«Луна-16»: как лунный грунт впервые вернулся без экипажа

24 сентября 1970 года в Казахстане приземлилась небольшая капсула с лунным грунтом. Людей на борту не было: «Луна-16» впервые выполнила автоматическую доставку образцов с поверхности Луны на Землю. К этому времени экспедиции Apollo 11 и Apollo 12 уже привезли лунные породы, поэтому советский приоритет относился именно к беспилотному способу возвращения материала.

За двенадцать суток станция прошла путь от старта с Байконура до посадки возвращаемой капсулы. Она вышла на орбиту Луны, села, взяла пробу, отправила её в обратный полёт и обеспечила вход в земную атмосферу. На каждом этапе менялась задача аппарата. Сбой любого из них мог оставить научный груз за пределами земной лаборатории.

Зачем возвращать грунт, если можно отправить приборы

Фотографии и измерения с борта станции позволяют исследовать далёкий мир, не доставляя вещество на Землю. Но состав приборов определяется ещё до запуска. Их масса, мощность и возможности ограничены тем, что способен нести аппарат.

Возвращённый образец можно рассмотреть под разными микроскопами, разделить на фракции, изучить химический состав и сопоставить результаты нескольких лабораторий. Часть материала можно сохранить для будущих методов. Именно возможность задавать новые вопросы старому образцу делает доставку грунта самостоятельным видом космических исследований.

Современный пример такого подхода — программа NASA ANGSA, в которой исследуют специально сохранённые образцы Apollo. Она относится к американской коллекции, но хорошо объясняет общий принцип: научная жизнь доставленного вещества может продолжаться спустя десятилетия после завершения полёта.

Чем «Луна-16» отличалась от «Луны-9»

В 1966 году «Луна-9» доказала, что приборный аппарат может пережить посадку и передавать изображения с поверхности. «Луне-16» предстояло выполнить ещё несколько операций: извлечь грунт, поместить его в защищённую капсулу и снова стартовать.

Поэтому станция состояла из частей с разной судьбой. Посадочная ступень обеспечивала работу на Луне и оставалась там. Верхняя часть отправляла капсулу к Земле. Не требовалось возвращать весь аппарат с опорами и оборудованием, которое уже выполнило своё назначение.

Этот принцип полезен для понимания космической техники вообще. Слова «станция вернулась» часто скрывают, что до Земли дошла лишь специально предназначенная для этого небольшая часть. Остальные элементы были необходимы, чтобы доставить её к месту исследования и отправить обратно.

Двенадцать суток миссии

«Луна-16» стартовала 12 сентября 1970 года на ракете «Протон». 17 сентября она вышла на лунную орбиту. После подготовки к спуску 20 сентября станция села в Море Изобилия, или Mare Fecunditatis, на видимой стороне Луны.

Название «море» здесь обозначает тёмную равнину, а не воду. Посадка произошла на базальтовом участке. Согласно описанию NASA к снимку места посадки, Солнце к этому времени уже зашло: операции по взятию образца проходили в темноте.

• 12 сентября: запуск с Байконура.
• 17 сентября: выход на орбиту Луны.
• 20 сентября: посадка и начало работы с грунтом.
• 21 сентября: старт возвращаемой части с Луны.
• 24 сентября: приземление капсулы в Казахстане.

Такая последовательность отличалась от простой передачи сигнала с поверхности. Радиосообщение достаточно принять; образец нужно физически провести через обратный межпланетный перелёт и атмосферный спуск, сохранив материал для исследования.

Как получили лунную пробу

После посадки станция использовала буровое устройство. Оно извлекло материал из верхнего слоя грунта и передало его в возвращаемую капсулу. В справочнике Lunar Sample Compendium образец описан как керн длиной около 35 сантиметров, а его масса указана как 101 грамм.

В разных исторических сводках встречаются небольшие расхождения в массе. Здесь использовано значение из специального каталога образцов, которое совпадает с описанием миссии в NASA Photojournal. Для общего представления это примерно сто граммов лунного вещества; для работы с конкретной пробой важны уже её собственный номер, масса и положение в исходном керне.

Керн представляет интерес не только как набор частиц. Положение материала по глубине позволяет изучать, как меняются свойства верхнего слоя. Однако извлечение, упаковка и последующее разделение тоже входят в историю образца. Без документации об этих операциях лабораторный результат труднее связать с условиями на Луне.

Что нашли в образцах

Каталог, составленный Чарльзом Мейером, описывает значительную долю базальтовых фрагментов в материале «Луны-16». Для исследованных базальтов приводится возраст около 3,4 миллиарда лет. Это характеристика определённых пород, а не дата образования всей Луны и не возраст каждой отдельной частицы грунта.

Сравнение с образцами Apollo помогало исследовать различия между лунными районами. Море Изобилия стало дополнительной точкой, откуда в распоряжение учёных попало реальное вещество. Чем больше геологических участков представлено в коллекциях, тем меньше оснований считать особенности одного места свойствами всей поверхности.

При этом небольшая масса не превращала пробу в бесполезный символ. В лаборатории исследуют отдельные зёрна и фрагменты. Ограничение заключалось скорее в представленности местности: неподвижная станция не могла отбирать камни по длинному маршруту или переходить от одного геологического объекта к другому.

Автоматика после Apollo

Полёт состоялся уже после первой высадки людей на Луну. Для советской космической программы это был способ получить самостоятельный научный результат в ситуации, когда победить в соревновании за первый пилотируемый выход на поверхность уже было невозможно.

Автоматическая доставка не заменяла все возможности человека. Космонавт или астронавт может выбирать образцы по обстановке, менять последовательность действий и собирать материал в разных местах. Зато роботизированная миссия не требует систем, необходимых для безопасности и возвращения экипажа.

Здесь уместно сравнение с полётом Гагарина: технический успех зависит от поставленной задачи. Первый человек на орбите, первый работающий посадочный аппарат и первая автоматическая доставка грунта — разные достижения. Их не нужно сводить к единственной таблице побед и поражений.

Что осталось на Луне

Посадочная ступень «Луны-16» осталась в Море Изобилия. Позднее её место сняла камера американского Lunar Reconnaissance Orbiter. Такие наблюдения связывают документы старой миссии с современной картой поверхности.

В том же 1970 году «Венера-7» решила другую задачу: передала данные с поверхности планеты без доставки образцов. Эти две миссии показывают, насколько разнообразной была работа автоматических станций. Где-то главным результатом становилась посылка вещества в лабораторию, где-то — короткое измерение в среде, из которой возвращение ещё не планировалось.

Частые вопросы

«Луна-16» первой привезла лунный грунт? Первой автоматически. До неё образцы доставили экипажи Apollo 11 и Apollo 12.

Сколько грунта вернулось? По специализированному каталогу Lunar Sample Compendium — 101 грамм.

Куда приземлилась капсула? В Казахстане, 24 сентября 1970 года.

Вся станция вернулась на Землю? Нет. Посадочная ступень осталась на Луне; обратно отправили капсулу с образцом.

Источники

• NASA Photojournal: Luna 16, место посадки и даты миссии.
• C. Meyer: Lunar Sample Compendium, Luna 16 Drill Core.
• NASA: Deep Space Chronicle, с. 82–83.
• NASA: программа Apollo Next Generation Sample Analysis.

Обложка: оригинальная редакционная инфографика USSRborn. Она показывает этапы миссии, а не историческую фотографию или точную траекторию полёта.