Как люди на Луну летали, часть 2. Выбор трассы
Пока будущие moon walker'ы тренировались на кошках, суровые физики думали, как бы поэффективнее слетать к Луне и вернуться. Ни о каких концептах самого корабля на тот момент и речи не шло, вопрос заключался в самых основных вещах. А именно - в выборе траектории полёта.
Поначалу над ней не особо парились. Вот как летела, например, Луна-9:
Тут следует отметить, что хотя Жюль Верн был неправ, взяв в качестве основного движителя пороховой заряд, в общем и целом он оказался гораздо более близок к истине, чем кажется. В реальности двигатели летящего в дальний космос корабля работают крохотные доли процента всего времени полёта, то есть его траектория в целом сходна с траекторией пушечного снаряда. Разница, по сути, только в том, что снаряд неуправляем, тогда как корабль может проводить коррекции траектории (как на рисунке выше).
Другой вариант траектории - это выход на орбиту вокруг Луны с последующим ожиданием удобного момента для высадки. Именно это описано, к примеру, в книге Уэллса "Первые люди на Луне". Это гораздо более удобно, так как позволяет выбрать наиболее эффективное время импульса для посадки.
Но и такая траектория совершенно не подходила для полёта пилотируемого, так как помимо кучи железа, на борту находились думающие куски мяса - и им, наверное, не очень понравилось бы умереть из-за ошибки математиков. Впечататься в Луну на второй космической или так и остаться её вечным спутником - не самый приятный конец. Поэтому единственно верным вариантом оставалась траектория возвращения:
Называется она так потому, что снаряд в свободном полёте по такой траектории облетит Луну и направится обратно, к Земле, что позволит астронавтам хотя бы умереть дома. И, забегая вперёд, математики как в воду глядели - для "Аполлона-13" такое решение сыграло решающую роль.
Ещё один нюанс заключался в "окне" для запуска. Если пускать аппарат сразу с Земли, то "окна" ждать придётся довольно долго - ну или жертвовать полезной нагрузкой в пользу топлива, компенсируя это неудобство. Поэтому очень быстро и в СССР, и в США пришли выводу, что стартовать к Луне надо с так называемой "опорной орбиты", а уже туда выводить обычными средствами - тогда можно улучить нужный момент и, запустив двигатели, отправиться к Луне. "Окно" при этом открывается дважды в месяц, когда Луна проходит через плоскость орбиты корабля, на несколько дней, а в течение этого периода - на несколько часов в сутки. Иными словами, опорная орбита выступала "буфером времени", позволяя гораздо более гибко управлять полётом: после выхода на неё у экипажа было около трёх часов, чтобы выбрать нужный момент для импульса. Это куда проще, чем лететь просто сразу.
Момент, однако, выбирать следовало по очень жёстким правилам - любая ошибка привела бы к лишним затратам топлива, а в худшем случае к срыву миссии (т. к. топлива могло не хватить на обратный путь). Выглядело это примерно так:
TLI Cutoff - это как раз тот самый Translunar Injection, момент, когда астронавты поддают газу и вылетают к Луне. Второй такой эпизод случается уже на подлёте, чтобы корабль стал спутником Луны, а не полетел обратно к Земле. Рассматривались и другие варианты, например, такой:
Однако их забраковали по разным причинам (конкретно эту выше - из-за большой сложности расчётов при низкой по современным меркам мощности компьютеров, это при том, что возможная область прилунения для неё гораздо шире).
Тут стоит отметить, что по понятным причинам все экспедиции летали к Луне по прямой, весьма энергозатратной траектории. Не так давно в NASA запатентовали новый её вариант, позволяющий добраться к Луне за 2,5 месяца, кружа вокруг Земли - правда, он годится лишь для небольших аппаратов. Ну и людям в космосе без хорошей радиационной защиты тоже будет неуютно.
К слову о ней: ещё один нюанс заключался в преодолении радиационных поясов, точнее, пояса, поскольку деление их на части весьма условно. Жарче всего он над экватором, а меньше всего радиации - у полюсов. Поэтому простой запуск с небольшим наклонением орбиты (относительно экватора) привёл бы к пролёту сквозь наиболее жаркие зоны, и астронавты получили бы серьёзные дозы. Соответственно, запускали корабли под таким углом, чтобы в эти зоны не залетать вовсе.
Однако запустить аппарат к Луне - полбеды, его надо ещё вернуть обратно. Возникает очевидный (на самом деле нет) вопрос: а зачем сажать на поверхность лишний груз? Ведь возвращаемый корабль несёт на себе кучу всякого барахла, например, теплозащиту, которая нафиг не нужна на Луне по причине отсутствия атмосферы. И вот тут американцы воспользовались разработками советского учёного Юрия Кондратюка (на самом деле он звался Алексей Шаргей, но пришлось законспирироваться, чтобы не угодить в маховик советских репрессий), который помимо ряда чисто инженерных изобретений отметился расчётами оптимальной трассой полёта к Луне. Идея заключалась в том, что на поверхность спускается не весь корабль, а специально отделяемый "челнок", все конструкции которого максимально оптимизированы для выполняемой задачи, что в результате снижает необходимое количество топлива до минимума. Более того, Кондратюк предположил, что лучше всего будет спускать двоих человек на "челноке", а одного оставить в "командном модуле" - и оказался прав. Во время визита в СССР Нил Армстронг даже специально посетил его бывший дом в Новосибирске и собрал там горсть земли, чтобы выразить своё уважение учёному (подтверждений этому, увы, я не нашёл, но в Новосибирске Армстронг побывал однозначно).
Ну а в следующей серии будет про "Сатурн-5".