Автор: Советский «Луноход-1» перестал отвечать 14 сентября 1971 года и почти четыре десятилетия считался потерянным. В 2010 году команда физика Тома Мерфи из Калифорнийского университета в Сан-Диего нашла его по снимкам с орбиты и получила от него лазерный отклик. Аппарат всё это время стоял на Луне — в нескольких километрах от того места, где его искали.
Содержание
Как создавали луноход
Аппарат разрабатывали в НПО имени Лавочкина. После «Спутника» и гагаринского «Поехали!» в СССР готовились к следующему шагу — работе на поверхности Луны, и луноход был частью этой программы.
Управлять им собирались с Земли, и к этому готовились отдельно. В Крыму под Симферополем создали полигон с имитацией лунного грунта: будущие операторы тренировались водить аппараты по неровностям, а инженеры-испытатели учились контролировать движение на расстоянии. Всего построили четыре машины этого класса.
Первая попытка не удалась. 19 февраля 1969 года ракета «Протон» с луноходом на борту стартовала с Байконура и взорвалась на 52-й секунде из-за аварийного отключения двигателей первой ступени. Быстро организовать новый запуск было нельзя, и американцы успели первыми: «Аполлон-11» стартовал 16 июля того же года. Провалов в те годы хватало с обеих сторон — пять несостоявшихся лунных проектов показывают, насколько ненадёжной была техника на этом этапе.
Луна-17
Вторая попытка состоялась 10 ноября 1970 года, и на этот раз полёт прошёл штатно. 15 ноября «Луна-17» вышла на орбиту Луны, 17-го села в Море Дождей.
Управление оказалось сложнее, чем казалось на полигоне. Сигнал идёт до Луны и обратно чуть больше двух секунд, а с обработкой задержка доходила почти до пяти. Оператор не видел обстановку в реальном времени — он должен был предугадывать, где окажется аппарат через несколько секунд после команды. Поэтому в экипаже управления был не один человек, а смена из нескольких специалистов: один следил за курсом, другой за приборами, третий за грунтом под колёсами.
Восемь колёс с независимым приводом давали необычную свободу: можно было менять направление и скорость вращения каждого колеса отдельно, разворачиваться на месте, ехать боком. По нынешним меркам это простейший алгоритм, но для 1970 года — серьёзное инженерное решение.
Что случилось с «Луноходом-1»
Море Дождей
Восьмиколёсный самоходный аппарат доставила на Луну автоматическая станция «Луна-17». Посадка состоялась 17 ноября 1970 года в Море Дождей — в точке с координатами 38 градусов 24 минуты северной широты и 34 градуса 47 минут западной долготы. Ровер съехал по трапу и начал работу.
Расчётный ресурс был скромнее того, что получилось. «Луноход-1» проработал 301 сутки 6 часов 37 минут и прошёл более 10,5 километра — втрое дольше и в несколько раз дальше плана. Днём он питался от солнечных батарей, а в лунную ночь приборы обогревал радиоактивный изотоп полоний-210.
14 сентября 1971 года операторы, как обычно, приняли радиосигнал. Потом на Луне наступила ночь, температура внутри аппарата начала падать. 30 сентября Солнце снова осветило Море Дождей, но на связь ровер не вышел. Причина, которую называют специалисты, прозаична: запас полония-210 выработался, обогрев прекратился, и электроника не пережила ночного мороза в минус 150 градусов.
С этого момента аппарат стал «пропавшим». Не в прямом смысле: все понимали, что он остался на Луне. Неизвестными были координаты — и это оказалось проблемой на сорок лет.
Почему его не могли найти
Луна в 384 тысячах километров, а аппарат размером с небольшой автомобиль. Точных координат точки остановки не было: навигация семидесятых работала иначе, а лунный рельеф на картах оставался во многом белым пятном. Найти предмет такого размера на такой дистанции — задача сложнее, чем иголка в стоге сена.
Искать пытались с помощью лазера. На «Луноходе-1» стоял уголковый отражатель — устройство из трёх зеркал, закреплённых перпендикулярно друг другу. Любой луч, попавший внутрь, возвращается точно туда, откуда пришёл, — и неважно, под каким углом он вошёл. Отражатель на первом луноходе был французского производства, и первые эксперименты с ним провели в 1971 году в СССР и во Франции. То есть в том, что аппарат действительно был на Луне, сомнений не оставалось.
Схема измерения простая: с Земли посылают лазерный импульс, ловят вернувшиеся фотоны и засекают время. Скорость света известна, время известно — расстояние вычисляется. Именно так измеряют дистанцию до Луны и знают, что она удаляется примерно на 3,8 сантиметра в год. Подробнее об этом — в материале о том, почему Луна покидает Землю.
Проблема была в прицеливании. На первый взгляд кажется, что мазать некуда: тонкий луч по дороге расширяется, и пятно на лунной поверхности достигает 25 квадратных километров. На практике всё наоборот: в это пятно нужно ещё попасть так, чтобы отражённые фотоны вернулись именно к приёмнику. Отправить импульс «в Море Дождей» — почти то же, что крикнуть в темноту.
Последнюю попытку перед находкой НАСА предприняло примерно за три года до неё: сигнал посылали в предполагаемый район, ответа не было. Потому что искали не там.
Нашли на снимках
Lunar Reconnaissance Orbiter с камерой LROC
Перелом случился, когда решили зайти с другой стороны: сначала разглядеть аппарат глазами, а потом уже стрелять лазером.
В 2009 году американцы запустили зонд Lunar Reconnaissance Orbiter с камерой LROC, рассчитанной на съёмку объектов размером в несколько метров. На снимках, сделанных с высоты 50 километров, удалось увидеть «Луну-17» — посадочную ступень, которая привезла ровер. Опознали её по колеям: от станции тянулись следы, оставленные только колёсами лунохода.
Дальше оставалось проследить, куда эти следы ведут. На других снимках нашли небольшую светлую точку — сам аппарат. Он оказался в нескольких километрах от района, где его искали все эти годы.
22 апреля 2010 года в эту точку послали луч с лазерной установкой обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико. Ответ пришёл.
Аппарат находился в нескольких километрах от того места, где его искали раньше, — сказала Рассет Макмиллан из обсерватории. — Через пару месяцев мы сообщим координаты с точностью до сантиметра.
Координаты в итоге уточнили до метров: это позволяло наводить лазер без долгого поиска.
Параллельно нашёлся и второй аппарат. Канадский исследователь Фил Стук из Университета Западного Онтарио разглядел на снимках LRO «Луноход-2». Здесь было проще: брат-близнец никуда не пропадал, стоял в Море Ясности, и его отражатель работал.
Пять отражателей на Луне
Отражателей на Луне пять, и они не равноценны — каждый стоит в своей точке и даёт свои данные.
| Аппарат | Когда доставлен | Особенность |
|---|---|---|
| «Луноход-1» | ноябрь 1970 | найден только в 2010 году, отклик самый яркий |
| «Аполлон-11» | июль 1969 | первый, поставлен вручную, площадь небольшая |
| «Аполлон-14» | февраль 1971 | стоит на пересечённом участке, отклик слабее |
| «Аполлон-15» | июль 1971 | самый крупный из «аполлоновских», много призм |
| «Луноход-2» | январь 1973 | работал штатно, искать не приходилось |
Работает это так. Призма-уголок отражает луч строго обратно, откуда он пришёл: три взаимно перпендикулярные грани играют роль трёх зеркал, и после трёх отражений направление меняется на противоположное. Свойство удобное: наводить точно на отражатель не нужно, достаточно попасть в него, а возврат обеспечен геометрией.
Разница между аппаратами — в площади призмы и в том, как её поставили. «Аполлон-15» привёз с собой не только отражатель, но и первый лунный автомобиль, который сильно расширил район работ экипажа; о том, как эту машину доставляли и почему её до сих пор ищут на снимках, — отдельный материал про лунный ровер.
Дальше — арифметика. Импульс идёт до Луны и обратно чуть больше двух с половиной секунд. Замеряют время с точностью до пикосекунд, умножают на скорость света и получают расстояние. Повторяя измерение много раз за ночь, набирают статистику, и точность одиночного измерения в сотни раз хуже итоговой — но усреднение по тысячам откликов даёт миллиметры.
Из этих миллиметров и складывается наука. По изменениям расстояния видно, как Луна вращается, как деформируется от приливных сил Земли, как смещается её центр масс относительно геометрического центра. Отсюда — проверка общей теории относительности: предсказание орбиты проверяют на тех же сантиметрах, которые теория обещает.
Почему сигнал всех удивил
Ответ с «Лунохода-1» пришёл, и пришёл ярче, чем ожидали. Существенно ярче.
Уголковые отражатели установлены ещё на нескольких лунных аппаратах, но ответный сигнал с «Лунохода-1» в несколько раз ярче других, — удивлялся Том Мерфи. — В лучших случаях мы получали обратно на Землю по 750 фотонов. А тут — более 2000 с первой попытки.
Странность не только в яркости. Мерфи измерил, что эффективность действующих на Луне отражателей за десятилетия упала примерно в десять раз — те, что остались на «Луноходе-2» и на местах посадок «Аполлонов», испортились: возможно, запылились, возможно, получили микроцарапины от микрометеоритов. А прибор на самом старом из аппаратов отражает так, будто и не прошло сорока лет.
Объяснение, скорее всего, скучное: важен угол. Отражатель работает тем лучше, чем ближе к перпендикуляру стоит его плоскость к лучу, а аппарат, остановившись, замер в удачной ориентации. Плюс сказывается состояние самого прибора: он был закрыт от прямой пыли и не подвергался воздействию, которое достаётся отражателям на посадочных ступенях. Никакой мистики здесь не требуется — но выглядит действительно эффектно.
Кстати, именно из-за этой ориентированности поиски и затянулись: отражатель вполне мог смотреть в сторону от Земли, и тогда отклика не было бы вообще, сколько ни стреляй.
Зачем американцам советский аппарат
Вопрос, который возникал у читателей новости: почему чужие специалисты годами охотились за нашей машиной.
Ответ не про приоритеты и не про престиж. Отражатель на «Луноходе-1» стоял в точке, идеально подходящей для конкретных измерений: по отклику с этой точки удобно изучать, как движется Луна и как ведёт себя её ядро.
Логика такая. Общая теория относительности предсказывает, что из-за искривления пространства-времени Луна обращается вокруг Земли не совсем по той орбите, которую даёт ньютоновская механика. Разница мала — но предсказание вполне конкретное, с точностью до сантиметров. Чтобы её проверить, нужны измерения орбиты с такой же точностью. А для этого нужно много измеренных расстояний до Луны, то есть отражатели в разных точках.
Второй слой — внутреннее строение. Луна не твёрдый шар: у неё есть ядро, и то, жидкое оно или нет, влияет на характер движения. Аналогия из школьной физики: раскрутите на столе вареное яйцо и сырое — они ведут себя по-разному. Так и Луна: её «болтанка» зависит от того, что у неё внутри. Отражатель в правильной точке позволяет это измерить.
Пятый отражатель в наборе был нужен именно для этого. Всего на Луне их пять: по одному на «Луноходе-1» и «Луноходе-2» и три, доставленных экипажами «Аполлона-11», «Аполлона-14» и «Аполлона-15». О том, как выглядела первая из этих миссий, есть отдельный разбор — «Аполлон-11»: как люди впервые ступили на Луну.
Спор о том, были ли американцы на Луне
Луноход-2
История с поиском лунохода касается и этой темы, хотя косвенно.
Когда Стук нашёл «Луноход-2», в прессе появилась версия, что аппарат ехал к площадке «Аполлона-17», чтобы снять оставленную американцами технику и тем самым подтвердить, что они там действительно были. Насколько эта версия обоснована — вопрос открытый, но то, что в СССР такие сомнения в принципе существовали, обсуждается до сих пор.
«Луноход-2» действительно проехал 37 километров — это рекорд передвижения по другому небесному телу, который держится до сих пор. До площадки «Аполлона-17», севшего примерно в 150 километрах, он теоретически мог бы добраться. Не добрался: зацепил рыхлый грунт у кромки кратера, перегрелся и вышел из строя.
Спор о высадках на сайте разобран отдельно, и там речь именно о доводах, а не о вере: могли ли люди быть на Луне — Фомин против НАСА.
Что вообще осталось на Луне
«Луноход-1» — не одинокий памятник, а часть довольно большого списка. На Луне остались посадочные ступени, приборы, инструменты, упаковки, флаги, камеры и даже мешки с отходами жизнедеятельности экипажей «Аполлонов». Общий вес такого «наследия» оценивают примерно в 200 тонн. О том, что именно там лежит, — в материале про 200 тонн мусора на Луне.
Считать это просто мусором не совсем верно: часть объектов — действующие научные приборы. Отражатели работают до сих пор, сейсмометры «Аполлонов» фиксировали лунотрясения до отключения в 1977 году. Другая часть — исторические артефакты, за состоянием которых следят по снимкам с орбиты.
Кстати, снимки LRO пригодились не только для луноходов. Камера сняла места посадок всех «Аполлонов», и на фотографиях видны оставленные следы и техника. Разрешение не настолько высокое, чтобы снять последние сомнения у самых упорных скептиков, но тени от оборудования и цепочки следов различимы.
Что дала эта находка
Практическая польза от найденного отражателя конкретна: он расширяет набор точек для лазерной локации, а значит, повышает точность измерения лунной орбиты. Чем больше независимых измерений, тем надёжнее проверка теории относительности и тем точнее данные о внутреннем строении Луны.
Есть и вторая мысль, менее научная. История «Лунохода-1» показывает, как дорого обходится потеря координат. Аппарат был исправен, отражатель работал, — но сорок лет его не могли использовать только потому, что не знали, где он стоит. Современные миссии такую ошибку стараются не повторять: у посадочных ступеней теперь есть и радиомаяки, и точная привязка к рельефу по снимкам с орбиты. Тот же LRO снимает места посадок, чтобы новые аппараты могли на них ориентироваться.
Третья мысль — про сроки. «Луноход-1» был рассчитан на несколько месяцев работы, а его прибор продолжает приносить данные через полвека. Это не редкость для космической техники: расчётный ресурс обычно скромнее реального, а иногда — как здесь — реальность обгоняет его в разы.
История с лазерным «воскрешением» — хороший пример того, что старые данные не устаревают. Снимки, которые годами лежали в архивах, потребовались в тот момент, когда появилась задача, и на них нашлось то, что не искали при съёмке. То же самое происходит и с луноходами: их ищут заново, потому что старые координаты оказались неверными, а техника — исправной.
