Введение
Советский лунный зонд, запущенный в 1959 году, «Луна-3», или E 2A №1, был советским космическим аппаратом, запущенным в 1959 году в рамках программы «Луна». Он стал первой миссией, сфотографировавшей обратную сторону Луны, и третьим советским космическим зондом, отправленным в окрестности Луны. Исторические, ранее невиданные изображения обратной стороны Луны вызвали волнение и интерес во всем мире, и на основе этих снимков был создан предварительный атлас обратной стороны Луны. Эти изображения показали гористую местность, сильно отличающуюся от ближней стороны, и лишь две темные низины, получившие названия Mare Moscoviense (Московское море) и Mare Desiderii (Море Желаний). Позже выяснилось, что Mare Desiderii состоит из меньшего лунного моря Mare Ingenii (Море Изобретательности) и нескольких других темных кратеров. Причина этой разницы между двумя сторонами Луны до сих пор полностью не выяснена, но, по-видимому, большая часть темной лавы, сформировавшей лунные моря, излилась на обращенной к Земле стороне.
Luna 3, or E 2A No.1 , was a Soviet spacecraft launched in 1959 as part of the Luna programme. It was the first mission to photograph the far side of the Moon and the third Soviet space probe to be sent to the neighborhood of the Moon. The historic, never before seen views of the far side of the Moon caused excitement and interest when they were published around the world, and a tentative Atlas of the Far Side of the Moon was created from the pictures. These views showed mountainous terrain, very different from the near side, and only two dark, low lying regions, which were named Mare Moscoviense (Sea of Moscow) and Mare Desiderii (Sea of Desire). Mare Desiderii was later found to be composed of a smaller mare, Mare Ingenii (Sea of Cleverness), and several other dark craters. The reason for this difference between the two sides of the Moon is still not fully understood, but it seems that most of the dark lavas that flowed out to produce the maria formed under the Earth facing half.
Дизайн
Космический зонд представлял собой цилиндрический контейнер с полусферическими концами и широким фланцем в верхней части. Зонд был длинным и имел максимальный диаметр на фланце. Большая часть цилиндрической секции была примерно в диаметре. Контейнер был герметично запечатан и находился под давлением около . На внешней стороне цилиндра были установлены несколько солнечных элементов, которые обеспечивали электроэнергией аккумуляторные батареи внутри космического зонда. Жалюзи для терморегулирования были расположены вдоль цилиндра и открывались, чтобы обнажить излучающую поверхность, когда внутренняя температура превышала . Верхняя полусфера зонда содержала закрытое отверстие для камер. Четыре антенны выступали из верхней части зонда, а две – из нижней. На внешней стороне было установлено другое научное оборудование, включая детекторы микрометеоритов и космических лучей, а также систему визуализации «Енисей-2». Газовые сопла для системы управления ориентацией были установлены на нижнем конце космического аппарата. Несколько фотоэлектрических элементов помогали поддерживать ориентацию относительно Солнца и Луны. Ракетных двигателей для коррекции курса не было. Внутри находились камеры и система обработки фотопленки, радиопередатчик, аккумуляторные батареи, гироскопические устройства и циркулирующие вентиляторы для контроля температуры. Он был стабилизирован вращением на протяжении большей части полета, но его трехосевая система управления ориентацией активировалась во время фотосъемки. «Луна-3» управлялась с наземных станций в Советском Союзе. Советские СМИ называли космический аппарат автоматической межпланетной станцией. Зонд был переименован в «Луна-3» в 1963 году.
Миссия
После запуска на ракете Luna 8K72 (номер I18) над Северным полюсом, ступень выведения Блок E была отключена по радиоуправлению, чтобы вывести Luna 3 на курс к Луне. Первоначальная радиосвязь показала, что сигнал от космического зонда был примерно вдвое слабее ожидаемого, и внутренняя температура повышалась. Ось вращения космического аппарата была переориентирована, а часть оборудования выключена, что привело к снижению температуры с 40 °C до около 30 °C. На расстоянии от 60 000 до 70 000 км от Луны включилась система ориентации, и вращение космического аппарата было остановлено. Нижняя часть аппарата была направлена на Солнце, которое освещало обратную сторону Луны. Космический зонд прошел на расстоянии 6200 км от Луны в районе Южного полюса в момент наибольшего сближения с Луной в 14:16 UT 6 октября 1959 года и продолжил движение над обратной стороной. 7 октября фотоэлемент на верхней части космического зонда зафиксировал освещенную Солнцем обратную сторону Луны, и началась последовательность фотосъемки. Первая фотография была сделана в 03:30 UT на расстоянии 63 500 км от Луны, а последняя – через 40 минут с расстояния 66 700 км. Всего было сделано 29 снимков, охватывающих 70% обратной стороны. После завершения фотосъемки космический аппарат возобновил вращение, пролетел над Северным полюсом Луны и начал возвращение к Земле. Попытки передачи изображений в Советский Союз начались 8 октября, но первые попытки оказались безуспешными из-за слабого сигнала. По мере приближения Luna 3 к Земле, к 18 октября было передано около 17 фотографий. Связь с зондом была полностью потеряна 22 октября 1959 года. Предполагалось, что космический зонд сгорел в атмосфере Земли в марте или апреле 1960 года. Существовала и другая возможность – что он оставался на орбите до 1962 года или позже. Первоначально он был выведен на орбиту с перигеем за пределами верхней границы атмосферы Земли. После выполнения миссии, когда зонд совершил несколько оборотов вокруг Земли, секулярное увеличение эксцентриситета привело к снижению перигея, поскольку большая полуось оставалась неизменной. После одиннадцати орбитальных оборотов Luna 3 вошла в атмосферу Земли. Это первый зафиксированный случай искусственного эффекта Лидова-Козая.
Первая гравитационная помощь
Маневр гравитационного содействия был впервые использован в 1959 году, когда «Луна-3» сфотографировала обратную сторону Луны. После запуска с космодрома Байконур, «Луна-3» прошла за Луной с юга на север и направилась обратно к Земле. Гравитация Луны изменила орбиту космического аппарата, а также, благодаря собственному орбитальному движению Луны, изменилась и плоскость орбиты аппарата. Орбита возвращения была рассчитана таким образом, чтобы космический аппарат вновь прошел над Северным полушарием, где располагались советские наземные станции. Маневр был основан на исследованиях, выполненных под руководством Мстислава Келдыша в Институте математики им. Стеклова.
Фотография Луны
Целью этого эксперимента было получение фотографий лунной поверхности во время пролета космического аппарата мимо Луны. Система визуализации получила обозначение «Енисей-2» и состояла из камеры с двумя объективами AFA E1, автоматического блока обработки пленки и сканера. Объективы камеры имели фокусное расстояние 200 мм с диафрагмой f/5.6 и 500 мм с диафрагмой f/9.5. Камера несла 40 кадров термо- и радиационно-стойкой 35-мм изохромной пленки. Объектив 200 мм позволял получить изображение всего диска Луны, а 500 мм – изображение участка поверхности. Камера была закреплена на космическом аппарате, а наведение осуществлялось путем вращения самого аппарата. «Луна-3» была первым успешным космическим аппаратом с трех осевой стабилизацией. На протяжении большей части миссии аппарат стабилизировался вращением, но для фотографирования Луны он ориентировал одну ось на Солнце, а затем использовал фотоэлемент для обнаружения Луны и наведения камер на нее. Обнаружение Луны подавало сигнал на открытие крышки камеры и автоматический запуск фотосъемки. В течение фотосессии изображения чередовались между обеими камерами. После завершения съемки пленка перемещалась в бортовой процессор, где она проявлялась, фиксировалась и сушилась. Затем с Земли поступали команды на перемещение пленки в сканер с летучим пятном, где пятно, создаваемое электронно-лучевой трубкой, проецировалось через пленку на фотоумножитель. Пятно сканировало пленку, а фотоумножитель преобразовывал интенсивность прошедшего через пленку света в электрический сигнал, который передавался на Землю (через частотно-модулированное аналоговое видео, аналогичное факсимильной связи). Кадр мог быть отсканирован с разрешением 1000 (горизонтальных) линий, а передача могла осуществляться с низкой скоростью сканирования на больших расстояниях от Земли и с более высокой скоростью на близких расстояниях. Камера сделала 29 снимков за 40 минут 7 октября 1959 года, с 03:30 до 04:10 UT, с расстояний от 63 500 км до 66 700 км над поверхностью, охватив 70% обратной стороны Луны. Семнадцать (по некоторым данным, двенадцать) кадров были успешно переданы на Землю (станциями слежения в Крыму и на Камчатке), а шесть опубликованы (кадры № 26, 28, 29, 31, 32 и 35). Это были первые фотографии дальнего полушария Луны. Система визуализации была разработана П. Ф. Братславцем и И. А. Росселевичем в Ленинградском научно-исследовательском институте телевидения, а полученные изображения были обработаны и проанализированы Ю. Н. Липским и его группой в Астрономическом институте Штернберга. Камера AFA E1 была разработана и изготовлена на заводе КМЗ (Красногорский механический завод). Пленка, термо- и радиационно-стойкая, была получена из американских аэростатов Genetrix, захваченных советскими войсками.
Наследие
Изображения были проанализированы, и первый атлас обратной стороны Луны был опубликован Академией наук СССР 6 ноября 1960 года. Он включал каталог из 500 выделяющихся элементов рельефа. В 1961 году в СССР был выпущен первый глобус (масштаб 1:13600000), содержащий лунные объекты, невидимые с Земли, созданный на основе изображений, полученных с "Луны-3". Среди названных объектов – Море Московское и кратеры, названные в честь Константина Циолковского, Жюля Верна, Марии Кюри и Томаса Эдисона.