Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы была погашена скорость сближения станции с Луной, ось тормозного двигателя должна быть расположена вдоль вектора скорости, соплом вперед. Ориентация станции в таком направлении была бы легко достигнута, если бы падение на Луну происходило вертикально по траектории, проходящей через центр Луны, так как оптические средства позволяют легко определить направление на центр видимого со станции диска Луны, т. е. построить лунную вертикаль.
Проведем через центр Луны О (рис. 78) прямую, параллельную вектору скорости соударения в точке Л, до пересечения ее в точке В с гиперболой падения на Луну. Заставимось тормозного двигателя расположиться в точке В по лунной вертикали OB, и пусть при последующем движении до точки А система ориентации будет удерживать космический аппарат в заданном положении, так что аппарат будет перемещаться поступательно. Таким путем в точке А тяга двигателя сможет быть направлена необходимым образом
Рис. 77. Станция «Луна-Ч» после отделения от разгонного блока: 1 — автоматическая лунная станция, 2 — отсек системы управления, 3, 4 — отделяемые отсеки с аппаратурой, 5 — ЖРД, 6 — малые управляющие двигатели, 7 — бак окислителя, 8 — бак горючего, 9 — микродвигатели системы ориентации, 10 —баллоны с запасом газа для них, 11 — радиовысотомер, 12 — антенна радиовысотомера. \ § 7. посадка на луну
215
(фактически точка А включения двигателя находится, конечно, на некоторой высоте, незначительной по сравнению с расстоянием OB).
Если взять пучок гиперболических траекторий, получающихся при одинаковых по величине и направлению селеноцентрических скоростях входа в сферу действия Луны (но входящих в разных точках границы сферы действия), то обнаруживается следующее замечательное свойство этих траекторий [3.12]. Проделаем для каждой траектории построение, указанное на рис. 78. При этом с большой точностью обнаруживается, что все точки пересечения прямых, параллельных соответствующим скоростям соударения, с гиперболами оказываются на одной и той же высоте над Луной. Для скорости входа 1 км/с (характерной для полета станции «Луна-9»)эта высота равна 8300 км.
На расстоянии 15—20 тыс. км от Луны начал проводиться последний сеанс астроориентации станции. На высоте 8300 км за час до падения на Луну станция была сориентирована по лунной вертикали ВО и далее перемещалась поступательно до момента достижения высоты 75 км. На этой высоте за 48 с до посадки по командному сигналу от радиовысотомера (ось его параболической антенны была параллельна оси двигателя) был включен тормозной двигатель. (Перед этим от станции были отделены два отсека, ненужные при посадке.) Работа двигателя продолжалась до того момента, когда автоматическая обработка (интегрирование) показаний акселерометра, измеряющего реактивное ускорение, показала, что расчетная скорость сближения с Луной погашена. На высоте примерно 150 м основной двигатель был выключен, и дальнейшее гашение скорости, а также стабилизация станции при спуске производились с помощью малых ракетных двигателей.
Когда станция оказалась на высоте 5 м, специально выдвинутый штыревой датчик соприкоснулся с лунной поверхностью, что послужило сигналом к отделению и отбрасыванию лунной станции от тормозной установки. В результате станция прилунилась несколько в стороне, опустившись на не поврежденный выхлопными газами участок. Скорость посадки составляла 4—7 м/с. Свойства грунта Луны до этого полета были неизвестны, и поэтому станция была заключена в амортизирующее устройство — эластичную оболочку, которая перед прилунением надувалась сжатым газом и должна была предохранить станцию от удара и при скальном и при песчаном грунте. Подпрыгнув несколько раз, надутая оболочка остановилась и распалась на две части, которые были отброшены через 4 мин, и станция оказалась на грунте [3.13]. Прилунение
Рис. 78. Способ ориентации оси тормозного двигателя по вектору скорости соударения с Луной. 216
гл 8 достижение луны
произошло 3 февраля 1966 г. в 21 ч. 45 мин 30 с в небольшом углублении в районе Океана Бурь. После посадки раскрылись 4 передающих лепестковых антенны, одновременно стабилизировавших станцию на поверхности, и 4 принимающих штыревых антенны.
Аналогичным путем была совершена посадка на Луну 24 декабря 1966 г. автоматической станции «Луна-13» (рис. 79). При этом помимо антенн были развернуты также механизмы для выноса приборов.
Рис 79. Автоматическая станция «Луна-13»' / — ледестковые антенны, 2 — штыревые ан тенны, 3 — механизмы выноса приборов, 4 — механический грунтомер, 5 — радиационный плотномер, 6 — телевизионная камера
Другим примером программы мягкой посадки может служить программа, которая использовалась при полетах американских космических аппаратов серии «Сервейер» (рис. 80). Масса аппарата «Сервейер» равнялась 950 кг, причем две трети ее приходилось на тормозную двигательную установку. Аппараты выводились на траектории полета к Луне с помощью ракет-носителей типа «Атлас—Центавр». Через три дня полета на расстоянии 1600 км от поверхности Луны двигатели системы ориентации развертывали аппарат таким образом, чтобы тяга тормозного двигателя была направлена прямо противоположно гкорости. Одновременно включалась телекамера, передававшая на Землю каждые 3 с одно изображение участка лунной поверхности. Камера позволяла установить место посадки с точностью порядка 1,6 км. На высоте 83 км, когда скорость аппарата равнялась 2,62 км/с, включался тормозной двигатель, работа которого прекращалась на высоте 8500 м (±2700 м) при скорости 122 м/с (±38 м/с). Включались верньерные двигатели, § 8 научное значение лунных станций
