К 40-летию первых лунных экспедиций: «Аполлон-12»

В.-В. Пустынский,
Таллинский Технический университет, Тартуская Обсерватория
Для «Tallinna Tähetorni kalender 2009» (на эстонском); см. опубликованный вариант (перевод под ред. Тоомаса Ааса, файл pdf): http://parsek.yf.ttu.ee/~mars/publikatsioonid/Apollo12.pdf

40 лет назад, в 1969-м году, американская лунная программа достигла своей кульминации. Объявленное в 1961-м году президентом Кеннеди грандиозное предприятие - высадить на Луну человека к концу десятилетия - достигла своей цели на полтора года раньше поставленного срока (десятилетие, как известно, кончалось в декабре 1970-го).

Первой высадке предшествовали 8 лет упорной подготовки: тренировки в рамках программы «Джемини» (10 полетов в 65-66 годах), создание корабля «Аполлон», лунного модуля, гигантской ракеты «Сатурн-V» и ее «младших братьев» «Сатурн-I» и «Сатурн-IB», огромного наземного испытательного комплекса и инфраструктуры. В рождественские дни 1968-го года три человека впервые достигли лунной орбиты на корабле «Аполлон-8» и смогли ближе, чем кто-либо до них, рассматривать поверхность нашего спутника. В мае 1969-го года следующая тройка отправилась к Луне, но на этот раз уже с полноценным лунным модулем, для того, чтобы провести его окончательные испытания на лунной орбите. Наконец, 20-го июля первые люди шагнули на поверхность Луны: ими стали Нейл Армстронг и Эдвин (Базз) Олдрин. В орбитальном корабле на окололунной орбите их ожидал Майкл Коллинз.

За прошедшие с тех пор 40 лет о первой высадке на Луну рассказано и написано много. Нужно помнить, однако, что, несмотря на свою огромную символическую значимость, она, по сути, была лишь окончательным испытанием лунного комплекса. В этом полете техника и люди должны были продемонстрировать: созданные ракеты и корабли действительно способны доставить на Луну и вернуть на землю экипаж. Именно такова была главная задача миссии. Научные задачи были намеренно ограничены. Астронавты совершили лишь один краткосрочный выход на поверхность (длительностью около двух с половиной часов; можно напомнить, что в последней было совершено три выхода общей длительностью более 22 часов). Астронавтам было дано указание не отдаляться от модуля более чем на несколько десятков метров (в последних миссиях астронавты будут уезжать на электрическом вездеходе на несколько километров). Комплект научной аппаратуры был очень ограничен и включал в себя лишь ту аппаратуру, которой можно будет воспользоваться за короткое время выхода. Несмотря на всю важность события, даже качеством телесвязи с Луной решили пожертвовать: ради экономии времени сигнал транслировался через небольшую антенну лунного модуля, большой «зонтик» раскладной антенны доставать не стали.

Очевидным историческим предшественником проекта «Созвездие» является, безусловно, программа «Аполлон», запущенная по инициативе президента Кеннеди в ответ на успехи Советского Союза в космосе времён первых лет космонавтики. Напомним вкратце, что представляла из себя эта программа.

Миссия «Аполлон-11» увенчалась полным успехом. Но основная программа была еще впереди. Сегодня о последующих высадках вспоминают нечасто, а если вспоминают - то о всех вместе, мало различая их. Вперемешку мелькают старты, фотографии с ровером, неузнаваемые в скафандрах фигурки на Луне... Особо вспоминают разве что аварийный полет «Аполлон-13», когда за разворачивавшейся в дальнем космосе драмой с напряжением следила весь мир. Однако за первой высадкой последовали еще пять, и каждая из лунных миссий интересна по-особенному.

Мы расскажем здесь чуть подробнее о второй лунной миссии - об «Аполлоне-12», 40-летие которого тоже отмечается в 2009-м году. 1969-й год был богат на космические события: испытание «Аполлона-9» на околоземной орбите, 3 полета к Луне с 2 высадками на нее, а так же советские полеты: первая стыковка пилотируемых кораблей в январе, совместный полет трех кораблей «Союз» в октябре...

...Как известно, всего в рамках программы «Аполлон» планировались 10 высадок. Однако финансирование программы начали сокращать еще до того, как нога Армстронга коснулась поверхности нашего спутника. В 1970 году программа будет сокращена: три полета будут отменены. Задачи «Аполлона-12» во многом оставались техническими: хотя число выходов на поверхность было увеличено до двух, астронавтам было разрешено удаляться от модуля на расстояние до полукилометра, и они получили «полноценный» комплект научных приборов, но продолжительность выходов все еще была ограничена (на этот раз четырьмя часами каждый), и научные задачи еще не вышли на первый план.

Главной технической задачей миссии «Аполлона-12» стала отработка точной посадки: точность была важна в будущих полетах, где прилунения порой осуществлялись в горных районах со сложным рельефом на небольшие подходящие "пятачки" (например, «Аполлон-15»). Миссия «Аполлона-11» столкнулась здесь с проблемой: из-за некоторых навигационных ошибок на этапе посадки лунный модуль совершил перелет в несколько километров и оказался на самом краю посадочного эллипса, вблизи усеянного камнями кратера. Армстронгу пришлось активно маневрировать в поисках подходящей для посадки площадки, из-за чего запас топлива, предназначенного для посадки, был почти исчерпан. Перед экипажем «Аполлона-12» была поставлена задача: сесть насколько возможно ближе к выбранной точке; в качестве цели была выбрана автоматическая станция «Сервейер-III», опустившаяся на Луну двумя с половиной годами раннее и проработавшая около двух недель. Дополнительным заданием экспедиции была прогулка до станции, демонтаж и возвращение на землю отдельных ее частей - для того, чтобы ученые могли исследовать, как воздействует на технику длительное пребывание на Луне. Точное положение станции было определено по снимкам с лунной орбиты: снимки сопоставили с переданными «Сервейером» панорамами, отождествили детали окружающего ланшафта и таким образом обнаружили небольшой кратер, на склон которого прилунилась станция. Позже этот 200-метровый кратер назовут «кратером Сервейера».

В экипаж «Аполлона-12» входили командир Чарльз (Пит) Конрад, пилот лунного модуля Алан Бин и пилот командного модуля Ричард Гордон. Конрад уже совершил к тому времени два полета на «Джемини». Для Бина это был первый полет. Гордон перед этой экспедицией летал в космос однажды: на «Джемини-11» в одном экипаже с Конрадом.

14 ноября 1969 года гинантская ракета (стартовая масса - почти 3000 тонн) стояла на стартовой площадке в ожидании пуска. Впервые в истории наблюдать за стартом приехал сам президент США Никсон и еще несколько тысяч почетных гостей. Была облачная и дождливая погода, но из-за большого количества важных персон старт решили не переносить: по расчетам, облака не были грозовыми, а стартовое окно было коротким - иначе не удалось бы обеспечить точную посадку. Седьмой «Сатурн-V» с оглушительным грохотом поднялся над стартовой площадкой и быстро скрылся в облаках. И тут начались неприятности. След факела ракеты создал проводящий столб между облаками, и через полминуты после старта ударила молния. Молнию видели на земле (она попала в башню обслуживания), видел вспышку и Конрад. Разряд вызвал отключение топливных элементов, но ракета, к счастью, не пострадала. Второй разряд молнии, на этот раз между облаками, произошел к концу первой минуты полета, и он вызвал отключение гироплатформы корабля, отвечающей за его стабилизацию в космосе. Но и в этот раз повезло: сбои касались только корабля, все системы «Сатурна-V» продолжали исправно работать, кроме нескольких телеметрических датчиков. Случившееся нельзя назвать иначе как везением: в 1987-году разряд молнии, вызванный стартом «Атлас-Центавра», вызвал помеху в памяти бортового компьютера, что привело к выдаче неправильной команды на боковой маневр и аварию ракеты.

Полет ракеты продолжался, вскоре удалось восстановить телеметрию и работу топливных элементов. Через две с половиной минуты, когда выгорели около 2200 тонн керосина и жидкого кислорода, отделилась первая ступень, вскоре была сброшена система автоматического спасения корабля - игла на вершине ракеты. Спустя еще шесть с половиной отделилась вторая, топливом для которой служили жидкий водород и кислород. Затем на две минуты включился работающий на водороде и кислороде двигатель последней, третьей ступени, выводя полезный груз ракеты на околоземной орбиту. Уже на орбите экипаж выставил по звездам гироплатформу, ориентация которой была нарушена молнией. Иных проблем не было выявлено, и руководители миссии приняли решение продолжать миссию. Оставался риск того, что молния могла повредить электросистемы парашютного отсека, вызвав, например, срабатывание пирозамков. Тогда гибель экипажа при возвращении была неизбежна, но отказ от продолжения полета на Луну уже ничем не мог помочь.

Совершив два витка вокруг Земли, 3-я ступень ракеты с орбитальным кораблем и лунным модулями стартовала к Луне. Вскоре была совершена перестыковка модулей: орбитальный корабль отсоединился от ступени, лепестки верхней части адаптера лунного модуля разошлись и отлетели. Орбитальный корабль развернулся на 180 градусов и вновь состыковался, на этот раз с лунным модулем, а затем аккуратно "вытянул" его из нижней части адаптера. Небольшой импульс двигатетей - и третья ступень «Сатурна-V» стала удаляться от состыкованной связки, перейдя на гелиоцентрическую орбиту и став самостоятельным спутником Солнца. Во всех следующих экспедициях третьи ступени ракеты направлялись на Луну, чтобы поучаствовать в сейсмическом эксперименте: при их ударе о поверхность со скоростью почти 3 км/с выделялась энергия, сравнимая с энергией взрыва 10 тонн тротила. Этот взрыв регистрировался сейсмическими станциями, доставленными на Луну в предшествующих экспедициях, и таким образом определялась внутренняя структура нашего спутника. Однако третья ступень ракеты, отправившей на Луну «Аполлон-12», исчезла в глубинах космоса не навсегда. К удивлению всех, через много лет она нашлась! В 2003-м году канадский астроном-любитель обнаружил то, что сначала было принято за небольшой, примерно 30-метровый, астероид. Особенностью объекта, получившего обозначение J002E3, было то, что он необычно быстро вращался, а главное, то, что он был спутником Земли. Однако на этой орбите никакой объект не может быть спутником Земли длительное время: гравитационные возмущения со стороны Луны быстро выбросят его на околосолнечную орбиту. Таким образом, J002E3 стал спутником Земли недавно, как показали расчеты, несколько десятков лет назад. Измерение его спектра показало, что спектр тождественен спектру титановых белил, которыми красились ступени S-IVB. Единственная возможность состояла в том, что J002E3 - это третья ступень «Аполлона-12», оставшаяся на нестабильной околоземной орбите. Вскоре объект покинул свою орбиту и стал спутником Солнца, однако через несколько десятков лет ожидается его новое возвращение к Земле.

Из соображений безопасности первые три полета к Луне, включая «Аполлон-11», происходили по траектории свободного возвращения: если бы маршевый двигатель корабля отказал, корабль совершил бы баллистический облет Луны и самостоятельно вернулся бы к Земле: все коррекции можно было выполнять маломощными управляющими двигателями. К миссии «Аполлона-12» уверенность в технике возросла, и перелет происходил по траектории, позволяющей доставить к Луне больший груз и точнее управлять посадкой лунного модуля. Без дополнительных коррекций корабль последовал по этой траектории на расстоянии 3 тыс. км от поверхности Луны, а затем, пролетев на расстоянии почти 100 тыс. км от Земли, стал бы спутником Солнца. Чтобы вернуть его к Земле, требовались коррекции маршевым двигателем орбитального корабля или лунного модуля, отказ этих двигателей означал бы гибель экипажа. Но маршевый двигатель «Аполлона-12» сработал на пути к Луне как и ожидалось, переведя корабль на новую траекторию, проходящую в 120 км от невидимой стороны Луны. Там, на четвертые сутки после старта, в условиях отсутствия связи с Землей, маршевый двигатель включился повторно и затормозил корабль, переведя его на круговую окололунную орбиту. Конрад и Бин вошли в модуль и начали работу по включению и проверке его систем.

В начале пятых суток полета экипаж лунного модуля закрыл за собой переходной люк, и лунный модуль отстыковался от орбитального корабля. Лунный модуль перешел на эллиптическую орбиту с периселением на высоте 15 километров над обратной стороной Луны, и в переселении была отдана команда на сход с орбиты. В ходе торможения параметры траектории передавались на землю, где рассчитывались необходимые поправки для коррекций. Эти поправки были передаваны пилоту, и Бин ввел их в компьютер лунного модуля. Многочасовые тренировки на Земле с макетами лунного ландшафта в месте посадки позволили Конраду, управлявшему посадкой, быстро заметить знакомые ориентиры, когда модуль приближался к намеченной цели. На высоте около 200 метров Конрад переключился с автоматического управления на ручное и, выбрав достаточно ровное место, совершил посадку - почти вслепую, поскольку двигатель модуля поднял большое количество пыли, которая, стелясь, скрывала из виду поверхность. Главная задача миссии была выполнена: расстояние до «Сервейера-III» не превышало 200 метров. Модуль сел на противоположной стороне кратера, в котором стояла автоматическая станция.

Через 4,5 часа после посадки, подготовившись к первому выходу на поверхность, астронавты разгерметизировали модуль. Как и при посадке «Аполлона-11», камера, закрепленная на модуле, в прямом эфире передавала первые шаги астронавтов на поверхность Луны. Как бы напоминая прогремевшую на весь мир фразу Армстронга «Это маленький шаг для одного человека, но гигантский скачок для всего человечества», Конрад, ступив на Луну, закричал: «Ух ты! Может, для Нейла это был и маленький шаг, но для меня - длинный!». Действительно, Конрад по росту значительно уступал Армстронгу. Позже Конрад признается, что сказал это на спор в 500 долларов с журналисткой, которая настаивала на том, что астронавты говорят лишь то, что требует от них НАСА. Впрочем, по его словам, выигрыша он так и не получил. Оглядевшись, Конрад заметил «Сервейер», о чем радостно сообщил на землю. Приподнятое настроение командира не осталось незамеченным. После возвращения было даже проведено специальное расследование, не принимали ли астронавты втайне алкоголь.

После посадки астронавтов ждал сюрприз, ставший еще одним поводом для восторга. Все действия астронавтов были расписаны заранее, и эти расписания всюду сопровождали их в виде специальных книжек, по которым они должны были сверять свои действия. И вот, в книжках с расписанием действий на поверхности Луны (эти книжки небольшого формата были прикреплены к поясам скафандров) астронавты обнаружили вложенные картинки, вырезанные из журнала «Плейбой»: эти картинки сумели втайне поместить туда астронвты-дублеры.

Первой задачами астронавтов на Луне был сбор образцов в месте высадки и переправка их в лунный модуль - на случай, если выход по каким-то причинам придется срочно прекратить. Потом - американский флаг, непременный атрибут, водружавшийся во всех экспедициях. Затем последовала установка большой раскладной антенны типа зонтика (диаметром около 3 метров) для лучшей связи с Землей. (Аналогичная антенна устанавливалась в миссии «Аполлона-14». В миссии «Аполлона-11» антенну брали на Луну, но решили не раскрывать, так как качество связи сочли достаточным. В последних миссиях раскладная антенна меньшего диаметра устанавливалась на роверах, но передача телесигнала происходила лишь во время остановок, так как антенну требовалось довольно точно ориентировать на Землю). Бин стал устанавливать телекамеру: на «Аполлоне-11» была черно-белая камера, в этот раз камера была цветной. Но, увы, и в этот раз цветных телепередач с Луны зрители не дождались, точнее, не дождались никаких. Устанавливая камеру на штатив, Бин нечаянно направил ее на солнце. Хватило несколько мгновений, чтобы видикон вышел из строя. Теперь за астронавтами не могли следить не только телезрители, но и руководители в центре управления. По сути, единственными интересными телекадрами из экспедиции остались кадры выхода астронавтов на поверхность. Впрочем, команда «Аполлона-12» привезет с Луны большое количество цветных и черно-белых фотографий, качество которых намного выше качества телевизионной картинки.

Открыв отсек с научными приборами, астронавты установили в некотором отдалении от лунного модуля сейсмометр, магнитометр, спектрометр солнечного ветра и другие приборы, а вместе с ними - радиоизотопный источник электропитания. После отлета людей от этого источника будут получать энергию ряд приборов, еще несколько лет продолжая передавать на землю научные данные; приборы были выключены в середине 1970-х годов. Руководители миссии разрешили пробыть на поверхности на полчаса дольше, что позволило астронавтам удалиться от модуля на несколько сот метров, сделать больше фотографий и собрать дополнительные образцы. Затем астронвты вернулись в лунный модуль, герметизировали его и вновь наполнили кислородом. Здесь им предстояло отдохнуть и поспать - в скафандрах, которые снять не разрешили из соображений безопасности.

Второй выход на поверхность начался через 12 часов после первого. Астронавты проверили комплект приборов и отправились в путешествие по окрестностям, по пути делая фотографии и собирая образцы. «Сервейер-III» был конечной точкой их маршрута. Чтобы безопасно спуститься в кратер, астронавтов снабдили даже тросом, но поверхность была достаточно твердой, так что к станции удалось подойти без труда. Было дано указание не приближаться к станции снизу - чтобы она не съехала по склону и не опрокинулась на астронавта. Астронавты тщательно сфотографировали «Сервейер» и траншеи, которые он вырыл своим ковшом. Затем приступили к демонтажу отдельных деталей станции. Отрезали телекамеру, отломили ковш, несколько других деталей, взяли образцы краски и пыли. Всего, что относилось к двигательной установке, касаться было запрещено. Прихватив несколько камней, которые были отсняты «Сервейером» после его посадки, астронавты вернулись к лунному модулю. (Уже на земле внутри камеры были обнаружены живые бактерии-стрептококки. Это было воспринято как свидетельство того, что бактерии сохранили жизнеспособность в течение более 2 лет, проведенных в дальнем космосе на поверхности нашего спутника. Однако оставалась возможность попадания в телекамеру бактерий из лунного модуля или уже позже, после возвращения камеры на землю. Таким образом, выживаемость бактерий осталась неподтвержденной.)

Еще на земле экипаж «Аполлона-12» задумал розыгрыш. Конрад в тайне провез с собой таймер для фотоаппарата. Астронавты планировали на Луне поставить камеру на штатив и с помощью таймера сделать "коллективный снимок" на фоне «Сервейера» - чтоб потом задавали вопросы о том, кто же сделал такой снимок? Но, к сожалению, таймер затерялся в сумке Конрада, а нашелся лишь в самом конце выхода, когда времени на такую съемку уже не оставалось. Астронавты переправили в лунный модуль образцы (всего было собрано более 30 килограммов), демонтированные части «Сервейера», кассеты с фотопленкой и вернулись в модуль сами сами. Оставалось упаковать и разместить в модуле все материалы, собрать мусор и ненужные вещи. Среди ненужных вещей числились и фотоаппараты - дорогущие «Хассельблады». Они больше не потребуются в полете, а оставив их на Луне, можно сберечь еще немного топлива для маневров. Все лишние вещи были просто выброшены на поверхность через люк. Через шесть с половиной часов после завершения второго выхода астронавты были готовы к возвращению на лунную орбиту. Нажатие нескольких кнопок - и пирозамки разрывают механические связи между посадочной и взлетной ступенями, гильотина отсекает кабели, включается двигатель взлетной ступени, и ступень, оставляя внизу место посадки, начинает 7-минутный разгон, возвращая астронавтов на орбиту. Через несколько часов, после ряда маневров, лунная кабина стыкуется с орбитальным кораблем, где ее астронавтов ждет Ричард Гордон. Еще полтора часа - и все образцы и материалы перенесены в орбитальный корабль, астронавты окончательно покидают лунную кабину и закрывают за за собой люк. Кабина отстыковывается от орбитального корабля и по командам с земли снова тормозится, чтобы вскоре упасть на поверхность. Ее управляемое падение в выбранном месте составляет часть сейсмического эксперимента: оно регистрируется оставленными на поверхности сейсмометрами, на основании этих данных будут сделаны выводы о внутреннем строении Луны.

Орбитальному кораблю с астронавтами предстоит провести на орбите еще более суток, проводя фотографирование поверхности, включая запланированные места будущих миссий. На восьмые сутки, над обратной стороной Луны, Гордон включает двигатель корабля на две минуты, и «Аполлон-12» снова направляется к земле. Вскоре проводится коррекция орбиты, а через двое суток, за несколько часов до входа в атмосферу - еще одна. За четверть часа до входа в атмосферу от корабля отделяется служебный модуль с уже ненужной двигательной установкой. Теперь командному модулю - конусообразной капсуле массой около 5,5 тонн - предстоит управляемый спуск в атмосфере. Войдя в атмосферу тепловым щитом (основанием конуса) вперед на скорости почти 11 км/с, капсула под управлением компьютера совершит ряд маневров, призванных уменьшить испытываемую астронавтами перегрузку и привести ее ближе к точке в Тихом океане, где их ожидают корабли спасения. Когда скорость погашена, вводится в действие тормозной парашют, а за ним - три основных. Еще до посадки связь с астронавтами устанавливается с корабля и самолета спасения. Спуск на парашютах отслеживается визуально, и вот - командный модуль приводняется, входя в воду углом, чтоб уменьшить удар при посадке. И здесь происходит еще одна небольшая неприятность, венчающая в целом очень удачный полет. Удар о воду оказался очень сильным: была зарегистрирована 15-кратная перегрузка - самая большая за историю посадок на воду. При этом 16-миллиметровая кинокамера сорвалась с крепления и ударила Бина по голове с такой силой, что он на время потерял сознание, а позже ему пришлось наложить швы. Сразу после приземления к космическому кораблю устремляются с вертолета пловцы, чтобы помочь астронавтам надеть костюмы биологической защиты и перебраться из корабля в надувную лодку. А затем - торжественная встреча на авианосце «Хорнет» и карантин длительностью более двух недель (после миссии «Аполлона-14», когда стерильность Луны была окончательно установлена, карантин для экипажей был отменен).

После полета судьба астронавтов сложилась по-разному. Чарльз Конрад в 1972 году будет командиром первого экипажа орбитальной станции «Скайлэб» и примет участие в ремонте повреждений, связанных с ее запуском. Покинув в 1973-м году НАСА, он будет работать в телевизионной компании, в крупной авиакосмической фирме, снимется в небольшой роли в фильме. В 1999-м году Конрад вылетел с дороги на мотоцикле и умер от травм в больнице. Ему было 69 лет.

Алан Бин тоже слетает на «Скайлэб», уже во втором экипаже. Затем он будет дублером в миссии «Союз-Аполлон», но, как дублер, не полетит. Уйдя из НАСА в 1981 году, Бин посвятит себя рисованию, подобно Алексею Леонову, первому человеку, совершившему выход в открытый космос. Многие его картины будут посвящены космосу и, конечно же, Луне.

Ричард Гордон будет дублером в миссии «Аполлона-15», его назначат командиром миссии «Аполлона-18», но эта миссия (как и две последующие) будет отменена, и в космос Гордон уже не полетит. В 1972 году он уйдет из НАСА и будет работать на разных должностях в различных фирмах, занимающихся инженерными и техническими разработками.

После экипажа «Аполлона-12» еще 8 человек смогут пройтись и проехаться по поверхности Луны, прежде чем программа «Аполлон» будет закрыта.

Ссылки