Цель запусков станций этого поколения (их масса не превышала 300 кг) — освоение траектории движения автоматических космических аппаратов, запускаемых с Земли посредством непрерывного разгона на активном участке траектории. «Луна-3» была снабжена системой ориентации, что дало возможность произвести фотографирование обратной стороны Луны и передать ее изображение на Землю. Запуском этого аппарата было положено начало создания систем управления движением космических аппаратов.
Второй этап — автоматические межпланетные станции «Луна-4-9», запуск которых осуществлялся при помощи четырехступенчатой ракеты-носителя «Молния» (рис. 4) с ракетными блоками «И» и «Л». Ракетный блок «И» третьей ступени имел кислородно-керосиновый ЖРД РО-9 (также «фирмы» С.А.Косберга), запускаемый сразу после выключения рулевых двигателей центрального блока на первом активном участке траектории. Ракетный блок «Л» четвертой ступени имел кислородно-керосиновый ЖРД C1-5400, разработанный в нашем ОКБ. Он обладал хорошими по тому времени энергомассовыми характеристиками и был приспособлен к запуску при длительном пребывании в условиях невесомости. Ракетный блок «Л» имел также систему обеспечения запуска основного двигателя и систему стабилизации — ориентации. Они были смонтированы на ферме, отделяющейся от блока «Л» после запуска основного двигателя.
Выведенная на орбиту искусственного спутника Земли четвертая ступень с ракетным блоком «Л» совершала в течение некоторого времени полет при неработающем двигателе. В заданный момент ступень ориентировалась в пространстве, двигатель запускался и разгонял станцию до скорости, близкой ко второй космической. Такой метод разгона позволял осуществлять полет к Луне с одинаковыми энергозатратами в любой день независимо от положения Луны на орбите и увеличить массу «Лун» второго поколения с 300 до 1600 кг. Это дало возможность С.П.Королеву перейти к осуществлению мягкой посадки на поверхность нашего спутника. Со 2 апреля 1963 г. по 4 ноября 1965 г. было запущено пять таких автоматических аппаратов — «Луна-4, -5, -6, -7, -8», и только запуск «Луны-9» массой 1893 кг (рис. 5), осуществленный 31 января 1966 г. (уже после кончины С.П.Королева), закончился успешно. Спускаемый аппарат массой около 100 кг прилунился в районе Океана Бурь в точке с координатами 7° с.ш. и 60° з.д. Впервые в истории была совершена мягкая посадка на поверхность Луны, на Землю передана панорама лунной поверхности.
В 1964-1965 гг. при помощи той же РН «Молния» были запущены три автоматических аппарата «Зонд-1, -2, -3» для отработки управления их движением на дальних межпланетных трассах. Во время пролета последнего из них вблизи Луны были проведены фотографирование и передача на Землю изображения поверхности обратной стороны Луны (включая и часть поверхности, не охваченной при фотографировании «Луной-3»).
В 1965 г. работы по исследованию Луны при помощи станций второго поколения С.П.Королевым были (вместе с большим заделом) переданы ОКБ, которым руководил Г.Н.Бабакин. Там эти работы успешно развивались и привели, как известно, к созданию «лунников», доставивших на Землю образцы лунного грунта, а также знаменитых «Луноходов-1, -2». При этом использовались ракеты-носители, разработанные в ОКБ С.П.Королева. Сам же Сергей Павлович и его коллектив занялись в основном разработкой ракетно-космических комплексов для пилотируемых космических кораблей.
ПРОГРАММА «САТУРН-АПОЛЛОН»
Для посадки космонавтов на поверхность Луны и их возвращения на Землю требовалось существенное увеличение массы полезной нагрузки, выводимой на околоземные орбиты, соответственно увеличивались и энергомассовые затраты.
Эти затраты зависели от схемы и состава ракетно-космического комплекса, предназначенного для решения этой задачи, а они, в свою очередь, — от того, где будет находиться спускаемый аппарат, служащий для обеспечения безопасного возвращения участников экспедиции на Землю. Он мог быть доставлен на околоземную орбиту и находиться там до возвращения экспедиции, члены которой должны были перейти в него для возвращения на Землю. Спускаемый аппарат мог быть доставлен на окололунную орбиту и ожидать на ней совершивший высадку на Луну экипаж для возвращения его непосредственно на Землю. Возможна была и такая схема, когда спускаемый аппарат с экипажем доставлялся непосредственно на поверхность Луны и возвращался на Землю.
Очевидно, что конструкция спускаемых аппаратов во втором и третьем случаях должна рассчитываться на вход в атмосферу (при возвращении на Землю) со второй космической скоростью. Эти экспедиции могли быть осуществлены как одним запуском тяжелой ракеты-носителя, выводящей на околоземную орбиту лунный ракетный комплекс, так и при помощи нескольких (более легких) ракет-носителей, выводящих либо на околоземные, либо на окололунные орбиты части лунного орбитального комплекса, стыкуемые на этих орбитах. НАСА рассматривало две схемы экспедиции на поверхность Луны, со встречей на околоземной орбите и со встречей на окололунной орбите.
Первоначально была выбрана схема со встречей и стыковкой на околоземной орбите. Рассматривались два варианта двухпусковой схемы: встреча со стыковкой и встреча с заправкой топливом. Однако в июне 1962 г. НАСА при непосредственной поддержке президента Кеннеди остановило свой выбор на однопусковой схеме со встречей на окололунной орбите взлетного модуля лунного корабля с орбитальным (основным) блоком космического корабля «Аполлон», в состав которого входил спускаемый аппарат. В этой схеме ракетный блок третьей ступени С-IVБ с кислородно-водородным двигателем Джи-2 ракеты-носителя «Сатурн-V» сначала выводил космический корабль «Аполлон» на околоземную орбиту, а потом — на траекторию движения к Луне.
На рис. 6 показана схема лунной экспедиции по программе «Сатурн-V-Аполлон». Недостаток этой схемы — невозможность спасти экипаж взлетного модуля лунного корабля, если не удается его встреча с орбитальным (основным) блоком корабля «Аполлон», остающимся на окололунной орбите. Кроме того, при такой схеме появлялось ограничение по времени старта этого модуля с поверхности Луны, зависящее от параметров орбиты орбитального блока. Проще говоря, космонавты должны были дождаться, когда орбитальный блок облетит Луну и окажется над ними, и только тогда стартовать с поверхности. Наконец, такая схема имеет ограничение на районы посадки лунного корабля на поверхность Луны, также зависящее от параметров орбиты орбитального блока.
Рис. 6. Схема полета пилотируемой лунной экспедиции по программе «Сатурн-V — Аполлон»: 1 — старт с Земли; 2 — отделение разгонного блока первой ступени, включение двигательной установки второй ступени; 3 — отделение разгонного блока второй ступени, на низкую орбиту; 4, 5 — промежуточная орбита; 6 — второе включение двигателя третьей ступени в расчетной точке орбиты и вывод «Аполлона» на траекторию полета к Луне; 7 — отделение основного блока; 8 — сброс конического переходника и перестроение основного блока; 9 — пристыковка основного блока к лунной кабине; 10 — отделение «Аполлона» от разгонного блока третьей ступени; 11 — первая коррекция траектории; 12 — вторая коррекция траектории; 13 — разгонный блок третьей ступени переводится на траекторию прямого попадания на поверхность Луны;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
Второй этап — автоматические межпланетные станции «Луна-4-9», запуск которых осуществлялся при помощи четырехступенчатой ракеты-носителя «Молния» (рис. 4) с ракетными блоками «И» и «Л». Ракетный блок «И» третьей ступени имел кислородно-керосиновый ЖРД РО-9 (также «фирмы» С.А.Косберга), запускаемый сразу после выключения рулевых двигателей центрального блока на первом активном участке траектории. Ракетный блок «Л» четвертой ступени имел кислородно-керосиновый ЖРД C1-5400, разработанный в нашем ОКБ. Он обладал хорошими по тому времени энергомассовыми характеристиками и был приспособлен к запуску при длительном пребывании в условиях невесомости. Ракетный блок «Л» имел также систему обеспечения запуска основного двигателя и систему стабилизации — ориентации. Они были смонтированы на ферме, отделяющейся от блока «Л» после запуска основного двигателя.
Выведенная на орбиту искусственного спутника Земли четвертая ступень с ракетным блоком «Л» совершала в течение некоторого времени полет при неработающем двигателе. В заданный момент ступень ориентировалась в пространстве, двигатель запускался и разгонял станцию до скорости, близкой ко второй космической. Такой метод разгона позволял осуществлять полет к Луне с одинаковыми энергозатратами в любой день независимо от положения Луны на орбите и увеличить массу «Лун» второго поколения с 300 до 1600 кг. Это дало возможность С.П.Королеву перейти к осуществлению мягкой посадки на поверхность нашего спутника. Со 2 апреля 1963 г. по 4 ноября 1965 г. было запущено пять таких автоматических аппаратов — «Луна-4, -5, -6, -7, -8», и только запуск «Луны-9» массой 1893 кг (рис. 5), осуществленный 31 января 1966 г. (уже после кончины С.П.Королева), закончился успешно. Спускаемый аппарат массой около 100 кг прилунился в районе Океана Бурь в точке с координатами 7° с.ш. и 60° з.д. Впервые в истории была совершена мягкая посадка на поверхность Луны, на Землю передана панорама лунной поверхности.
В 1964-1965 гг. при помощи той же РН «Молния» были запущены три автоматических аппарата «Зонд-1, -2, -3» для отработки управления их движением на дальних межпланетных трассах. Во время пролета последнего из них вблизи Луны были проведены фотографирование и передача на Землю изображения поверхности обратной стороны Луны (включая и часть поверхности, не охваченной при фотографировании «Луной-3»).
В 1965 г. работы по исследованию Луны при помощи станций второго поколения С.П.Королевым были (вместе с большим заделом) переданы ОКБ, которым руководил Г.Н.Бабакин. Там эти работы успешно развивались и привели, как известно, к созданию «лунников», доставивших на Землю образцы лунного грунта, а также знаменитых «Луноходов-1, -2». При этом использовались ракеты-носители, разработанные в ОКБ С.П.Королева. Сам же Сергей Павлович и его коллектив занялись в основном разработкой ракетно-космических комплексов для пилотируемых космических кораблей.
ПРОГРАММА «САТУРН-АПОЛЛОН»
Для посадки космонавтов на поверхность Луны и их возвращения на Землю требовалось существенное увеличение массы полезной нагрузки, выводимой на околоземные орбиты, соответственно увеличивались и энергомассовые затраты.
Эти затраты зависели от схемы и состава ракетно-космического комплекса, предназначенного для решения этой задачи, а они, в свою очередь, — от того, где будет находиться спускаемый аппарат, служащий для обеспечения безопасного возвращения участников экспедиции на Землю. Он мог быть доставлен на околоземную орбиту и находиться там до возвращения экспедиции, члены которой должны были перейти в него для возвращения на Землю. Спускаемый аппарат мог быть доставлен на окололунную орбиту и ожидать на ней совершивший высадку на Луну экипаж для возвращения его непосредственно на Землю. Возможна была и такая схема, когда спускаемый аппарат с экипажем доставлялся непосредственно на поверхность Луны и возвращался на Землю.
Очевидно, что конструкция спускаемых аппаратов во втором и третьем случаях должна рассчитываться на вход в атмосферу (при возвращении на Землю) со второй космической скоростью. Эти экспедиции могли быть осуществлены как одним запуском тяжелой ракеты-носителя, выводящей на околоземную орбиту лунный ракетный комплекс, так и при помощи нескольких (более легких) ракет-носителей, выводящих либо на околоземные, либо на окололунные орбиты части лунного орбитального комплекса, стыкуемые на этих орбитах. НАСА рассматривало две схемы экспедиции на поверхность Луны, со встречей на околоземной орбите и со встречей на окололунной орбите.
Первоначально была выбрана схема со встречей и стыковкой на околоземной орбите. Рассматривались два варианта двухпусковой схемы: встреча со стыковкой и встреча с заправкой топливом. Однако в июне 1962 г. НАСА при непосредственной поддержке президента Кеннеди остановило свой выбор на однопусковой схеме со встречей на окололунной орбите взлетного модуля лунного корабля с орбитальным (основным) блоком космического корабля «Аполлон», в состав которого входил спускаемый аппарат. В этой схеме ракетный блок третьей ступени С-IVБ с кислородно-водородным двигателем Джи-2 ракеты-носителя «Сатурн-V» сначала выводил космический корабль «Аполлон» на околоземную орбиту, а потом — на траекторию движения к Луне.
На рис. 6 показана схема лунной экспедиции по программе «Сатурн-V-Аполлон». Недостаток этой схемы — невозможность спасти экипаж взлетного модуля лунного корабля, если не удается его встреча с орбитальным (основным) блоком корабля «Аполлон», остающимся на окололунной орбите. Кроме того, при такой схеме появлялось ограничение по времени старта этого модуля с поверхности Луны, зависящее от параметров орбиты орбитального блока. Проще говоря, космонавты должны были дождаться, когда орбитальный блок облетит Луну и окажется над ними, и только тогда стартовать с поверхности. Наконец, такая схема имеет ограничение на районы посадки лунного корабля на поверхность Луны, также зависящее от параметров орбиты орбитального блока.
Рис. 6. Схема полета пилотируемой лунной экспедиции по программе «Сатурн-V — Аполлон»: 1 — старт с Земли; 2 — отделение разгонного блока первой ступени, включение двигательной установки второй ступени; 3 — отделение разгонного блока второй ступени, на низкую орбиту; 4, 5 — промежуточная орбита; 6 — второе включение двигателя третьей ступени в расчетной точке орбиты и вывод «Аполлона» на траекторию полета к Луне; 7 — отделение основного блока; 8 — сброс конического переходника и перестроение основного блока; 9 — пристыковка основного блока к лунной кабине; 10 — отделение «Аполлона» от разгонного блока третьей ступени; 11 — первая коррекция траектории; 12 — вторая коррекция траектории; 13 — разгонный блок третьей ступени переводится на траекторию прямого попадания на поверхность Луны;
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38