Проблемы осуществления мягкой посадки на Луну, 1966

Источник: Книги Черток Б.Е.- Ракеты и люди

4 февраля 1966 года все средства массовой информации Советского Союза передали очередное сенсационное сообщение ТАСС о новом выдающемся достижении советской науки и техники: "3 февраля 1966 года в 21 час 45 минут 30 секунд по московскому времени автоматическая станция "Луна-9" , запущенная 31 января, осуществила мягкую посадку на поверхность Луны в районе океана Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марий". На следующий день было опубликовано приветствие ЦК КПСС, Президиума Верховного Совета и Совета Министров СССР ученым и конструкторам, инженерам, техникам и рабочим, всем коллективам и организациям, принимавшим участие в создании автоматической станции "Луна-9". В этом приветствии было сказано, что осуществление мягкой посадки на Луну - это выдающаяся победа советской науки и техники, являющаяся после запуска первого искусственного спутника Земли, первого полета человека в космос, первого выхода космонавта из корабля важнейшим этапом в освоении космоса.

Затем началась "неделя Луны", охватившая весь мир и завершившаяся пресс-конференцией в московском Доме ученых, на которой выступили президент Академии наук Келдыш , профессор Лебединский , академик Виноградов и академик Михайлов . Для истинных авторов и создателей "Луны- 9" в регламенте пресс-конференции, как обычно, места не было. К чувству триумфа, которое я испытывал вместе с товарищами, примешивались горечь и обида. Горечь оттого, что Королева с нами уже нет. Меньше месяца не хватило ему, чтобы увидеть панораму лунной поверхности. Он так долго ждал успеха мягкой посадки, столько надежд связывал с этой работой, вложил в программу Е-6 , которую теперь назвали "Луна-9", столько страсти, а имя его не упомянули ни на пресс-конференции, ни при описании программы полета, лунной станции и ракеты-носителя.

Управление полетом и посадкой "Луны-9" производилось из симферопольского центра - НИП-10 . Как только мы, участвовавшие в этой работе, убедились, что программа четырехлетней длительности после многих неудач завершилась блестящим успехом, возникло стихийное предложение - послать в Москву сообщение, что эту работу мы посвящаем памяти Главного конструктора - академика Королева. С этим предложением выступили Бабакин , который принял лунную программу мягкой посадки Е-6 от Королева, Келдыш и я ( Черток ). Правда, Келдыш сразу засомневался - пройдет ли наше предложение в текст официальных коммюнике? Мы с Бабакиным настояли и уговорили Тюлина - он был председателем Госкомиссии по Е-6 - позвонить в Москву председателю ВПК Смирнову , надеясь, что это предложение появится в официальном сообщении ТАСС. Однако в аппарате ЦК, который за нас сочинил текст "благодарности от имени трудящихся за поздравление", рассудили по-своему. От имени "всех коллективов" "Луну-9" посвятили не памяти Королева, а XXIII съезду КПСС. "Луна-9", она же по нашему обозначению Е-6-12 , была работой несоизмеримо малой по масштабу в сравнении с грандиозной программой Н1-Л3 . Но такой эксперимент был необходим до осуществления экспедиции на Луну. Фотографирование поверхности на подлете с самого близкого расстояния или с низко орбитального искусственного спутника Луны не могло дать достаточной информации о свойствах грунта и достоверных данных о поверхности, необходимых для проектирования будущих кораблей, совершающих посадку с человеком.

Идея создания автоматической станции, совершающей мягкую посадку, обозревающей окрестности, передающей на Землю телевизионное изображение "лунных камней", данные о температуре, радиоактивности и составе геологических пород, появилась в 1959 году почти одновременно у нас и в США. Несмотря на энтузиазм в стремлении первыми делать трудные вещи, мы затратили пять лет от практического начала проектных работ до нашумевшего полета "Луны-9", впервые показавшей человечеству "лунные камни" с расстояния в несколько метров. Мы были готовы к преодолению трудностей, но не предполагали, что их окажется во много раз больше, чем пророчили самые большие скептики. Тем не менее первую мягкую посадку мы осуществили раньше американцев. По инициативе Королева в декабре 1959 года Хрущев подписал постановление ЦК КПСС и Совета Министров об осуществлении мягкой посадки на Луну автоматической станции, снабженной специальной телевизионной аппаратурой и научными приборами, позволяющими понять, можно ли передвигаться по поверхности Луны. Существовала гипотеза о толстом слое пушистой пыли на Луне, в которой может утонуть любое земное сооружение. Известный астроном и фантаст Артур Кларк в повести "Лунная пыль" изданной в Лондоне в 1961 году, ( Кларк А. Лунная пыль: Пер. с англ. М.: Знание, 1966 ) очень красочно описал процесс погружения лунохода с туристами в море лунной пыли. Проектирование космического аппарата в отделе Тихонравова было поручено сектору Глеба Максимова , в котором основные проектные работы проводились группой Береснева . Идейное руководство на всех начальных этапах принадлежало лично Королеву .

По мере разворачивания работ он передал контроль за этой темой своему заместителю по проектной части Бушуеву . В связи с решающим значением проблем управления в этой программе Королев возложил на меня фактическую ответственность за ее реализацию. Проблемы управления настолько органично переплетались с баллистикой, выбором принципов посадки, конструкцией, сопряжением с ракетой-носителем, что неизбежным было самое тесное сотрудничество с проектантами, конструкторами, основными заместителями Королева и по меньшей мере десятком смежных организаций.

Ведущим конструктором по космическому аппарату Королев назначил старого соратника по РНИИ Арвида Палло , а ему в помощь - молодого инженера Александра Лугового .

Поначалу эта работа не входила в число приоритетных. Конструкторы, выпускавшие рабочие чертежи, а вслед за ними производственники на нашем заводе отмахивались от ведущих по Е-6, как от назойливых мух. Корабли- спутники, затем "Востоки", "Марсы" и "Венеры", боевые ракеты - вся эта горящая номенклатура оттесняла Е-6 в конец очереди. Когда дело дошло до выбора принципов построения и разработки системы управления, я не обнаружил энтузиастов в коллективе наших специалистов. Одно за другим выходили новые постановления. Все были настолько увлечены другими программами и заняты текущими неприятностями, что никто не пожелал взваливать на себя еще одну сложную задачу.

Конструкция аппарата, принципы управления и программа полета определились только к концу 1961 года. Мягкая посадка на Луну была одной из труднейших технических проблем космонавтики. Эксперимент следовало осуществить небольшим и сравнительно простым автоматом. Чтобы не разбиться о поверхность Луны, торможение перед посадкой должно производиться только с помощью ракетного двигателя. Этим была вызвана необходимость иметь на борту запасы топлива, составлявшие более половины массы аппарата перед торможением. Система управления была обязана перед сеансом торможения выставить аппарат по направлению лунной вертикали, определить момент начала торможения и регулировать тягу двигателя так, чтобы скорость снизилась до нуля непосредственно перед соприкосновением с поверхностью. До начала сеанса торможения система управления с помощью оптических средств должна была обеспечить ориентацию аппарата, после чего осуществлялось построение лунной вертикали и измерение радиовысотомером расстояния до Луны для определения момента включения двигателя на торможение. Кроме проблем технических, много внимания требовала организация совместных работ многочисленных участников проекта. С первых и до последних дней программы Е-6 вопросы минимальной массы всей аппаратуры и конструкции являлись определяющими при выборе принципов и компоновки. Все обязано было работать так, чтобы автоматическому аппарату, остающемуся на Луне для передачи изображения в течение не менее суток, хватало массы для выполнения этой главной целевой задачи.

Трехступенчатая ракета-носитель 8К72 , которой мы пользовались для лунных экспедиций 1959 года, способна была доставить к Луне не более 325 кг. Для Е-6 по самым жестким расчетам требовалось не менее 1500 кг. Это сразу определило необходимость использования нового четырехступенчатого носителя 8К78 , который уже начал летать по программам исследования Марса, Венеры и предусматривался для "Молнии-1". Однако и для венеро- марсианской программы его возможности были недостаточны. Начались поиски новых идей по снижению веса служебных систем.

В аппарате Е-6 предусматривалась система радиоконтроля траектории, система астронавигации, бортовая аппаратура управления, которые в нужное время по команде с Земли могли включать КТДУ - корректирующую тормозную двигательную установку для исправления траектории. Радиоинженерам предоставлялась возможность промоделировать основные идеи в реальных условиях до этапа высадки человека на Луну.

Выбор главного конструктора радиосистем определился в пользу НИИ-885 , а практически - новые заказы достались Рязанскому и Богуславскому . Богуславский предложил создать единый многоканальный радиокомплекс, осуществляющий прием радиокоманд с Земли, обмен информацией о траектории, передачу телеметрических параметров и, что было главной задачей, передачу изображений окружающей местности после посадки. Однако радиосистема метрового диапазона, предлагавшаяся Богуславским, не обеспечивала высокой точности измерения параметров движения.

Для межпланетных автоматов, создававшихся для исследований Марса и Венеры, разработку радиосистемы в дециметровом диапазоне проводило СКБ-567 . Но его работники настолько срывали сроки, что доверять им еще и лунную тематику было невозможно. В поисках систем точной навигации не без моей подачи возникла идея воскресить принципы астронавигации, которые мы начали разрабатывать в НИИ-88 с Лисовичем еще в 1947 году.

Система астронавигации после этого была развита и реализована на лавочкинской "Буре" . На базе созданной мной лаборатории Лисовича теперь в системе Минавиапрома работало отделение N 1 НИИ-993 . Там разрабатывались САН - системы астронавигации для самолетов . Главный конструктор этой тематики Валентин Морачевский с энтузиазмом встретил мое предложение создать систему точной астронавигации для посадки на Луну. Споры по поводу ответственного за разработку автономной системы управления, включая выбор гироскопической системы, обеспечение устойчивости и стабилизации при работе двигателя, логику взаимодействия с астронавигационными приборами, закончились тем, что работа была поручена коллективу Пилюгина . Он был назначен главным конструктором системы управления. Разработку гироскопического комплекса Пилюгин тоже взял на себя, поручив эту ответственную и новую задачу Владимиру Лапыгину . Для специалистов Пилюгина это была первая работа по управлению космическим аппаратом. До этого они разрабатывали только системы управления боевыми ракетами или космическими носителями. "Не боги горшки обжигают", - успокаивали меня Финогеев и Хитрик - заместители Пилюгина. Все элементы и логику управления они "упаковали" в прибор массой более 80 кг, который назвали И-100. Зато были исключены отдельные корпуса для каждого прибора, межблочные кабели и штепсельные разъемы. Пилюгинские разработчики, стремясь получить весовой выигрыш, объединили в этом приборе задачи управления третьей и четвертой ступенями ракеты-носителя и космическим аппаратом. Опыт, дорогой ценой накопленный нами на ракетах 8К78 для программ исследования Марса и Венеры, не использовался. Общая масса аппарата, разгоняемого к Луне, достигала 1580 кг. К началу пусков Е-6 ракета-носитель 8К78 уже совершила десять стартов по программам MB . До первого пуска Е-6 за предыдущие два года из этих десяти только в одном нормально сработали все четыре ступени - это было при пуске по Марсу в 1962 году. В остальных девяти имелось пять отказов по вине четвертой ступени (блока "Л"), два - по вине третьей и две аварии - при выводе на участках работы первой и второй ступеней. Предстояло набирать опыт и по новой комбинированной системе, объединившей задачи управления третьей ступенью, блоком "Л" и полетом по трассе до самой Луны. Весовой выигрыш в объединенной системе действительно был получен, но всю отработку надо было начинать заново. Мы вынуждены были "отдавать веса" телевизионной системе и сложной радиотехнике. В те годы на пилотируемых аппаратах мы, где только могли, повышали надежность за счет приборного или системного резервирования. В программе Е-6 из-за жестких весовых ограничений использовать принцип избыточности и резервирования для повышения надежности в процессе полета практически не удалось. На долю специалистов моих отделов остались разработка антенно-фидерных устройств, общая координация программы полета и обеспечение совместимости всех систем. Вот здесь-то я хлебнул забот. Никто из наших руководителей отделов не пожелал вникать в тонкости электронного оборудования Е-6. Наиболее "патриотически" настроенные руководители отделов открыто говорили:

- Это вы с СП отдали всю работу Пилюгину, ну и расхлебывайте сами. С активной помощью Юрасова и Осташева я начал разбираться, что на самом деле натворили работавшие первое время в отрыве друг от друга коллективы разных предприятий, и "расхлебывать" чужие ошибки.

Келдыш считал Е-6 очень важной работой. В помощь нашим баллистикам он подключил из Отделения прикладной математики (ОПМ) АН группу Охоцимского , в которой эта задача была поручена молодому теоретику, впоследствии известному ученому Михаилу Лидову . Келдыш и сам детально разбирался в проблемах, связанных с определением траектории полета, точности прилунения и астронавигации. Совместными усилиями теоретиков была рассчитана оптимальная траектория и программа полета. На первом этапе полета своими тремя ступенями носитель выводил Е-6 вместе с разгонной четвертой ступенью - блоком "Л" на орбиту искусственного спутника Земли. Вне видимости с нашей территории, на втором этапе, над Гвинейским заливом, включался блок "Л", станции сообщалась вторая космическая скорость и она направлялась в расчетную точку встречи с Луной. По дороге к Луне, на третьем этапе, должен был проводиться тщательный контроль и коррекция траектории с помощью КТДУ для обеспечения посадки в заранее выбранный район. На четвертом этапе производилось торможение и осуществлялась мягкая посадка. На Луну опускался аппарат массой 500 кг, включая массу КТДУ. Специальную двигательную установку с насосной подачей и тремя режимами работы разработал Исаев . КТДУ была одной из систем, в надежность которых я верил. Исаев в шутку демонстрировал обиду за то, что перед самой посадкой его КТДУ отбрасывалась подальше и в поле зрения станции не попадала. Ему так хотелось посмотреть на творение своего коллектива, лежащее на поверхности Луны! Но станция должна отделиться и опуститься в стороне от точки, в которую падает еще горячая КТДУ. Оригинальной новинкой на станции были амортизаторы - резиновые баллоны, которые надувались перед посадкой и смягчали удар в момент соприкосновения с поверхностью.