Программа Lunar Orbiter

Программа Lunar Orbiter — серия из пяти автоматических межпланетных станций, запущенных Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США в 1966—1967 годах с целью картографирования поверхности Луны, выбора мест посадки для пилотируемых экспедиций по программе «Аполлон» и изучения гравитационного поля и радиационной обстановки в окололунном пространстве. Программа стала первым успешным проектом по получению детальных фотографий обратной стороны Луны и значительной части её видимого полушария с высоким разрешением.

История

Предпосылки и разработка

К середине 1960-х годов, после начала реализации программы «Аполлон», NASA потребовалась точная карта лунной поверхности для обеспечения безопасной посадки пилотируемых кораблей. Существовавшие на тот момент наземные телескопические наблюдения не позволяли получить изображения с разрешением лучше нескольких сотен метров, а снимки, переданные советскими станциями серии «Луна» (например, «Луна-3» и «Зонд-3»), охватывали лишь небольшие участки. В ответ на это в 1963 году Лаборатория реактивного движения (JPL) начала разработку космического аппарата, способного выходить на орбиту Луны и передавать на Землю фотографии с разрешением до 1 метра.

Проект получил название Lunar Orbiter. Разработка и изготовление аппаратов были поручены компании Boeing. Основным подрядчиком по фотосистеме выступила компания Eastman Kodak. Первый запуск был запланирован на 1966 год.

Хронология миссий

Все пять аппаратов были запущены ракетой-носителем «Атлас-Аджена D» с мыса Канаверал. Каждая миссия длилась от нескольких недель до нескольких месяцев.

• Lunar Orbiter 1 — запущен 10 августа 1966 года. Вышел на орбиту Луны 14 августа. Передал первые в истории детальные снимки обратной стороны Луны, а также изображения потенциальных мест посадки «Аполлона». Выполнил 211 снимков. Завершил работу 29 октября 1966 года, столкнувшись с Луной по команде с Земли.
• Lunar Orbiter 2 — запущен 6 ноября 1966 года. Вышел на орбиту 10 ноября. Основной задачей была фотосъёмка районов предполагаемых посадок в экваториальной зоне. Передал 609 снимков. Среди них — знаменитая фотография «Восход Земли» (Earthrise), сделанная 24 ноября 1966 года. Завершил работу 11 октября 1967 года.
• Lunar Orbiter 3 — запущен 5 февраля 1967 года. Вышел на орбиту 8 февраля. Снял 626 кадров, включая районы будущих посадок «Аполлона-11» и «Аполлона-12». Из-за неисправности механизма перемотки плёнки часть снимков была потеряна. Завершил работу 9 октября 1967 года.
• Lunar Orbiter 4 — запущен 4 мая 1967 года. Вышел на орбиту 8 мая. В отличие от предыдущих аппаратов, работал на высокой полярной орбите и сфотографировал 99% видимого полушария Луны, включая полярные области. Передал 546 снимков. Завершил работу 31 октября 1967 года.
• Lunar Orbiter 5 — запущен 1 августа 1967 года. Вышел на орбиту 5 августа. Завершил глобальное картографирование, сфотографировав 99% обратной стороны Луны. Передал 633 снимка. На его снимках были обнаружены участки с аномально низкой отражательной способностью, позже интерпретированные как лавовые потоки. Завершил работу 31 января 1968 года.

Все пять аппаратов выполнили свои задачи полностью. Последние три миссии (3, 4, 5) также предназначались для сбора данных о гравитационном поле Луны.

Устройство и конструкция

Основные характеристики

Каждый аппарат Lunar Orbiter представлял собой трёхосный стабилизированный космический аппарат массой около 390 кг (из них 68 кг — сухая масса, остальное — топливо для двигательной установки). Корпус имел форму усечённого конуса высотой 1,68 м и диаметром основания 1,52 м.

Система электропитания

Энергоснабжение обеспечивалось двумя солнечными батареями общей площадью 3,7 м², расположенными на боковых панелях. Они генерировали до 375 Вт. Для работы в тени использовались никель-кадмиевые аккумуляторы ёмкостью 12 А·ч.

Фотографическая система

Ключевым элементом была фотокамера, разработанная Eastman Kodak. Она состояла из двух объективов:

• Широкоугольный объектив (80 мм, f/5.6) — для съёмки участков поверхности размером 40×40 км с разрешением около 8 метров на пиксель.
• Телеобъектив (610 мм, f/5.6) — для съёмки участков размером 4×4 км с разрешением до 1 метра на пиксель.

Изображения записывались на 70-мм фотоплёнку (плёнка Eastman Kodak SO-243). После экспонирования плёнка проявлялась на борту с помощью специального проявителя, затем фиксировалась и сушилась. Полученный негатив сканировался фотоэлектронным умножителем, и изображение преобразовывалось в радиосигнал, который передавался на Землю. Время передачи одного кадра составляло около 43 минут. Всего на борту находилось 65 метров плёнки, позволявшей сделать до 212 кадров (по 100 экспозиций на кадр).

Двигательная установка и навигация

Для коррекции траектории и выхода на орбиту Луны использовался жидкостный ракетный двигатель, работавший на гидразине и тетраоксиде диазота. Тяга двигателя составляла 445 Н. Ориентация аппарата в пространстве обеспечивалась системой из четырёх маховиков и газовых реактивных сопел. Для определения положения использовались датчики Солнца и звёздный датчик, нацеленный на Канопус.

Научные результаты

Картографирование Луны

Программа Lunar Orbiter стала первым проектом, обеспечившим глобальное картографирование Луны с высоким разрешением. В общей сложности пять аппаратов передали на Землю более 2600 снимков, охватывающих 99% видимого полушария и 95% обратной стороны. Эти данные позволили создать первую детальную фотографическую карту Луны, которая использовалась для выбора мест посадки всех пилотируемых миссий «Аполлон» (с «Аполлона-11» по «Аполлон-17»).

Изучение обратной стороны Луны

До запуска Lunar Orbiter 1 обратная сторона Луны была известна лишь по нескольким снимкам, сделанным советскими станциями. Аппараты программы впервые получили систематические изображения этого региона, выявив, что он существенно отличается от видимой стороны: на нём почти нет тёмных базальтовых равнин (морей), а преобладают возвышенности и кратеры.

Гравитационное поле

Измерения траекторий аппаратов позволили выявить неоднородности гравитационного поля Луны — так называемые масконы (концентрации массы), расположенные под крупными ударными бассейнами. Эти данные оказались критически важными для планирования точных орбит будущих пилотируемых кораблей.

Радиационная обстановка

На борту аппаратов были установлены детекторы радиации, которые измеряли потоки заряженных частиц в окололунном пространстве. Эти измерения помогли оценить радиационные риски для астронавтов.

Значение и наследие

Вклад в программу «Аполлон»

Данные Lunar Orbiter стали основой для выбора мест посадки всех шести успешных пилотируемых экспедиций «Аполлон». Без этой программы посадка на Луну была бы сопряжена с гораздо большим риском. Кроме того, снимки использовались для тренировки пилотов и разработки систем навигации.

Научное значение

Карты, созданные по данным Lunar Orbiter, оставались основным источником информации о лунной топографии вплоть до запуска программы «Клементина» в 1994 году. Многие кратеры и детали рельефа, впервые зафиксированные аппаратами программы, получили названия и до сих пор используются в научной литературе.

Современное использование

В 2008—2010 годах, в рамках проекта LOIRP (Lunar Orbiter Image Recovery Project), группа энтузиастов из NASA и частных компаний оцифровала оригинальные магнитные ленты с данными Lunar Orbiter. Это позволило восстановить изображения в значительно более высоком разрешении, чем те, что были получены в 1960-х годах. Оцифрованные снимки используются для современных исследований лунной геологии и планирования будущих миссий.

Интересные факты

• Снимок «Восход Земли», сделанный Lunar Orbiter 2, стал одним из самых известных изображений, полученных в ходе космической эры. Он был опубликован на обложке журнала Life и вдохновил движение за охрану окружающей среды.
• Все пять аппаратов Lunar Orbiter были намеренно столкнуты с поверхностью Луны после завершения миссий, чтобы не создавать помех для будущих космических аппаратов. Их места падения остаются неизвестными.
• Стоимость всей программы Lunar Orbiter составила около 200 миллионов долларов США (в ценах 1960-х годов), что примерно равно стоимости одного запуска «Аполлона».

Источники

• Lunar Orbiter: A Photographic Satellite. NASA SP-242, 1971.
• Wilhelms, D. E. To a Rocky Moon: A Geologist’s History of Lunar Exploration. University of Arizona Press, 1993.
• Lunar Orbiter Image Recovery Project (LOIRP). Официальные отчёты NASA.
• «Лунные орбитальные аппараты» // Большая советская энциклопедия, 3-е издание, 1974.