Лунар-орбитер-5

Ежегодник 1968 г

«Лунар орбитер V» («Лунар орбитер Е»). Последний из космических аппаратов этой серии. Основные задачи полета: 1. Повторное фотографирование пяти из восьми участков, которые по предыдущим фотографиям были признаны потенциально пригодными для посадки лунной кабины. 2. Фотографирование 36 участков на видимой стороне Луны, представляющих особый научный интерес, в частности кратеров Коперник, Аристарх, Гиппарх, Тихо и Альфонс, Моря Дождей. 3. Фотографирование невидимой стороны Луны, в основном области между 104° и 143° з. д., которая не была сфотографирована предыдущими аппаратами. 4. Регистрация столкновений с метеорными частицами (предыдущие аппараты зарегистрировали 9 столкновений) и уровня радиации у Луны, а также уточнение ее гравитационных характеристик. 5. Использование аппарата для юстировки оборудования наземных станций слежения за кораблем «Аполлон» и для тренировки персонала этих станций. Для этого после завершения фотографирования аппарат предполагалось перевести на орбиту, близкую к расчетной селеноцентрической орбите корабля «Аполлон».

Аппарат аналогичен предыдущим аппаратам этой серии, в бортовое оборудование внесены некоторые изменения с учетом опыта, полученного при полете «Лунар орбитер IV».

Вывод на орбиту проводился по схеме, типичной для всех аппаратов этой серии (рис. 3). Запуск состоялся 1 августа в 22 час. 33 мин., через 31 час 27 мин. была проведена коррекция траектории, а 5 августа в 16 час. 52 мин. аппарат был выведен на селеноцентрическую орбиту с периселением 196 км (расчетный 200 км), апоселением 6050 км (5950 км] и наклонением 85°. 6 августа в 10 час., в соответствии с программой, началось фотографирование Луны. 7 августа в 8 час, 43 мин. аппарат был переведен на орбиту с периселением 101 км (100 км). 8 августа был получен снимок Земли (область, ограниченная 14° з. д. и 135° в. д.). Съемка была закончена 18 августа, а передача снимков на Землю - в начале сентября. Получены все запланированные 212 пар снимков. Из них примерно 20% - по пункту 1 программы, а остальные по пунктам 2 и 3 (см. выше).

10 октября аппарат был переведен на более высокую орбиту, чтобы в период солнечного затмения 18 октября он меньше находился в тени и не разрядились полностью батареи.

После окончания фотографирования аппарат выполнял 4 и 5 пункты программы. Его уничтожили 31 января 1968 г.

Для слежения за аппаратами «Лунар орбитер» было выделено три станции системы DSIF (см. рис. 3). Работой станций руководил Координационно-вычислительный центр в Пасадене, подчиненный Лаборатории реактивного движения. Фотографии потенциальных мест посадки лунной кабины направлялись в Центр MSC.

По заявлению NASA, аппараты «Лунар орбитер» сыграли большую роль в выполнении национальной программы США по исследованию Луны, а полученные снимки являются важнейшим источником информации о ее поверхности. Всего от пяти аппаратов на Земле получено 833 пары снимков.



Баевский:
6. Космический аппарат Lunar Orbiter V (Lunar Orbiter E)

Назначение аппарата (11, 12, 57) -повторное фотографирование 5 из 8 участков лунной поверхности, которые по фотографиям, сделанным предыдущими аппаратами Lunar Orbiter, признаны потенциально пригодными для посадки лунной кабины корабля Apollo; фотографирование 36 участков, расположенных на видимой стороне Луны и представляющих научный интерес, в частности, кратеров Коперник, Аристрах, Гиппарх и Тихо, Моря Спокойствия, а также кратера Альфонс, где, по наблюдениям с Земли, обнаружено выделение газов; фотографирование невидимой стороны Луны, в основном, области между 104° и 143° з. д., которая не сфотографирована предыдущими аппаратами Lunar Orbiter, и высокоширотных, в частности, полярных областей Луны, которые по площади составляют около 40% всей поверхности обратной стороны Луны; фотографирование освещенного Солнцем полушария Земли; использование для юстировки оборудования наземных станций слежения по программе Apollo и для тренировки персонала этих станций; проверка алгоритмов и программ, составленных для счетно-вычислительных машин, на которых обрабатываются траекторные изменения по программе Apollo. Аппарат Lunar Orbiter V предназначался также для решения задач, аналогичных задачам аппарата Lunar Orbiter I.

Запуск аппарата Lunar Orbiter E произведен 1 августа 1967 г. в 22 часа 33 мин. со стартового комплекса № 13 м. Кеннеди ракетой-носителем Atlas- Agena D. Полет ракеты-носителя проходил по программе, близкой к расчетной. После выхода аппарата Lunar Orbiter E на траекторию полета к Луне он получил название Lunar Orbiter V, по международной системе обозначение 1967-75А. 3 августа в 11 час., когда аппарат находился на расстоянии 165 000 км от Луны, проведена коррекция траектории и аппарат выведен в точку окололунного пространства, отстоящую от расчетной на 11 км. От проведения второй коррекции руководство полета решило отказаться ввиду достаточной точности выведения аппарата на траекторию полета. 5 августа в 15 час. 52 мин. была включена двигательная установка и аппарат вышел на начальную селеноцентрическую орбиту с параметрами (в скобках указаны расчетные значения): высота периселения - 196 км (200), апоселения - 6050 км (6000), наклонение-85° (85), период обращения-8 час. (8 час. 11 мин.).

6 августа в 10 час. началось фотографирование, а в 12 час. первые 12 пар снимков приняты на Земле станциями в Голдстоуне и Робледо-де-Чавела. Фотографирование с этой орбиты было окончено 7 августа. 8 августа в 8 час. 43 мин. была включена двигательная установка и аппарат перешел на промежуточную селеноцентрическую орбиту с параметрами (в скобках указаны расчетные значения): высота периселения-101 км (100), апоселения-1498 км (1495), наклонение-85 (85), период обращения-3 час. (3 час. 11 мин.). 8 августа с этой орбиты произведено фотографирование освещенного Солнцем полушария Земли с расстояния 345 600 км от Земли. 9 августа для изменения высоты орбиты была включена двигательная установка; 11 августа полученный снимок был передан на Землю. На снимке видна территория между 14° з. д. и 136° в. д. (43). Многие области Земли не были покрыты облаками и получились на снимке достаточно четко. В последующие 10 суток были сделаны снимки намеченных районов невидимой стороны Луны. 18 августа съемка была закончена, а передача снимков на Землю завершилась в начале сентября; всего получено 212 пар снимков. 10 октября по команде с Земли аппарат совершил маневр с целью увеличения высоты апоселения, чтобы в период солнечного затмения, 18 октября, аппарат в течение меньшего времени находился в тени и не произошло полной разрядки химических батарей. Для осуществления маневра, когда аппарат находился вблизи периселения, была включена двигательная установка и аппарат перешел на новую селеноцентрическую орбиту с большей высотой апоселения и с периодом обращения 3 час. 35 мин. Это было 27-е включение двигательной установки аппарата (37). 21 января 1968 г. было произведено фотографирование с Земли аппарата при помощи 61-дюймового телескопа Университета шт. Аризона. Для фотографирования аппарата необходимо, чтобы солнечное излучение, отраженное панелями С солнечными элементами и днищем аппарата, падало на Землю. Общая площадь отражающей поверхности - панели с солнечными элементами и днища с вкраплениями зеркального стекла - эквивалентна зеркалу площадью 0,8 м2. Согласно расчетам, если бы отражающая поверхность была идеально плоской, то аппарат был бы виден как звезда 6-ой величины, в действительности он был виден как звезда 12-15-ой величины. Отраженное от аппарата излучение может быть зафиксировано на Земле в том случае, если ось тангажа или ось рысканья аппарата перпендикулярна плоскости, проходящей через Землю, аппарат и Солнце. В период проведения фотографирования угол «Земля-аппарат- Солнце» составлял 74,6°. 21 января на аппарат переданы сигналы управления по телеметрическому каналу, а в 11 час. 50 мин. аппарат был ориентирован по тангажу на 96° и по рысканью на 37°. Заданное положение осей аппарата поддерживалось инерциальной системой - уход гироскопа крена составлял 0,7°, гироскопа тангажа 0,5° и гироскопа рысканья-1,0° в час. При заданной ориентации угловые размеры отраженного в сторону Земли солнечного луча составляли 4°, а у Земли диаметр луча достигал 30 000 км. В 12 час. 03 мин. 27 сек. начался сеанс фотографирования; в 12 час. 15 мин. ось луча, согласно расчетам, прошла через станцию слежения в Голдстоуне, причем ошибка в расчетах не превышала 15'. В период фотографирования с 12 час. 24 мин. по 13 час. 01 мин. для облегчения съемки на аппарат была подана команда, в результате чего он «покачивался» при движении по орбите относительно осей тангажа и рысканья. При этом покачивании отраженный от аппарата солнечный луч сканировал Землю. Съемка производилась на пластинки Eastman 4X через желтый фильтр, длительность экспозиции составляла 5 или 10 сек. Всего получено 89 кадров, первый в 12 час. 20 мин. 30 сек., последний-в 13 час. 28 мин. 50 сек., из них 52 кадра-с изображением аппарата. За период съемки аппарат прошел над Луной из района северного полюса в район экватора, в 13 час. 18 мин. 05 сек. аппарат прошел апоселений. При этом он находился на высоте 2023 км над Луной на угловом расстоянии 9' от лунного лимба, период обращения - 3 час. 45 мин. 18 сек. Изображения получились несколько смазанными из-за углового перемещения аппарата. Полученные снимки аппарата в сочетании с данными траекторных измерений позволяют уточнить положение центра масс Луны (7). До конца января 1968 г. аппарат передавал данные о метеорной и радиационной обстановке, использовался для юстировки средств командно-измерительного комплекса по программе Apollo и уточнения параметров гравитационного поля Луны. 31 января произведена операция по уничтожению аппарата; по команде с Земли была включена двигательная установка в момент, когда аппарат находился вблизи апоселения на высоте 2030 км. Когда аппарат приблизился к периселению, он под действием силы притяжения в 7 час. 58 мин. 05 сек. 31 января упал в экваториальной части видимой стороны Луны на западном ее краю, на одном из участков, выбранных для посадки лунной кабины корабля Apollo. Место падения аппарата имеет координаты 0° с. ш. и 70° з. д. (расчетные значения). Одной из причин уничтожения аппарата было то, что в системе ориентации почти полностью израсходован запас сжатого азота. Уничтожение аппарата Lunar Orbiter и падение их на участках лунной поверхности, выбранных для посадки лунной кабины корабля Apollo, предусматривалось с целью использовать обломки аппаратов в будущем в качестве ориентиров для космонавтов при посадке лунной кабины корабля Apollo и предпринять в будущем поиски обломков, чтобы исследовать длительное воздействие на них вакуума, радиации и метеорных частиц. До момента уничтожения аппарат совершил более 2000 оборотов вокруг Луны.

Весовые и геометрические характеристики, конструкция, состав бортового оборудования и научной аппаратуры аппарата такие же, как у аппарата Lunar Orbiter I. Вес аппарата - 391 кГ. С учетом опыта, полученного при полете аппарата Lunar Orbiter IV, в конструкцию и оборудование аппарата Lunar Orbiter V были внесены некоторые изменения. Дополнительно установлен датчик, регистрирующий закрытие крышки в теплозащитной оболочке, закрывающей объективы камер; приняты конструктивные меры, уменьшающие возможность попадания солнечных лучей на объективы камер в случае отказа механизма закрытия крышки; упрощена блокировка переключателей в системе подачи пленки в считывающее устройство (это изменение введено в связи с тем, что на аппарате Lunar Orbiter IV вследствие ошибочного сигнала сработала блокировка переключателя и подача пленки в считывающее устройство прекратилась); для лучшего теплоотвода число кусочков зеркального стекла, вкрапленных в днище, увеличено с 458 до 530; некоторые участки поверхности аппарата покрыты краской, препятствующей появлению солнечных бликов, которые могут помешать нормальной работе датчика Канопуса; дополнительно установлено устройство, обеспечивающее повышение напряжения от аккумуляторных батарей до 31 в тогда, когда панели с солнечными элементами освещены Солнцем не в полной мере, а бортовое оборудование работает в основном от аккумуляторной батареи. Такое положение возникает каждый раз, когда аппарат в период фотографирования изменяет ориентацию по команде устройства, обеспечивающего компенсацию сдвига изображения (11).

После аварийных полетов аппаратов Ranger III-V, которые подвергались термической стерилизации, что, как полагают, послужило причиной аварии, было принято решение не проводить стерилизацию аппаратов, запускаемых для исследования Луны. Аппараты Lunar Orbiter в связи с этим не подвергались стерилизации. Небезинтересны данные по присутствию микроорганизмов на этих аппаратах. Наличие микроорганизмов на самом аппарате при старте определялось путем экстраполяции результатов, полученных при взятии микробиологических проб на отдельных участках корпуса, а также проб воздуха вокруг аппарата. Была внесена поправка +20% на возможное перенесение микроорганизмов на аппарат с переходника и с головного обтекателя. Данные по популяции микроорганизмов на аппаратах Lunar Orbiter при старте приведены в таблице 16 (54).

Таблица 16

Наименование аппарата Общая популяция, микроорганизмовВ том числе популяция спор, устойчивых к высоким температурам
Lunar Orbiter I
Lunar Orbiter II
Lunar Orbiter III
Lunar Orbiter IV
Lunar Orbiter V
5·104
7·106
2·106
2·106
2·107


9·105
1·104
2,4·104

Получены все запланированные 212 пар фотоснимков лунной поверхности: около 20%-потенциальные места посадки лунной кабины корабля Apollo и аппаратов Surveyor, остальные участки - интересные в научном отношении или оставшиеся неотснятыми предыдущими аппаратами Lunar Orbiter на невидимой стороне Луны (12). Фотографирование лунной поверхности производилось с трех различных селеноцентрических орбит. Периселений всех орбит находился над экватором на видимой стороне Луны. Параметры расчетных орбит, с которых производилось фотографирование приведены в таблице 17.

Таблица 17

ОрбитаВысота периселения, кмВысота апоселения, км.Наклонение, град.Период обращения
Начальная
Промежуточная
Конечная
200
~100
~100
5950
5950
1495
85
85
85
8 час. 11 мин.
8 час. 03 мин.
3 час. 11 мин.

Таблица 18 (11)

Индекс камерыШирота, на которой находится аппарат во время съемки, градРазрешение, мРазмеры участка лунной поверхности в кадре, км
I0
30
60
15
36
76
68 x 80
105 x 120
225 x 265
II0
30
60
1,8
4,5
9
8 x 27
13 x 48
24 x 115

Помимо вертикальной съемки производилась также и наклонная съемка, причем одни и те же участки фотографировались с разных точек орбиты. Потенциальные участки посадки лунной кабины фотографировались под таким углом, как их должны видеть космонавты корабля Apollo. При этом также фотографировались элементы поверхности Луны при подлете к участку для использования их космонавтами в качестве ориентиров. Производилось фотографирование в положении, когда оптическая ось камер параллельна направлению солнечных лучей, что дало возможность провести съемку при неблагоприятных условиях освещенности лунной поверхности. В таблице 18 приведены расчетные характеристики вертикальной съемки видимой стороны Луны.

7. Финансирование программы Lunar Orbiter

Суммарные расходы по программе Lunar Orbiter составили около 207,3 млн. долл., в том числе-около 167 млн. долл. на аппараты и 40 млн. долл. на приобретение ракет-носителей. Распределение бюджетных ассигнований на программу и их доля от общих ассигнований NASA на космические исследования представлены в таблице 19 (годы указаны финансовые); общая сумма расходов на 50% превысила запланированную первоначально (25).

Таблица 19

 1962г.1963г.1964г.1965г.1966г.1967г.1968г.1969 г.
Ассигнования на программу
Lunar Orbiter, млн. долл.
1,191,720,0 49,558,0826,09,3-
Доля ассигнований в общем бюджете NASA
на космические исследования, %
0,066 0,046 0,3960,9571,1400,5340,212-

8. Некоторые итоги программы Lunar Orbiter

В течение 1966-1967 гг. по программе Lunar Orbiter запущено и выведено на селеноцентрические орбиты 5 аппаратов; 4 из них полностью выполнили задачу, один-частично. По заявлению NASA осуществление программы Lunar Orbiter внесло большой вклад в программу США изучения Луны. Аппаратами Lunar Orbiter получены детальные снимки, которые являются важным источников о характере поверхности Луны. Первые три аппарата имели целевую задачу по фотографированию определенных участков экваториальной области лунной поверхности с целью определения их пригодности для посадки лунной кабины корабля Apollo. В результате фотографирования было обнаружено и предварительно выбрано восемь участков, пригодных для посадки лунной кабины. Аппарат Lunar Orbiter IV предназначался для фотографирования всей видимой стороны Луны и некоторых районов обратной стороны для составления карты Луны и распространения координатной сетки, принятой для видимой стороны, на ее обратную сторону. В результате фотографирования получены изображения около 99% видимой стороны Луны, проведено фотографирование обратной стороны Луны, Аппарат Lunar Orbiter V решал задачи по дополнительному фотографированию участков поверхности, пригодных для посадки лунной кабины и ранее сфотографированных предыдущими аппаратами, и по фотографированию 36 участков, расположенных на видимой стороне и представляющих научный интерес.

Всего от 5 аппаратов Lunar Orbiter станциями принято 983 пары снимков, некоторые из них приведены на рис. 37-рис. 39. Аппаратами сфотографировано 99,5% обратной стороны Луны с разрешением 150-200 м, а также вся видимая сторона с разрешением лучше 150 м на 99% поверхности и лучше 90 м-на остальной площади. Отдельные области сфотографированы с разрешением до 1 м. На основе этих снимкой составлены крупномасштабные карты Луны. На снимках видно, что Море Восточное является круговым бассейном, окруженным тремя концентрическими кольцами горных хребтов и мощным покровом выбросов. Обратная сторона Луны густо покрыта кратерами, днища которых светлые, не заполненные веществом морей. Днища крупных кратеров (например, Тихо) очень неровны (масштаб неровностей 100 м). Кратеры с лучами, диаметром менее 15 км, окружены каменистыми россыпями. Форма малых кратеров (10-150 м) закономерно меняется с диаметром в соответствии с результатами экспериментов по модельному ударному кратерообразованию в слабосвязных средах. Толщины рыхлого наружного слоя составляет 3-6 м в юго-восточной части Океана Бурь и 6-9 м в Центральном заливе (46). Гряды и купола (например в области холмов Мария), по-видимому, являются местными экструзиями. Вдоль прямых борозд располагаются цепочки кратеров одинакового с ними диаметра. У извилистых борозд на более широком конце почти всегда расположен кратер. Внутри одной из них, долины Шретера, имеется другая, более узкая и очень извилистая борозда. Такая же борозда тянется вдоль прямой долины Альп.
На внутренних стенках кратеров заметны следы осыпей, скатывания отдельных камней. Анализ их дает прочность поверхностного слоя 30±10 н/см2 на глубине 75 см (4) Радиоотражения сигналов аппаратов от лунной поверхности позволили установить наличие областей с повышенной отражательной способностью близ восточного лимба (55)


Рис. 39. Изображение кратера Тихо (диаметр 85 км), полученное 14 августа 1967 г. камерой со средним разрешением, установленной на аппарате Lunar Orbiter V с высоты 200 км. Юг наверху.

Магнитосфера и пояс захваченной радиации у Луны отсутствуют. Анализ гравитационного поля Луны (по измерениям параметров орбит) показал, что Луна по плотности почти однородна Выявлена асимметрия Луны в направлении север-юг, означающая, что форма Луны грушеобразная со вздутием у южного полюса (13) Установлено, что величина гравитационного поля Луны составляет приблизительно 1/6 величины гравитационного поля Земли.

Таблица 20
АппаратНомер включения двигательной установкиЦель включенияДата включенияВремяРасход топлива, кгВремя работы двигательной установкиИзменение скорости, м/секСредняя тяга, кг
между датой запуска и датой включения, сут.между двумя последовательными включениями, сут.
Lunar Orbiter I1Коррекция траектории полета к Луне12 августа 1966 г.2-5,337 сек.37,846,1
2Вывод на начальную селеноцентрическую орбиту14 августа 1966 г.42979 мин. 49 сек.79045,9
3Перевод на новую орбиту21 августа 1966 г.1174,224 сек.40,1551,6
4Перевод на новую орбиту25 августа 1966 г.1540,53 сек.5,451,6
5Торможение с целью уничтожения аппарата29 октября 1966 г.816618,21 мин. 30 сек.169,049,5
Lunar Orbiter II1Коррекция траектории полета к Луне8 ноября 1966 г.2-3,018,5 сек.21,145,9
2Вывод на начальную селено-центрическую орбиту10 ноября 1966 г.42101~10 мин.829,745,8
3Перевод на новую орбиту15 ноября 1966 г.952,917,5 сек.28,146,5
4Изменение наклонения орбиты8 декабря 1966 г.322310 10045.2
5Изменение высоты орбиты14 апреля 1967 г.1591270,53 сек.5,546,8
6Изменение высоты орбиты24 июня 1967 г.231720,8 8.046,6
7Торможение с целью уничтожения аппарата11 сентября 1967 г.3401097,0 61,545,6
Lunar Orbiter III1Коррекция траектории полета к Луне6 февраля 1967 г.2-0,74,4 сек.5,146.5
2Вывод на начальную селеноцентрическую орбиту8 февраля 1967 г.4288,99 мин. 1 сек.704,345,4
3Перевод на новую орбиту12 февраля 1967 г.845,534 сек.50,745,4
4Изменение высоты орбиты11 апреля 1967 г.66580,6 5,546,7
5Изменение высоты орбиты16 июля 1967 г.165961,5 14,452,0
6Перевод на новую орбиту31 августа 1967 г.2114620,22 мин. 5,5 сек.198,344,0
7Торможение с целью уничтожения аппарата9 октября 1967 г.250395,1 52,644,2
Lunar Orbifer IV1Коррекция траектории полета к Луне5 мая 1967 г.1-8,753 сек.60,845,4
2Вывод на начальную селено-центрическую орбиту8 мая 1967 г.4382,48 мин. 24 сек.659,645,4
3Перевод на орбиту с меньшей высотой периселения5 июня 1967 г.322819,6 186,746,0
4Перевод на орбиту с меньшей высотой апоселения8 июня 1967 г.3537,1 70,545,4
Lunar Orbiter V1Коррекция траектории полета к Луне3 августа 1967 г.2-4,3 29,745,3
2Вывод на начальную селено-центрическую орбиту5 августа 1967 г.4282,5 64345,9
3Перевод на новую орбиту8 августа 1967 г.731,82 мин.16,046,1
4Изменение высоты орбиты9 августа 1967 г.8125,2 233,745,3
5Изменение высоты орбиты10 октября 1967 г.71636,841 сек.67,545,9
6Торможение с целью уничтожения аппарата31 января 1968 г.185114 18,9 сек28,6 

Аппараты Lunar Orbiter использовались для решения ряда технических задач по программе Apollo (юстировка оборудования наземных станций слежения за кораблем Apollo и др.). Осуществление программы Lunar Orbiter позволило отработать программу вывода аппаратов на селеноцентрическую орбиту, управления аппаратом по переводу с одной орбиты на другую. Был отработан ряд бортовых систем при их длительном функционировании в условиях космического полета. В полетах 5 аппаратов отмечено не более 18 отказов при общей продолжительности функционирования около 120 000 элементов примерно в течение 4400 час. Так, например, в ходе выполнения программы Lunar Orbiter была отработана двигательная установка аппаратов, обеспечивающая как коррекцию траектории на среднем участке полета, так и выполнение маневров по выводу и переводу аппаратов на различные селеноцентрические орбиты. В таблице 20 приведены некоторые сведения, характеризующие работу двигательной установки аппаратов Lunar Orbiter. Двигательная установка оказалась работоспособной после 340 суток (аппарат Lunar Orbiter II) нахождения в условиях космического полета. Максимальное время между двумя последовательными включениями двигательной установки равнялось 127 суткам (тот же аппарат).