Эволюция и подвиги луноходов

Общее название для группы самоходных исследовательских аппаратов – «Луноход» – распространяется на все автономные транспортные средства, сконструированные для передвижения по поверхности Луны.

Первые луноходы, реализованные в рамках Советской Лунно-посадочной программы пилотируемых полетов (1969–1977 г), должны были обеспечить астронавтам мощную техническую поддержку. Луноходы предназначались для предварительного обследования предполагаемого места посадки жилого модуля, автоматического сбора данных (фото, видео, замеры, пробы грунта); могли использоваться как личный транспорт (оснащались ручным управлением) и как передвижной посадочный радиомаяк.

Первый Луноход: сделано в СССР

Технически, первый луноход, который должен был опуститься на Лунную поверхность в 1969 г, не выполнил задачу из-за аварии ракеты-носителя (головной обтекатель грузового отсека развалился из-за дефицита прочности еще на этапе разгона).

Аппарату был присвоен «испытательный» статус и номер «ноль», а «первенцами» проекта – стали фото с Советского «Лунохода-1» запущенного 10 ноября 1970 года.

Проектирование

Работа над аппаратами для освоения Луны была начата в 1966 году и шла раздельно: в КБ завода имени Лавочкина (руководитель Бабакин Г. Н.) рассчитывалась и собиралась корпусная часть – гермокорпус, аккумуляторы для солнечных батарей, сами батареи, антенны, камеры, манипуляторы.

Работа над шасси – выполнялась во ВНИИтрансмаш (КБ, проектировавшем танки и военную технику СССР) под руководством А. Л. Кемурджиана.

Разработка посадочных модулей и самого лунохода сильно затруднялась отсутствием достоверных данных о составе, механических свойствах грунта; уровне радиации на поверхности спутника. Окончательная конструкция лунохода была утверждена только через полгода после получения информации с первой (из тринадцати выведенных на орбиту Луны) успешно прилунившейся автоматической станции («Луна-9»).

«Луна-9» — советская автоматическая межпланетная станция для изучения Луны и космического пространства

Обкатка

Управлялся Луноход дистанционно, через сеть приемно-передающих (ретрансляционных) станций (НИП-10, НИП-16). Данные с двух телекамер Лунохода поступали на радиотелескоп ТНА-400, расположенный в закрытом центре космической связи Симферополь-28 (ВЧ 14109). С него же передавались ответные команды из координационно-вычислительного центра. Данный НИП обеспечивал связь с зондами серии «Луна» и космическими кораблями СССР «Восток».

Радиотелескоп ТНА-400

На территории этой военной части в сентябре 1968 года был организован полигон для обкатки первых  планетоходов: котлован площадью 70х120 м, наполненный битым ракушечником. Рельеф сооружения имитировал механические свойства поверхностного слоя лунного грунта (реголита).

Космическая связь тех лет не могла обеспечить качественного гладкого телеизображения. Кроме того, радиосигнал с Луны доходил с задержкой, поэтому решено было сократить частоту передаваемых кадров с обычных 25 в секунду до одного фото в 3–20 секунд.

Движением Лунохода руководили посменно две команды из 5 человек. Все 11 специалистов (10+1 запасной) были не водителями, а молодыми пилотами и «ракетчиками».

Луноход 1

Автоматическая посадочная ступень «Луна-17» опустилась на лунный грунт через неделю после старта ракеты-носителя – 17.11.1970 г. Первыми фото и телеизображениями переданными с «Лунохода-1» стали виды аппарели платформы и места посадки в районе Моря Дождей (координаты 38° 18′ 54.72″ N, 35° 0′ 28.8″ W).

Панорамный снимок поверхности Луны, переданный Луноходом-1

Кузовом (платформой для шасси и бортовой аппаратуры) служил герметичный литой корпус из магниевого сплава с изолирующим слоем толщиной 20 см. Куполообразная крышка открывалась «днем» для зарядки солнечных батарей, а «ночью» – закрывалась для защиты оборудования от холода. На большинстве известных фото Лунохода она откинута.

Самоходная  платформа была оснащена независимой торсионной подвеской. Привод колес – электрический (полный), по схеме мотор-колесо. Классические «шины» колес отсутствовали – их роль играли сетчатые обода, снабженные пластинами (протектором) из титанового сплава. На Земле мотор-колеса обеспечивали Луноходу максимальную скорость около 10 км/ч, но мощность была искусственно снижена вполовину, чтобы аппарат не перевернулся из-за низкой силы тяжести (в 6 раз меньше земной).

Исследовательские приборы:

• флуоресцентный спектрометр (в рентгеновском диапазоне);
• фиксатор пройденного пути;
• определитель вязкости и твердости материалов;
• дозиметр (РВ-2Н);
• лазерный отражатель (ТЛ).

По бортам лунохода были установлены 6 панорамных телекамер (4 телефотометра и 2 камеры, одна из которых была резервной) и три антенны. Камеры управлялись раздельно, двумя независимыми системами.

Первый лунный «исследователь» выглядел несерьезно и комично (блестящая «кастрюлька» с круглой крышкой, едущая на восьми ажурных колесиках)

Луноход-1

Но несмотря на несерьезный вид, первый луноход провел огромную и серьезную научную работу:

• проработал 11 месяцев (вместо 3 расчетных);
• проехал 10,5 км со средней скоростью 2 км/ч;
• произвел точное измерение расстояния между Землей и спутником;
• выполнил 537 физических проб грунта;
• провел химический анализ почвы;
• передал на Землю более 25 тыс. фото и 211 панорамных снимков.

Луноход 2

Второй планетоход серии конструктивно практически не отличался от своего предшественника (вес был чуть ниже – 836 кг) и предназначался для дальнейшего изучения особенностей строения и химического состава поверхности (реголита) лунных «морей» и «материков».

Посадка АМС «Луна-25» состоялась 15 января 1973 года. Приборы системы дистанционного управления борта «Луноход-2» оказались повреждены, но благодаря дополнительной выносной камере, водителям, все же, удалось успешно ориентироваться.

Луноход-2

Запуск и эксплуатация Лунохода-2 прошли штатно. В ходе экспедиции были подтверждены ранее полученные данные, измерено напряжение магнитного поля, альбедо грунта, установлена разница между яркостью «дневного» и «сумеречного» лунного неба. С января 1973 года, от борта Лунохода-2 было получено 1500 фото.

Официально проект был остановлен 4 июня 1973 года, когда из-за попадания лунной пыли под крышку солнечной панели, температура внутри герметичного отсека поднялась выше расчетной и оборудование перегрелось.

В 1993 году оставшийся в космосе луноход был продан с аукциона Сотбис за 68 500 тыс. долларов.

Луноход 3

Созданный на базе предыдущих платформ, самоходный аппарат должен был нести на себе самые перспективные разработки, включая поворотную стереоскопическую телекамеру, упакованную в гермоблок на отдельном штативе.

Опыт, полученный при создании аппарата для научных исследований Луны, неожиданно пригодился для проектирования роботизированных комплексов, действующих в опасных для человека условиях на Земле – на базе третьего аппарата из «лунной» серии был построен робот, участвовавший в ликвидации аварии на Чернобыльской АЭС.

Сам же прототип остался в стенах «родного» НПО, став «полноразмерной действующей  моделью лунохода» на выставочном стенде.

Луноход-3

Электромобили на Луне: Роверы проекта Аполлон

При высадке американских космонавтов на Луну (проект «Аполлон-15») и в двух последующих экспедициях (1971–1972 г) использовались «лунные автомобили» (роверы). Все три аппарата были идентичны по основным параметрам, менялось только навесное оборудование.

Облегчавшие астронавтам передвижение в условиях открытого космоса, четырехколесные двухместные открытые платформы были разработаны компанией Boeing.

Они выглядели как современные «багги» и оснащались индивидуальными тяговыми электродвигателями мощностью 190 Вт на каждое колесо. Моторы питались от не перезаряжаемых батарей емкостью 121 А/ч. До момента посадки лунной кабины, благодаря складной шарнирной раме, роверы занимали в «багажнике» посадочной ступени всего 0,85 м³.

Лунный Ровер

Технические характеристики:

• длина шасси – 300 см;
• колесная база 230 см;
• диаметр/ширина колес – 810 мм/ 230 мм;
• высота шасси – 110 см;
• дорожный просвет – 350 мм;
• радиус разворота – 3 м;
• масса экипажа – 210 кг;
• полезная нагрузка – 490 кг (для лунного тяготения).

Роверы были оборудованы телекамерой (диаметр объектива 16 мм), и фотокамерой (70 мм), системой связи с Землей, каналом получения и передачи информации с борта спускаемого аппарата. Каждый ровер совершил по три поездки общей дальностью: 27,76км; 26,55 км и 35,89 км.

С помощью камер «луномобилей», оставшихся на лунной поверхности, были засняты все три старта астронавтов обратно к Земле.

Китайский луноход Юйту

Третьей державой, отправившей автономный передвижной комплекс на Луну, стал Китай: автоматическая межпланетная станция «Чаньэ-3» доставила шестой по счету луноход на поверхность спутника Земли 14 декабря 2013 года.

Малый шестиколесный луноход весил 140 кг (из них всего 20 кг – аппаратура). Фото с китайского лунохода высотой 110 см, длиной 150 см и шириной 100 см планировалось принимать в течение трех месяцев. Расчетная дистанция выезда составляла 10 км.

Китайский луноход Юйту

Луноход «Юйту», приземлившийся в 30 км. от кратера Лаплас в Море Дождей, нес на борту:

• панорамные камеры (2 шт.);
• навигационные камеры (2 шт.);
• парктроник (Hazcam);
• георадар, спектрометры (2 шт.);
• манипулятор для спектрометра.

Снимки Луны, сделанные китайским луноходом, приходили с перерывами: трижды Юйту входил в «спящий режим» во время лунной ночи и дефицита заряда. Дважды был потерян механический контроль (в ходе чего Юйту остался без движения), а 22 февраля 2014 года луноход полностью застрял и стал посылать лишь отрывочные сигналы. Официально миссия «Чаньэ-3» закончилась 3 августа 2016 г.

Современные проекты

Для дальнейшего изучения приполярных районов Луны и подтверждения предыдущих высадок космических аппаратов в ближайшем будущем планируется запустить еще несколько экспедиций.

К старту готовятся:

• Новый российский луноход (МГТУ им. Баумана) имеет три варианта исполнения (малый, средний или тяжелый). Его планируется запустить в рамках программы «Луна-25» (предположительно – 2022 г)
• Роботизированный американский луноход, который в рамках проекта Resource Prospector должен будет исследовать полярные области Луны (дата запуска – неизвестна).
• Модуль для прилунения ALINA (ракета-носитель Falcon 9) – доставит в район Таурус-Литтроу два лунных ровера, несущих HD камеры, работающие в реальном времени (дата запуска – неизвестна).

Луна-25

Проект Resource Prospector, модуль ALINA и новый американский луноход The Small Pressurized Rover Concept – предназначенный для исследований Марса – разрабатывались для участия в конкурсе Google Lunar X-Prize, который завершился в марте 2018 года, так и не выявив среди десятка претендентов победителя. Тем не менее, инженеры компании Part-Time Scientists GmbH (ALINA) – не прекращают работы. Предположительно, миссия стартует в 2025 г., в составе совместного проекта Европейского космического агентства.