Большая Советская энциклопедия - 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 (См. Сфера 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 был осуществлен перевод его на траекторию снижения 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.

Схема перехода космического аппарата на орбиту спутника Луны: V — скорость космического аппарата в ближайшей к Луне точке селеноцентрической гиперболической орбиты (1); ( V — тормозящий импульс; v — скорость космического аппарата после торможения, в результате чего он переходит на орбиту (2) спутника Луны; (3) — сфера действия тяготения Луны.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

1969—1978