Первый запуск ракеты-носителя «Сатурн-5»

9 ноября 1967 г. в Центре космических полетов им. Кеннеди состоялся запуск ракеты-носителя «Сатурн-5» с тремя ступенями и находящегося на самом верху космического корабля «Аполлон» массой 20,4 т. От незаглушенного рева двигателей находящиеся поблизости здания заколебались, как при землетрясении. В пяти километрах от стартового комплекса рухнула крыша павильона телевизионной компании «Колумбиа бродкастинг системе». Возникший грохот по уровню шума был сравним с извержением в 1883 г. вулкана Кракатау в Зондском проливе. Вызванная работой двигателей первой ступени воздушная ударная волна была зарегистрирована Геологической обсерваторией Ламон-Доэрти в Палисейдсе, шт. Нью-Йорк, расположенном в 1770 км от места старта.

Все три ступени отработали нормально. Последняя ступень (S- 4В) вместе с кораблем «Аполлон» была выведена на околоземную орбиту высотой 185 км. Запущенный в космосе мощный двигатель последней ступени поднял орбиту ракеты и корабля до 17 210 км. Затем космический корабль «Аполлон» отделился от последней ступени ракеты-носителя и после включения своего маршевого двигателя увеличил высоту орбиты до 18 072 км. При повторном включении маршевого двигателя корабля «Аполлон» он начал входить в атмосферу Земли, моделируя условия возвращения корабля по окончании лунной экспедиции.

Успешное окончание этих испытаний, зарегистрированных как испытания космического корабля «Аполлон-4», показало, что транспортная система «Аполлон - Сатурн» способна достичь поверхности Луны. После этого запуска была доработана система подавления шума, возникающего при работе двигателей первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5».

Осенью 1961 г. фирма «Норт америкен авиэйшн» получила заказ на разработку космического корабля «Аполлон». Как и «Джемини», корабль «Аполлон» состоял из двух отсеков: имевшего коническую форму отсека экипажа, где размещались астронавты, и имевшего цилиндрическую форму двигательного отсека, где находились основной двигатель, батареи топливных элементов и система терморегулирования. Как и в космическом корабле «Джемини», атмосфера была кислородной при давлении 0,35 ат.

Для эффективного управления движением корабля «Аполлон» использовалась система ориентации и стабилизации, управляющая включением вспомогательных двигателей (скомпонованных в четыре блока по четыре двигателя в каждом и размещенных равномерно по периметру двигательного отсека), а также устанавливающая (путем поворотов и изменения положения в кардановом подвесе) в расчетное положение маршевый двигатель. С помощью этой системы были проведены следующие основные операции: перестыковка с лунной кабиной после выведения третьей ступенью ракеты-носителя основного блока корабля «Аполлон» на траекторию движения к Луне; коррекции траектории на трассе Земля - Луна, формирование селеноцентрической орбиты; посадка лунной кабины и последующий старт ее взлетной ступени с Луны и стыковка с основным блоком; выведение на траекторию полета к Земле; проведение коррекций траектории при возвращении на Землю; ориентация отсека экипажа после разделения с двигательным отсеком перед входом в атмосферу Земли. Лунный вариант корабля «Аполлон» (блок II) имел длину 10,4 м и массу 30,4 т. В его конической части с диаметром основания 3,9 м находился отсек, в котором размещались парашюты системы приземления. Лаз в стыковочном устройстве и штырь на вершине конуса обеспечивали возможность стыковки с лунной кабиной, в которой два астронавта отправлялись на поверхность Луны, а затем возвращались на селеноцентрическую орбиту. Двигательный отсек имел длину 7,4 м и диаметр 3,9 м, при возвращении на Землю перед входом в атмосферу он отстыковывался. Абляционный теплозащитный экран предохранял отсек экипажа от перегрева в атмосфере Земли при возвращении с Луны.

Блок I корабля «Аполлон», разработанный только для орбитального полета вокруг Земли, был выведен в космос 26 февраля 1966 г. «Сатурном-1В» для проведения суборбитального полета и приводнения в заданном районе Атлантического океана. Этот блок успешно приводнился на парашютах в Южной Атлантике. За исключением падения давления в топливных магистралях двигателя, который вначале заработал, потом прекратил работу, а через некоторое время опять заработал, неполадок не было, и руководители программы «Аполлон» были удовлетворены результатами.

Первый пилотируемый орбитальный полет космического корабля «Аполлон» предполагалось провести в 1967 г., но трагический несчастный случай нарушил намеченную программу работ и отложил осуществление этого полета на год. Когда 27 января 1967 г. корабль «Аполлон» был уже смонтирован на ракете «Сатурн-1В», неожиданно вспыхнувший на борту огонь воспламенил пластиковую обшивку кабины. Члены экипажа корабля, проводившие в это время проверку работы бортовых систем, задохнулись в густом дыму горящего пластика, прежде чем успели открыть люк.

Погибли полковник ВВС В. Гриссом, совершивший полеты на кораблях «Меркурий» и «Джемини», подполковник ВВС Э. Уайт-II, первый американский астронавт, осуществивший выход в открытый космос во время полета на корабле «Джемини-4», и капитан-лейтенант ВМФ Р. Чаффи, который готовился к своему первому полету.

При последующем расследовании было установлено, что причиной пожара явилась искра, возникшая на борту из-за неисправности в электропроводке. Искра воспламенила пластики, которые, как предполагалось, должны были плохо гореть. Они действительно плохо горели в обычной азотно-кислородной атмосфере, но легко воспламенились в атмосфере чистого кислорода, которым была заполнена кабина корабля, чтобы моделировать условия в полете.

11 октября 1968 г. после успешного испытательного полета непилотируемой связки «Аполлон» - «Сатурн-5» НАСА осуществило запуск первого пилотируемого корабля «Аполлон-7». Полет, проходивший на околоземной орбите в течение 11 сут, в целом оказался успешным, хотя время от времени возникали отклонения от штатного режима. На борту «Аполлона-7» находились астронавты: капитан ВМФ У. Ширра, майор ВВС Д. Эйзел и гражданское лицо - исследователь У. Каннингем. Экипаж жаловался, что был перегружен экспериментами.

В начале осени 1968 г. стало очевидно, что НАСА намеревается во время следующего испытательного полета отправить корабль «Аполлон-8» к Луне. 21 декабря эта экспедиция началась. На борту корабля находились астронавты: полковник Ф. Борман, капитан Дж. Ловелл и подполковник У. Андерс. Во время этого полета в Центре управления в Хьюстоне возникло беспокойство, когда Борман почувствовал недомогание после прохождения космическим кораблем радиационных поясов Земли и магнитосферы. Однако его самочувствие быстро улучшилось.

Попав в зону притяжения Луны, утром 24 декабря космический корабль «Аполлон-8» приблизился к ее поверхности на расстояние 112,6 км. После включения маршевого двигателя корабль перешел на селеноцентрическую орбиту высотой 111 км.

Экипаж корабля совершил десять оборотов вокруг Луны. В Центре управления полетом в Хьюстоне с тревогой ожидали момента подачи команды на включение маршевого двигателя для возвращения на Землю, так как в это время корабль находился за Луной.

Наконец на борт корабля прошла команда, и «Аполлон-8» направился к Земле. На высоте 16 664 км над ее поверхностью отсек экипажа отделился от двигательного отсека и вошел в плотные слои атмосферы со скоростью 39 010 км/ч. 27 декабря отсек экипажа с астронавтами на борту приводнился в Тихом океане в 4,6 км от судна службы поиска «Йорктаун». Полная продолжительность полета составила 147 ч.

С 3 по 13 марта 1969 г. с целью дальнейшей отработки маневрирования перед стыковкой и стыковки с лунной кабиной на околоземную орбиту был запущен космический корабль «Аполлон-9». На его борту находились астронавты: полковник Джеймс Макдивитт, полковник Дэвид Скотт и Рассел Швейкарт. Затем эта лунная кабина кораблем «Аполлон- 10», полет которого проходил 18 - 26 мая, была доставлена на селеноцентрическую орбиту для отработки маневров на орбите. 22 мая находившиеся в кабине астронавты полковник Томас Стаффорд и капитан ВМФ Юджин Сернан приблизились к поверхности Луны на расстояние 15 км, а капитан ВМФ Джон Янг все это время оставался в орбитальном корабле, совершавшем полет вокруг Луны. После отделения от лунной кабины ее посадочной ступени Стаффорд и Сернан, находясь во взлетной ступени лунной кабины, осуществив ряд маневров, пристыковались к кораблю «Аполлон». Отделив затем взлетную ступень лунной кабины, астронавты благополучно вернулись на Землю.

После окончания этой экспедиции руководство НАСА объявило, что первая попытка высадить человека на поверхность Луны будет предпринята не ранее чем 16 июля 1969 г. при запуске космического корабля «Аполлон-11»

Лунная кабина

Разработанная для практического осуществления принятого в 1962 г. решения о том, что все операции с космическими кораблями будут проводиться на селеноцентрической орбите, лунная кабина (сначала ее называли экскурсионной лунной кабиной) представляла собой самостоятельный двухступенчатый космический корабль, разработанный фирмой «Груммен». Необычная форма этого космического корабля была продиктована условиями его эксплуатации в безвоздушном пространстве, поэтому не было необходимости придавать ему обтекаемую форму. Лунная кабина доставлялась на Луну в пристыкованном к отсеку экипажа корабля «Аполлон» состоянии, так что сопло двигателя ее посадочной ступени было направлено вперед по полету корабля. При такой компоновке этот двигатель в случае выхода из строя до момента возвращения на Землю маршевого двигателя корабля «Аполлон» мог быть использован для увода с селеноцентрической орбиты и приземления связки космических аппаратов «Аполлон» - лунная кабина. Отсутствие готового летного образца лунной кабины к моменту полета космического корабля «Аполлон-8» не позволило испытать ее в натурных условиях. Поэтому безопасность этого корабля полностью зависела от надежности работы маршевого двигателя корабля «Аполлон-8».

Высота лунной кабины с выдвинутыми четырьмя опорами 6,98 м. Телескопические стойки шасси, складывающиеся во время космического полета, освобождаются при перерезании чеки с помощью пиротехнических устройств и развертываются под действием пружин. Для амортизации ударных нагрузок опорные стойки шасси заполнены сминаемым заполнителем сотовой конструкции из алюминиевого сплава. Для удержания лунной кабины (масса 14,7 т) на поверхности лунного грунта, который мог иметь различную твердость, конструкторы фирмы «Груммен» на каждой из четырех стоек предусмотрели тарельчатые опоры диаметром 95 см. На всех опорах (кроме одной) смонтированы щупы длиной 1,7 м, регистрирующие контакт с поверхностью Луны и подающие команду на выключение двигателя посадочной ступени. К одной из стоек была прикреплена лестница, по которой можно спуститься на лунную поверхность.

Прошло еще слишком мало времени, чтобы в полном объеме оценить значение экспедиций космического корабля «Аполлон» на Луну. Подводя итоги после завершения последней лунной экспедиции корабля «Аполлон-17», доктор Б. Френч, руководитель Программы внеземных исследований НАСА, сказал: «С 1969 по 1972 г. благодаря усилиям нескольких тысяч ученых и инженеров Земли двенадцать астронавтов исследовали поверхность Луны. Защищенные от воздействия безвоздушного космического пространства и жестких температурных условий на лунной поверхности астронавты находились на Луне в течение нескольких суток, а некоторые из них даже проехали на луноходах несколько километров по ее поверхности. Они провели интересные научные наблюдения и установили приборы для изучения ее внутренней структуры. Они собрали сотни килограммов образцов лунных пород и грунта, предприняв таким образом первую попытку разобраться в происхождении и геологической истории другого небесного тела, используя реальные образцы его коры...»

На этих страницах показаны космические корабли, которые были разработаны для осуществления посадки на Луну.

Посадочная ступень лунной кабины, на которой укреплены посадочные шасси, имела двигатель, тягу которого можно было регулировать в пределах 475- 4535 кгс. На Луне посадочная ступень служила стартовой платформой для запуска взлетной ступени, состоявшей из герметизированной кабины, систем управления и навигации, включая радиовысотомер и бортовую ЦВМ, а также из двигателя с регулируемой тягой. Два рабочих места астронавтов снабжены подвесными системами (с целью экономии места и веса конструкторы отказались от кресел). Пока взлетная ступень была пристыкована к кораблю «Аполлон», астронавты входили и выходили из нее через туннель-лаз. На поверхности Луны после разгерметизации кабины астронавты открывали люк и в своей громоздкой, предназначенной для перемещения по Луне одежде по лестнице посадочной ступени спускались вниз и спрыгивали на грунт.

По окончании работ на поверхности Луны астронавты возвращались обратно во взлетную ступень, с помощью блока и троса поднимали на борт мешочки с образцами, закрывали входной люк, восстанавливали давление в кабине и, включив двигатель взлетной ступени, стартовали с посадочной ступени. Взлет производился в такое расчетное время, которое сводило к минимуму маневрирование на селеноцентрической орбите. Стыковка осуществлялась в установленном отработанном порядке.

Когда в 1962 г. была начата разработка лунной кабины, характер лунного грунта был неизвестен и ученые обсуждали вопрос о массе взлетной ступени. В телескопы с Земли не удавалось рассмотреть на поверхности Луны детали размером менее одного километра. Поэтому о лунной поверхности высказывались самые различные предположения. Одни полагали, что она покрыта пылью, в толстом слое которой может утонуть лунная кабина, другие считали, что она представляет собой очень твердую корку, при ударе о которую во время посадки аппарата может образоваться какая-либо трещина, которая поглотит его.

После нескольких неудачных попыток достичь поверхности Луны с помощью автоматических межпланетных станций «Пионер» США приступили к осуществлению программы «Рейнджер». Разработанные по этой программе космические аппараты также запускались к Луне; их задача заключалась в получении и передаче на Землю телевизионных изображений лунной поверхности с близких расстояний. 31 июля 1964 г. аппарат «Рейнджер-7» достиг лунной поверхности, передав на Землю на участке подлета к Луне более 4300 телевизионных изображений поверхности. На этих изображениях вся поверхность Луны испещрена кратерами, причем в кратерах больших размеров размещены кратеры меньших размеров. Разрешение использованной аппаратуры составляло несколько сантиметров. В феврале и марте 1965 г. были проведены успешные полеты космических автоматических аппаратов «Рейнджер-8 и -9». На Землю было передано около 13 000 изображений.

Для изучения возможности мягкой посадки на поверхность Луны была осуществлена вторая программа - «Сервейер», в процессе выполнения которой предполагалось определить твердость лунного грунта, провести его химический анализ, а также получить дополнительные изображения лунной поверхности.

Запуск космического аппарата «Сервейер-1» по техническим причинам был отложен на несколько месяцев. В этот период, а именно 3 февраля 1966 г. Советский Союз осуществил мягкую посадку на Луну в районе Океана Бурь автоматической межпланетной станции «Луна-9». «Сервейер-1» произвел мягкую посадку в другой точке этого же района 2 июня 1966 г. Аппарат передал на Землю более 11 000 изображений. Было показано, что грунт на Луне достаточно прочен, чтобы удержать космический корабль с людьми. На изображениях лунной поверхности, полученных с близких расстояний, она напоминала свежевспаханное поле.

Еще четыре «Сервейера» произвели посадку на поверхность Луны. Три из них были оснащены химическими анализаторами грунта. Анализ показал, что бассейны лунных морей сложены из подобных земным базальтовых скальных пород, образовавшихся из застывшей магмы, которая вытекла в расплавленном состоянии из недр Луны. Отсюда сделали вывод, что Луна была частично или полностью расплавлена либо за счет энергии, выделившейся при ее образовании, либо за счет энергии распада радиоактивных элементов, происходящего внутри нее. Химический анализ показал также, что основными элементами поверхности являются кислород и кремний.

Во время выполнения программы «Сервейер» в период с 1966 по 1968 г. НАСА было запущено пять космических аппаратов «Лунар Орбитер» с фотоаппаратурой для съемки лунной поверхности с селеноцентрической орбиты. С помощью этих космических аппаратов было получено достаточное количество снимков для составления карты больших областей поверхности Луны, где можно было выбрать подходящее место для посадки лунной кабины космического корабля «Аполлон».

Первое место посадки было выбрано на базальтовом основании Моря Спокойствия, расположенного к востоку от центра области лунных равнин. Нейл Армстронг (командир корабля) и полковник Эдвин Олдрин (пилот лунной кабины) совершили здесь посадку в лунной кабине «Орел» 20 июля 1969 г. в 20 ч 17 мин 43 с по Гринвичу (в 4 ч 17 мин 43 с после полудня по местному восточному дневному времени) и передали на Землю: «Хьюстон, говорит База Спокойствия, «Орел» сел». Армстронг опустил к рыхлому грунту трап и сказал: «Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества».

Армстронг и Олдрин, используя космическую радиосвязь, разговаривали с президентом США. Они установили флаг Соединенных Штатов, изготовленный из жесткого материала, натянутого на проволочный каркас, поскольку на Луне нет ветра, который мог бы развевать этот флаг, установили отражатель лазерного излучения, сейсмометр для изучения толчков внутри Луны, развернули рулон из алюминиевой фольги для улавливания частиц солнечного ветра. Астронавты сделали много фотоснимков лунного ландшафта, включая скалы и равнину, собрали 22 кг образцов лунного грунта и камней, которые после возвращения на Землю должны были быть изучены в Лаборатории исследования Луны в Хьюстоне. Выйдя первым из лунной кабины и последним войдя в нее, Армстронг провел на Луне 2 ч 31 мин. Во время шестой экспедиции на Луну в декабре 1972 г. время пребывания экипажа на ее поверхности составило 22 ч 5 мин. Длина путешествия по Луне также возросла со 100 м, которые пешком прошли первые астронавты корабля «Аполлон-11», до 35 км, которые на электрическом автомобиле проехал экипаж «Аполлона-17».

После посадки на Луну корабля «Аполлон-11» началась целая серия полетов. С полета корабля «Аполлон- 12», состоявшегося 14 - 24 ноября 1969 г., начались более интенсивные научные исследования Луны. 18 ноября 1969 г. летчики ВМФ Чарльз Конрад и Алан Бин совершили посадку в районе Океана Бурь, расположенном недалеко от экватора. Ричард Гордон оставался на селеноцентрической орбите в основном блоке корабля «Аполлон».