24.07.2017 | часы для сайта
ВАШ КОМПЬЮТЕР
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная страница Регистрация Вход
Главное меню

Статьи
Интернет [3]
Информационные технологии [5]
Компьютер [4]
Космос [3]
Операционные системы [1]
Программы [2]
Разное [1]

Реклама

Поделиться

Главная » Статьи » Космос


Первое изображение из космоса

В наше время все давно привыкли к снимкам из космоса. Сейчас работают два американских марсохода ("Opportunity" и "Curiosity"), которые регулярно передают снимки с Марса очень высокого качества. Орбитальный телескоп "Habble" передаёт учёным снимки нашей вселенной. Недавно запущен и сейчас следует к точке Лангража L2 системы Земля-Солнце Европейский телескоп "Гайя" с рекордной матрицей в 938 мегапикселей. Европейский зонд "Гюйгенс" высаживался на спутник Сатурна - Титан - и передал оттуда 350 снимков с поверхности. Аппарат "Кассини" регулярно передаёт снимки окрестностей Сатурна. На Луне сейчас работает китайский луноход. А на МКС даже установлена WEB-камера, транслирующая видеоизображение в интернет практически непрерывно. Космические снимки идут из космоса сплошным потоком и мало кто теперь вспоминает о первых опытах по передачи изображения с орбиты.

Ученым и любопытным обывателям всегда было интересно узнать, что же расположено на другой, невидимой с Земли стороне Луны. Один французский винодел – хозяин крупной винодельческой фирмы – даже пообещал подарить 1000 бутылок вина тому, кто первым заглянет на обратную сторону Луны. Я не знаю, какова судьба этого своеобразного приза, но однако именно в нашей стране впервые было выполнено это условие.


Вспомним то легендарное время

Прошло всего 2 года после триумфального запуска первого искусственного спутника, а Королёв предпринял попытку совершить небывалое: сфотографировать обратную сторону Луны. Но до этого в сторону Луны были запущены две АМС "Луна-1", 2 января 1959 г., которая не попала в Луну и стала искусственным спутником Солнца, а также "Луна-2", стартовавшая 12 сентября 1959 г. и доставившая вымпелы с гербом СССР на поверхность нашего естественного спутника, были своего рода пристрелкой. Но "Луна-1" и "Луна-2" выполняли другие задачи и не имели на борту той ТВ аппаратуры, которая была на "Луне-3".

"Луна-3" в монтажно-испытательном корпусе.

Кстати, доставка на Луну вымпелов с гербом, конечно, не предусматривала никакую мягкую посадку. Посадка была очень даже жёсткой, 3.3 километра в секунду (это намного быстрее скорости артиллерийского снаряда). Специалисты оценили, что удар «Луны-2» должен был создать воронку диаметром от 15 до 130 метров - в зависимости от характера грунта. Момент её встречи с Луной зарегистрировали отечественные и зарубежные оптические обсерватории, было даже сфотографировано поднявшееся пылевое облако и оборвалась радиосвязь. Кроме того, это событие официально зарегистрировано и британским радиотелескопом, самым большим в то время (сейчас он третий из крупнейших полноповоротных телескопов в мире), о котором я скажу позже.

Lunar Reconnaissance Orbiter 2009-2011
Этот аппарат сделал очень подробный снимок обратной стороны Луны - это мозаика из 15000 снимков.

Несмотря на то, что на борту Луны-2 имелись научные приборы, важен был лишь сам факт попадания в Луну, ведь орбиты корректировать ещё не умели. Весь аппарат на такой скорости при ударе о поверхность просто распался в пыль. Но, однако, из самих пятиугольных вымпелов, сделанных из нержавеющей стали, были собраны два шарика (наподобие футбольных) один диаметром примерно 100 мм., другой - примерно 150 мм, внутрь каждого из них был помещён тротиловый заряд, который взорвался непосредственно перед столкновением. Этот факт малоизвестен общественности и отсутствует в книгах о лунной программе СССР.

Вымпелы, доставленные АМС "Луна-2".

Те из пластинок-вымпелов, которые оказались в задней части шара, погасили огромную скорость за счёт взрывной волны и при ударе о поверхность они, возможно, не рассыпались в пыль, а всего лишь помялись. Таким образом, в Болоте Гниения, официально переименованном после этого случая в Залив Лунника, возможно, до сих пор лежат куски космического аппарата 1959 года и несколько помятых вымпелов с надписями "СССР" с одной стороны и "СССР. Сентябрь 1959" – с другой.


В реальности всё было не так радужно, как кажется

Вот отрывок из книги Бориса Евсеевича Чертока "Ракеты и люди".
---------------------
Удачной миссии "Луны-2" предшествовало 4 неудачных запуска и одна частично удачная миссия ("Луна-1"). Т.е., только с 6-го раза нам удалось "попасть" в Луну.

23 сентября 1958 года осуществлён пуск ракеты-носителя "Восток-Л", который должен был вывести на траекторию полёта к Луне АМС "Луна-1А" - первую советскую автоматическую межпланетную станцию, предназначенную для изучения Луны и космического пространства. Это была первая в СССР попытка пуска автоматической межпланетной станции к Луне. В программу полёта входило достижение станцией поверхности Луны, а также запуск облака светящегося натрия (искусственной кометы), видимой с Земли и используемой для уточнения орбиты. Из-за аварии ракеты-носителя АМС "Луна-1А" была утеряна. Длительность её полёта составила 87 секунд.

11 октября 1958 года запущен следующий аналогичный аппарат - "Луна-1B". Вновь произошла авария ракеты-носителя. Длительность полёта - 104 секунды.

4 декабря 1958 года – запущена "Луна-1С". Была уничтожена из-за взрыва топливного бака ракеты-носителя на 245 секунде полета.

2 января 1959 года - запуск АМС "Луна-1", или, как назвали её журналисты, "Мечта". В ней был точно такой же вымпел, как на "Луне-2". Старт прошёл успешно, однако аппарат пролетел мимо Луны (на расстоянии около 6000 км. от ее поверхности) и вышел на гелиоцентрическую орбиту, став, тем самым, первым в истории искусственным спутником Солнца (первой искусственной планетой Солнечной системы), о чём и было заявлено на весь мир. Таким образом, с помощью пропагандистского "манёвра" неудача миссии была превращена в успех (в космонавтике манёвры бывают не только гравитационными, но и пропагандистскими и даже политическими...) Тем не менее, реальный успех в этой миссии всё-же был (но не такой, на который рассчитывали её организаторы): 1) достижение (впервые в мире) второй космической скорости и выход искусственно созданного объекта за пределы сферы тяготения Земли - в "большой" Космос; 2) обнаружение и прямое измерение солнечного ветра; 3) обнаружение отсутствия у Луны значимого магнитного поля.

Интересно, что полёт станции "Луна-1" можно было наблюдать и визуально - специальное устройство, установленное на последней ступени ракеты-носителя (а почти по той же траектории, что и отделившаяся от неё станция), выбросило 3 января в 3 ч. 56 мин. 20 сек. московского времени на высоте около 119500 км. над Землёй натриевое облако (из 1 кг. натрия). Рассеиваясь в вакууме, облако светилось оранжевым светом в течение нескольких минут и наблюдалось с Земли как звезда 6-й величины. Эту "искусственную комету" видели люди во многих странах.

18 июня 1959 года осуществлён пуск ракеты-носителя "Восток-Л", которая должна была вывести на траекторию полёта к Луне АМС "Луна-2А". Предполагалось достижение станцией поверхности Луны. Из-за аварии ракеты-носителя "Восток-Л" пуск закончился неудачей - на 153 секунде полёта по команде гирогоризонта сработала система АВД (система аварийного выключения двигателей). Ракета упала в 841 км. от места старта.

9 сентября 1959 года была предпринята попытка запуска автоматической станции "Луна-2" в сторону Луны. Сработавшая автоматика остановила подготовку ракеты-носителя "Восток-Л" к запуску. Ракета-носитель была снята со стартового стола и отправлена на техническую позицию. Но через 3 дня (12 сентября 1959 года) эта станция была успешно запущена.
----------------


Вернёмся к Луне-3. На фоне серии предыдущих неудач особенно чувствуется большая удача советского ракетостроения

4 октября 1959 года стартовала ракета-носитель "Восток-Л" ("Л" - значит Луна) co следующим лунным зондом - АМС "Луна-3". "Луна-3" вышла на свою расчётную траекторию, а это было очень важно, так как, повторяю, корректировать траектории полетов мы тогда еще не умели.

Всё в этом проекте было впервые: впервые был осуществлён гравитационный манёвр, впервые космический аппарат имел средства ориентации (до этого все спутники просто кувыркались в пространстве), впервые работала фотографическая камера и впервые с огромного расстояния были переданы эти снимки.

Аппарат был выведен на сильно вытянутую эллиптическую орбиту с параметрами: наклонение орбиты — 75° и периодом обращения — 15.5 суток. Эта орбита была настолько вытянутой, что в своём апогее обогнула Луну и прошла на расстоянии 6200 км от её поверхности. Но фотографирование было осуществлено с другой дистанции - 65000-68000 км.

Во время прохождения Луны 7 октября станция была ориентирована кормой к Солнцу и стабилизирована с помощью первой системы стабилизации под названием "Чайка", включающей в себя солнечный и лунный сенсоры, гироскопические сенсоры углового вращения, а также реактивные микродвигатели ориентации, работающие на сжатом азоте.

Корпус станции при подлете к точке съемки вращался с периодом 165 секунд. Это измерение, выполненное гироскопическими сенсорами, было нужно для правильной работы всех восьми реактивных микродвигателей, которые остановили кувыркание станции по всем трём осям. Этот манёвр занял около десяти минут.

После остановки вращения в дело вступили солнечные сенсоры на днище «Луны-3» и вокруг ее объективов. Автоматика начала включать двигатели ориентации таким образом, чтобы максимизировать сигналы сенсоров на днище, и одновременно минимизировать сигналы сенсоров возле объективов. Этот маневр, длившийся около тридцати минут, развернул станцию объективом в сторону Луны, а днищем — к Солнцу.

Точно нацелиться на Луну объективам фотоаппарата позволила информация от сенсора, улавливавшего лунный свет. Максимизируя его сигналы, автоматика скорректировала положение люка, в котором был вставлен фотоаппарат с погрешностью в 0,5 градуса.

Лунные сенсоры "Чайки" вокруг фотоиллюминатора станции

Надо сказать, что баллистики рассчитали момент фотографирования Луны таким образом, чтобы во время съёмки Солнце находилось позади аппарата, а Земля была в стороне, чтобы не мешать работе лунного сенсора.


Теперь расскажем непосредственно о процессе фотографирования

В то далёкое время ещё не умели изготавливать светочувствительные матрицы, имеющиеся сейчас в любом приборе, который снимает видео или фотографирует. Тогда единственным реальным способом передачи изображения был телевизионный. Разумеется, речь могла идти о передачи из космоса только неподвижного изображения, то есть фотографии. АМС "Луна-3" проходила вокруг Луны довольно быстро - весь цикл фотографирования занял 40 минут. На борту этого лунного зонда была фотокамера (с двумя объективами с фокусными расстояниями 200 мм и 500 мм), изготовленная Красногорским оптико-механическим заводом. Фотокамера, разумеется, плёночная - тогда других просто не знали. Фотографирование производилось с выдержками 1/200, 1/400, 1/600 и 1/800 сек. Она сделала запланированную серию снимков обратной стороны Луны. А далее должен был начаться обычный для тех лет химический процесс проявления плёнки. Для того, чтобы этот химический процесс прошёл без затруднений, непосредственно перед съёмкой двигатели ориентации придали КА кратковременное вращательное движение, чтобы солнечные лучи равномерно прогрели корпус.

После окончания съемки бортовая фототелевизионная камера "Енисей", разработанная Ленинградским НИИ телевидения, автоматически осуществила проявку экспонированной пленки, которая после этого была перемотана в специальный накопитель.


Несколько слов о проявлении плёнки в условиях космоса

Съемка осуществлялась на специальную термостойкую 35-миллиметровую пленку "Изохром", проявление и фиксирование которой велось в одном растворе. Люди постарше, конечно помнят, что химическая обработка плёнки включала в себя два раствора: проявитель и закрепитель. Причём, температуру проявителя необходимо было выдерживать с большой точностью, чтобы получить хорошие результаты. Но существовала и однорастворная обработка, которую применяли редко из-за неудовлетворительных результатов и малого срока хранения негативов.

Пленка была предварительно испытана - облучена пучком электронов с энергией 12 мэв из бетатрона. Таким образом было установлено, что действие обычных потоков космических лучей не вызовет значительного потемнения пленки и не затруднит фотографирование. Опасность для пленки могли представлять потоки частиц, порожденные солнечными вспышками, во время которых уровень радиации может возрасти в 100 раз (что, однако, происходит не чаще 1—2 раз в год). Для проявления и фиксирования в одном растворе, к которому добавлялись вещества, увеличивающие вязкость (что необходимо в условиях вибрации и невесомости), было разработано специальное малогабаритное устройство. Проявление продолжалось около 3 минут. Рабочий раствор не менял свойств при хранении в условиях АМС в течение 15 суток. Процесс допускал интервал температур от +30° до +50° и даже до +70° при небольшом увеличении вуали.


После проявления снимков начался процесс передачи их на Землю

Для передачи изображений использовалась та же фототелевизионная система "Енисей". Передача изображения осуществлялась аналоговым методом камерой бегущего луча.

Бортовой "Енисей".

В те времена элементная электронная база была совершенно иной - микросхемы тогда ещё просто не были придуманы. Первые транзисторы уже выпускались нашей промышленностью, но они совершенно не подходили по частотным характеристикам. Да, да - классические неэкономичные, сильно греющиеся радиолампы! Конечно, для спутников применяли особые, "малогабаритные" лампы, они были размером с мизинец. Но всё равно, всё это было очень габаритно, много весило и потребляло бездну электроэнергии. Недаром эта АМС весила 278 килограммов. А ведь по современным понятиям она имела чрезвычайно простую аппаратуру и выполняла простейшие действия. В наше время спутники с подобным набором функций изготавливают студенты в университетах, весят они не больше килограмма и имеют размер коробки от ботинок!

На Земле прием изображения для надёжности вёлся сразу несколькими методами разными приборами: съемка камерой бегущего луча на кинопленку, фотографирование с экрана скиатрона, запись на магнитную ленту и прямой вывод изображения на термохимическую бумагу.

Полукомплект приемного ТВ комплекса Енисей-Н.
На переднем плане фоторегистрирующее устройство. Фотографии из музея НИИТ'а

Воспроизвести запись с магнитной ленты впоследствии не удалось, изображения на термобумаге и скиатронах были плохого качества, но все же позволяли увидеть, что фотографировалась действительно Луна, а не пустое небо. Единственным удачным методом регистрации оказался способ с использованием камеры бегущего луча. Всего было передано 29 фотографий.

Во время полета к Луне качество принимаемого сигнала было плохим, очень высоким был уровень шумов. Принятые картинки позволили определить некоторые элементы рельефа, но вся надежда была на ещё один сеанс связи, когда станция подойдёт ближе к Земле. Рассчитывали получить гораздо лучшее качество картинки. Но второй раз связь со станцией установить не удалось.

Максимальное удаление «Луна-3» от Земли в апогее составило около 480 тыс. км, в перигее — около 40 тыс. км. Совершив 11 оборотов вокруг Земли, аппарат вошёл в земную атмосферу и прекратил существование. В дальнейшем осуществлялось еще несколько запусков по той же программе, но все они были неудачными. Более качественные снимки удалось получить только через несколько лет станцией Зонд-3.

Несмотря на плохое качество, полученные снимки обеспечили Советскому Союзу приоритет в наименовании объектов на поверхности Луны, на карте появились кратеры и цирки Джордано Бруно, Жюля Верна, Герца, Курчатова, Лобачевского, Максвелла, Менделеева, Пастера, Попова, Склодовской-Кюри, Цзу Чунчжи и Эдисона, лунное море Москвы.

Снимок обратной стороны Луны, неретушированная фотография.

Полет "Луны-3" и выполненная ею фотосессия земного спутника, во второй раз после запуска "Спутника-1" произвели эффект разорвавшейся бомбы. Шутка ли - в то время, как после ряда неудачных запусков микроспутников (Хрущев за маленький вес называл их "грейпфрутами") американского проекта "Авангард", 18 сентября 1959 года США успешно запускают двадцатитрёхкилограммовый "Vanguard-3" на высоту восемь тысяч километров, русские 4 октября того же года отправляют к Луне целую фотолабораторию "Луна-3" весом 287 килограммов! И не просто запускают, а успешно делают и передают снимки лунной поверхности.

Отправленный на орбиту месяцем раньше американский спутник "Vanguard-3" был в десять раз меньше "Луны-3"

Миссия "Луны-3" подстегнула настоящую космическую гонку двух супердержав. Именно она стала причиной увеличения ассигнований на развитие космических технологий и в США и в СССР. И именно благодаря ей в США появилось агентство NASA, а теория управления ориентацией космических аппаратов вышла на новый уровень развития.


Начало эпохи управления космическими аппаратами в космосе

Перед коллективом ученых и инженеров, возглавляемым Борисом Викторовичем Раушенбахом (который работал у Королёва), была поставлена задача управления ориентацией станции: получением нужного положения корпуса корабля относительно внешних ориентиров, в данном случае Луны. Благодаря их усилиям к середине пятидесятых годов прошлого столетия была разработана теория управления ориентацией космических аппаратов, в которой в четкой форме математических выражений описаны принципы управления положением корпуса аппарата в космическом пространстве, коррекции траектории его движения и гравитационных маневров, предложены инженерные решения этих непростых задач.

Борис Викторович Раушенбах

К 1958 году лаборатория Раушенбаха создала действующий прототип автономной системы ориентации, названный "Чайка". 5 мая 1959 года на исследовательском полигоне Тюратам (будущий Байконур) были проведены автономные испытания новой системы ориентации.

Схема движения станции "Луна-3"

Система ориентации "Чайка" легла в основу множества систем управления межпланетными и пилотируемыми космическими кораблями. В лаборатории Раушенбаха в семидесятые годы были разработаны и усовершенствованы системы ориентации станций "Марс" и "Венера", системы коррекции орбиты спутников Земли, а также системы автоматического и ручного управления и стыковки пилотируемых космических аппаратов.

Положение автоматической станции по дням полёта

На смену электромеханическому компьютеру "Чайки" (да, автоматику системы, состоящую в основном из реле и всевозможных датчиков, можно назвать компьютером) пришли бортовые цифровые ЭВМ серии "Салют". А для ориентации над не освещенной Солнцем стороной Земли, была придумана система ИКВ - инфракрасной вертикали, сенсоры которой использовали инфракрасное излучение нашей планеты.


Джодрелл Банк

В Великобритании существует радиообсерватория в сельской местности в графстве Чешир (теперь это место известно как Jodrell Bank (Джодрелл Банк). Его гиганская антенна даже использовалась американцами для контроля воздушного пространства над СССР в 60-е годы прошлого века, так как она была способна увидеть стартующую баллистическую ракету. Этот радиоинструмент сыграл свою определённую роль в космической программе Советского Союза. Дело в том, что во многих мировых научных кругах просто не верили в существование первого советского лунного зонда "Луна-1", запущенного 2 января 1959 года, несмотря на то, что частоты радиопередачи "Луны-1" были объявлены сразу после запуска. Это сильно раздражало советское руководство.

При втором успешном запуске "Луна-2", решено было попробовать использовать Джодрелл Банк в качестве источника независимой научной экспертизы с претензией на установление приоритета в попадании в Луну. СССР направил подробные инструкции в Джодрелл Банк, позволившие британским радиоастрономам найти в космическом пространстве второй советский лунный зонд - "Луну-2", который был запущен 12 сентября 1959 года и достиг Луны на следующий день. Джодрелл Банк предоставил научное доказательство того, что "Луна-2" на самом деле достигла Луны. И с тех пор СССР и впредь продолжал указывать радиочастоты и траекторные данные Джодрелл Банку в течение нескольких лет (конечно, только для научных аппаратов, как правило - межпланетных) в надежде получать от англичан данные в случаях, обусловленных географическим положением радиообсерватории или неудачами собственного радиоприема сигналов.

76-м полноповоротный радиотелескоп им. Лавелла
в обсерватории "Джодрелл Банк", начал работу в 1945 году!

Возможно, ученые в Советском Союзе чувствовали себя неловко, прося о такой помощи после того, как Джодрелл банк стал частью разведывательной сети США "Deep-Space Коллекция". Последний раз Джодрелл Банку было предложено следить за посадкой "Венеры-4" на Венере в октябре 1967 года.

"Луна-3" в музее

------------
Исторический момент фотографирования обратной стороны Луны станцией "Луна-3" можно пережить самостоятельно и от первого лица. Достаточно скачать и установить симулятор космических полетов "Orbiter 2010", распространяющийся по свободной лицензии, и загрузить в него миссию "Луна-3".

Ссылки:
Симулятор космических полетов "Orbiter 2010"
Миссия "Луна-3"
Современная мозаичная фотография обратной стороны Луны с разрешением 100 метров на пиксель!


Александр Макеев, специально для сайта "Ваш компьютер".


 
Категория: Космос | Добавил: buerok (30.12.2013)
Просмотров: 2170 | Комментарии: 3 | Рейтинг: 4.0 |
Всего комментариев: 2
avatar
2
интересная статья, понравилась, спасибо
avatar
1
Прочел с огромным интересом. up
avatar
Вход

Поиск
Google

Облако тегов

Обои

Анекдот
Настоящий программист никогда не вставляет в программу комментарии. То, что писалось с трудом, с трудом должно пониматься.


Статистика
Яндекс.Метрика

Copyright AlexCh © 2007-2017 Вверх На главную