Сорок с лишним лет тому назад, 17 ноября 1970 года, на Луну опустилась советская межпланетная станция «Луна-17», привезшая «Луноход-1». И вскоре он проложил по поверхности Селены первую в истории человечества «космическую колею».

Но знаете ли вы, с чего началась история «лунного трактора» и какие приключения с ним случались?

Кто придумал лунную танкетку? Долгое время имена инженеров, сконструировавших и построивших «Луноход-1» и «Луноход-2», держались в секрете. Правда, теперь мы знаем – первое транспортное средство для Луны было создано в конце 60-х годов XX века в бывшем «почтовом ящике», что базируется в подмосковных Химках, под руководством Г.Н. Бабакина.

А вот изобретено оно было еще раньше, в середине 50-х годов прошлого столетия. Звали человека, придумавшего луноход, Юрий Сергеевич Хлебцевич. Во время войны работал в засекреченном конструкторском бюро. А потом перешел на работу в Московский авиационный институт, где у него появилась возможность заняться проектами не только сегодняшнего, но и завтрашнего дня.

В ту пору журнал «Знание – сила» предложил своим авторам, среди которых был и Хлебцевич, посмотреть на мир как бы из года 1974-го. Вот тогда в печати и появилось первое упоминание о луноходе.

Появилось и… вскоре исчезло. Все публикации о «танкетке Хлебцевича» были изъяты из свободного доступа. Почему? Об этом ныне остается лишь догадываться. Скорее всего, запрет последовал потому, что где-то в недрах «королевского хозяйства» примерно в то время были начаты работы по созданию реальных луноходов. И шум в прессе на эту тему прекратили во избежание случайных утечек информации. У нас же любят всяческие секреты.

Но если это так, почему не пригласили к сотрудничеству самого Юрия Сергеевича? Объяснение этому может быть такое: Хлебцевич был не «из той системы». Возможно, С.П. Королев даже хотел привлечь специалиста, но сделать этого без согласия «компетентных органов» он не смог. И поручил освоение Луны Георгию Николаевичу Бабакину.

Кстати, в музее Научно-производственного объединения, которое ныне носит имя Г.Н. Бабакина, вам могут показать уникальный в своем роде экспонат – «Луноход-3». Два первых лунохода, как известно, остались на Луне. А вот «Луноход-3» туда не долетел. Потому как был спроектирован совсем для другой цели. Если бы на Луну, как намечалось, ступили наши космонавты – Валерий Быковский или Алексей Леонов, – они бы не только ходили, но и катались на специализированном транспорте. Для этого на «Луноходе-3» предусматривалась площадка, на которую мог стать человек в скафандре подобно тому, как располагаются водители на электрокарах. Однако советская лунная программа была свернута, и «Луноход-3» отправился в музей.

Однако мы несколько забежали вперед…

В поход, луноход! Сам же «Луноход-1» под руководством Бабакина был разработан в рамках секретной программы и представлял собой герметичный приборный отсек, смонтированный на 8-колесном самоходном шасси, изготовленном во ВНИИ «Трансмаш».

Как рассказывали мне конструкторы, были опробованы различные варианты шасси – на гусеницах, даже на механических ногах, но остановились, в конце концов, на привычных колесах с «баллонами» из металлической сетки. Хотя общая опорная площадь колес составляла всего 0,25 кв. м, а весил «Луноход-1» на Земле 756 кг, в условиях лунного притяжения, которое в 6 раз меньше земного, они обеспечили достаточную проходимость по лунному грунту.

Исследовательская аппаратура требовала поддержания температурного режима от 0 до 40 °C. Выдерживать его, когда на лунной поверхности –150 °C ночью и +120 °C днем, было непросто. Поэтому верхняя часть открывающейся крышки приборного отсека использовалась как радиатор охлаждения. В качестве испарителя применялась вода, а в воздушном контуре – азот. Источником же тепла служил ядерный подогреватель, работавший на изотопах. А электричество давала солнечная батарея, которая могла поворачиваться под разными углами для точного ориентирования на Солнце.

В передней части «космического джипа» располагались датчики и оптико-механические телекамеры для управления движением и фотографирования лунной поверхности.

Управляло «Луноходом-1» специальное подразделение Центра дальней космической связи в Крыму. В оперативную смену входило пять офицеров: водитель лунного аппарата, штурман, инженеры, следившие за работой антенны и бортового оборудования, а также командир расчета. Вместе с техническими специалистами и научными консультантами одна рабочая смена командования «Луноходом» составляла 30 человек.

Сложность управления заключалась в долгом прохождении радиосигнала; оператор наблюдал обстановку с опозданием в 2 секунды. Кроме того, из-за слишком низкой установки телекамер дальность видения «лунной трассы» составляла только 8 м, а потому скорость движения «Лунохода» не превышала 140 м/ч.

Тем не менее программа исследований лунной поверхности была успешно выполнена. Вместо запланированных трех месяцев «Луноход-1» проработал на Луне десять с половиной. За это время он проехал расстояние в 10 540 м и исследовал площадь в 80 тыс. кв. м.

Опыт создания и эксплуатации «Лунохода-1» затем пригодился для «Лунохода-2», а также был использован и на Земле. Во время ликвидации последствий взрыва на Чернобыльской АЭС позарез оказался нужен аппарат, способный работать в условиях жесткой радиации. В кратчайшие сроки специалисты из ВНИИ «Трансмаш» изготовили на основе лунохода безотказного робота, благодаря которому остались в живых многие ликвидаторы аварии.

Кому нужен «лунный джип»? Нынешний виток интереса к луноходам связан не только с приближающейся знаменательной датой, но и некоторыми примечательными фактами в истории луноходов.

Вспомним хотя бы, как в повести «Омон Ра» Виктор Пелевин рассказал жуткую историю о безногих камикадзе, которые, пройдя тренировки в подвалах Лубянки, отправились на Луну прямо в своих ватниках и катались там на луноходах, пока хватило сил. И воздуха…

Только улегся шум, поднятый этой фантастической историей, как по страницам СМИ прокатился очередной «девятый вал». Дескать, луноходы и впрямь оказались транспортом для прогулок. Только не людей, а тех «зеленых человечков», которые издавна приглядывают за нами с Луны. Ведь Селена-то на самом деле внутри полая и издавна служит им базой.

Именно лунатики, дескать, и содержат наши луноходы в идеальном порядке. В чем американцы недавно убедились с помощью новейшего лунного зонда Lunar Reconnaissance Orbiter, с высоты 50 км рассмотревшего, что «космический джип» в полной исправности стоит на поверхности Селены.

Правда, на снимках «Луноход-1» выглядит всего лишь как некая букашка величиной меньше муравья. А потому о том, что это именно наш «джип», профессор Том Мерфи и его студенты из Калифорнийского университета определили лишь с помощью уголкового отражателя – этакой открытой коробочки с тремя металлическими зеркалами, закрепленными перпендикулярно друг другу. Особенность отражателя состоит в том, что лазерный луч, попавший на зеркала, отражается в ту точку, из которой был выпущен.

На нашем самоходном аппарате был установлен французский уголковый отражатель. И первые эксперименты с его помощью были проведены в 1971 году одновременно в СССР и во Франции. Потом долгое время луноходом никто не интересовался. А когда три года назад американцы из NASA попытались его отыскать, то сразу сделать этого не смогли.

Дело в том, что точное местоположение лунохода было неизвестно ученым – в 70-х годах навигационная техника была развита хуже, чем сейчас. И отыскать аппарат, размер которого сравним с автомобилем «Ока», на расстоянии в 384 тыс. км – задача посложнее, чем отыскать иголку в стоге сена.

Все изменилось в 2009 году, когда американцы запустили аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), оснащенный камерой LROC, специально предназначенной для фотографирования объектов размером до нескольких метров. На одном из присланных им снимков специалисты и заметили подозрительный светлый объект. Определить, что пятнышко, которое запечатлела камера, – это автоматическая станция «Луна-17», помогли уходящие от объекта колеи. Их мог оставить только «Луноход-1». И, проследив, куда ведет след, ученые обнаружили аппарат.

Нужен же он оказался исследователям не более и не менее как для проверки теории относительности! Собственно, сам луноход как таковой специалистов не интересует. Единственная деталь, ради которой они годами разыскивали аппарат, – это установленный на нем уголковый отражатель.

Причем «Луноход-1» – не единственный аппарат на Луне, снабженный уголковым отражателем. Еще один установлен на «Луноходе-2», а три других были доставлены на спутник в ходе 11, 14 и 15-й экспедиций «Аполлон».

Мерфи и его сотрудники в своих исследованиях регулярно использовали их все пять отражателей. И ныне для проведения полноценных экспериментов ученым не хватало именно отражателя «Лунохода-1». Как объяснил Мерфи, все дело в местоположении аппарата, которое идеально подходит для проведения опытов по изучению характеристик жидкого ядра Луны и определения ее центра масс. Жидкие же «внутренности» Луны влияют на характер движения спутника (попробуйте вращать на столе вареное и сырое куриные яйца, и вы сразу увидите, как проявляется это влияние), и поэтому для получения точной картины необходимо выяснить, как именно Луна отклоняется из-за особенностей своего ядра.

Исследователям повезло – они «попали» в отражатель лунохода со второй попытки. К удивлению Мерфи и его команды, пришедший от «Лунохода-1» сигнал был очень интенсивным – в 2,5 раза сильнее, чем сигналы второго лунохода.

Таким образом, история «Лунохода-1», прервавшаяся 40 лет назад, получила неожиданное продолжение в наши дни. Такое вот техническое чудо…

«100 великих достижений в мире техники», Станислав Николаевич Зигуненко, 2008г.

Космические программы различных стран предполагают не только полеты человека в космос и его высадку на ближайших к Земле планетах и спутниках, но и транспортировку разной исследовательской техники, чьей задачей является сбор данных об иных мирах. К таковым относятся не только спутники, но и различная колесная техника вроде автономных роверов, высаженных на Луне и Марсе. Но так как среда на этих планетах сильно отличается от земной, колеса для луноходов и марсоходов сделаны по-иному принципу. Рассказываем…

Высадка на Луну

По состоянию на сегодняшний день Луна является единственным астрономическим объектом, на котором побывал человек. Это достижение стало результатом миссии «Аполлона-11» – американского пилотируемого корабля, в ходе полета которого с 16 по 24 июля 1969 года жители Земли впервые в истории совершили посадку на поверхность другого небесного тела. Это сделали астронавты Нил Армстронг и Эдвин Олдрин, которые оставались на лунной поверхности 2 часа 31 минуту 40 секунд.

Предтечей события стала успешная посадка советской исследовательской автоматической межпланетной станции «Луна-2», а также беспилотный облет земного спутника автоматической межпланетной станцией «Луна-3», сумевшей сфотографировать обратную сторону планетоида.

В результате данных экспедиций было установлено, что атмосфера и гидросфера на Луне практически отсутствуют, а поверхность спутника представляет собой смесь тонкой мелкодисперсной пыли и скалистых обломков, называемых реголитом, которые образовались в результате столкновений метеоритов с лунной поверхностью. Подобные ударно-взрывные процессы способствовали взрыхлению и перемешиванию грунта, одновременно спекая и уплотняя его частицы. Толщина слоя реголита составляет до десятков метров.

На основе полученной информации Научно-производственное объединение имени Лавочкина разработало конструкцию первого в мире планетохода, который был успешно доставлен на поверхность земного спутника 17 сентября 1970 года. Аппарат под названием 8ЕЛ № 203, также известный как «Луноход-1», был предназначен для изучения особенностей лунной поверхности, радиоактивного и рентгеновского космического излучения на спутнике, химического состава и свойств его грунта. Он проработал 302 суток и проехал 10.540 метров, после чего связь с аппаратом прервалась.

В 1971-м автоматическая межпланетная станция «Луна-21» доставила на спутник Земли «Луноход-2». За четыре месяца работы он прошел 42 километра (это расстояние оставалось рекордным до 2015 года, когда его превзошел марсоход Opportunity), передал на Землю 86 панорам и около 80 тысяч кадров телесъемки, но его дальнейшей работе помешал перегрев аппаратуры внутри корпуса.

Колеса обоих аппаратов состояли из трех титановых ободов, покрытых сеткой из нержавеющей стали и соединенных грунтозацепами. При этом сами колеса работали независимо друг от друга и не соединялись мостами. Такая конструкция оправдывала себя и была разработана с учетом борьбы с непреодолимыми препятствиями: в случае столкновения с таковым неспособное дальше двигаться колесо просто отбрасывалось, а луноход продолжал свое движение. К слову, данная способность ни одному советскому луноходу так и не пригодилась.

Любопытно, что каждое колесо данной техники имело собственный автономный электродвигатель, энергию для которого вырабатывали бортовые источники – полониевый радиоизотопный тепловой генератор и солнечная батарея на внутренней стороне крышки лунохода. Разворачиваясь, крышка одновременно открывала радиатор, необходимый для охлаждения приборов в герметичном контейнере.

Лунный ровер

Во время успешных экспедиций «Аполлон-15», «Аполлон-16» и «Аполлон-17», предпринятых американцами, данный вездеход, называвшийся Lunar roving vehicle, или LRV, использовался для более развернутого исследования местности. Этот транспорт представлял собой четырехколесный планетоход на электротяге, рассчитанный на двух пассажиров. Сконструировал его Ференц, а генеральным подрядчиком выступила компания Boeing.

Этот лунный электромобиль весил 210 кг и мог в условиях силы тяжести земного спутника перевозить груз в 490 кг. Рама его шасси достигала в длину 3 метра (колесная база – 2,3 м) и была сварена из алюминиевых труб.

Американский луноход оснащался четырьмя тяговыми двигателями постоянного тока производства Delco (по одному на каждое колесо) мощностью 190 Вт при совершаемых оборотах до 10.000 в минуту. В роли источника электроэнергии выступали две серебряно-цинковые батареи напряжением 36 вольт и емкостью 121 А*ч каждая. К слову, ввиду примитивности технологии по сравнению с современностью эти батареи не заряжались. Зато конструкция предусматривала возможность питания от этих элементов устройства связи или телекамеры. Кроме того, батареи и вся электроника были подключены к системе пассивного охлаждения.

При таком оснащении средняя скорость LRV по лунным ландшафтам составляла 13 км/ч. Однако это не было пределом возможностей данной техники: в ходе экспедиции «Аполлон-16» был установлен рекорд скорости передвижения по Луне, составивший 18 км/ч. Сами участники экспедиции признали, что такая скорость оказалась чрезмерной для спутника с иной силой притяжения, ведь малейший наезд на препятствие сопровождался сильной тряской и взбиванием больших фонтанов лунной пыли.

Также отметим, что максимальное удаление LRV от лунного модуля из соображений безопасности ограничивалось ресурсами индивидуальных систем обеспечения астронавтов, которых должно было хватить для пешего возвращения к модулю в случае поломки луномобиля. В итоге максимальное расстоянии во время экспедиций «Аполлон-15» и «Аполлон-16», преодоленное этим транспортом, составило 28 и 27 км соответственно (в обе стороны). В ходе этих исследований и лунный автомобиль, и скафандры астронавтов показали свою надежность, так что данное ограничение было смягчено. Во время экспедиции «Аполлон-17» это позволило группе исследователей удалиться от лунного модуля на максимальное расстояние 7,6 км, а общая протяженность пути составила 36 км, что до сих пор является рекордом среди планетоходов, пилотируемых человеком.

Покрышки для космоса

Колеса луномобиля были разработаны компанией General Motors. В основе их конструкции применялся алюминиевый диск, на который устанавливалась своеобразная покрышка диаметром 810 мм и шириной 230 мм. Она была выполнена из плетеной стальной проволоки (волокон) толщиной 0,84 мм с цинковым покрытием. При этом около половины площади такой покрышки занимал специальный титановый протектор для обеспечения более надежного контакта с грунтом. Над колесами луномобиля также устанавливались пылевые щитки, которые неоднократно доказывали свою эффективность, не позволяя экипажу и органам управления техники покрыться за считаные минуты мелкодисперсной пылью.

Данная технология полностью оправдала себя, ведь использовать традиционный при изготовлении колес каучук за пределами нашей планеты возможностей не было. Температурные перепады на поверхности Луны составляют от -170°C до +120°C, а дополнительное высокоэнергетическое радиационное излучение еще больше ускоряет деградацию резиновых элементов. Словом, выдержать длительное использование вне условий Земли никакая резина не может.

Также лунный автомобиль был оборудован собственной системой радио- и телевизионной связи. На его борту имелась остронаправленная сетчатая параболическая антенна для прямой связи с Землёй, а также ненаправленная антенна. На борту были установлены цветная телекамера, 16-миллиметровая кинокамера, а также 70-миллиметровая фотокамера, для которых имелся запас пленок в кассетах.

Интересно: цветная телевизионная камера с 6-кратным объективом-трансфокатором, установленная на луномобиле, была оснащена электроприводом для поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях и изменения фокусного расстояния, благодаря чему ею могли управлять не только астронавты, но и оператор с Земли. Это значительно расширило возможности видеосъемок и даже позволило заснять старт лунного модуля с Луны. Для выполнения такой съемки луномобиль пришлось заранее оставить на спутнике в нужной позиции и на таком расстоянии от модуля, чтобы в поле зрения его телекамеры он попадал целиком.

Детали: для второго пришествия американцев на спутник Земли спроектирован луноход VIPER, цельнометаллические колеса которого успешно прошли все тесты на симуляторе имитации лунного грунта. Учеными моделировалось передвижение по разным склонам и камням, проскальзывание колес – всего было применено 196 различных сценариев. Луноход VIPER разработан Исследовательским центром Эймса и будет использоваться для поиска полезных ископаемых и водяного льда в затененных областях Южного полюса Луны. Его планируют доставить на поверхность спутника спускаемым модулем Griffin в конце 2023 года.

***

Вот такое получается занимательное материаловедение во внеземных условиях. Надеемся, вам было интересно. В следующем материале на эту тему мы расскажем об особенностях колес марсоходов.