Місяць. Епізод перший
Влаштування першого самохідного космічного апарату «Місячник-1»
Приладовий гермовідсік. Ночами наукове обладнання у гермовідсіку обігрівалося радіоізотопним джерелом тепла. Навігаційна телекамера. За час роботи «місяцехода» камера малокадрового телебачення передала водіям понад 25 тисяч знімків. Основна телекамера. Нею знято понад 200 панорам на шляху прямування. Остроспрямована антена. Для економії потужності передавача дані вирушали Землю з її допомогою. Кутковий відбивач багато років служив для лазерної локації Місяця із Землі. Шасі 8×8. Кожне колесо оберталося розташованим у маточині електромотором; сітчастий обід з ґрунтозачепами кріпився до маточини велосипедними спицями. Аналізатор хімскладу. Спектрометр «Рифма», розроблений у Ленінградському Фізтеху, вивчав ґрунт у 25 точках.
Про самохідний місячний апарат у королівському ОКБ-1 заговорили ще 1959 року, одразу після перших запусків до Місяця. Машина мала мати високу прохідність, тому цілком природно, що в 1961 році, коли Сергій Корольов став прицільно шукати розробника, він звернувся до танкістів. Замовлення, однак, було настільки незвичайним, що від нього після ретельного аналізу відмовилося спочатку танкове КБ Кіровського заводу (головний конструктор Жозеф Котін), а потім московський Науковий автотракторний інститут (НАТІ). Лише наприкінці 1963 року директор ленінградського ВНДІ-100 (нині ВНДІТрансмаш) Василь Старовойтов взяв на себе сміливість прийняти цю пропозицію. Була створена група «для вивчення та визначення можливих напрямків робіт зі створення самохідних засобів пересування поверхнею Місяця». Тему доручили начальнику відділу нових принципів руху Олександру Кемурджіану, який згодом став головним конструктором шасі «Лунохода».На першому етапі розглядалися різні способи пересування: крокуючий, стрибаючий, гвинтовий, що перекидається, перекочується і навіть повзучий, як змія. Але в результаті зупинилися на традиційних гусеничному та колісному варіантах. Наприкінці травня 1964 року познайомитися з розробками приїхали Сергій Корольов та Михайло Тихонравов.
Спочатку перевага була у прихильників гусеничного шасі - як розробкою займався танковий університет. Прохідність у гусениці, звичайно, вища, ніж у колеса, але для машин малої потужності вона має серйозні недоліки: велика вага і низька надійність. Ажурній космічній машині не під силу, як танку, перемелювати камені, що потрапляють під ковзанки. Якщо хоч одна ковзанка заклинить, машина зупиниться. І обрив гусениці, легко поправний на Землі, на Місяці стане кінцем подорожі. А ось зі зламаним колесом рух можна продовжувати. (Це на практиці продемонстрував американський марсохід «Спіріт», який більшу частину часу пропрацював із правим переднім колесом, що заклинив правим.) У результаті перемогли все-таки прихильники колісного шасі, хоча гусеничний варіант обговорювався до останнього моменту. Тож конструкція «місяцехода» принципово допускала перехід на гусеницю. Саме тому орієнтація коліс у нього фіксована, а поворот він виконує по-танковому – реверсом обертання.
А все-таки вона тверда
У тому ж 1959 році, коли виникла ідея місячного ровера, молодий випускник Ленінградського гірничого інституту Генріх Штейнберг вперше подивився на Місяць і був вражений видовищем. На наступний рік, приступивши до аерофотозйомки камчатських вулканів, він виявив схожість між місячними та вулканічними ландшафтами.
Поверхня Місяця тоді вважалася повністю сформованою зовнішніми впливами. Американський фізик РальфБолдуїн за геометрією місячних кратерів (співвідношень діаметра, глибини та висоти кільцевого валу) довів, що вони утворилися вибуховим механізмом, ймовірно, при метеоритних ударах. Загальноприйнятою була також теорія астронома Томаса Гулда про те, що Місяць через мікрометеоритне бомбардування покритий багатометровим шаром пилу. Це порушувало питання не лише ідею «Місячника», а й саму можливість посадки на Місяць.
Тренування екіпажів «Лунохода-1» проводилися під Сімферополем. Причому для термінового створення там «лунодрому» було використано будматеріали, завезені раніше для будівництва житла військовослужбовцям, що викликало певну незадоволеність. Фото: РІА «НОВИНИ»
Боротьба з невідомістю
Тим часом робота над «Луноходом» зосередилася навколо двох абсолютно невивчених питань: працездатності зубчастих передач у космосі та невідомих властивостей місячного ґрунту. До «Місячника» космічна механіка ніколи не працювала довго при високих навантаженнях. Конструктори побоювалися, що у вакуумі при низькій температурі робочі поверхні зубчастих передач та інших пар тертя схоплюватимуться, приводячи до блокування коліс (у вакуумі немає оксидної плівки на деталях, і при дуже сильному стиску вони можуть просто зваритися один з одним). Для перевірки було створено невеликий експериментальний редуктор, який ставився на місячних супутниках «Місяць-11» та «Місяць-12». Дані порівнювалися з показниками аналогічного пристрою в земній вакуумній камері, щоб зрозуміти, за яких умов надалі випробування можна було проводити в лабораторії.
У жодному експерименті спікання шестерень не сталося, але колеса «Місячника» все одно оснастили вибуховими пристроями, які могли по команді із Землі розірвати силовий зв'язок колеса здвигуном. Скористатися цією піротехнікою так і не довелося, хоча розробники просили дозволу випробувати її, коли «місяцехід» уже кілька разів перекрив запланований час роботи. Іншим постійним джерелом занепокоєння для конструкторів були властивості місячного ґрунту. Довгий час про них можна було лише здогадуватись. Перші виміри його фізико-механічних властивостей зробила лише наприкінці 1966 станція «Місяць-13». Стало ясно, що реголіт легко пресується, не відновлюючи потім вихідну форму, і що в нього низьке внутрішнє тертя, отже, у ньому нічого не варто забуксувати. Почали шукати схожі за властивостями земні породи. Спочатку використовували кварцовий пісок та мелений базальт. Але потім дійшли висновку, що найкраще властивості місячної поверхні передає вулканічний шлак, бажано свіжий. Цілком природно постало питання про випробування «Місячника» на Камчатці.
Камчатський тест-драйв
На той час Генріх Штейнберг не перший рік займався на Камчатці вивченням вулканічних порід. З 1964 року спільно з астрономами з ДАІШ він виконував аерофотозйомку та спектроскопію вулканічних ландшафтів. Потім, з 1967 року разом із професором Ігорем Черкасовим вивчав фізико-механічні властивості вулканічних порід у природному заляганні. Для цього в точці, що вивчається, вертоліт ставили на домкрат і вимірювали, як деформується поверхня шлаків.
У результаті саме Штейнбергу запропонували в 1968 знайти на Камчатці майданчики для ходових випробувань «Лунохода». Усі роботи проводились на замовлення ВНИИ-100 Інститутом вулканології Сибірського відділення АН СРСР. Загалом було підібрано чотири майданчики в районі вулканів Шивелуч, Толбачик, Ключевської та Крашенінникова. Причому на Шивелучі було дві ділянки: одна на пірокластичному потоці, а другана відкладеннях спрямованого вибуху. Обидва ці майданчики сформувалися під час катастрофічного виверження 1964 року, коли потужний вибух утворив новий кратер і сильно зруйнував колишню вулканічну споруду.
Однак повністю відтворити умови руху Місяцем у земних умовах неможливо. Хоча на Місяці апарат важить менше, динамічні навантаження, що виникають при різкому гальмуванні або повороті, залежать не від його ваги, а від маси, і на Місяці вони такі самі, як на Землі. Тому стійкість до перекидання за умов слабкої гравітації знижується. Саме тому «Луноход-1» не розганявся понад 2 км/год, і на ньому було передбачено систему безпеки на основі гіроскопічних датчиків, яка просто відключала живлення у разі досягнення граничних кутів нахилу. Також у всіх колесах були датчики струму - щоб двигуни не згоріли при високому навантаженні під час пробуксовки. Для вимірювання фізико-механічних властивостей ґрунту та оцінки прохідності на «місяцеході» було встановлено пенетрометр. Періодично він опускався та перевіряв поверхню. Важливість цього інструменту підтвердив американський досвід. Астронавти зі своїм ровером якось застрягли, долаючи борозну, де глибина сипучого ґрунту більша, ніж на рівних ділянках. Тоді їм довелося на руках витягувати свою машину. Але «місяцеходу» ніхто б не допоміг у подібній ситуації, тому його рух слід було організувати надійніше.
Таємні випробування
Ступиця колеса у розрізі. Видно понижувальний редуктор (1:216) і електромотор (ззаду). Фото: РІА «НОВИНИ»
Директор Інституту вулканології усно порадив Штейнбергу просто розірвати договір на випробування і цим повністю їх зірвати. Мовляв, не наші проблеми. Воно й зрозуміло, сам він покидав інститут, йдучи напідвищення до Москви. Не виявилося в інституті і заступників: один незадовго до того наклав на себе руки, інший загинув в авіакатастрофі, головним залишився один із завлабів. Ситуація патова: палива немає, начальства немає, випробувальна бригада сидить у селищі Ключі, таємний «місяцехід» стоїть без нагляду в наметі біля підніжжя вулкана. Програма знаходиться на межі зриву, а про неї навіть згадати нікому не можна секретність.
Кемурджіан, у стані червоного жару, вимагає: протягом чотирьох днів відновити випробування. Тут згадали: військові, у них тут ескадрильї. Запитали. За день з'явився якийсь чоловік: «Гроші ввечері — бензин уранці». — А де ж забирати? - А де вам треба? — На гелікоптерному майданчику. — Там усе буде.
Майбутнє у минулому
У радянській місячній програмі вдосконалений місяцехід мав забезпечити рекогносцировку перед висадкою на Місяць космонавта, а потім стати його персональним транспортом. А у разі пошкодження апарата, що спускається, місяцехід забезпечив би доставку космонавта до запасного корабля, який мав здійснити посадку заздалегідь. Невипадково за ходовими випробуваннями «Лунохода-1» на Камчатці спостерігав космонавт Євген Хрунов, який входив у групу потенційних місячних пілотів. Згодом на Камчатці випробовували «Луноход-2», який пройшов Місяцем 37 кілометрів, «Луноход-3», що залишився на Землі через брак ракет «Протон», а також шестиколісний прототип місяцехода для радянського пілотованого польоту, що так і не відбувся.
Другий тест-драйв
На щастя, все далі пішло гладко. Машину успішно відкатали. Вона впевнено, практично без пробуксовки підіймалася по 20-градусних сипучих схилах з креном далеко за межами допусків, встановлених для руху по Місяцю, куди «Місяч-1» вирушив через двамісяця. Отримані в ході роботи дані показали, що місцевість в районі Толбачика має з поверхнею Місяця коефіцієнт відповідності 96%. Після цього її статус був підвищений з експериментального майданчика до полігону, і з того часу там неодноразово випробовувалися прототипи різних планетоходів, включаючи «Місячник-2», «Лунохід-3», а також ряд зарубіжних моделей.
А ось «лівий» бензин для секретних випробувань «Місячника» 1969-го мало не коштував Штейнбергу кар'єри. У 1971 році за цим епізодом було порушено кримінальну справу, і хоча звинувачення не було пред'явлено, його «авансом» виключили з партії, а потім звільнили з інституту. Справа була закрита через відсутність складу злочину, але для скасування партійного стягнення довелося за кілька років дійти з апеляцією до рівня навіть не ЦК, а з'їзду КПРС 1976-го. Лише тоді одному із творців радянського «Місячника» знову дали можливість працювати за фахом.