Программа Surveyor: как американские «геодезисты» прощупывали Луну перед Apollo
Surveyor — это программа NASA, которая предшествовала Apollo. Ее главной целью было осуществить мягкую посадку космического аппарата на Луну. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев рассказывает, как были устроены аппараты Surveyor и что им удалось узнать о спутнике Земли.
Всего американцы запустили семь зондов Surveyor, пять из которых смогли успешно прилуниться. По итогам этой программы NASA удалось не только подтвердить возможность мягкой посадки на Луну, но и собрать большой объем данных.
История программы Surveyor
Изначальный вариант текущей программы NASA по «возвращению на Луну» Artemis предполагал, что до выполнения пилотируемой экспедиции к ночному светилу отправятся автоматы, такие как Lunar Reconnaissance Orbiter для съемки лунной поверхности, а также посадочные модули и автоматические луноходы. Они должны были исследовать постоянно затенённые кратеры в предполагаемом месте посадки корабля с астронавтами. Этот подход был аналогичен тому, который агентство использовало в 1960-х годах. Тогда перед миссиями Apollo NASA послало на Луну три серии автоматических аппаратов — Ranger, Lunar Orbiter и Surveyor. Последние стали самыми сложными зондами из всех, запущенных на Луну в тот период.
Негостеприимная Луна: неудачные попытки запуска к спутнику Земли
Ученые из Лаборатории реактивного движения JPL видели в этом аппарате главный инструмент для изучения Луны. Следующим шагом после программы Ranger, предусматривающим съемку поверхности на подлете, стала мягкое прилунение и исследования на месте. По результатам исследований к Луне должны были полететь корабли Apollo.
В рамках программы Surveyor специалисты предложили планы по созданию орбитального аппарата, посадочного модуля и проведению множества научных экспериментов. В 1961 году NASA выбрало проект Hughes Aircraft Co. Компания предложила развить первоначальную версию в три новых, добавив к ним больше научных приборов. В частности, на базе первого аппарата предполагалось сделать несколько долгоживущих напланетных станций и одну посадить на обратной стороне Луны. На борту зондов могли стоять сейсмометры, хроматографы, спектрометры и детекторы микрометеороидов. Завершением амбициозного плана было создание телеуправляемого лунохода.
Однако из-за высокой стоимости разработки (она оценивалась в $50 млн, что эквивалентно $550 млн в ценах 2025 года), сложности миссии и давления со стороны программы Apollo NASA было вынуждено «урезать осетра». После того как президент Кеннеди одобрил высадку американцев на Луну, Surveyor стал вспомогательным аппаратом для сбора данных для пилотируемых миссий. Большинство научных исследований на месте должны были проводить люди.
Главные задачи аппаратов Surveyor
Несмотря на сокращение, Surveyor оставался сложным, дорогим и тяжелым аппаратом. Его главная задача — отработать технологии мягкой посадки на ракетных двигателях, проверить эффективность коррекций траектории и испытать бортовые системы. Для его запуска требовался мощный разгонный блок Centaur с двигателями на кислороде и водороде. Этот блок стал основным драйвером работы по ракете-носителю Atlas-Centaur. Оглядываясь назад на трудности, с какими NASA столкнулось при работе даже над упрощенной версией Surveyor, становится видна нереальность первоначальных планов.
Основным прибором «урезанного» аппарата была камера, способная получать панорамные изображения поверхности вокруг прилунившегося зонда и менять высоту точки съемки. Первый посадочный аппарат имел более 100 простейших детекторов, включая термометры, тензодатчики, акселерометры и другие несложные устройства. Тот факт, что это были именно технические, а не научные датчики, подчеркивает, что задачей аппарата стало доказательство безопасности мягкой посадки на Луну.
Однако некоторые представители научного сообщества надеялись, что последующие миссии будут иметь более глубокое научное содержание. В действительности единственными добавленными сложными устройствами были ковш-манипулятор, который мог вырыть траншею и обнажить подстилающий грунт для камеры, и эксперимент по альфа-рассеянию, используемый для изучения химического состава грунта.
Запуски аппаратов Surveyor
В рамках программы Surveyor NASA выполнило семь запусков, пять из которых завершились успешно. Surveyor 1 достиг кратера Флемстед в Океане Бурь (Oceanus Procellarum) в июне 1966 года, Surveyor 3 — Моря Ясности (Mare Cognitum) в апреле 1967-го, Surveyor 5 — Моря Спокойствия (Mare Tranquillitatis) в сентябре 1967-го, Surveyor 6 — Центрального Залива (Sinus Medii) в ноябре 1967-го, Surveyor 7 — кратера Тихо в южной части видимой стороны Луны, на разделе Океана Бурь и бассейна Южный полюс — Эйткен в январе 1968-го.
Двум аппаратам не повезло — Surveyor 2 врезался в Луну в октябре 1966 года, а Surveyor 4 потерпел неудачу в июле 1967 года.
На первых двух зондах научная аппаратура не устанавливалась — они использовались только для получения телевизионных изображений. На последующих кроме телекамер стояли также специальные научные приборы для изучения лунного грунта, например, указанный выше механизм с ковшом-захватом, α-анализатор и магниты. Исследования проводились в районах, которые рассматривались как потенциальные места посадки лунного модуля Apollo, а также в регионах, представляющих научный интерес.
Одним из аппаратов, совершивших посадку на спутник Земли, стал Surveyor 6, запущенный 7 ноября 1967 года с помощью ракеты-носителя Atlas-Centaur, которая стартовала с космодрома на мысе Канаверал. Она вывела его на траекторию полета к Луне, и 10 ноября аппарат успешно прилунился в Центральном Заливе (Sinus Medii) в центральной части видимого диска Селены.
После посадки аппарат начал панорамную съемку окружающей местности. Он сделал и передал на Землю 29952 снимка, выполненных на камеру, которая оснащена поляризующими фильтрами. С помощью бортового альфа-анализатора ученые провели анализ химического состава грунта. Было установлено, что он состоит из базальтов.
17 ноября Surveyor 6 подлетел на 3–4 метра над поверхностью Луны, включив на 2,5 секунды жидкостные двигатели. Затем аппарат прилунился, всего в 2,4 метра к западу от первоначальной точки посадки. Этот маневр позволил получить данные о работе ракетных двигателей на Луне, провести обзор первого места прилунения и сделать повторные снимки для создания стереофотографий.
26 ноября началась лунная ночь, и передача данных прекратилась из-за нехватки энергии. 14 декабря аппарат «проснулся», но научных данных так и не передал. К вечеру того же дня связь окончательно прервалась.
Итоги программы Surveyor
Полеты автоматического аппарата показали, что поверхность Луны твердая и менее запыленная, чем предполагали некоторые ранние модели. На тот момент ученые уже не думали, что Селена покрыта толстым слоем пыли, который «может поглотить космический аппарат», но боялись, что поднятая двигателем пыль помешает посадке. Также миссии дали надежные данные о составе лунной поверхности.
Полученные данные о Луне охватывали множество аспектов. Было сделано огромное количество снимков — около 86500 фотографий лунной поверхности, элементов аппарата и окружающего пространства.
Ученые изучили физические, химические и механические свойства лунного грунта, определив его состав, консистенцию, структуру, плотность, пористость, размер частиц, упругость, а также прочность скальных пород. Дополнительные исследования включали фотометрию, колориметрию и поляриметрию.
Благодаря допплеровским радионаблюдениям были уточнены форма Луны и особенности ее движения. Также было установлено, что уровень радиации на поверхности спутника невысок и безопасен для людей.
Специалисты исследовали электромагнитные свойства лунной поверхности, включая ее способность отражать радиоволны, диэлектрическую постоянную и наличие магнитных частиц. Наконец, были собраны данные о температурном режиме на Луне.
Во время миссии Apollo 12 лунный модуль совершил посадку в непосредственной близости от Surveyor 3. Астронавты Чарльз Конрад и Алан Бин совершили высадку к зонду (фото в заглавии статьи) и сняли с него некоторые элементы для последующего изучения на Земле.
Завершение программы Surveyor
В ходе полетов Surveyor было выяснено несколько интересных технических аспектов. В частности, специалисты поняли, что радиолокационные сигналы отражаются от поверхности лунного грунта, а не от глубинных слоев, как предполагалось ранее. Прохождение этого сигнала через выхлопные газы двигателей не снижает эффективность радиолокации. Перемещение аппарата над лунной поверхностью («подлет») помогло решить задачи взлета и посадки, а также изучить влияние струй двигателей на грунт.
Дополнительный эксперимент, в ходе которого поддерживалась одновременная связь с аппаратами Surveyor 5 и Surveyor 6, был проведен для уточнения характера либрации Луны — оптического эффекта «покачивания» видимого полушария Селены относительно его среднего положения, возникающий при наблюдении с Земли.
Результаты исследований подтвердили правильность инженерных решений, заложенных как в Surveyor, так и в конструкцию лунного модуля корабля Apollo. При этом программа высадки американцев на Луну поглощала столь большие ресурсы, что ученым было трудно обосновать продолжение автоматических миссий. После Lunar Orbiter и Surveyor исследования нашего ночного светила автоматами приостановились более чем на два десятилетия.
Почему американцы покинули Луну? О целях, средствах и последствиях программы Apollo рассказывали здесь.
