Луна-16

Луна-16 — советская автоматическая межпланетная станция (АМС), созданная в рамках космической программы «Луна», предназначенная для забора и доставки на Землю образцов лунного грунта. 12 сентября 1970 года станция впервые в истории человечества осуществила автоматическую доставку вещества с поверхности другого небесного тела.

История создания

Программа по доставке лунного грунта на Землю с помощью автоматических станций разрабатывалась в ОКБ-1 (ныне РКК «Энергия») и НПО имени С. А. Лавочкина с середины 1960-х годов. Необходимость создания автоматического аппарата была обусловлена как научными задачами, так и стремлением СССР получить образцы лунного вещества до планируемой высадки американских астронавтов по программе «Аполлон». Первые попытки запусков (АМС «Луна-15» в 1969 году) оказались неудачными — станция разбилась при посадке. После серии доработок и наземных испытаний был создан аппарат Е-8-5, который и получил обозначение «Луна-16».

Конструкция и устройство

Основные элементы

Станция состояла из двух основных частей: посадочной ступени и возвращаемой ракеты (взлётной ступени). Общая масса аппарата при старте составляла около 5 700 кг, масса возвращаемого аппарата — около 520 кг.

• Посадочная ступень включала в себя двигательную установку для мягкой посадки, топливные баки, систему управления, научные приборы и механизм для забора грунта — грунтозаборное устройство (ГЗУ). ГЗУ представляло собой буровой станок с полой штангой, способный заглубляться в лунный реголит на глубину до 35 см.
• Взлётная ступень представляла собой герметичный контейнер с возвращаемым аппаратом (шарообразной формы) и собственным ракетным двигателем. Внутри контейнера размещался пенал для хранения образцов грунта.

Система управления

Навигация и ориентация в пространстве обеспечивались астро- и радиотехническими системами. При посадке использовался радиовысотомер, а также доплеровский измеритель скорости. Связь с Землёй осуществлялась через антенны, установленные на корпусе станции.

Хронология полёта

Запуск и перелёт

«Луна-16» была запущена 12 сентября 1970 года в 13:25 по московскому времени с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон-К». После выхода на опорную орбиту разгонный блок Д вывел станцию на траекторию полёта к Луне. Перелёт длился около 4 суток. 17 сентября 1970 года станция вышла на селеноцентрическую орбиту.

Посадка

20 сентября 1970 года в 05:18 по московскому времени «Луна-16» совершила мягкую посадку в районе Моря Изобилия (лат. Mare Fecunditatis), в точке с координатами 0°41′ ю. ш. и 56°18′ в. д. Посадка была выполнена в автоматическом режиме с точностью до нескольких километров от расчётной точки. Угол наклона поверхности в месте посадки не превышал 5 градусов.

Забор грунта

Сразу после посадки по команде с Земли было включено грунтозаборное устройство. Бурение производилось в течение 7 минут. Было извлечено около 100 граммов лунного реголита. Грунт был помещён в герметичный пенал, который затем был перегружен в возвращаемый аппарат. Процесс забора и герметизации занял около 26 минут.

Взлёт и возвращение

21 сентября 1970 года в 07:43 по московскому времени взлётная ступень стартовала с поверхности Луны. Двигатель проработал ровно 7 минут, после чего аппарат вышел на траекторию возвращения к Земле. 24 сентября 1970 года возвращаемый аппарат вошёл в атмосферу Земли со второй космической скоростью (около 11 км/с). После аэродинамического торможения и раскрытия парашютной системы аппарат совершил мягкую посадку в 80 км юго-восточнее города Джезказган (Казахстан). Общая продолжительность полёта составила 12 суток.

Научные результаты

Состав грунта

Доставленный образец (около 101 грамма) был передан в Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского (ГЕОХИ). Анализ показал, что лунный реголит в районе Моря Изобилия представляет собой мелкозернистый базальт, богатый титаном (до 3–4 % TiO₂) и железом. В образце были обнаружены минералы: пироксен, плагиоклаз, ильменит, а также стекло и мелкие металлические частицы. Возраст пород был оценён в 3,4–3,6 миллиарда лет.

Значение для науки

• Впервые было установлено, что лунные моря сложены базальтами, аналогичными земным, но с отличиями в содержании летучих элементов (например, воды и калия).
• Получены данные о физико-механических свойствах реголита: плотность, пористость, прочность на сжатие.
• Образцы позволили уточнить модель строения лунной коры и её эволюции.

Сравнение с другими миссиями

«Луна-16» стала первой успешной автоматической миссией по доставке лунного грунта. Позднее аналогичные задачи решали советские станции «Луна-20» (1972) и «Луна-24» (1976), а также китайская миссия «Чанъэ-5» (2020). В отличие от американских пилотируемых миссий «Аполлон», которые доставили в общей сложности около 380 кг грунта, советские автоматические станции привозили небольшие количества (от 100 до 200 граммов), но позволяли изучать образцы из разных геологических регионов Луны.

Интересные факты

• «Луна-16» стала первым в мире автоматическим аппаратом, доставившим вещество с другого небесного тела на Землю.
• Масса доставленного грунта (101 г) была на 1 грамм больше запланированной, что было связано с неполным заполнением пенала.
• Возвращаемый аппарат был найден на Земле через несколько часов после посадки благодаря радиомаяку.
• Часть образцов «Луны-16» была передана в дар научным организациям других стран, в том числе США (в рамках научного обмена в 1970-х годах).

Источники

• «Автоматические станции для исследования Луны», под ред. Г. А. Тюлина, М.: Наука, 1973.
• «Лунная программа СССР», В. П. Легостаев, М.: РКК «Энергия», 2005.
• «Луна-16: первые результаты», сборник статей, ГЕОХИ АН СССР, 1971.
• Документы Роскосмоса и НПО им. Лавочкина.