Пятьдесят лет в космической баллистике

В отличие от первых вариантов лунных космических аппаратов (объекты первого поколения «Луна-1», «Луна-2», «Луна-3»), каждый из которых направлялся к Луне прямым стартом с Земли и в полёте не корректировался, посадочный вариант нового лунного аппарата (Е-6) относился ко второму поколению лунных космических аппаратов и представлял собой сложнейшую систему, оснащенную большим набором различных систем и агрегатов предназначенных для старта с промежуточной орбиты, для коррекции движения на участке полёта от промежуточной орбиты до Луны, для определения момента фиксации «лунной вертикали», для осуществления разворотов датчиков поиска Солнца и Луны, для проведения торможения и отделения автоматической лунной станции. Этот уникальный объект особенно ярко продемонстрировал исключительные возможности и высокую эффективность использования методов космической баллистики и уникальность разработок наших специалистов.

Подтверждением этому могут служить следующие два обстоятельства, имевшие место в период проектирования объекта Е-6 и реализации его пусков при выполнении целевой задачи.

Один из принципов, на которых базировалось конструирование Е-6, состоял в обеспечении «вертикального» прилунения аппарата. В этом случае траектория полёта к Луне в идеале должна была совпадать с вертикалью к местному горизонту в точке посадки аппарата на поверхность Луны. Тогда при торможении аппарата перед посадкой обеспечилось бы полное отсутствие боковой составляющей скорости и надежная посадка. Однако в действительности реализованная орбита будет представлять собой лишь одну из «пучка» возможных орбит, обусловленного наличием целого ряда объективно существующих погрешностей, возникающих при старте с промежуточной орбиты и при реализации коррекции движения в полёте. Таким образом, действительная орбита может отличаться от идеально — расчетной, которая обеспечивает требуемые условия посадки, и, как следствие, всегда можно ожидать появления боковой составляющей скорости посадочного аппарата. Так вот, проведенный в процессе проектирования анализ показал, что в этом «пучке» возможных траекторий очень велика вероятность реализации такой траектории, у которой боковая составляющая скорости торможения будет существенно больше допустимой и надежность посадки автоматической лунной станции не обеспечится. Выход их создавшегося положения искали как конструкторы (за счет создания новых устройств для погашения боковой скорости), так и баллистики (изыскание путей уменьшения размеров «пучка» орбит). При этом требовалось найти решения при очень и очень ограниченных возможностях увеличения веса аппарата. У баллистиков был ясный и реалистичный путь решения проблемы: «уменьшить» размеры «пучка» за счет перенесения коррекции движения КА на более позднее время. Тогда за счет уменьшения влияния ошибок исполнения «корректирующего импульса» на рассеивание точек прилунения достигалось бы решение проблемы. Однако расчеты показали, что потребное увеличение импульса коррекции, а следовательно, и запаса топлива приведет к недопустимому увеличению веса аппарата. К аналогичному выводу пришли и конструкторы. Мало того, что увеличится вес аппарата, ещё потребуется время для разработки и отладки новых приборов. Создалось безвыходное положение!

Автоматическая лунная станция

И вот здесь космические баллистики блеснули творческой смекалкой. Методом «мозговой атаки» им удалось установить, что на номинальной траектории движения к Луне в пределах «пучка» траекторий, обусловленных наличием погрешностей, существует точка, в которой направление на центр Луны (вертикальное направление) совпадает с направлением скорости на участке торможения у Луны. Следовательно, если в реальном полёте найти положение этой точки и «запомнить» относительно абсолютного пространства направление из этой точки на центр Луны, то независимо от того, как будет дальше двигаться объект, включение тормозного двигателя, выставленного по «запомненному» направлению, обеспечит вертикальную посадку. Но самое главное, что за счет использования приборов, которые имелись на борту аппарата, баллистики нашли способ отыскания такой точки без увеличения веса объекта. Весь этот процесс подготовки торможения у Луны получил название «момент фиксации лунной вертикали».

Космические баллистики спасли лунный космический аппарат Е-6, который впоследствии с успехом выполнил все поставленные перед ним задачи, и обеспечил приоритет нашей страны в совершении мягкой посадки на Луну автоматической лунной станции.