«Луноход-1». Почти тест-драйв: Транспорт для лунатиков

Игорь Широкун null
Игорь Широкун
Apr 12, 2004 12:00 AM

12 апреля 1961 года человек совершил первый виток вокруг Земли и в этот день теперь отмечается День космонавтики. Сегодня же участки лунной поверхности может купить любой желающий. О транспорте для луновладельцев позаботились советские инженеры еще 35 лет назад.

Луноход Луноход. Без малого за год работы луноход ни разу не потребовал технического обслуживания. Луноход Луноход. Пресловутое «пятое» колесо на самом деле было девятым и работало «счетчиком» пробега. Луноход Луноход. В ступице колеса поместились электромотор и редуктор. Луноход. На передке уникальной машины - две курсовые телекамеры и уголковый отражатель. Луноход. Остронаправленной ТВ-антенной управлял специально назначенный член экипажа. Луноход. Продольные рычаги подвески очень тонкие. Пучки торсионов крепились на концах опор рычагов. Луноход. Это не бур, а малонаправленная антенна телеметрии. С нее передавались сигналы на торпедо водителя.

12 апреля 1961 года человек совершил первый виток вокруг Земли и в этот день теперь отмечается День космонавтики. Сегодня же участки лунной поверхности может купить любой желающий. О транспорте для луновладельцев позаботились советские инженеры еще 35 лет назад.

Когда в начале 60-х годов прошлого века ученые нескольких военных НИИ начинали разработку «самоходных средств передвижения по поверхности Луны», они рассматривали разные концепции конструкции будущего аппарата: шагающий, перекатывающийся, винтовый, гусеничный… Но в конце концов оказалось, что целесообразнее всего построить аппарат, перемещающийся на колесах.

Обошлись без дизайнеров

Кузов первому планетоходу землян требовался для размещения систем управления, научной аппаратуры и источников энергии. Поскольку достоверно известно, что на Луне ни одно существо этой машиной любоваться не будет, проектанты отказались от услуг дизайнеров. При отсутствии воздуха вопрос обтекаемости также не стоял на повестке дня. Посему стилистика экстерьера – чистая геометрия: усеченный конус с выпуклыми крышками вверху и внизу. О шумоизоляции также не беспокоились по причине отсутствия звука в вакууме, а вот климатической установке уделили максимум внимания – двухсотградусный перепад температур не должен мешать работе «начинки» непрезентабельной круглой коробки.

Экранно-вакуумная изоляция, проложенная по поверхности приборного отсека, защищала аппарат от колебаний температуры при неравномерном солнечном освещении, от потерь тепла в холодные лунные ночи и от перегрева днем. Активная теплозащита осуществлялась посредством теплоносителя – газа, который циркулировал во внутреннем объеме корпуса. Приборы с особенно жестким температурным режимом обдувались по индивидуально предусмотренным каналам. В зависимости от режима газ-теплоноситель был или холодным, или горячим. Для его подогрева использовался радиоактивный изотоп, выделяющий при распаде тепло.

Жестко зафиксированная крышка герметичного приборного отсека одновременно являлась радиатором-охладителем. Вторая, самая верхняя крышка, днем откидывалась назад и вверх, не препятствуя отводу тепла через крышку-радиатор, а ночью опускалась на корпус, помогая поддерживать в машине определенную температуру. Еще одно удачное решение конструкторов – расположенная на внутренней стороне этой крышки солнечная батарея. Ведь ночью, в тени, она не нужна, а днем могла фиксироваться в поднятом положении под любым углом, чтобы «поймать» как можно больше солнца.

Колесная формула «восемь минус пять»

Разработка ходовой части лунохода стала самым «крепким орешком» для его конструкторов. При тогдашнем уровне финансирования космической отрасли можно было сделать любую «ходовку», но какая же именно нужна? Ответа на этот вопрос не было. Условия эксплуатации предполагались адские – жара, холод, пыль – при полном отсутствии сервиса. Главное же, что в то время достоверно не были известны характеристики грунта, на котором луноходу предстояло оставить свои рубчатые следы.

Восьмиколесное шасси избрали не только по причине малого давления на пыльный лунный грунт. Решающим был другой фактор: чем больше колес, тем легче отказаться от какого-либо из них в случае неисправности без утраты подвижности транспортного средства.

Этот «неземной» конструкторский прием выглядел следующим образом. Каждое из восьми колес оборудовалось собственным электродвигателем, встроенным в ступицу. Для вала, соединяющего колесо с редуктором электропривода, было предусмотрено местное ослабление сечения, куда вмонтировали пиропатрон. В случае заклинивания редуктора или электродвигателя луноход мог обойтись без помощи механиков. По команде с Земли пиропатрон подрывался и, ломая вал, разобщал колесо с отказавшим узлом. Так это колесо превращалось из ведущего в ведомое. Аппарат мог продолжать передвижение даже в случае отказа приводов пяти колес – то есть на трех ведущих.

Колесо делалось следующим образом: на каркас из трех титановых ободьев вместо шин натягивалась сетка из нержавеющей стали, усиленная титановыми грунтозацепами. Чтобы определить размер ячеек сетки, пришлось испытывать колеса на смоделированных образцах лунного грунта, причем в искусственно созданных условиях гравитации, с точностью до 1% приближенных к лунным. Спицевали и балансировали колеса на Харьковском велосипедном заводе.

Постоянный контакт каждого движителя с грунтом при любых режимах движения обеспечивала простая и эффективная подвеска – независимая, на пучках титановых торсионов. Ход подвески гарантировал преодоление уступов высотой до 400 мм без задевания элементами конструкции поверхности планеты.

Неземные подробности

Восемь двигателей лунохода питались постоянным током от буферного аккумулятора. Он, в свою очередь, подзаряжался от солнечной батареи, так что «заправка» лунохода обходилась бесплатно. Особый предмет гордости создателей – подшипники и другие пары трения. Инженеры смогли разработать узлы, функционирующие в условиях вакуума и перепадов температур в диапазоне от –150°С до +150°С. Для электродвигателей пришлось сконструировать особые коллекторные щетки, пригодные для работы в вакууме.

Отдельной рабочей тормозной системы у лунохода не было – тормозил он теми же тяговыми электромоторами, переводимыми в режим реверса. А вот «ручник» был, да еще какой – дисковый, с электромагнитным управлением! Нужно же как-то удерживать машину на склонах при «парковке» или в минуты, пока водитель осматривал незнакомую местность. Поворачивал аппарат по танковому принципу – за счет подтормаживания колес одного из бортов.

Прежде чем окончательно утвердить конструкцию и отправить машину «к месту постоянной эксплуатации», ее больше года тщательно испытывали. Сначала на искусственном лунодроме при секретном ВНИИ-100, потом в специально оборудованном самолете, и наконец на обустроенных полигонах в Ленинграде, под Симферополем, на Камчатке. Одновременно люди учились управлять неземной машиной.

За рулем лунохода

Только один человек на Земле может похвалиться тем, что он умеет профессионально управлять луноходом изнутри. Космонавт №5 Валерий Быковский вряд ли зазнался, хотя именно он учился ездить на луноходе, сидя непосредственно на его шасси. В начале 1970-х годов предполагалось, что «Луноход-1» станет частью большой «лунной» программы и будет транспортировать не только автоматические приборы, но и людей.

Во время работы на Луне аппарат управлялся дистанционно. Каждый из двух экипажей, сменяющих друг друга в течение одиннадцати месяцев, состоял из командира, водителя, штурмана, бортинженера и оператора остронаправленной антенны. Вместо лобового стекла у водителя перед глазами находился монитор с изображением, передаваемым двумя курсовыми телекамерами лунохода. Использовались также телевизионные картинки с камер бокового обзора, телеметрические данные бортовых гироскопов, датчиков пройденного пути, крена и дифферента, а также тока маршевых двигателей.

Хотя аппарат вышел «неторопливым», управлять им оказалось нелегко: все-таки водитель вынужден был рулить, рассматривая препятствия с расстояния 400 тысяч километров. К тому же лунный аппарат был безнадежным «тугодумом»: сигнал с пульта управления водителя шел к нему 2,5 секунды! Столько же времени требовалось, чтобы получить обратный сигнал – телевизионную картинку местности и данные бортовой телеметрии. Получалось, что при обнаружении неожиданного препятствия луноход двигался еще пять секунд, прежде чем до него доходила команда на торможение или поворот. Правильной оценке маршрутной ситуации мешало особо контрастное освещение поверхности и необходимость управлять машиной по плоскому изображению. Однако даже в таких условиях экипаж не допустил аварийных ситуаций и повреждений.

Неутомимый труженик, луноход «шагал» без перерывов целый лунный день – две земные недели. С наступлением ночи он замирал, закрыв верхнюю крышку, но время от времени отзывался на запросы с Земли: «Все в порядке, энергия есть, температура в отсеке нормальная». Проработав почти год (с 17.11.1970 по 4.10.1971 г.), «Луноход-1» выполнил основную, а потом и дополнительную программу научных исследований. Он прекратил работу лишь тогда, когда полностью выработал свой ресурс изотопный источник тепла. Перед тем, как выключить последний тумблер на своей панели приборов, водитель развернул машину «лицом» к Земле, чтобы уголковый отражатель аппарата еще многие годы обеспечивал лазерную локацию нашей планеты-спутника.

 Служба безопасности

В случае поломки или застревания помощи «Луноходу-1» и «Луноходу-2» ждать было неоткуда. Поэтому, кроме безупречной надежности, конструкторы предусмотрели для самоходного аппарата несколько собственных «систем безопасности».

БАШ – блок автоматики шасси (построенный на реле) с помощью гироскопических датчиков крена и дифферента «следил» за безопасностью движения. В критической ситуации БАШ мог самостоятельно дать команду на остановку независимо от мнения экипажа. ПРОП – прибор оценки проходимости – анализировал грунт на предмет несущей способности. Он включал в себя штамп для внедрения и поворота в грунте и девятое колесо – счетчик пробега. При вероятности застревания или буксования машины ПРОП «предупреждал» БАШ об опасности.

 Условия эксплуатации*

Перед началом проектирования лунохода наука располагала следующими данными об условиях его эксплуатации. Гравитация (сила притяжения) – 1/6 земной. Давление – 10-8 мм рт.ст., температура – от –150°С до + 150°С. Грунт – силикатная порода в пенно-пористом или раздробленном состоянии. Ее структура сильно переработана под воздействием вакуума, жестких излучений, солнечного ветра и метеоритных ударов, приводящих к иссечению породы и формированию особой почвы – лунита (или реголита), не имеющей прямых аналогов на Земле. Несущая способность наружного покрова 0,2 – 1 кг/см2.

Освещение – особо контрастное, визуальная оценка расстояния затруднена из-за отсутствия атмосферы. Разница температур освещенной и теневой сторон объектов (в том числе лунохода) – порядка 100°.

*Из предварительного техзадания ОКБ-1 (РКК «Энергия») и отчета ВНИИ-100

 После

Рестайлинговой моделью лунохода стал «Луноход-2», доставленный на Луну 16 января 1973 года. В целом аналогичный «Луноходу-1»по конструкции, он получил некоторые усовершенствования шасси и научного оборудования. Благодаря этому в условиях более сложного рельефа пробег «Лунохода-2» был значительно большим – 37 км, хотя работал он всего 4 земных месяца.

Топовая версия «Луноход-3» отличалась более разнообразным набором научного оборудования. Полностью подготовленный к работе, этот аппарат по Луне так и не поездил – советская «лунная» программа к тому времени завершилась.

В 1971-1972 гг. корпорации Boing и General Motors поставляли для NASA планетоходы Rover. Аппараты двухместные, с электрическим сервоприводом джойстика-руля. Все четыре колеса – ведущие, с приводом от электромоторов, питающихся от неподзаряжаемых батарей. При земном весе 725 кг и длине 3,1 м Rover развивали при движении под уклон скорость до 18 км/ч.

Эти машины использовались тремя последними лунными экспедициями американцев. При пробеге соответственно 27,2 км, 27,1 км и 35,7 км Rover продемонстрировали высокую общую надежность. Возникающие неисправности астронавты устраняли с помощью подсказок с Земли. Например, «лунные водители» вынуждены были ремонтировать рулевое управление. Поломанное заднее крыло одной из машин нарастили заламинированной в пластик картой. Все три Rover остались на Луне, хотя в настоящее время один аналог эксплуатируют на Земле в рекламных целях.

 Луноход
Общие данные*
Тип кузова закрытый герметичный
Дверей/мест
Габариты Д/Ш/В, мм 4420/2150/1920
Колея, мм 1600
Вес снаряженного, кг 756 (на Земле)
Двигатели
Электрические постоянного тока, 8 шт.
Трансмиссия
Тип привода полный
Число скоростей 2 вперед, 1 назад
Ходовая часть
Тормоза рабочие/стояночный электродинамические/дисковый
Подвеска независимая торсионная
Колеса диам./ширина 510 мм, 200 мм
Пробег 10 км 540 м
В эксплуатации 301 сут. 6 ч 37 мин. (земных)
Место хранения Море Дождей, небесное тело Луна
*Данные модели «Луноход-1» 1969 года выпуска

Игорь Широкун
Фото Сергея Кузьмича

Редакция благодарит Музей космонавтики при Обществе «Знание» Украины за помощь в подготовке статьи

Теги:
Завантаження...