Сергей Викторов - Химия лунного грунта
РЕНТГЕНОВСКИЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД: «ЛУНОХОД-1»
Исследования, выполненные аппаратами «Сервейер», так же как и осуществленный позднее анализ образцов грунта, доставленных на Землю из «морских» районов Луны, показали, что хотя лунные породы и относятся к одному и тому же типу (базальтовых), однако имеются некоторые отличия в их составе. Таким образом, оказалось, что ряд проблем строения Луны и происхождения форм лунного рельефа очень трудно разрешить путем анализа химического состава лишь отдельных участков лунной поверхности. К таким проблемам селенологи относят, в частности, вопросы о степени однородности состава поверхности и о связи рельефа с химическим составом.
Для того чтобы сделать какие-либо определенные выводы на сей счет, необходимо было провести сравнительные исследования на больших площадях, изучить состав поверхностного и подповерхностного слоев лунного грунта в пределах характерных районов, где широко представлены разнообразные типы лунных образований: кратеры разных размеров и форм, гряды, разломы, камни и скальные обломки. Единственная возможность для проведения подобных исследований — использование самоходных аппаратов, осуществляющих перемещение по лунной поверхности. Изучение состава поверхности в пределах этих определенных районов кроме самостоятельного интереса способствует осуществлению разнообразной работы по «физическому» картографированию Луны.
Самоходные лунные автоматы, исследуя образцы в местах их естественного залегания, могут осуществлять химические и минералогические анализы лунных пород, определять их физико-механические свойства по маршруту следования, передавая на Землю собранную информацию. С помощью подобных аппаратов можно обследовать обширные территории и получить большой объем информации о строении лунной поверхности, осуществить передачу на Землю телевизионных изображений окружающего ландшафта.
С учетом всех этих требований советская программа космических исследований Луны предусматривала создание мобильных автоматических лабораторий, способных передвигаться по поверхности Луны и производить комплексные научные исследования Луны вдоль своего пути. При этом пришлось решить целый ряд принципиально новых задач. Ведь, например, даже после серии мягких посадок на поверхность Луны и целого ряда последующих исследований оставался невыясненным вопрос о том, каким образом осуществлять передвижение аппарата по покрытой слоем пыли лунной поверхности при наличии кратеров и камней различных размеров, в условиях космического вакуума и силы тяжести, составляющей лишь одну шестую земной.
В связи с этим необходимо сказать несколько слов о лунной пыли. В земных условиях мы привыкли, что пыль — это мелко измельченный материал, который ведет себя почти как жидкость. Пыль (песок) течет так же, как вода; ее поверхность так же, как и у жидкости, находящейся в равновесии, — плоская и ровная. Эти свойства пыли объясняются тем, что в пылинках и на ее поверхности находится воздух, который вместе с воздухом, содержащимся между пылинками, «смазывает» частицы, и они легко скользят относительно друг друга.
Лунная поверхность находится в условиях, коренным образом отличных от земных: постоянное облучение солнечным ветром (т. е. частицами, испускаемыми Солнцем) и метеоритная бомбардировка, воздействие ультрафиолетового излучения и глубокий космический вакуум. Длительное ее пребывание в вакууме привело к тому, что на ней произошло обезгаживание не только пространства между частицами, но и самих частиц. В результате пылевые частицы лунного грунта примыкают непосредственно одна к другой или к нижележащей поверхности, «склеиваясь» в единое целое или налипая на поверхность других тел при соприкосновении. Эти контактные силы (так называемые силы Ван-дер-Ваальса) обратно пропорциональны седьмой степени расстояния между частицами, и, поскольку это расстояние порядка размеров атомов, контактные силы более значительны, чем гравитационные.
Частицы лунной пыли соединяются в одно целое, другими словами, — пылевые частицы склеиваются друг с другом, образуя легкий, но твердый неоднородный материал. Слипшиеся таким путем образования при механическом воздействии рассыпаются на мелкие части, а под действием газовых струй тормозных двигателей при посадке космических аппаратов на поверхность Луны пыль легко поднимается кверху. Все это надо было учитывать советским конструкторам.
В результате тщательных расчетов и многочисленных наземных испытаний ими было создано самоходное шасси на восьми колесах ажурной конструкции с грунтозацепами, с независимой подвеской и приводом колес. Впервые была сконструирована машина — «Луноход-1», способная передвигаться в сложнейших условиях лунной поверхности и оснащенная комплексом аппаратуры для научных исследований уже не в одной точке, а в целом районе лунной поверхности.
Выбранный район для работы «Лунохода-1» — Море Дождей — является одним из крупнейших лунных «морей» с четко выраженной кольцевой структурой, окаймленный береговыми горными массивами. Лишь на юго-западе Море Дождей не имеет горного обрамления, и его поверхность смыкается там с Океаном Бурь. Равнины лунных «морей» представляют собой обширные излияния базальтовых лав. Коренные скальные породы перекрыты с поверхности слоем мелкораздробленных пород, так называемым реголитом, имеющим незначительную толщину (менее 10 м). Поверхность Моря Дождей более или менее равномерно покрывают кратеры диаметром до нескольких километров. Плотность их распределения примерно такая же, как и в «морях» экваториальной зоны видимого с Земли полушария Луны. Иногда выделяются участки протяженностью в десятки километров, в которых плотность распределения мелких кратеров на порядок выше средней.
В районе Моря Дождей отмечена одна из наиболее крупных гравитационных аномалий Луны (так называемых масконов), вызванная, по-видимому, избыточными концентрациями масс вблизи лунной поверхности (избыток массы в Море Дождей оценивается примерно в 5 1014 т). Факт обнаружения таких аномалий в местах очень древних лунных образований свидетельствует о Луне как о более твердом теле и с более низкими температурами по сравнению с Землей.
Запуск станции «Луна-17» с «Луноходом-1» на борту состоялся 10 ноября 1970 г. С орбиты искусственного спутника Земли станция стартовала к Луне, и после успешного проведения необходимых маневров она мягко опустилась 17 ноября в западной прибрежной части Моря Дождей в 40 км к югу от мыса Гераклид в точке с селеноцентрическими координатами 38° 17′ с. ш. и 35° 00′ з. д.
Основным назначением автоматической станции «Луна-17» являлась доставка на лунную поверхность автоматического самоходного аппарата — «Лунохода» и обеспечение тем самым работы первой в мире подвижной автоматической лаборатории на Луне. С помощью. «Лунохода-1» предполагалось решить обширный комплекс инженерно-технических задач, провести разносторонние научные исследования.
К ним относились: изучение топографических и геологоморфологических особенностей местности; определение химического состава и физико-механических свойств лунного грунта; исследование радиационной обстановки на трассе полета к Луне, в окололунном пространстве и на поверхности Луны; исследование рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны с помощью уголкового светоотражателя, установленного на «Луноходе-1».
Запуском станции «Луна-17» предусматривалось, также решить ряд конструкторских и инженерно-технических задач, продолжить отработку посадочной ступени и способа мягкой посадки на поверхность Луны. Кроме того, предполагалось провести отработку методов дистанционного управления с использованием передаваемого на Землю телевизионного изображения лунной поверхности, приобрести экипажем опыт по управлению движением «Лунохода», проверить его систему терморегулирования при работе в периоды лунных дней и ночей, получить телевизионную информацию с лунной поверхности по маршруту передвижения. Следует отметить, что успешная доставка на Луну автоматического аппарата «Луноход-1» позволила перейти от исследования лунной поверхности в отдельных точках, проводимых спускаемыми автоматами, к обследованию значительных по протяженности ее районов.
Автоматическая передвижная лаборатория — «Луноход-1» и складывающиеся трапы для его схода на поверхность Луны были установлены на унифицированной посадочной ступени станции «Луна-17». Сам самоходный аппарат состоял из двух основных частей: приборного отсека и колесного шасси. Масса «Лунохода-1» — 756 кг.
Герметический приборный отсек, изготовленный из легких и прочных сплавов, имел форму усеченного конуса, верхняя часть которого использовалась как радиатор-охладитель в системе терморегулирования «Лунохода-1» и закрывалась специальной крышкой. Эта крышка выполняла двойную функцию: в период лунной ночи она закрывала радиатор и препятствовала излучению тепла из отсека, а в течение лунного дня крышка была открыта, и элементы солнечной батареи, расположенные на ее внутренней стороне, обеспечивали подзарядку аккумуляторов, являющихся источником питания бортовой аппаратуры.
