Искусственные спутники Луны
Искусственные Спутники Луны (ИСЛ), космические летательные аппараты, выведенные на орбиты вокруг Луны; движение ИСЛ определяется главным образом притяжением Луны. Первый ИСЛ - советская автоматическая станция "Луна-10", запущенная 31 марта 1966. При запусках ИСЛ последнюю ступень ракеты-носителя сначала выводят на орбиту спутника Земли, а затем дополнительным включением реактивного двигателя её переводят на орбиту полёта к Луне. Скорость космического аппарата при старте с околоземной орбиты несколько меньше параболической (см. Космические скорости); она соответствует очень вытянутому эллипсу с апогеем, достигающим орбиты Луны или лежащим за её пределами. Наименьшая возможная скорость при старте с орбиты на высоте 200 км над поверхностью Земли около 10,92 км/сек (параболическая скорость на этой высоте равна 11,015 км/сек); время полёта до ближайшей окрестности Луны в этом случае - около 4,74 сут. При стартовых скоростях 10,93 и 10,96 км/сек полёт продолжается около 3,5 и 2,6 сут соответственно. На расстоянии около 66000 км от центра Луны космический аппарат входит в сферу действия тяготения Луны. В случае облётных траекторий селеноцентрическая (относительно Луны) скорость космического аппарата на границе этой сферы не меньше 0,8 км/сек, что существенно превышает параболическую скорость для Луны на этом расстоянии (0,38 км/сек). При этих условиях космический аппарат в случае пассивного (неуправляемого) движения огибает Луну, двигаясь относительно неё по гиперболе, а затем покидает сферу действия Луны и возвращается к Земле. Для того чтобы космический аппарат перешёл на орбиту спутника Луны, включают на короткое время по команде с Земли бортовой реактивный двигатель, сообщающий ему тормозящий импульс (см. рис.).
Орбита ИСЛ аналогична орбитам спутников всех планет и в первом приближении представляет собой эллипс с фокусом в центре Луны. Наиболее близкая к центру Луны точка орбиты называется периселением, а наиболее далёкая - апоселением. Селеноцентрическая скорость vk движения ИСЛ по круговой орбите радиуса r и период Т его обращения по орбите со средним расстоянием r от центра Луны определяются по формулам:
где R - радиус Луны (1738 км). Селеноцентрическая параболическая скорость на расстоянии r от центра Луны равна
Значительные возмущения в движении невысоких (несколько сот км над поверхностью Луны) ИСЛ вызываются главным образом нецентральностью поля тяготения Луны, обусловленной сложной формой Луны и неравномерным распределением вещества внутри неё; менее существенные возмущения - гравитационным влиянием Земли и Солнца. Основным следствием возмущений являются почти периодические изменения формы орбиты, а вместе с тем и высот периселения и апоселения, причём периселений постепенно снижается и ИСЛ падает на Луну.
Первый ИСЛ - советская автоматическая станция "Луна-10" - при выходе на траекторию к Луне имел скорость 10,87 км/сек (на высоте около 270 км над Землёй). Через 3,5 сут станция, огибая Луну, проходила на минимальном расстоянии около 1000 км от её поверхности и имела в это время селеноцентрическую скорость около 2,1 км/сек. Включением тормозного двигателя скорость была уменьшена до 1,25 км/сек ,и станция перешла на орбиту вокруг Луны с высотой апоселения 1017 км и периселения 350 км. Наклон орбиты составлял 71?54¢ к экватору Луны. Активный период существования "Луны-10", в течение которого со станции передавалась информация о показаниях бортовых приборов и проводились траекторные измерения, продолжался с 3 апреля до 30 мая 1966. За это время ИСЛ совершил 460 оборотов вокруг Луны; вследствие возмущения периселений поднялся до высоты 378,7 км, а апоселений опустился до высоты 985,3 км. При этом возмущения, обусловленные нецентральностью поля тяготения Луны, превышали возмущения из-за притяжения Земли в 5-6 раз, а последние превышали солнечные в 180 раз. Теоретические расчёты показали, что через 6,5 мес периселений должен был достигнуть расстояния 2150 км от центра Луны, а затем начать спускаться так, что падение "Луны-10" на Луну должно было произойти через 2,5 года.
Всего в 1966-69 было запущено 5 советских (серии "Луна") и 5 американских (серии "Лунар орбитер") ИСЛ. Целями запусков были: а) непосредственные исследования свойств поверхности Луны и окололунного пространства с помощью бортовой научной аппаратуры, а также фотографирование поверхности Луны; б) изучение поля тяготения Луны, а также особенностей формы и внутреннего строения Луны, от которых это поле зависит, уточнение массы Луны на основе траекторных измерений и анализа возмущений в движении ИСЛ. Так, на ИСЛ "Луна-10" были установлены спектрометры для исследования гамма-излучения и инфракрасного излучения поверхностных лунных пород, прибор для регистрации потоков заряженных частиц, идущих от Солнца, и космического излучения, регистратор метеорных частиц в окололунном пространстве, прибор для обнаружения магнитного поля Луны; на ИСЛ "Луна-11", кроме того, - радиоастрономическая аппаратура для исследования длинноволнового космического радиоизлучения; на борту ИСЛ "Луна-12" дополнительно - фототелевизионная аппаратура, с помощью которой были получены и переданы на Землю крупномасштабные изображения участков лунной поверхности (наименьшие детали достигали 15-20 м в поперечнике). Предварительный анализ возмущений в движении ИСЛ показал, что либо Луна имеет грушевидную форму с вытянутостью на обратной стороне, либо плотность вещества внутри Луны больше на её обратной стороне (ранее считалось, что Луна, имея грушевидную форму, вытянута, наоборот, к Земле). ИСЛ "Лунар орбитер" использовались главным образом для фотографирования лунной поверхности, в частности с целью выбора мест, удобных для посадки кораблей "Аполлон". Анализ возмущений этих спутников позволил также установить существование на Луне участков с весьма значительной концентрацией масс под поверхностью (получивших название "масконов" - сокращение от mass concentration), влияние которых приводило к дополнительным колебаниям высоты периселения порядка 5-10 км.
В целях получения разносторонней информации о различных областях окололунного пространства и лунной поверхности запуск ИСЛ производится на различные орбиты, отличающиеся друг от друга высотами периселения и апоселения, а также наклоном. В некоторых случаях с помощью бортовых двигательных установок осуществляется маневрирование ИСЛ. На орбиты ИСЛ выводятся первоначально также космические аппараты, предназначенные для мягкой посадки на Луну; их называют орбитами ожидания. Так, советский космический аппарат "Луна-16" был выведен сначала (17 сентября 1969) на селеноцентрическую круговую орбиту с высотой около 110 км; затем в течение 3 сут после двух манёвров переведён на эллиптическую орбиту с высотой периселения 15 км и апоселения 106 км, после этого былосуществлен перевод его на траекториюснижения и посадки. Космический аппарат, движущийся по орбите ИСЛ, может быть переведён с помощью ускоряющего импульса также на траекторию возвращения к Земле. Американские космические корабли "Аполлон-11", "Аполлон-12", "Аполлон-14" при обратном перелёте с Луны на Землю выводились сначала на орбиты ожидания вокруг Луны, после чего переводились на траектории возвращения. См. также Искусственные спутники Земли, Космические зонды, Орбиты искусственных космических объектов.
? Ю. А. Рябов.