Химия лунного грунта - Сергей Викторов

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.

В приборном отсеке «Лунохода-1» размещались передающие и приемные устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления, системы электропитания, блоки коммутации и автоматики, приборы системы обеспечения теплового режима, электронно-преобразовательные устройства научной аппаратуры.

Бортовой радиокомплекс обеспечивал прием команд из центра управления «Луноходом» и передачу информации с борта самоходного аппарата на Землю. Телевизионная система, две камеры которой располагались в передней части корпуса, была предназначена для передачи на Землю телевизионных изображений местности, необходимых «экипажу», управляющему с Земли движением «Лунохода». Кроме того, специальные камеры обеспечивали съемку панорамы окружающей местности во время стоянки «Лунохода».

Резкие температурные перепады при смене дня и ночи на поверхности Луны, а также большая разница температур между частями «Лунохода-1», находящимися на солнце и в тени, обусловили необходимость разработки для него специальной системы терморегулирования. Поддержание необходимого для нормальной работы аппаратуры теплового режима «Лунохода-1» обеспечивалось как пассивными, так и активными методами. К пассивным относилось уменьшение теплообмена между отдельными элементами конструкции «Лунохода» и окружающим пространством посредством применения экранно-вакуумной теплоизоляции и специальных внешних покрытий. Тепловой режим оборудования, расположенного внутри приборного отсека, обеспечивался активными методами, т. е. путем принудительной специальной циркуляции газа внутри самоходного аппарата. При этом для подогрева газа служил изотопный источник тепловой энергии, расположенный в задней части корпуса.

Приборный отсек «Лунохода-1» был установлен на восьмиколесном шасси, создание которого разрешило принципиально важную задачу космонавтики — возможность передвижения автоматической лаборатории по поверхности Луны. Самоходное шасси было сконструировано так, чтобы гарантировать высокую проходимость «Лунохода» по лунной поверхности и надежную работу в течение длительного времени при минимальном собственном весе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивало передвижение «Лунохода-1» вперед и назад, а также его повороты (на месте и в движении).

ДДля измерения содержания в лунном грунте основных породообразующих элементов на «Луноходе-1» была установлена спектрометрическая аппаратура РИФМА (Рентгеновский Изотопный Флуоресцентный Метод. Анализа). Спектрометр РИФМА (так же как и его модернизированный вариант — РИФМА-М, установленный на «Луноходе-2») был разработан и создан в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе (руководитель работ Г. Е. Кочаров).

Для облучения лунного грунта использовались панели с радиоактивными источниками, флуоресцентное излучение грунта регистрировалось пропорциональными счетчиками (рис. 7). Счетчик, металлический цилиндр диаметром около 16 мм и длиной около 80 мм, был наполнен смесью аргона и метана. «Окна» для вхождения излучения изготовлялись из тонких (порядка десятка микрометров) материалов (алюминий, синтетические пленки). Электрический импульс, возникавший в счетчике при прохождении через него флуоресцентного рентгеновского излучения грунта, усиливался в электронном преобразователе и по радиоканалу передавался на Землю. Для преобразования электрического сигнала на борту «Лунохода-1» находился 64-канальный анализатор — блок амплитудно-цифрового преобразования (передача сигналов велась в двоичном коде с добавлением нескольких служебных импульсов). BR>

Рис. 7. Внешний вид пропорциональных счетчиков мягкого рентгеновского излучения, применявшихся в экспериментах на «Луноходе-1 и -2»

Выносной блок аппаратуры, в котором размещались радиоактивные источники, детекторы и усилитель (рис. 8), располагался вне «Лунохода» между его передними колесами (см. изображение на обложке). Остальные электронные устройства находились внутри «Лунохода» (рис. 9).

Рис. 8. Внешний вид выносного блока аппаратуры РИФМА-М. В центре — блок детекторов, в передней верхней части которого расположен счетчик для регистрации рентгеновского излучения космического происхождения. По обе стороны от блока детекторов находятся панели с радиоактивными источниками

Рис. 9. Блок-схема а) бортового и б) наземного комплексов рентгеновской спектрометрической аппаратуры «Луноходов» (детектор для регистрации рентгеновского излучения космического происхождения был установлен только на «Луноходе-2»): 1 — выносной блок; 2 — электронный блок; 3 — амплитудно-цифровой преобразователь; 4 — передающее устройство; 5 — панели с радиоактивными источниками; 6 — приемное устройство; 7 — электронные устройства системы записи информации; 8 — запись информации на магнитную ленту; 9 — система обработки данных с выводом информации на ленту цифропечатающего устройства

После посадки на Луну, проверки функционирования бортовых систем и осмотра лунной поверхности самоходный аппарат «Луноход-1» по специальному трапу сошел с посадочной ступени на поверхность Луны. Изучив район посадки и осмотрев посадочную ступень, ученые приняли решение о движении «Лунохода-1» в южном направлении. Основная задача первого лунного дня заключалась в проверке в действии всех систем «Лунохода-1», прежде всего агрегатов самоходного шасси, системы управления и телевизионного наблюдения. Проведенный комплекс испытаний показал хорошую маневренность и управляемость «Лунохода», а также высокую надежность всех его узлов.

Не менее серьезным испытанием для конструкторов и ученых явилась первая «ночевка» «Лунохода-1». В течение долгой лунной ночи, продолжающейся около 14 земных суток, температура поверхности быстро опускается до температур около. –150 °C. Сеансы связи с «Луноходом-1», проводимые в течение ночи, дали возможность получить данные о состоянии его систем и показали, что температура и давление газа в приборном отсеке находятся в пределах нормы. При этом температура внешних частей конструкции «Лунохода-1» (колеса, антенны) опускалась до –90 —125 °C.

Телеметрические данные, полученные в ходе первых сеансов после окончания лунной ночи, свидетельствовали о нормальной работе бортовых систем «Лунохода-1», и его движение на юг после этого продолжилось. В течение лунного дня, с 10 по 20 декабря 1970 г., «Луноход» преодолел множество кратеров разного диаметра и глубины, каменных россыпей и к концу этого дня «заночевал» на расстоянии (по прямой) 1,5 км от места посадки. p>На следующее «утро», 9 января 1971 г., «Луноход» направился в противоположную сторону — (на северо-запад) и другим путем вернулся к месту посадки. Так был успешно завершен важный этап первого в мире навигационного эксперимента по вождению самоходного аппарата по поверхности другого небесного тела. Преодолев на своем пути многочисленные препятствия, «Луноход-1» оказался в расчетной точке на Луне.

В последующие лунные дни «Луноход-1» проводил исследования в районе, расположенном севернее точки посадки.

Во время своего движения по поверхности «Луноход-1» проходил вблизи кратеров разных диаметров, преодолевал зоны кратерных выбросов вещества со значительных глубин, каменные россыпи. На некоторых из этих участков поверхности производилось включение спектрометра РИФМА, время работы которого для измерения химического состава грунта (в данном месте) составляло около часа.

ННаряду с этим проводилось комплексное изучение ряда участков лунной поверхности: на одном и том же участке с помощью пенетрометра[3] и шасси определялись физико-механические свойства грунта, а с помощью аппаратуры РИФМА — его химический состав. Осуществлялись также эксперименты научно-технического и методического характера.