Экзамен практика / Автоматическая межпланетная станция

Автоматическая межпланетная станция (АМС)

Автоматическая межпланетная станция (АМС) — беспилотный космический аппарат, предназначенный для полёта в межпланетном космическом пространстве (вне орбиты Земли) с выполнением различных поставленных задач.

Сложные технологии межпланетных станций освоили всего несколько стран — СССР/Россия, США, Европа/ESA, Япония, Китай, Индия. При этом к Марсу и кометам отправляли АМС только первые четыре, к Венере — только первые 3, к астероидам — только США, Европа и Япония, к Меркурию и внешним планетам — только США.

Космическая программа "Луна"

серия советских автоматических межпланетных станций для изучения Луны и космического пространства. Запуск космических кораблей серии «Луна» проводился с 1958 по 1976 год, все запуски (25 удачных и 8 неудачных) осуществлялись с космодрома Байконур. В 1977 году программа была свёрнута — отменён 34-й запуск (с «Луноходом-3» на борту).

Прошло лишь 15 месяцев после начала космической эры, ознаменованного запуском первого искусственного спутника, и 2 января 1959 года в направлении Луны стартовала советская многоступенчатая ракета с автоматической межпланетной станцией (АМС) «Луна-1». Последней ступени ракеты вместе с закрепленной в ее головной части АМС была придана впервые в истории вторая космическая скорость— 11,2 километра в секунду.

Рисунок 1 АМС «Луна-1»

«Луна-1», весившая вместе с последней ступенью ракеты-носителя 1472 килограмма (вес контейнера с научной аппаратурой и источниками питания 361,3 килограмма), прошла на расстоянии 5—6 тысяч километров от Луны, вышла на орбиту вокруг Солнца и стала первой искусственной планетой Солнечной системы. Станция «Луна-1» положила начало изучению важнейших характеристик межпланетного пространства: межпланетного магнитного поля, интенсивности космических лучей вне магнитного поля Земли, метеоритных частиц, газовой компоненты межпланетного вещества и корпускулярного излучения Солнца и т. д.

«Луна-1» дала много важного материала для науки. В частности, впервые было установлено отсутствие сильного магнитного поля вокруг Луны и зарегистрирован так называемый «солнечный ветер» - потоки ионизированной плазмы.

В сентябре 1959 года в нашей стране запущена вторая космическая ракета к Луне. Она несла станцию «Луна-2». Это был первый в истории человечества межпланетный перелет. 14 сентября 1959 года в 00 часов 02 минуты 24 секунды по московскому времени «Луна-2» достигла поверхности Луны. Станция прилунилась в районе западных склонов кратера Авто-лик. Данные, полученные с ее борта, подтвердили отсутствие сильного магнитного поля вокруг Луны, отсутствие у нее радиационного пояса и уточнили структуру радиационного пояса Земли.Всего через несколько недель состоялся полет к Луне станции «Луна-3».

Рисунок 2 «Луна-3»

Штурм Луны принимает методический характер. Интерес к ней вызывается прежде всего тем, что она ближайшая наша соседка в космосе. Порой в ясную летнюю ночь во время полнолуния кажется—рукой подать! Правда, рука нужна длинноватая—даже в перигее до Луны 356410 километров. Но дело не только в этом. Изучение Луны очень важно для понимания происхождения и эволюции всей Солнечной системы.

Поверхностный слой Луны, не защищенный атмосферой, испытывает непосредственное воздействие межпланетной материи. Наш естественный спутник сохранил элементы -рельефа, которые не подверглись эрозии, подобной эрозии земной поверхности. Многое, очень многое интересует человека на Луне.

И, конечно же, особый интерес представляла невидимая с Земли сторона Луны.

4 октября 1959 года «Луна-3»—космический аппарат, оснащенный сложным комплексом разнообразной аппаратуры, - была выведена на сложную траекторию полета, по существу, очень сильно вытянутую орбиту спутника Земли. На борту АМС находилась фототелевизионная система, предназначенная для фотографирования Луны, автоматической обработки пленки на борту станции и передачи полученных изображений по телевизионному каналу на Землю, аппаратура для физических измерений в космосе, система ориентации станции относительно Солнца и Луны, радиотехнический комплекс, блоки энергопитания и другая аппаратура.

В 8 часов 18 минут посадочные лапы коснулись поверхности Луны в Море Изобилия всего в полутора километрах от расчетной точки.

Луна встретила посланца Земли не очень приветливо (—120 градусов по Цельсию). Но замечательное творение разума и рук советских людей было полностью подготовлено к таким условиям. Станция немедленно сообщила на Землю о своем положении на лунной поверхности, об окружающей обстановке, о состоянии бортовых систем. Через 45 минут после прилунения по команде с Земли пришло в движение грунтозаборное устройство. Камеры телефотометров передали на Землю изображение места, с которого предстояло взять пробу грунта. Штанга с буровым станком опустилась на поверхность и в 9 часов 03 минуты буровая заработала! За 7 минут работы бур углубился на 35 сантиметров. И вот бур с лунным грунтом уже в контейнере. Отверстие герметически закрылось.

А в центре дальней космической связи кипела работа. Люди и вычислительные машины готовили данные, необходимые для возвращения станции на Землю. В электронное запоминающее устройство «Луны-16» с Земли переданы исходные данные о времени старта и необходимом режиме работы двигателя. 21 сентября 1970 года в 10 часов 43 минуты станция стартовала с Луны, Достигнув расчетной скорости — 2708 метров в секунду, двигатель выключился, ракета пошла к Земле. Удивительно четкая работа всех систем, безукоризненный старт с Луны впервые в истории обеспечили возвращение космического аппарата в заданный район Земли без коррекции траектории. Впрочем, в рейсе «Луны-16» трудно указать на то, что сделано не впервые.

За три часа двадцать минут до входа ракеты в плотные слои атмосферы по команде с Земли сработал пирозамок, возвращаемый аппарат отделился от приборного отсека ракеты и продолжал путь самостоятельно.

После входа в плотные слои атмосферы возвращаемому аппарату, преодолевшему все невероятные трудности этого уникального космического полета, предстояли новые испытания. Жарким пламенем и невероятными перегрузками встретила своего посланца Земля. Аппарат вошел в атмосферу со скоростью несколько больше 11 километров в секунду. При торможении в воздушной среде температура пограничного слоя достигала 10000 градусов Цельсия, а перегрузки 350 единиц! Аппарат развернулся лобовой частью вперед, где была предусмотрена наиболее мощная тепловая защита.

На высоте 14,5 километра при скорости снижения 300 метров в секунду раскрылся тормозной парашют. Команда на раскрытие парашюта могла быть выдана датчиком перегрузок, либо датчиком давления, или программно-временным устройством. Когда скорость еще значительно снизилась, на высоте 11 километров тормозной парашют был отделен, раскрылся основной парашют и распрямились три гибкие антенны передатчика радиопеленгации.

Почти сразу же радиоприемные устройства самолетов, вертолетов и наземных средств поискового комплекса запеленговали работу передатчика возвращаемого аппарата, его спуск наблюдался также визуально с вертолета.

Аппарат плавно приземлился в 80 километрах юго-восточнее города Джезказгана, недалеко от того места, с которого 14 дней назад началась эта выдающаяся экспедиция, вызвавшая восхищение и удивление всего мира.

Доставленный из Моря Изобилия грунт состоит из мелкозернистых минеральных частиц темно-серого цвета. В составе лунного грунта обнаружены базальтовые и полевошпатовые породы, зерна отдельных минералов, стеклянные прозрачные и непрозрачные шарики и т. д. По химическому составу лунное вещество представляет собой породу базальтового типа, в которой определено до 70 химических элементов.

В дни, когда «Луна-16» совершала свой исторический рейс, на полигоне уже испытывали и готовили к космическому полету новый замечательный аппарат. Речь идет о «Луноходе-1».

Для доставки на Луну принципиально нового космического исследовательского аппарата — лунохода использована унифицированная посадочная платформа, очень близкая к той, на которой монтировалась аппаратура «Луны-16».

На посадочной ступени «Луны-17» не было грунтозаборного устройства, приборного отсека, ракеты «Луна — Земля». Их место заняли два трапа, на которых закреплена необычного вида самоходная тележка, наполненная самыми различными научными приборами, автоматическими устройствами, агрегатами, обеспечивающими работу этого диковинного аппарата. Это и есть «Луноход-1».

Создание лунной самоходной установки, управляемой по командам с Земли, потребовало множества совершенно новых технических решений. Большого труда стоили выбор, создание и наземные испытания ходовой части «Лунохода-1». Расчеты и испытания показали нецелесообразность применения гусеничного движителя. Обратились к старому испытанному созданию человека — колесу. Чтобы обеспечить хорошую вездеходность и надежность системы, колес поставили много — по четыре с каждой стороны. Каждое из них имеет свой собственный двигатель — небольшой электромотор в ступице колеса. Выход из строя даже нескольких колес не лишал луноход подвижности. Колеса легкие, со спицами (немного похожими на велоси­педные), со специальными шипами-грунтозацепами. Последнее очень важно, так как при небольшой силе тяжести на Луне (в 6 раз меньше земной) колеса без шипов стали бы буксовать.

Для испытания ходовой части построили специальный «лунодром» — с кратерами, трещинами, камнями, спусками, подъемами и прочими элементами лунной поверхности. Для его покрытия использовали материалы потухших вулканов Кавказа и действующих вулканов Камчатки. Это помогло тщательно отработать агрегаты «Лунохода-1».

Чрезвычайно сложную проблему представляло собой управление движением лунохода: он должен был работать на расстоянии почти 400000 километров от Земли! «Экипажу» лунохода требовалось видеть поверхность Луны вокруг аппарата. Команда оператора доходила до чудо-тележки за 1,3 секунды. Столько же шел обратно «ответ» лунохода о том, как он принял команду. Это затрудняло управление аппаратом. Ученым пришлось выбрать небольшую скорость перемещения, дозировать повороты и расстояния при движении, предусмотреть моментальную автоматическую (без команды с Земли) остановку аппарата, если возникали неожиданные опасности — большой крен лунохода, непреодолимые препятствия и т. п. Эти задачи решал электронный блок автоматики самого аппарата. Он же регулировал скорость движения, изменяя число оборотов каждого электродвигателя. Для поворота лунохода придавалась разная скорость вращения колесам по левому и правому борту (подобно повороту гусеничного трактора или танка).

Глаза лунохода—его телевизионные камеры. Он имел 4 панорамные телевизионные камеры—по две с каждого борта. Их главное назначение — помочь навигационным измерениям, топографической съемке местности, исследованию лунного рельефа.

Для управления движением лунохода панорамных изображений недостаточно. «Экипаж» должен видеть поверхность непосредственно перед движущимся аппаратом. Поэтому еще две телевизионные камеры расположили в передней части аппарата.

Обилие научно-исследовательских приборов, разностороннее назначение и высокая степень их совершенства дают полное основание назвать «Луноход-1» первой передвижной научной лабораторией на Луне.

Очень важную задачу выполнял небольшой рентгеновский телескоп. Известно, что ионосфера, атмосфера и магнитное поле Земли надежно защищают человека от ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, идущих из космоса. Но это лишает возможности изучить огромное количество ценной для науки информации, которую они несут из глубин космоса. Получение такой информации, весьма важной для познания Вселенной и Овладения тайнами термоядерных реакций, стало возможным только благодаря использованию ракет и искусственных спутников Земли. Наиболее удобной площадкой для приборов, С помощью которых можно изучить эти излучения, служит Луна. Для решения этой задачи на луноход и был установлен рентгеновский телескоп.

Для определения типа пород, слагающих поверхность Луны районе работы «Лунохода-1», был использован рентгеновский спектрометр «рифма». Его название состоит из начальных букв, определяющих метод работы прибора: рентгеновский зютопный флуоресцентный метод анализа. Прибор содержит Ампулу с радиоактивным изотопом, который облучает выбранный для анализа участок грунта. Под влиянием облучения грунт становится радиоактивным и сам испускает лучи. Разные химические элементы, находящиеся в грунте, дают излучения с определенной для данного элемента длиной волны. Отраженные лучи регистрируются счетчиками, полученная информация передается на Землю, где геохимики получают возможность определить химический состав породы.

Другой прибор для исследования лунного грунта — пенетрометр. Рабочий конус этого прибора проникает в грунт, датчики фиксируют глубину проникновения и усилие сопротивления, которое оказывает грунт. На определенной глубине конус поворачивается вокруг продольной оси, датчики определяют угол поворота и усилие сопротивления повороту. Получаемые физико-механические характеристики грунта очень важны не только для ученых, Но и для конструкторов луноходов будущего.

Один прибор лунохода создан во Франции. Это уголковый лазерный отражатель. Призмы отражателя при попадании на них луча света отражают его в той же плоскости в строго противоположном направлении. Лазерная локация позволяет измерить расстояние до Луны с точностью в несколько десятков сантиметров!

В луноходе размещено большое количество температурныых датчиков. Они постоянно сообщали на Землю данные о лунных температурах.

Для питания электроэнергией многочисленных агрегатов и, научных приборов лунохода использовалась солнечная батарея и работающие с ней в комплексе химические аккумуляторы. В течение лунной ночи крышка, на которой смонтирована батарея, закрыта. Панель с солнечными батареями плотно прилегает к стенке герметического отсека и получает от нее тепло- Это позволяет сохранить в целости элементы батареи. С наступлением лунного дня по команде с Земли, либо по сигналу солнечного датчика, крышка открывается. В разное время она откинута на разные углы, что обеспечивает перпендикулярность панели с батареями солнечным лучам. Так поддерживаются наиболее благоприятные условия для выработки максимума электроэнергии.

Система терморегуляции герметического отсека состоит из горячего контура, включающего изотопный источник тепла с теплообменником, и холодного контура, в который входят радиатор-охладитель, излучающий тепло в пространство, и четыре испарителя-теплообменника.

Луна-17

17 ноября 1970 года АМС «Луна-17» совершила мягкую посадку на поверхности Луны в Море Дождей. С помощью пиротехнических средств были отделены опоры, посадочная платформа опустилась топливными баками на поверхность Луны, с нее плавно опущены трапы.

Рисунок 3. «Лунрход-1»

После тщательной телеметрической проверки всех систем утром 18 ноября луноход сошел на поверхность Луны, «осмотрелся» своими телевизионными глазами и начал 322-дневное «путешествие». На вахту встали его тщательно обученные наземные экипажи.

В течение четырех лунных дней (каждый лунный день длится 14,5 земных суток) «Луноход-1» полностью выполнил запланированную программу исследований на поверхности Луны. Все его системы после трех месяцев пребывания на Луне находились в отличном состоянии, и исследования были продолжены.

«Луноходом-1» выполнен огромный объем работы. 171 раз проводились сеансы радиосвязи аппарата с Землей. За это время на его борт передано 24829 команд. Он прошел по поверхности Луны 10540 метров. Телефотометры передали на Землю 206 лунных панорам, а телекамеры — около 25 000 фотографий поверхности. В 500 точках были определены физико-механические свойства поверхностного слоя лунного грунта. В 25 местах с помощью системы «рифма» проведен химический анализ лунного грунта. Сфотографировано 500 000 квадратных метров лунной поверхности, на площади 80 000 квадратных метров детально изучены топография и морфология поверхности Луны.

В течение третьего лунного дня в январе 1971 года был выполнен интересный навигационный эксперимент. «Луноход-1», пройдя по поверхности Луны 3953 метра, вернулся к посадочной платформе и передал на Землю ее четкие изображения.

Перемещение аппарата по Луне не всегда шло гладко. Во время второго лунного дня луноход пытался форсировать кратер диаметром 16—18 метров. Из-за неблагоприятного освещения наземному экипажу он не показался сложным. Но луноход неожиданно и опасно накренился. В дело немедленно вступил автомат защиты. В шестой лунный день работы аппарата — 11 апреля 1971 года—на пути лунохода встретился необычный кратер с крутыми склонами (до 30 градусов), с большим количеством камней, в том числе и трехметровых. Селенологи определили его как наиболее «молодой» и попросили исследовать. Тяжело дались луноходу и его наземному экипажу эти весьма важные для науки исследования. Приходилось продвигаться с огромной осторожностью по крутым склонам среди лабиринта камней и маленьких кратеров по толстому, в 20—30 сантиметров, слою рыхлого грунта. На отдельных участках пробуксовка колес достигала 80—90 процентов. Однако мастерство экипажа, надежность и высокие ходовые качества аппарата одержали верх. Луноход прошел по склонам кратера около 100 метров, произвел важные научные исследования, передал панорамы окружающей местности и благополучно вышел из кратера.

4 октября 1971 года, после десяти с половиной месяцев непрерывного функционирования на поверхности Луны, уникальная передвижная лаборатория завершила активную работу. Это произошло, когда изотопный источник тепла полностью выработал свой ресурс.

Февраль 1972 года. С космодрома стартовал двадцатый советский лунник. У «Луны-20» сложные задачи: взять и доставить на Землю образцы грунта из материкового района Луны со сложным гористым рельефом местности.

«Луна-20» совершила мягкую посадку на материковом плато между Морем Изобилия и Морем Кризисов в районе с полого волнистым рельефом, с множеством кратеров, тектоническими разломами.

Перед посадкой эта АМС прошла более 50 километров над поверхностью лунного материка. Впервые были осуществлены длительное управляемое снижение автоматической станции и точная посадка ее в строго заданном районе материка. Учитывая сложность рельефа места посадки, конструкторы снизили посадочную скорость станции, и она опустилась на поверхность Луны особенно плавно. В конструкцию АМС «Луна-20» введен ряд новых устройств, чтобы обеспечить ее более высокую надежность.

Посадка была совершена во время лунного дня. Установленные на посадочной ступени станции телевизионные камеры позволили сделать круговой обзор местности и выбрать точку забора грунта. Лунная порода материка в месте, где автоматы брали пробу грунта, оказалась довольно крепкой. Три раза за время работы буровой установки срабатывала токозащита.

Но проба грунта была взята, и 23 февраля 1972 года ракета стартовала с Луны, а 25 февраля возвращаемый аппарат с большой точностью совершил посадку в расчетном районе, в 40 километрах северо-западнее города Джезказгана.

Приземление проходило в темноте, при низкой облачности, шла метель. Но высоко над облаками курсировали дежурные самолеты. Один из них и заметил огненный след. Вскоре 6 самолетов запеленговали работу радиопередатчика возвращаемого аппарата и с разных сторон направились к месту приземления. Тем временем автоматы отделили парашют, чтобы ветер не тащил аппарат по земле. Наконец аппарат подняли на борт вертолета, а затем бесценный «лунный камень» доставили ученым для исследования.

Список используемой литературы:

Электронная энциклопедия http://ru.wikipedia.org

http://astro-space.ru/kosmonavtika/22-avtomaticheskie-mezhplanetnye-stancii.html

http://tvroscosmos.ru/frm/videoteka/Space_technology/ams.php