон). Тем не менее учёные сделали вывод, что «небольшие дозы лунной радиации безопасны для космонавтов, которые будут высаживаться на поверхность естественного спутника Земли».