24 сентября 1970 года советская автоматическая межпланетная станция «Луна-16» («объект е8-5») доставила на Землю 101,5 грамма лунного грунта. И хотя это событие произошло после исторических пилотируемых экспедиций Apollo-11 и -12, мировое научное сообщество достижение оценило — впервые в истории вещество с другого небесного тела доставил на Землю не человек, а робот. Руководитель департамента астрономии Калифорнийского технологического института доктор Джесси Гринстейн (Jesse Leonard Greenstein) писал:
«...Первый в истории беспилотный полет на Луну и обратно, который совершил космический аппарат «Луна-16», — изумительное достижение науки и техники… Мы, ученые, восторгаемся храбростью космонавтов — советских и американских, но с практической точки зрения нас больше интересует эффективность автоматических станций типа «Луны-16». Их преимущества очевидны — они дешевле и не требуют человеческого риска. Луна — ближайшее к нам небесное тело. Но представьте себе полеты к более далеким планетам. Для того чтобы достать с них образцы пород руками человека, возможно, потребуется затрата львиной доли национальных бюджетов той или иной страны. Выход из финансового тупика (иные тупики науке не страшны) — управляемые с Земли автоматические станции. Первый шаг, совершенный вами, окрыляет!..»
Джесси Гринстейн: «Мы восторгаемся храбростью космонавтов, но с практической точки зрения нас больше интересует эффективность автоматических станций» (Copyright © 2003 American Institute of Physics)
Тезисы Гринстейна подхватила и развила советская пропаганда: триумф автоматической «Луны-16» она противопоставила «опасным» пилотируемым американским миссиям Apollo. Однако в любом случае доставка лунного грунта автоматической станцией стала выдающимся научно-техническим достижением мирового уровня, путь к которому был извилистым и драматичным.
Луна — ближайший к нам иной мир, видимый каждый день, — всегда привлекала внимание исследователей. Вскоре после запуска самых первых спутников Земли она стала основной целью космических аппаратов, покидающих сферу земного притяжения.
Зонды первого поколения — что советские, что американские — были простейшими контейнерами с передатчиком и весьма ограниченным набором научных инструментов. В рамках космической гонки, развернувшейся с октября 1957 года, их основной задачей стало сделать что-либо первыми, опередив конкурента. Прежде всего, попасть в Луну.
Из-за крайней ненадежности средств запуска (они на тот момент представляли собой еще весьма несовершенные дальние баллистические ракеты, дополненные верхними ступенями) сделать это с первого раза не удалось никому — ни советским «Лунам», ни американским «Пионерам»: в период с 17 августа 1957 года до 25 мая 1961 года обе страны предприняли 18 (!) попыток запуска автоматических аппаратов к нашему ночному светилу. Из девяти, проведенных с Байконура, лишь две («Луна-2» и «Луна-3») оказались полностью успешными и еще одна («Луна-1» промахнулась мимо цели) привела к появлению «первой искусственной планеты». Из девяти, выполненных с мыса Канаверал, достаточно успешным стал один (Pioneer-4). В довесок американцам удалось запустить первый межпланетный зонд Pioneer-5, и он около месяца передавал данные о магнитном поле между Землей и Венерой.
Вернер фон Браун (в то время директор отдела разработок Агентства по баллистическим ракетам армии США), Джон Казани (Лаборатория реактивного движения) и доктор Джеймс Ван Аллен (профессор физики и астрономии в Университете Айовы) осматривают зонд Pioneer-4. Фото NASA
В целом первый раунд начавшейся лунной гонки остался за Советским Союзом.
Второе поколение зондов было обязано своим появлением специализированным ракетам-носителям, позволяющим нарастить массу и набор функций космических аппаратов, перед которыми стояли более сложные задачи: детальное фотографирование лунной поверхности и посадка на нее. Работа выполнялась в поддержку пилотируемых лунных программ, которые начали реализовывать обе страны.
25 мая 1961 года президент США Джон Ф. Кеннеди в своем выступлении перед Конгрессом заявил, что «страна должна приложить все усилия, чтобы до конца десятилетия отправить человека на Луну и вернуть его живым на Землю», дав формальный старт программе Apollo (неформальные работы по определению облика миссии начались годом раньше).
Углубленному изучению нашего ночного светила была посвящена двухэтапная программа Ranger. На первом этапе предполагалось использовать аппараты для съемки различных участков лунной поверхности вплоть до момента падения на Луну, на втором — доставить контейнер с научным оборудованием, способный осуществить посадку на поверхность. В период с 23 августа 1961 года по 21 марта 1965 года было запущено девять аппаратов серии Ranger, но задачу съемки смогли решить лишь последние три. Подробно об этой программе можно почитать в статье «Приключения космического робота».
Ranger-7, передавший на Землю первые фотоснимки лунной поверхности высокого разрешения. Фото NASA
Для мягкой посадки на Луну и проведения исследований лунной поверхности как в рамках программы Apollo, так и в научных целях реализовывалась программа Surveyor. В период с 30 мая 1965 года по 7 января 1968 года было запущено семь аппаратов данной серии, из них пять успешно выполнили все свои задачи.
Изучение лунной поверхности с селеноцентрической орбиты с особым упором на районы, намеченные для посадки лунного модуля Apollo, проводилось с помощью космического аппарата Lunar Orbiter. В период с 10 августа 1966 года по 1 августа 1967 года было запущено пять аппаратов данной серии, и все они успешно справились с поставленной задачей.
Ranger формально относились ко второму поколению аппаратов для изучения Луны, а Surveyor и Lunar Orbiter — к третьему.
Американские автоматические разведчики Луны третьего поколения Surveyor и Lunar Orbiter. Фото NASA и Смитсоновского музея авиации и космонавтики
Официальное решение о том, отправлять или нет советских космонавтов на Луну, опоздало на три с лишним года: Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР за № 655-268, вышедшее 3 августа 1964 года, определило, что главными направлениями советской пилотируемой программы на ближайшие пять лет будет облет Луны с возвращением на Землю (головной исполнитель — ОКБ-52 В. Н. Челомея, сроки реализации — с 1966-го по первое полугодие 1967 года) и осуществление высадки экспедиции на лунную поверхность с последующим возвращением на Землю (головной исполнитель — ОКБ-1 С. П. Королева, сроки — с 1967 по 1968 год). В рамках этого решения создавались автоматические станции второго поколения («объект е-6»), предназначенные для отработки мягкой посадки и создания искусственных спутников Луны.
Из 20 космических аппаратов этого типа, запущенных в период с 4 января 1963 года до 7 апреля 1968 года, лишь 11 смогли достичь полного или частичного успеха (в частности, 3 февраля 1966 года первую в мире мягкую посадку на другое небесное тело совершила советская «Луна-9», а 3 апреля того же года «Луна-10» вышла на орбиту вокруг Селены) — остальные потерпели аварию по тем или иным причинам.
Макет аппарата типа е-6 с автоматической лунной станцией «Луна-9» на фоне лунной панорамы. (Источник: sneg.ru)
«Объекты е-6» относятся ко второму поколению советских автоматических лунных станций. Кроме них, в ОКБ-1 разрабатывалась космическая станция третьего поколения («объект E-8»), которая должна была доставить на Луну самоходный автоматический аппарат («объект Л-2»), предназначенный для изучения условий в месте предполагаемой высадки космонавтов и выбора места посадки корабля.
Поначалу советское руководство, вероятно, питало надежды обогнать американцев. Однако вскоре грандиозный объем и сложность пилотируемой лунной программы стали очевидными, как и высокий шанс отстать от Америки в престижной космической гонке. Поэтому в 1965 году акценты сместились, и на первый план вышла задача облета Луны пилотируемым кораблем, которая казалась более простой.
К решению задачи подключили С.П. Королева, возложив на него создание облетного пилотируемого корабля 7К-Л1 (на базе разрабатываемого «Союза») и космического разгонного блока «Д» (на базе одной из ступеней ракетно-космического комплекса Н1-Л3 для осуществления высадки космонавтов на Луну). За В. Н. Челомеем оставили ракету-носитель УР-500К (будущий «Протон-К»). Для избавления от «непрофильных тем» (ими ОКБ-1 было перегружено сверх всякой меры) в том же 1965 году вся тематика по автоматическим лунным станциям (включая проекты е-6 и E-8) была передана Машиностроительному заводу имени С. А. Лавочкина, руководимому Г. Н. Бабакиным.
Страницы из отчета «Основные положения по объекту E-8», созданного при передаче тематики по автоматическим лунным и межпланетным станциям из ОКБ-1 Машиностроительному заводу имени С. А. Лавочкина. (Источник: Роскосмос)
Однако ожидаемого ускорения по лунному направлению не произошло. Несмотря на строгие и не терпящие возражений партийно-правительственные постановления 1967-1968 годов, которые требовали «усилить работы», отставание от США увеличивалось. Критической точкой стало 24 декабря 1968 года, когда на окололунную орбиту вышел Apollo-8 Фрэнка Бормана, Джеймса Ловелла и Уильяма Андерса. Все участники событий осознавали, что и высадка Луну первого астронавта — а не космонавта — не за горами.
С нашей стороны требовалось неординарное решение, которое привело бы к какому-то звучному успеху, способному скрасить грядущее поражение в пилотируемой лунной гонке. И таким решением стала доставка лунного грунта на Землю автоматической станцией.
Техническая база имелась: к 1968 году завод имени Лавочкина полностью переработал концепцию E-8 и предложил на этой основе создать целую серию лунных автоматических станций — луноход, тяжелый спутник для картографирования Луны, стационарную научную обсерваторию на лунной поверхности и ряд других аппаратов. А в феврале 1968 года был выпущен эскизный проект автоматического аппарата E-8-5 для доставки на Землю образцов лунного грунта.
Весомым преимуществом предложенной концепции была высокая степень готовности материальной части: УР-500К вместе с блоком «Д» проходила летные испытания (пусть и не без аварий), система E-8 с посадочной ступенью и луноходом участвовали в наземной отработке. Все это выглядело настолько заманчиво, что позволяло в теории даже опередить Америку с доставкой грунта, да еще и за гораздо меньшие деньги. 8 января 1969 года вышло очередное Постановление ЦК КПСС и Совмина СССР №19-10 «О плане работ по исследованию Луны, Венеры и Марса автоматическими станциями». Первым же пунктом в нем указывалось: «Считать главной задачей в исследовании Луны автоматическими станциями в 1969 году доставку на Землю образцов лунного грунта с помощью объектов E-8-5».
Первые страницы Постановления ЦК КПСС и Совмина СССР за №19-10 «О плане работ по исследованию Луны, Венеры и Марса автоматическими станциями». (Источник: Роскосмос)
Таким образом, программа исследования Луны автоматами получала приоритет перед пилотируемыми миссиями и, по сути, стала их альтернативой.
⇡#«Луночерпалка» вместо лунохода
Для решения задачи доставки образов лунного грунта на Землю использовался ракетно-космический комплекс с ранее созданной ракетой-носителем УР-500К (в будущем получил название «Протон-К»), разгонным блоком «Д» и посадочной ступенью КТ. Последняя представляла собой унифицированный ракетный блок с корректирующе-тормозной двигательной установкой, системой из четырех сферических топливных баков, соединенных цилиндрическими проставками (две играли роль приборных отсеков для размещения аппаратуры системы управления перелетом и посадкой) и раздвижными посадочными опорами. Часть топлива размещалась также в двух парах навесных топливных баков, на которых стояли приборные отсеки.
Для того чтобы максимально увеличить массу груза, доставляемого на Луну, управление работой не только посадочной платформы, но и всей части, отделяющейся от ракеты-носителя (включая разгонный блок «Д»), велось с автономной системы управления космического аппарата. Она включалась перед стартом и использовалась для ориентации и стабилизации E-8, а также для включения и регулирования двигательных установок на всех участках полета вплоть до касания лунной поверхности.
Посадочная ступень E-8 — платформа КТ — с луноходом и сбрасываемыми топливными баками. Фото НПО имени С.А. Лавочкина
«Глазами» и «ушами» системы управления служили солнечные и звездные датчики, трехстепенная гиростабилизированная платформа и доплеровский радиолокатор, «мозгом» — бортовое вычислительное устройство и автоматы стабилизации. Электропитание обеспечивали химические аккумуляторы. С Земли по радиоканалу приходили управляющие уставки, задающие те или иные алгоритмы работы систем. Все это хозяйство выдавало управляющие сигналы на силовые элементы, прежде всего — на микродвигатели ориентации и корректирующе-тормозной двигатель.
Электрорадиоаппаратуры было так много, что она размещалась не только в двух цилиндрических проставках КТ, но и в приборных отсеках сбрасываемых баков и на переходной ферме, соединяющей платформу с разгонным блоком «Д», и даже внутри лунохода. Как правило, блоки имели солидный вес и габариты и требовали для нормальной работы «тепличных» условий — герметичного отсека и активных действий системы терморегулирования. (Для справки: большинство западных космических аппаратов уже с середины 1960-х строилось на приборно-элементной базе, не требующей размещения в герметичных отсеках.)
Для решения задачи возврата грунта на Землю луноход и пандусы для его схода на лунную поверхность были сняты и заменены тороидальным приборным отсеком, который играл роль стартового стола. Сверху отсека стояла возвратная ракета, снизу, на платформе КТ, крепилась система отбора образцов. Она состояла из подъемной штанги с двухстепенными электроприводами, на которой монтировалось компактное буровое устройство с ударно-вращательным колонковым буром — полой трубкой с твердосплавной зубчатой коронкой на конце и специальной пробкой, удерживающей образцы грунта внутри.
Собранная станция E-8-5 с возвратной ракетой и сбрасываемыми топливными баками. (Источник: Роскосмос)
Для выбора места бурения на платформе установили фары освещения и два телефотометра, разнесенные на 50 см и развернутые друг относительно друга по вертикали. Они формировали стереоизображение поверхности Луны между посадочными «ногами», а также снимали процесс бурения и позволяли определить точную ориентацию посадочного аппарата путем измерения положения Земли на панорамном изображении.
Для того чтобы бур опустился туда, куда хотелось ученым, штанга бурового устройства могла поворачиваться в пределах угла 100° и выполнять вращательные движения для переноса образцов в возвратную ракету.
Бур проверялся на земле и на твердых, и на мягких и сыпучих грунтах. Внутренняя часть его длиной 38 см заполнялась образцами грунта при скорости вращения бура 500 об/мин. Вплоть до включения бур был герметизирован и теплоизолирован, а его разгерметизация выполнялась непосредственно перед началом работы. Электромотор бура дублировался, а некоторые его части смазывались специальным составом для снижения трения в вакууме.
Испытания бурового устройства. Фото из архива НПО имени С.А.Лавочкина
В верхней части платформы КТ установлена космическая ракета «Луна — Земля» — самостоятельный ракетный блок с системой топливных баков, жидкостным ракетным двигателем, приборным отсеком и возвращаемым (спасаемым — по терминологии разработчиков) аппаратом, который отделялся при подходе к Земле. Возвратная ракета имела собственную автономную систему управления и стабилизации полета, аккумуляторы, радиокомплекс и бортовую электроавтоматику.
По первым прикидкам ракетно-космический комплекс УР-500К — E-8-5 «не завязывался»: масса космической головной части превышала возможности ракеты-носителя. Луноход, хоть и немаленький аппарат, прибыв на Луну, на ней и оставался. А возвратная ракета должна была преодолеть лунную гравитацию, развив скорость более второй космической, примерно 2700 м/с, двигаясь по сложной траектории. По какой?
Классическим способом считалось возвращение с предварительным выходом на окололунную орбиту, необходимым фазированием траектории и последующим отлетом к Земле. Сложная процедура была растянута по времени и приводила к накоплению ошибок, вследствие чего на трассе «Луна-Земля» требовалось выполнить коррекции траектории, чтобы не пролететь мимо территории СССР. Из-за сложной системы управления с учетом весовых параметров советской элементной базы (фактически она должна была содержать такой же комплект приборов и датчиков, как и ступень КТ) возвратная ракета получалось слишком тяжелой.
Альтернативный вариант исключал выход на окололунную орбиту и предусматривал прямой полет к Земле с упрощенным управлением. Для этого применили хитрости небесной механики — расчетными методами на поверхности Луны определялись районы, стартовав из которых в точно выбранное время и выдержав величину и направление разгонного импульса, можно отправить ракету на такую траекторию, что она без каких-либо коррекций в нужный момент встретится с Землей, и возвращаемый аппарат окажется на территории Советского Союза. Система управления возвратной ракеты резко упрощалась — в ней достаточно было оставить гироскопы и интегратор скорости.
Общая схема полета станции E-8-5. Фото из архива НПО имени С.А.Лавочкина
Для этого требовалось сначала прилуниться в таком районе, из которого после приема грунта при строго вертикальном старте обеспечивается попадание в нужный сектор земной поверхности. В этом случае достаточно было построить местную вертикаль и запомнить ее положение, а при старте ракеты направить вектор тяги строго вдоль вертикали. После достижения необходимой скорости движение происходило в основном под действием земного тяготения; земная гравитация и приводила ее в нужный район. При этом промежуточные коррекции не нужны.
В Институте прикладной математики (ИПМ) под руководством Д.е.Охоцимского определили набор траекторий возвращения, для которых данный метод подходил. «[Они] были ограничены особой областью на Луне, геометрическое место точек на которой варьировалось в зависимости от времени года и требовало посадки космического аппарата с точностью до 10 км, а также определенного момента старта для прямого выхода на [траекторию полета к Земле] при взлете с Луны. При этом также требовались точные сведения о лунном гравитационном поле...» — вспоминал непосредственный участник событий, известный астроном, академик РАН М. Я. Маров.
Схема перелета возвратной ракеты станции е8-5 от Луны к Земле. (Источник: Роскосмос)
Выбранная баллистическая схема обеспечивала минимальную массу ракетно-космического комплекса при старте с Земли. Однако у этого варианта была одна, но весьма существенная сложность: очень большая погрешность определения траектории возвращения на Землю капсулы с грунтом. Это значило, что обнаружить маленький возвращаемый аппарат после приземления будет чрезвычайно сложно. С данной проблемой справились, оснастив возвратную ракету радиомаяком небольшой массы — с его помощью можно было, ведя радионаблюдения, определить фактическую траекторию от момента старта с Луны и до входа в земную атмосферу. На заключительном этапе полета в ход шли оптические наблюдения с Земли, а сам возвращаемый аппарат с образцами грунта также оснастили радиомаяком.
Несмотря на все ухищрения, дефицит массы составлял полтора центнера: на заводе имени Лавочкина кое-как уложились в 5700 кг, а «пятисотка» с блоком «Д» могла отправить к Луне груз 5550 кг. Здесь уже пришлось поработать ракетчикам В.Н. Челомея: не меняя конструкцию, они смогли довести энергетику носителя до требований заказчика.
В результате возвратная ракета на старте имела массу около 520 кг, из которых на топливо и сжатые газы приходилось 275 кг. Долгохранимые окислитель и горючее заливались в три сферических бака; снизу, под центральным баком, монтировался двигатель однократного включения, сверху находился цилиндрический приборный отсек с четырьмя антеннами, на котором на стяжных лентах крепился сферический возвращаемый аппарат.
Возвратная ракета в цеху Завода имени С. А. Лавочкина. (Источник: Роскосмос)
Он представлял собой металлическую сферу диаметром 50 см и массой 39 кг, покрытую абляционной теплозащитой. Поскольку вход в атмосферу выполнялся под значительным углом при скорости, близкой ко второй космической, пиковые перегрузки превышали 300 единиц! Внутри возвращаемого аппарата размещалась парашютная система (сверху), капсула с образцами грунта (в середине; колонковое сверло заводилось в нее на Луне через боковой люк) и оборудование, включая аккумуляторы и передатчики (снизу). Центр тяжести аппарата лежал ниже геометрического центра, чтобы сфера аэродинамически стабилизировалась при полете в земной атмосфере.
Первая попытка отправить на Луну станцию серии E-8 (полезная нагрузка платформы КТ — луноход) была предпринята 19 февраля 1969 г. При прохождении зоны максимального скоростного напора на 52-й секунде полета отломились узлы крепления створок головного обтекателя (как потом оказалось, их расчет на прочность был выполнен с ошибкой), что привело к разрушению и взрыву ракеты-носителя и потере аппарата.
Поскольку перед выполнением первой американской попытки высадки астронавтов на Луну приоритет в советской программе перешел от лунохода к станции для доставки лунного грунта на Землю, в следующем пуске, который состоялся 14 июня 1969 года, стартовала первая E-8-5. Из-за ошибки в схемах не прошли команды от системы управления на подготовку и запуск двигательной установки разгонного блока «Д», который должен был обеспечить довыведение на промежуточную орбиту. Совершив короткий баллистический полет, головной блок со станцией вошел в атмосферу и разрушился.
Компоновка возвращаемого (спасаемого) аппарата станций типа E-8-5. Фото из архива НПО имени С.А.Лавочкина
Менее чем через месяц, 13 июля, «пятисотка» не подвела и (вместе с блоком «Д») вывела на траекторию полета вторую станцию E-8-5, которая получила в советских СМИ официальное наименование «Луна-15». ее прибытие к месту назначения совпало с началом миссии Apollo-11. Существовала вероятность, что «луночерпалка» выполнит задачу и привезет на Землю вожделенный лунный камень раньше, чем это сделают (в случае успеха опять-таки) американские астронавты. Советские специалисты, что называется, «застыли в предвкушении»: «Луна-15» успешно вышла на окололунную орбиту, скорректировала ее и пошла на посадку. Но 21 июля связь с ней была потеряна. Произошло это за два часа до взлета модуля Eagle с лунной поверхности, когда Нил Армстронг и Базз Олдрин заканчивали программу первой высадки на Луну и готовились встретиться с Майклом Коллинзом, который ждал их на селеноцентрической орбите.
Причиной аварии могло быть столкновение станции с горой из-за плохо изученных особенностей поля тяготения нашего естественного спутника и наличия «масконов» (от mass concentration — «концентрация массы») — локальных изменений плотности литосферы Луны, способных вызвать гравитационные аномалии и возмущения траектории движения ее искусственных спутников: как вспоминает М. Я. Маров, на момент подачи команды запуска двигателя на спуск «Луна-15» ушла далеко в сторону от расчетной траектории. Исторический шанс доставить лунный грунт хотя бы одновременно — или почти одновременно — с Америкой был, увы, упущен…
23 сентября в полет отправилась третья станция E-8-5. К сожалению, она осталась на околоземной орбите: после первого включения двигателя блока «Д» не закрылся клапан в линии подачи жидкого кислорода, и весь окислитель, предназначенный для второго включения, был потерян. Объект получил название «Космос-300» и спустя четыре дня сгорел в плотных слоях атмосферы Земли...
Для запуска станций E-8 и E-8-5 использовались тяжелые носители «Протон-К» с разгонным блоком «Д». На фото – потомок этой ракеты «Протон-М». Фото Роскосмоса
22 октября была запущена четвертая станция E-8-5. Она успешно вышла на околоземную орбиту, но из-за неправильной работы радиокомплекса к моменту второго включения блок «Д» был неверно сориентирован в пространстве. В результате его двигатель выдал разгонный импульс не туда, и станция вместо выхода на траекторию полета к Луне вошла в плотные слои атмосферы над акваторией Тихого океана. За свою короткую орбитальную жизнь объект получил название «Космос-305».
6 февраля 1970 года стартовала пятая станция E-8-5. До промежуточной околоземной орбиты она не добралась — подвела «пятисотка»: после разделения первой и второй ступеней из-за отказа сигнализатора давления в камере сгорания одного из четырех двигателей прошла команда на отключение всей двигательной установки…
На «разбор полетов» ушло семь месяцев. «Час триумфа» настал лишь тогда, когда американцы провели две успешные лунные миссии и в третьей чудом спасли и вернули на Землю астронавтов Apollo-13.
12 сентября 1970 года в 16:26 по московскому времени стартовала и успешно отработала ракета-носитель; затем блок «Д» выдал первый импульс и вместе с шестой станцией E-8-5 вышел на промежуточную околоземную орбиту. Через 70 минут полета, над южной Атлантикой, по команде бортового программно-временного устройства его двигатель запустился вновь и, отработав нужное время, выключился. Измерения показали: движение происходит по траектории, близкой к расчетной! В эфир ушло сообщение ТАСС об успешном запуске станции «Луна-16».
Схема полета станции «Луна-16». Фото из архива НПО имени С. А. Лавочкина
В первые сутки полета выполнялись и анализировались внешнетраекторные измерения, обрабатывалась телеметрия, готовились исходные данные для коррекции траектории. ее необходимость обусловлена большой ценой даже малых ошибок (например, изменение конечной скорости всего в 1 м/с приводило к промаху мимо цели примерно в 300 км, отклонение вектора скорости на одну угловую минуту давало промах в 100 км). Согласно условиям выполнения основной задачи полета, требовалось попасть в расчетную точку пространства, отстоящую от поверхности Луны примерно на 100 км.
13 сентября успешно выполнена коррекция траектории, и через четыре дня станция вышла на почти круговую орбиту искусственного спутника Луны высотой 110 х 119 км и наклонением 70° к лунному экватору. 18 и 19 сентября, после уточнения параметров гравитационного поля Селены, были выполнены две коррекции орбиты.
Когда «Луна-16» приблизилась к периселению, были сброшены дополнительные топливные баки, затем запустился двигатель посадочной ступени, который погасил орбитальную скорость. Станция перешла в режим свободного падения. Когда радиовысотомер выдал высоту 600 м над лунной поверхностью, двигатель запустился вновь; снизив скорость с 195 до 2 м/с, он отключился на высоте 20 м. Затем в дело вступили двигатели малой тяги, работавшие до высоты 2 м, после чего «Луна-16» мягко плюхнулась при скорости 4,8 м/с в Море Изобилия в точке с координатами 0,68° ю. ш. и 56,30° в. д., всего в 1,5 км от расчетной точки посадки. Это случилось 20 сентября 1970 года в 08:18 по московскому времени.
Схема окончательного участка посадки станций типа E-8. (Источник: Роскомос)
Посадка произошла в лунную ночь: свет фонарей, падавший на предполагаемое место бурения, оказался недостаточен… Но через час после посадки был активирован бур, который за семь минут работы проник в грунт на 35 см (при бурении твердых образцов на Земле он проделывал это расстояние примерно за час) и… наткнулся на препятствие. Потеряв при манипуляциях некоторое количество грунта, штанга бурового механизма поместила образцы в возвращаемый аппарат.
21 сентября в 10:43 по московскому времени возвратная ракета стартовала и, развив необходимую скорость, направилась к Земле. Ступень КТ осталась на поверхности и продолжала передавать информацию о температуре и радиации на Луне. Весь путь назад наземные пункты измерения следили за драгоценным грузом, постоянно уточняя его траекторию и предсказывая место входа в атмосферу.
24 сентября на расстоянии 48 тысяч км от Земли возвращаемый аппарат отделился от взлетной ракеты и четыре часа спустя вошел в атмосферу на скорости 11 км/с под углом 30° к местной вертикали. Перегрузки при спуске превышали 350 единиц!
Надо сказать, что далеко не все причастные к советской лунной программе люди верили в успех предприятия. Например, генерал Н. П. Каманин, занимавший в это время должность помощника Главнокомандующего ВВС по космосу, высказывал скепсис относительно возможности отыскать крошечный шарик в бескрайних степях Казахстана. Николай Петрович пессимистично писал в дневнике накануне: «Парашют возвращаемого аппарата имеет площадь всего 10 квадратных метров — визуально обнаружить «Луну-16» (в случае отказа ее радиомаяка и плохой погоды) будет не проще, чем найти иголку в стоге сена. Завтрашний день может стать для службы поиска ВВС очень мрачным днем, хотя в расчетном районе посадки и обещают хорошую погоду».
Посадка возвращаемого (спасаемого) аппарата станции «Луна-16». (Источник: Роскосмос)
Однако все прошло гладко. На высоте 14,5 км раскрылся вспомогательный тормозной парашют, на 11 км раскрылся основной парашют и развернулись антенны радиомаяка. Капсула приземлилась 24 сентября в 08:26 по московскому времени примерно в 80 км юго-восточнее города Джезказгана. Прогноз Николая Петровича не сбылся, уже через несколько минут после приземления станции рядом с ней сел поисковый вертолет с эвакуационной командой.
Вскрытие капсулы с грунтом в Институте геохимии и аналитической химии АН СССР имени В.И. Вернадского показало, что бур заполнен сыпучим разнозернистым темно-серым (черноватым) порошком, «который легко формуется и слипается в отдельные рыхлые комки». Этим лунный грунт (реголит) существенно отличался от земной бесструктурной пыли, напоминая по свойствам влажный песок или комковатую структуру земных почв. его зернистость увеличивалась с глубиной. По химсоставу реголит представлял собой размельченную горную породу типа базальта.
Это был выдающийся успех, показавший, что реальный научный результат можно получить безопаснее и дешевле, чем в пилотируемом полете. «Луна-16» в значительной степени позволила Советскому Союзу отыграться за проигрыш в пилотируемом этапе лунной гонки (хотя бы в глазах собственных граждан). Программы облета Луны и высадки на нее космонавтов еще продолжались, но скорее по инерции: их закрытие стало лишь вопросом времени.
Продолжение следует.