Мотор-колеса и ядерный климат-контроль: как устроен "Луноход"

Фото: Андрей Сербин

Чтобы он смог делать всё то же, что и живой космонавт, ему было необходимо транспортное средство. Ключевой проблемой было шасси, и решить ее поручили военному НИИ из Ленинграда, проектировавшему ходовую часть. Военные конструкторы остановились на старом добром колесе, отвергнув гусеничный ход, шагающий, прыгающий, перекатывающийся… Определяющих требований к шасси "Лунохода" было несколько.

Прежде всего движитель должен быть настолько универсальным, чтобы свести к минимуму вероятность "засадить" планетоход – подтолкнуть-то его будет некому! Да и с "раскачкой", как покажет жизнь, у космических роботов проблемы. Кроме того, профиль протекторной части должен был препятствовать боковому сползанию транспортного средства при движении по склонам. Во-вторых, важна надежность, а что может быть проще колеса? Тут, кстати, сразу и в-третьих, по причине простоты колесо как таковое – предельно легкий узел. Наконец, оно – один из самых эффективных движителей и требует наименьших энергозатрат. Применение шасси с колесами дает возможность варьировать их количество, а помимо снижения давления на грунт, это еще и возможность повысить живучесть транспортного средства – за счет исключения из игры отказавших колес.

Колесо заново

Правда, колесо пришлось существенно дорабатывать, и прежде всего потому, что в конце 1960-х человек очень приблизительно знал, что представляет собой лунный грунт. Комбинация камней всех калибров с рыхлыми породами непредсказуемой плотности требовала колеса с противоречивыми свойствами. И военные такое сделали. Три тонких титановых обода легко катились по твердой поверхности, натянутая между ними сетка вступала в действие на сыпучем грунте, когда обода начинали проваливаться. Приваренные поверх всего уголки-грунтозацепы помогали выгребать на рыхлой поверхности под нагрузкой. Как потом оказалось, они были востребованы чаще, чем хотелось бы. Легкие спицы вместо дисков обеспечивали необходимую прочность и упругость на случай жесткого контакта колеса с камнями.

Окончательный вариант колес рождался в результате расчетов и многочисленных испытаний. Опытные образцы катали на трех полигонах с разными типами грунтов и даже в отсеке самолета, имитирующего лунную гравитацию, которая составляет 1/6 часть земной. Например, много времени занял подбор величины ячейки сетки, натянутой на обод.

В тонкую ступицу колес встроили электродвигатель постоянного тока с редуктором и пиропатроном. Последний подрывался дистанционно в случае аварийного заклинивания привода, и колесо, разобщенное таким образом с осью редуктора, превращалось из ведущего в ведомое, то есть просто катилось по поверхности. Таким образом можно было без непосредственного участия человека "отремонтировать" привод пяти колес из восьми имеющихся, и аппарат мог продолжать выполнение задачи с тремя оставшимися ведущими!

Нервы длиной 400 тыс. км

Самым сложным пунктом в лунном проекте СССР было управление "Луноходом". Оно было дистанционным, и более дистанционное найти было трудно: расстояние от Моря Дождей на Луне, куда высадился наш космический робот, до Центра дальней космической связи в Крыму, где располагался его экипаж, превышало 400 000 километров.

Командный радиосигнал преодолевал этот путь за 2,5 секунды, то есть с такой задержкой аппарат реагировал на команды водителя. Но это была не главная проблема. Основная трудность была в скорости обновления картинки на мониторе перед оператором. Передача изображения с камер "Лунохода" на Землю только называлось телевизионной, на самом деле водитель видел перед собой, мягко говоря, слайд-шоу: кадр сменялся не 25 раз в секунду, а один раз в 3–20 секунд (в зависимости от рельефа местности)! Ничего не поделаешь – обеспечить более быструю передачу данных каналы связи и счетно-решающие машины того времени не могли. Таким образом, после обнаружения препятствия машина продолжала двигаться еще не менее 8 секунд! Именно поэтому водители никогда не "гнали" быстрее 2 км/ч.

Усугубляли проблему особенности лунного освещения – настолько резкого и контрастного, что дорожная ситуация "за лобовым стеклом" выглядела для оператора как набор черных и белых пятен. В некоторые дни, когда солнце стояло в зените, "ехать" было вообще нельзя. Поэтому в помощь глазам водителя аппарат присылал ему данные с дополнительных датчиков: крена, дифферента, нагрузки и пробуксовки колес. Анализируя их, экипаж быстрее понимал, что происходит с его машиной: накренилась на каменной гряде, спускается в кратер, карабкается из него с 90-процентной пробуксовкой... Работа экипажа была столь напряженной, что больше двух часов "за рулем" он не выдерживал.

Что внутри?

Кстати, об экипаже. Он состоял из пяти человек. Кроме водителя, сидевшего на рычагах (поворачивал "Луноход" по-танковому, с подтормаживанием колес), были еще штурман, бортинженер, оператор остронаправленной антенны и командир экипажа. Как бы там ни было, даже при прочих благоприятных условиях поместиться в своей машине все эти люди не могли бы, поскольку ее округлый корпус (макс. диаметр 2 150 мм) полностью занят научной аппаратурой и системами, отвечающими за работу шасси. Маршевые электродвигатели планетохода питались от серебряно-кадмиевых аккумуляторных батарей, которые получали зарядку от солнечных панелей, размещенных на верхней откидывающейся крышке. Ночью (1 лунная ночь, как и лунный день, длится почти 14 земных суток) крышка закрывалась, чтобы беречь тепло в корпусе, и аппарат на это время замирал в "анабиозе". Причина не в отсутствии мощных фар, а в отсутствии возможности подзаряжать батареи без солнца.

Одной из ключевых систем "Лунохода" была климатическая установка, которая обеспечивала заданную температуру в герметичном корпусе при забортной температуре –150 °С ночью и +150 °С днем. Источником тепла служила капсула с радиоизотопом Полоний-210, излишнее же тепло отводилось через крышу корпуса, являющуюся радиатором. Газ-теплоноситель циркулировал внутри корпуса по двум контурам, причем второй был выделен для аппаратуры с особо строгим тепловым режимом. Эффективность тогдашнего климат-контроля была столь высока, что позволяла не беспокоиться за сохранность аппаратуры при разнице температур левого и правого бортов аппарата в 100 градусов!

Гарантийные обязательства

Всего было выпущено четыре экземпляра "Лунохода", не считая опытных версий и тренировочных экземпляров. Самый первый "боевой" экземпляр, которому впоследствии присвоили наименование "Луноход-0", из-за аварии ракеты на старте в космос не попал. Второй аппарат под именем "Луноход-1" наездил по Луне 10 540 метров, выполнив множество научных задач. Производитель – оборонное предприятие Машиностроительный завод имени С. А. Лавочкина – гарантировал три месяца бесперебойной работы своего детища, но "Луноход-1" отработал без малого год, с 17 ноября 1970 г. по 15 сентября 1971 г. Эксплуатацию пришлось прекратить после того, как выработал свой ресурс изотопный источник тепла и "начинка" восьмиколесного робота окончательно замерзла холодной лунной 150-градусной ночью…

"Луноход-2" в 1973 году накрутил по Луне уже 40 000 метров, отработав более положенных трех месяцев, но вышел на заслуженный отдых не из-за поломки или выработки ресурса. Попав в особенно сложный кратер, аппарат зачерпнул открытой верхней крышкой грунт, при попытке стряхнуть который была загрязнена и крышка-теплообменник. Без пополнения электроэнергии от Солнца и при отсутствии охлаждения "Луноход-2" долго не протянул.

Третья версия лунного беспилотника, планетоход "Луноход-3", на свою планету снова не попал, поскольку СССР чуть раньше свернул лунную программу. Самое надежное транспортное средство Вселенной в отличном состоянии и с нулевым пробегом хранится сейчас в надежном месте. Заинтересованные лица берегут его пуще зеницы ока – а ну как попадется в руки автостроителей и они тоже научатся делать безотказные машины…

Краткие технические характеристики "Лунохода-1"

Читайте также: