§ 5. Маневрирование спутников Луны

Имея бортовую двигательную установку, искусственные спутники Луны способны совершать различные маневры, изменяя свою орбиту. Сравнительно слабые импульсы могут перевести спутник на совершенно иную орбиту. Например, если спутник движется у самой поверхности Луны, то, увеличив его скорость на мы переведем его на орбиту с апоселением на высоте а увеличив затем в апоселении скорость еще на выведем его на круговую орбиту высотой [3.22].

Большие энергетические затраты требуются для поворота плоскости орбиты спутника. Так, для поворота на 51° плоскости круговой орбиты, расположенной на высоте без изменения ее формы понадобился бы импульс Такой поворот может понадобиться для ускоренного обзора поверхности Луны с ее полярного спутника [3.23].

Американские спутники серии «Лунар Орбитер», как правило, оставались на первоначальных окололунных орбитах лишь несколько дней (7; 5 и 4 сут для первого, второго и третьего аппа ратов), причем в случаях первых двух спутников это делалось с целью уточнения параметров гравитационного поля Луны.

Апоселении первоначальных орбит располагались на высоте около а периселении — примерно на высоте Затем для фотографирования участков лунной поверхности с близкого расстояния спутники получали тормозной импульс в апоселении, вследствие чего периселений опускался до высоты над поверхностью. Спутник «Лунар Орбитер-4» совершал позже повторный маневр, при котором апоселений был приближен к Луне. Орбита спутника «Лунар Орбитер-5» специально уменьшалась, чтобы сократить пребывание солнечных батарей станции в тени Земли во время лунного затмения.

Рис. 97 Спуск на Луну с предварительным выходом на круговую орбиту 1 — гиперболическая пролетная траектория, 2 — круговая орбита ожидания, 3 — эллиптическая орбита снижения, А, В, С ~ активные участки полета

При попытке опустить периселений орбиты спутника Луны поближе к поверхности требуется, разумеется, особенно высокая точность управления, чтобы не произошло столкновения с Луной. Но иногда такое столкновение достигается намеренно. Американские спутники «Лунар Орбитер-3, -2, -3, -5» специально разбивались о поверхность Луны, чтобы их радиопередатчики не засоряли эфир во время работы новых автоматических станций (спутник «Лунар Орбитер-4» упал на Луну естественным образом осенью 1967 г.).

Наконец, спуск с окололунной орбиты может сопровождаться мягкой посадкой. Для этого, очевидно, перед соприкосновением с лунной поверхностью должна быть совершена операция ракетного торможения, подобная рассматривавшейся в § 7 гл. 8.

Если место прилунения произвольно, то меньше всего требуется энергии для спуска на Луну, когда сход с орбиты осуществляется в периселении с помощью горизонтального тормозного импульса и угловая дальность спуска составляет 180° (полуэллиптическая траектория).

Мягкая посадка с окололунной орбиты может быть завершающим этапом полета с Земли на Луну, сопровождающегося предварительным выходом на орбиту спутника Луны — так называемую орбиту ожидания (рис. 97). Перейдя с нее на эллиптическую орбиту снижения, космический аппарат затем начинает завершающий этап посадки вблизи периселения. Как по круговой, так и по эллиптической орбите может быть совершено несколько оборотов.

Подобный метод посадки на Луну может иметь определенные преимущества перед методом прямой посадки, рассмотренным в § 7 гл. 8. Эти преимущества, однако, не энергетического характера, а связаны с целью полета.

Использование орбиты ожидания позволяет совершить посадку в восточной части Луны, где прямая посадка попросту невозможна

(космический аппарат не может «догнать Луну»). Оно желательно и в тех случаях, когда точка лунной поверхности может быть достигнута лишь по навесной («баскетбольной») траектории подлета к сфере действия Луны. Советские станции «Луна-16» и «Луна-20», совершившие посадки в восточной части Луны, спускались с орбиты ожидания.

То же касается и станции «Луна-17», доставившей «Луноход-1», но по другой причине (станция села в районе Моря Дождей, т. е. в западном полушарии Луны). Орбита ожидания позволяет уточнить место посадки, выбрав его в любом пункте трассы помета, в то время как при прямой посадке такое место предопределено уже на большом расстоянии от Луны. По одной этой причине выход на орбиту ожидания обязателен в случае полета на Луну человека (см. главу 12).

Метод посадки с орбиты, по существу, состоит в разбиении торможения на два этапа: при выходе на орбиту и при прилунении. Однако всякое разбиение торможения, как уже говорилось в § 7 гл. 8, нецелесообразно с энергетической точки зрения. Поэтому применение метода посадки с орбиты спутника Луны не приводит к энергетическим потерям только в том случае, если орбита низко расположена — на такой высоте, на какой могло бы уже начаться торможение при прямой посадке. В остальных случаях требуется лишняя затрата топлива, причем тем большая, чем выше орбита [3.24]. Сказанное справедливо, конечно, для того случая, когда с орбиты спутника Луны сходит весь космический аппарат, а не какая-то его часть (последний случай будет рассмотрен в главе 12).