На все эти вопросы предстояло ответить в ходе экспериментов, прежде, чем разрабатывать машину, которая отправится на Луну. Часть ответов Королёв дал сразу, но некоторые нужно было обосновать с научной точки зрения, как, например, температурный диапазон лунного дня и ночи, или характер грунта на Луне. Единого мнения по этому вопросу на тот момент не было. Королёв рассказал Кемурджиану о проводившейся с 1956 года под руководством Всеволода Сергеевича Троицкого научно-исследовательской работе по дистанционному определению основных свойств лунного грунта при помощи радиолокатора.
(http://krymology.info/index.php/Искусственная_луна)
Троицкий предложил проводить прецизионные измерения спектра постоянной составляющей радиотемпературы Луны, сравнивая её радиоизлучения с излучением эталонного диска диаметром от 4 до 8 метров, покрытого вспененным графитом и представляющим собой для радиотелескопа абсолютно черное тело, которое ничего не отражает, а его излучательная способность равна единице.
Размер диска подбирали в зависимости от расстояния до радиотелескопа, так, чтобы диск имел угловые размеры Луны и подвешивали его на опорах, расположенных в волновой зоне антенны радиотелескопа. Данный метод позволял выделить излучение Луны на фоне космического и земного фона радиоизлучения, и внутренних шумов аппаратуры, сравнивая излучение от настоящей Луны и искусственной Луны, используемой в качестве эталона.
Королёв убедил академика Келдыша воспользоваться своими полномочиями научного директора Главкосмоса для ускорения этой важной работы. Летом 1960 г (АИ, в реальной истории — летом 1962 г) на одной из башен Генуэзской крепости в Судаке установили 'искусственную луну'. Радиотелескоп направляли на диск 'искусственной луны', регистрировали её излучение, затем разворачивали на настоящую луну, и регистрировали её излучение. Опыт проводился несколько раз в день в течение нескольких месяцев.
Для наблюдений в сантиметровом диапазоне влажный морской воздух южного побережья Крыма не годился — пары воды поглощали слабое излучение Луны. Пришлось переносить радиотелескоп на Памир, где, на высоте 4200 метров, в очень сухом воздухе эффект поглощения не ощущался. Ещё одна группа радиоастрономов работала в Горьком.
Закладывая в программу для ЭВМ различные предполагаемые значения плотности и теплопроводности поверхностного слоя лунного грунта, в течение месяца учёные под руководством Троицкого рассчитали нагрев и охлаждение поверхности Луны. Эти данные затем сравнили с точно измеренной температурой искусственной Луны — 4-хметрового диска, установленного на высокой горе. Это дало возможность определить плотность и теплопроводность вещества в верхнем слое Луны.
В результате этих исследований были точно определены параметры и состав лунного грунта, и создана современная модель строения верхнего покрова Луны. Сравнительными радиоизмерениями удалось определить, что плотность верхнего слоя лунного грунта в два раза меньше плотности воды (0,5 г/см³), а теплопроводность его очень мала. Сравнение радиоизлучения Луны с точно известным радиоизлучением искусственной Луны показало, что верхний покров Луны состоит не из пыли. Был сделан вывод, что лунный грунт — это сплошное пористое вещество, похожее по физическому состоянию на пемзу, но отличающееся по химическому составу. Порода поверхностного слоя Луны, по оценке радиоастрономов, содержит 60-65% оксида кремния (кварц), 15-20% оксид алюминия (корунд), остальные 20% составляют оксиды калия, натрия, кальция, железа и магния в сильно пористом состоянии.
Горьковские радиоастрономы также сделали вывод, что температура грунта растет с глубиной, и что плотность вещества глубже 4 см близка к 1 г/см3. Точными измерениями Горьковской группой было определено, что температура Луны, вычисленная по радиоизлучению, увеличивается с увеличением длины волны. Удалось определить, что на глубине 20 м, с которой поступают радиоволны в 35 см, температура выше, чем на поверхности Луны, полученной так же с помощью радиоизмерений примерно на 25RС. Это давало надежду, что в будущем, при колонизации Луны, достаточно будет заглубить строения лунной базы в грунт, одновременно защитив их от космического холода, радиации и ударов микрометеоритов.
После знакомства Кемурджиана с Троицким и первыми результатами его исследований началась разработка ходовой части лунохода. Первым делом был разработан и испытан мотор-редуктор. На луноходе их было 8 — все колёса машины были ведущими. На случай заклинивания предусмотрели отключение колеса от редуктора, чтобы оно могло вращаться свободно.
Мотор-редуктор Лунохода
Учитывая малую скорость движения лунохода по Луне, колёса сделали лёгкими, с ободами из металлической сетки и пластинчатыми грунтозацепами. Диаметр колеса по грунтозацепам сделали 510 мм, ширину — 200 мм. Для улучшения проходимости колёса попарно объединили в четыре двухколёсных блока, каждое колесо в блоке подвешивалось на рычажной подвеске, качающейся вокруг неподвижной оси. Такая схема хорошо работала при наезде на камень или вал небольшого кратера.
Блок шасси Лунохода
Приборный отсек лунохода и посадочную ступень для его спуска на Луну разрабатывал всё тот же конструкторский коллектив Георгия Николаевича Бабакина в лавочкинском ОКБ-301. К маю 1962 года успели сделать раму шасси, колёса и мотор-редукторы. С приборным отсеком ещё предстояло много работы.
(АИ, в реальной истории 31 мая 1964 года Королёву только показывали на плакатах гусеничный вариант проекта лунохода. 18 июня 1966 г Г.Н. Бабакин подписал техзадание на колёсную ходовую часть, а в начале 1968 г первый образец шасси был сдан для испытаний на МЗ им. Лавочкина. Таким образом, в АИ опережение по луноходу составляет чуть менее 6 лет, только за счёт оптимизации согласований при разработке.)
Шасси Лунохода
Готовность шасси позволила начать его ходовые испытания под управлением оператора с проводным пультом. Оператор шёл с пультом в руках рядом с луноходом, наблюдая, как машина преодолевает препятствия. В это время шла разработка системы дистанционного радиоуправления и телевизионной системы из нескольких телекамер.
31 мая 1962 г в НИИ-100 прибыла представительная делегация из ОКБ-1: Королёв, Тихонравов, Сергей Сергеевич Крюков, Константин Давыдович Бушуев, Анатолий Петрович Абрамов, Владимир Васильевич Молодцов и Владимир Петрович Зайцев.
Александр Леонович Кемурджиан, как основной докладчик, доложил о проделанной работе и продемонстрировал шасси будущего лунохода. Василий Степанович Старовойтов остановился на организационных моментах — для продолжения работ требовалось финансирование постройки отдельного производственного корпуса.
Все ждали, как выскажется Главный конструктор. Королёв остался доволен:
— Все ваши предложения и просьбы — разумные. И финансирование будет, и специальный корпус надо строить, и смежники будут работать.
При создании космических объектов самое главное — это надёжность. Не следует брать рекорды. Это будет первая машина. Никого до нас на Луне не было, это первый в мире автомат. Неизвестно, как управлять машиной с Земли, как поведут себя материалы и смазки в космическом вакууме. Поэтому надо снизить ходовые параметры, в частности — скорость и максимальный пробег. Необходимо, чтобы луноход прошёл по Луне хотя бы десяток километров и с небольшой скоростью. Может, стоит удвоить число приводов, дублировать команды, сделать так, чтобы отказ какой-либо из систем не повлиял на работу машины в целом.
Таким образом, коллектив Бабакина получил действующее шасси, на котором уже можно было монтировать и испытывать приборный отсек и все системы лунохода (АИ частично).
После февральских полётов экипажей Поповича и Быковского на 'Союзе-2', а также Берегового, Властимила Давида, и Росмина Норьядина на 'Союзе-3', Королёв и Келдыш представили Первому секретарю проект программы пилотируемых полётов на предстоящие 10 месяцев 1962 года.
— И я, товарищ Первый секретарь, хотел бы обратить ваше внимание, что на этом подготовленные космонавты у нас заканчиваются, как в нашем отряде, так и в международном. Пора объявлять второй набор космонавтов, — сообщил Сергей Павлович. — Иначе не успеем подготовить их до следующего года.
— Мы, конечно, можем и будем запускать космонавтов Первого отряда по второму и третьему разу, — добавил академик Келдыш. — Но Сергей Палыч прав — надо готовить смену заранее.
Первый секретарь прочитал список, поднял голову и посмотрел на руководителей Главкосмоса поверх очков:
— Гм... Вы что, планируете каждый месяц по экипажу запускать? Плюс ежемесячные пуски фоторазведчиков для военных, спутники связи, астрофизические и биологические эксперименты, навигационные, телевизионные, метеоспутники, контроль ресурсов, пуски к Венере, Марсу, Луне. Мужики, этак мы без штанов останемся...
— Никита Сергеич, вы же сами требовали в 59-м интенсифицировать космическую программу, — напомнил Королёв.
— Помню. У американцев на этот год сколько полётов запланировано?
— Три. Гленн, Карпентер и Ширра. Ещё они могут Гриссома запустить вне плана — по суборбитальной траектории они его запускать не стали, после нашего прошлогоднего штурма.
— Я рассчитывал, что вы запустите долговременную орбитальную станцию, даже две — гражданскую и военную, — ответил Первый секретарь. — И на ней можно будет работать подолгу. На 'Веге' (АИ, см. гл. 07-03) всё-таки больше 10 — 12 дней людям задерживаться рискованно. Да и серьёзные эксперименты в таком тесном внутреннем объёме станции проводить, как я подозреваю, сложновато, так?
— В общем, да, — признал Келдыш. — Но по экспериментам, особенно — биологическим, у нас уже очередь образовалась. Сейчас наша главная задача — изучить поведение человеческого организма в невесомости, найти средства, позволяющие сохранять здоровье и работоспособность во время длительных полётов.
— Долговременную станцию, учитывая её стоимость, мы запустим, когда будем полностью уверены в надёжности носителя 'Днепр', — пояснил Сергей Павлович. — До тех пор запускать её преждевременно. К тому же, станция-то готова, а вот некоторое научное оборудование, из того, что запланировано к установке на её борту, ещё запаздывает. Делают его смежники, оборудование новое, раньше такого не делали, поэтому неизбежны задержки.
Мы с Володькой (Челомеем) обсудили ситуацию, когда ему дали допуск (АИ, см. гл. 07-10), и он, по нашей просьбе, сделал из одного из корпусов своих ТКС полноразмерную гидропонную космическую оранжерею.
— Ого! — удивился Хрущёв. — Неожиданный ход.
— ТКС тем и ценен, что на его основе можно строить самые разные модули для орбитальных станций, — пояснил Мстислав Всеволодович.
— Этот модуль мы назвали 'Природа', и, так как ТКС сам по себе, без груза, не слишком тяжёлый, его можно вывести на орбиту на обычном, уже хорошо отлаженном 'Союзе-2.3', — рассказал Королёв. — Модуль оснащён двумя стыковочными узлами, на каждом конце, поэтому его можно будет сейчас пристыковать к малой станции 'Вега', а после запуска полноразмерной ДОС перестыковать к ней.
(Модуль 'Природа', запущенный к станции 'Мир', весил 20 тонн. https://ru.wikipedia.org/wiki/Природа_(модуль_орбитальной_станции_"Мир") В АИ он будет весить поменьше, в пределах 11 тонн, размером будет покороче, и будет нести меньше научного оборудования.)
Эксперименты с выращиванием растений на орбите нам очень важны, так как лететь к Марсу или Венере без запаса свежих овощей на борту корабля — не лучшая идея, на эти грабли ещё средневековые мореплаватели наступали. Цинга, и всё такое. Можно, конечно, глотать витамины, но уход за растениями заодно позволяет занять людей делом во время долгого перелёта, и улучшает моральный климат в экипаже. Люди, наблюдая за растениями, становятся спокойнее. Когда человеку предстоит провести полтора года в консервной банке посреди космоса, глядя изо дня в день на одни и те же рожи — это, сами понимаете, немаловажно.
Космическая оранжерея на борту ТКС — это уменьшенный прототип оранжереи для будущего ТМК. Нам очень важно начать эксперименты с выращиванием растений как можно раньше. В то же время оранжерея даёт дополнительное пространство для тренировок экипажа, в её проходе можно разместить велоэргометр и беговую дорожку, не рискуя ежеминутно приложиться головой о стенку орбитального отсека, как это сейчас происходит на борту 'Веги'. Космонавты должны тренироваться не меньше двух часов в день, тогда они могут летать месяцами. Не сразу, но в перспективе.
— Понятно, — Первый секретарь одобрительно кивнул. — Хорошо. Запускайте свой модуль, и начинайте проводить эксперименты. Дополнительный набор в космонавты тоже надо уже проводить. Обучение сколько занимает? Год?
— Базовое — год, плюс ещё от одного месяца до полугода может занять подготовка к конкретному полёту, в зависимости от программы экспериментов. Если на борту нужно монтировать новое оборудование и работать на нём, то космонавты должны это оборудование досконально изучить, а оно обычно далеко не простое, — подтвердил Келдыш.
— Тогда — да, самое время начинать подыскивать кандидатов для второго отряда, — согласился Первый секретарь. — Да, Сергей Палыч, когда вы сказали, что вам надо много космонавтов, я, грешным делом, отнёсся к этому с недоверием. Но теперь понимаю, что вы были правы.
В этот период большинство исследовательских спутников имело небольшие размеры и запускалось ракетой-носителем лёгкого класса 'Космос' 63С1, первой ступенью которой была БРСД Р-12. (см. список запусков 1962 г https://space.skyrocket.de/doc_chr/lau1962.htm). На более тяжёлых и дорогих ракетах запускали спутники фоторазведки 'Зенит', навигационные и телевизионные спутники.
Чтобы приспособить носитель 'Союз-2.3' для запуска ТКС, к нему приделали расширяющуюся коническую раму-переходник, к которой и крепился корабль, изначально рассчитанный под носитель большего диаметра. Модуль 'Природа' был запущен на орбиту 28 марта 1962 года и пристыкован в автоматическом режиме к орбитальной станции 'Вега' (АИ). Стыковку проводили по командам с Земли, во время прохождения объектов над территорией СССР в районе полигона Сары-Шаган. Для слежения использовали комплекс радиолокаторов противоракетной обороны.
Через неделю, 4 апреля, на корабле 'Союз-4' по программе 'Интеркосмос' на станцию отправился экипаж из трёх человек — Иван Аникеев, Капил Бхаргава, Ярослав Шрамек. Экипаж стартовал с индийского космодрома Шрихарикота. Таким образом Индия поддерживала свой имидж современной высокотехнологичной космической державы. Заодно, чтобы 'поддерживать марку', Неру пришлось развернуть программу строительства жилья эконом-класса и принимать меры по созданию новых рабочих мест для снижения безработицы (АИ), иначе контраст между космическими запусками и трущобами Бомбея и Калькутты выходил совсем уж неприличным.
Им предстояло первыми работать с новым модулем и проводить прочие эксперименты, как биологические, так и астрофизические. 5 апреля 'Союз-4' состыковался с орбитальной станцией 'Вега', используя второй стыковочный узел модуля 'Природа'. Войдя в модуль, космонавты обнаружили, что семена растений, засеянные в гидропонные волокнистые маты, уже проросли и развиваются нормально. Оранжерея в полёте управлялась программой, заложенной в БЦВМ модуля. Часть растений стартовала в космос уже на заключительном этапе вегетации — в расчёте на то, чтобы у космонавтов уже через неделю полёта были в рационе свежие овощи и фрукты. Перенести перегрузки на старте растениям помогала специальная система страховочных креплений. Для первого раза в теплице высадили ранние сорта культур с минимальным сроком вегетации — редис, огурцы и салат.
