Первый полет на Луну

Если в космической гонке СССР шел впереди США, то лунную гонку возглавляли они. Но первоначально и в лунной гонке лидировал СССР. Первым аппаратом, пролетевшим рядом с Луной, стала советская автоматическая межпланетная станция «Луна-1», это произошло 2 января 1959 г., а первым аппаратом, достигшим Луны, стала станция «Луна-2» 13 сентября 1959 года.

После многочисленных успехов СССР в освоении космоса США решили вернуть себе статус самой технологически развитой державы и сосредоточились на Луне. В 1961 г. они объявили о лунной пилотируемой программе «Сатурн»-«Аполлон», нацеленной на достижение Луны человеком до конца десятилетия 1960-х гг.

Президент Кеннеди даже сделал предложение о совместной программе высадки на Луну (а также запуске более совершенных метеорологических спутников), но в СССР от него отказались, так как подозревали подвох, желание выведать новейшие советские технологии. Однако лунную пилотируемую программу в СССР утвердили только в 1964 г., когда США полным ходом этим занимались. В СССР развернулись масштабные работы по двум параллельным пилотируемым программам: облёта Луны («Протон»-«Зонд/Л1)» к 1967 году и посадке на неё (Н1-Л3) к 1968 году. Предыдущие беспилотные полёты кораблей «Зонд (7К-Л1)» были полностью или частично неудачными из-за недоработок корабля и носителя.

В декабре 1968 г. Америка вырвалась вперёд и выиграла первый (облётный) этап лунной гонки, когда Фрэнк Борман, Джеймс Ловелл и Уильям Андерс в полёте 21-27 декабря на корабле «Аполлон-8» сделали 10 витков вокруг Луны. Менее чем через год, с осуществлением второго (посадочного) этапа, США выиграли и всю лунную гонку.

Полет «Аполлон-11»

16 июля 1969 г. с мыса Канаверал стартовал американский корабль «Аполлон-11» с экипажем из трёх человек: Нил Армстронг, Майкл Коллинз и Эдвин E. Олдрин-младший. 20 июля была совершена посадка на Луну, а 21 июля Нил Армстронг совершил выход на поверхность Луны. По всему миру, за исключением СССР и КНР, велась прямая трансляция - за этим событием наблюдало около 500 млн. человек. В последующем США провели ещё 5 успешных экспедиций на Луну, в том числе использовали в некоторых последних из них управляемый астронавтами лунный самоходный аппарат и привозили в каждом рейсе по несколько десятков килограммов лунного грунта.

20 июля 1969 г., в 20:17:39 UTC (всеми́рное координи́рованное вре́мя — стандарт, по которому общество регулирует часы и время) командир экипажа Нил Армстронг и пилот Эдвин Олдрин посадили лунный модуль корабля в юго-западном районе Моря Спокойствия. Они оставались на поверхности Луны в течение 21 часа 36 минут. Всё это время пилот командного модуля Майкл Коллинз ожидал их на окололунной орбите. Астронавты совершили один выход на лунную поверхность и находились там 2 часа 31 минуту. Первым человеком, ступившим на Луну, стал Нил Армстронг. Через 15 минут к нему присоединился Олдрин. Это произошло 21 июля в 02:56:15 UTC.

Все члены экипажа были опытными лётчиками-испытателями, все трое — одногодки, 1930 года рождения.

Подготовка к полету

Самым тщательным образом отрабатывалась посадка на Луну. Астронавты тренировались на модели лунного модуля, которая подвешивалась к высокой башне-крану на тросах. Были и более совершенные симуляторы - летательные аппараты для отработки лунных посадок. Они представляли собой каркас из алюминиевых труб, на котором крепились три основных и 16 маневровых двигателей и кабина управления. Один из основных двигателей поднимал аппарат на необходимую высоту (до1,8 км) и затем во время спуска и мягкой посадки создавал постоянную тягу, компенсировавшую 5/6 массы, и обеспечивал условия, близкие к условиям лунной гравитации. Астронавты называли их «летающими остовами кроватей». В мае 1968 г., будучи командиром дублирующего экипажа «Аполлона-8», Нил Армстронг едва не потерпел катастрофу. Аппарат вышел из-под контроля, и Армстронгу пришлось катапультироваться с 60-метровой высоты, он отделался лёгкими ушибами. Аппарат разбился и сгорел.

В последние месяцы перед стартом астронавты тренировались особенно много: имитировался выход на лунную поверхность в полном снаряжении, велись работы по сбору образцов грунта и установку научных приборов и экспериментов (в том числе в специальной вакуумной камере в ЦУПе в Хьюстоне), состоялось несколько практических полевых занятий по геологии.

Экипаж также самостоятельно разработал дизайн эмблемы и выбор позывных для кораблей (смотрите картинку в преамбуле). Астронавты хотели сделать эмблему очень простой и недвусмысленной, показывающей мирное покорение Луны. Джеймс Ловелл предложил изобразить орла. Майкл Коллинз сделал рисунок. На нём орёл, держащий в клюве оливковую ветвь, садится на лунную поверхность. Позади него — Земля, в отдалении и вверху надпись «Аполлон-11». Фамилий астронавтов на эмблеме не было. Но когда эмблему представили в штаб-квартиру НАСА, руководству не понравились когти орла – слишком угрожающие, поэтому оливковую ветвь переместили в лапы. Позывным кораблей в этой исторической миссии тоже уделялось особое внимание. Название лунного модуля - «Орёл», а командного – «Колумбия».

Работали и еще над одной проблемой. Астробиологи и специалисты Службы общественного здравоохранения США опасались, что высадка людей на Луну может привести к тому, что на Землю будут завезены неизвестные науке микроорганизмы, способные вызвать эпидемии. Несмотря на то, что многие учёные были уверены, что Луна безжизненна, абсолютной уверенности в этом не было. Поэтому задачей была разработка плана мероприятий по недопущению биологического заражения Земли. Разрабатывались также меры для этапа транспортировки астронавтов и контейнеров с образцами лунного грунта от места приводнения в Тихом океане до Лунной приёмной лаборатории. Они предусматривали, что астронавты после посадки пересаживаются из командного модуля в надувную лодку, сразу надевают костюмы биологической защиты и по прибытии вертолётом на борт поискового корабля переходят в специальный мобильный герметичный фургон без колёс, в котором их доставляют в Хьюстон. За две недели до старта главный врач полета «Аполлона» уменьшил тренировочные нагрузки на астронавтов и поместил их в карантин.

Перед полетом был создан невиданный ажиотаж: 500 000 туристов, желавших стать очевидцами исторического события, прибыли в округ Бревэрд во Флориде, где находятся мыс Канаверал и Космический центр имени Кеннеди.

Старт

Старт «Аполлона-11» состоялся 16 июля 1969 г. в 13:32 UTC. Присутствовало 5000 почётных гостей, среди них - 36-й президент США Линдон Джонсон. Во время взлёта раздавались отдельные аплодисменты, но большинство зрителей смотрели молча, пока «Аполлон-11» не скрылся из виду. Взлет напрямую транслировался по телевидению в 33 странах мира на 6 континентах. После взлёта Президент США Ричард Никсон объявил следующий понедельник, когда астронавты должны были уже находиться на Луне, национальным Днём Участия и нерабочим днём для государственных служащих.

Полет

Когда космический корабль вышел на круговую околоземную орбиту высотой 190,8 км, на 5 минут 47 секунд был включён двигатель третьей ступени. «Аполлон-11» достиг второй космической скорости (10,84 км/с) и перешёл на траекторию полёта к Луне. Астронавты начали манёвр перестроения отсеков, стыковки с лунным модулем и «вытягивания» его из адаптера, располагавшегося в верхней части третьей ступени. Командно-служебный модуль был отделён от третьей ступени. Затем Майкл Коллинз произвёл сближение и стыковку с лунным модулем. Когда «Колумбия» и «Орёл» отошли на безопасное расстояние, по команде с Земли был в последний раз включён двигатель третьей ступени, она перешла на траекторию пролёта мимо Луны и выхода на гелиоцентрическую орбиту. По предложению Армстронга, с борта корабля была проведена первая незапланированная телетрансляция. Цветная бортовая телекамера давала изображение хорошего качества. Трансляция продолжалась чуть больше 16 минут. Расстояние от Земли составляло около 95 000 км. Солнцем были освещены 7/8 земного диска, и были хорошо видны восточная часть Тихого океана, большая часть США, Мексика, Центральная Америка и северная часть Южной Америки. Астронавты перевели корабль в режим пассивного термического контроля, когда он медленно вращался вокруг своей продольной оси, делая около трёх оборотов за 1 час. Это обеспечивало равномерное нагревание обшивки корабля. На третий день полета Армстронг и Олдрин впервые перешли в лунный модуль и проверили состояние его основных систем. На четвертый день астронавты вышли на окололунную орбиту.

Посадка на Луну

20 июля Нил Армстронг и Эдвин Олдрин перешли в лунный модуль, активировали и проверили все его системы, привели сложенные опоры посадочной ступени в рабочее положение. На высоте чуть менее 2 км начался этап приближения к точке посадки. На высоте примерно 140 метров командир перевёл компьютер в полуавтоматический режим, в котором двигатель посадочной ступени управляется автоматически и поддерживает постоянную вертикальную скорость 1 м/с, а двигатели системы ориентации управляются полностью вручную. И 20:17:39 UTC Олдрин закричал: «Сигнал контакта!» Синий сигнал контакта означал, что лунной поверхности коснулся как минимум один из щупов длиной 1,73 м, которые крепились к трём из четырёх опор (кроме той, где была лестница). Через 1,5 секунды после этого Армстронг заглушил двигатель. На послеполётном опросе он рассказал, что не смог точно определить момента посадки. По его словам, Базз закричал: «Контакт!», но сам он даже не видел загоревшегося сигнала, двигатель работал до самой посадки, потому что она была настолько мягкой, что момент, когда корабль стал на грунт, было сложно определить.

На Луне

В течение первых двух часов пребывания на Луне Нил Армстронг и Эдвин Олдрин занимались имитацией предстартовой подготовки на случай, если по каким-либо причинам возникла бы необходимость досрочно прервать пребывание на Луне. Астронавты смотрели в иллюминаторы и рассказывали Хьюстону о своих первых впечатлениях.

Перед выходом на Луну Олдрин, как старейшина пресвитерианской церкви, провёл краткую частную церковную службу, совершив Евхаристию (в переводе с греческого «благодарение»). Свято́е Прича́стие — христианский обряд, заключающийся в освящении хлеба и вина в особом статусе и последующем их вкушении.

Держась правой рукой за лестницу, Армстронг левой ногой ступил на лунную поверхность (правая оставалась на тарелке) и произнёс: «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества». Всё ещё продолжая держаться рукой за лестницу, Армстронг шагнул на грунт и правой ногой. По его словам, мелкие частицы грунта походили на порошок, который можно легко подбросить вверх. Они прилипали тонкими слоями к подошвам и бокам лунных ботинок, как измельчённый древесный уголь. Ноги утопали в нём совсем немного, не более чем на 0,3 см. Но Армстронг мог видеть свои следы на поверхности. Астронавт сообщил, что двигаться на Луне совсем несложно, в действительности это даже проще, чем во время имитаций 1/6 земного притяжения на Земле. По наблюдениям Армстронга, двигатель посадочной ступени не оставил никакого кратера на поверхности, лунный модуль стоял на очень ровном месте. Олдрин передал Армстронгу фотокамеру, и тот начал снимать первую лунную панораму. Хьюстон напомнил ему об аварийном образце лунного грунта (на случай, если пребывание на Луне пришлось бы в экстренном порядке прервать). Армстронг собрал его с помощью специального приспособления, похожего на небольшой сачок, и положил в мешочке в набедренный карман скафандра. Масса аварийного образца составила 1015,29 г. Он состоял из реголита и четырёх небольших камней примерно по 50 г каждый. Через 15 минут после того, как Армстронг сделал первый шаг на Луне, из кабины начал спускаться и Олдрин. Они снимали окрестности места посадки, Олдрин поставил экран коллектора солнечного ветра (он представлял собой лист алюминиевой фольги шириной 30 см и длиной 140 см и предназначался для улавливания ионов гелия, неона и аргона. Потом оба астронавта установили флаг США.

Пока Армстронг готовил инструменты для сбора образцов лунного грунта, Олдрин опробовал различные способы передвижения. Он сообщил, что прыжки с одновременным отталкиванием двумя ногами, наподобие кенгуру, получаются хорошо, но для перемещения вперёд традиционный способ всё-таки предпочтительнее.

Собрав образцы грунта, астронавты начали размещать комплект научных приборов: пассивный сейсмометра и уголковый отражатель для лазерной локации Луны.

Ночь они провели на Луне, в кабине модуля в скафандрах, шлемах и перчатках, чтобы дышать чистым кислородом, а не лунной пылью (внутри лунного модуля всё было сильно ею испачкано). Кабину не удалось полностью затемнить: шторки на иллюминаторах оказались не совсем светонепроницаемыми, сквозь них была видна линия горизонта, а через телескоп оптического визирования проникал яркий свет Земли. Кроме того, в кабине было +16, и астронавты мерзли, так что поспать им почти не удалось.

Взлет с Луны

После подъёма астронавты начали готовиться к взлёту. Они пробыли на Луне в общей сложности 21 час 36 минут 21 секунду. Первые 10 секунд «Орёл» поднимался строго вертикально. Через 7 минут «Орёл» вышел на промежуточную орбиту. Примерно через час после взлёта, когда оба корабля находились над обратной стороной Луны, Армстронг включил двигатели системы ориентации. Лунный модуль перешёл на почти круговую орбиту. В результате ещё нескольких последовательных манёвров через три с половиной часа после взлёта «Орёл» и «Колумбия» сблизились до расстояния 30 м и зависли неподвижно относительно друг друга. Далее Коллинз вручную произвёл окончательное сближение и стыковку. Затем он надул переходной туннель, открыл люк и передал Армстронгу и Олдрину пылесос. Они, насколько было возможно, почистили скафандры и всё, что предстояло перенести в командный модуль. Коллинз стал третьим человеком, увидевшим лунный грунт. Армстронг, не открывая, показал ему пакет с аварийными образцами. Вскоре после того, как Армстронг и Олдрин перешли в командный модуль, взлётная ступень «Орла» была сброшена. Она осталась на орбите, но со временем должна была упасть на Луну. Коллинз 7-секундным включением двигателей системы ориентации отвёл «Колумбию» на безопасное расстояние. Когда манёвр был завершён, Армстронг и Олдрин сняли свои скафандры, которые были надеты на них с предыдущего дня. 24 июля корабль приводнился в 3 км от расчётной точки и в 24 км от авианосца «Хорнет».

Лунный грунт

Контейнеры с образцами прошли двойную стерилизацию: сначала ультрафиолетовыми лучами, затем специальной кислотой. Далее их ополоснули стерильной водой и просушили азотом, после чего через вакуумный шлюз они были помещены в вакуумную зону (зону образцов лунного грунта) Лунной приёмной лаборатории. Во второй половине дня 26 июля первый контейнер был вскрыт. Начались фотографирование, каталогизирование и предварительное изучение образцов лунного грунта перед тем, как передать их 142 научным институтам и лабораториям.

Астронавты должны были находиться в карантине 21 день. Никаких патогенов или симптомов инфекционных заболеваний ни у астронавтов, ни у кого-либо из находившихся с ними в карантине обнаружено не было, поэтому было решено прекратить карантин на день раньше, чем планировалось.

Образцы лунной породы должны были оставаться в Лунной лаборатории дольше, от 50 до 80 дней, пока не будут готовы результаты всех посевов на микроорганизмы. Несколько сотен граммов реголита и сколов лунных камней стали материалом для определения их токсичности и патогенности. Лунный материал испытывался на стерильных мышах и различных растениях. Ни одного случая, который мог бы указывать на опасность для земных организмов, отмечено не было, лишь отдельные незначительные отклонения от нормы. Например, выяснилось, что образцы лунной породы стимулировали рост некоторых растений. Был сделан вывод, что лунный грунт биологически безопасен. В полдень 12 сентября карантин был прекращён. Изучение доставленных образцов продолжилось в лабораториях по всему миру. Первая экспозиция лунных камней и реголита для широкой публики открылась 17 сентября 1969 г. в Смитсоновском институте в Вашингтоне.

Научные результаты

Первая конференция по изучению Луны открылась 5 января 1970 г в Хьюстоне. На неё собрались несколько сотен учёных, включая всех 142 основных исследователей, которые получили от НАСА образцы лунного грунта. Свойства лунной породы говорили о том, что она сформировалась при высоких температурах, в условиях полного отсутствия кислорода и воды. Были идентифицированы 20 минералов, известных на Земле, что говорило в пользу единого источника происхождения обоих небесных тел. В то же время были обнаружены три новых минерала, которых нет на Земле. Один из них был назван армалколитом (по первым буквам фамилий астронавтов). Возраст лунных образцов был неодинаков. Базальты из района Базы Спокойствия имели возраст 3-4 млрд. лет, в то время как в грунте присутствовали частицы, которые могли образоваться 4,6 млрд. лет назад. Это указывало на то, что поверхность Луны была сформирована более чем одним катастрофическим событием. Пробы, взятые с глубины, показали, что когда-то этот грунт находился на поверхности. При этом изучение изотопов, образовавшихся в результате бомбардировки космическими лучами, выявило, что образцы, привезённые астронавтами, находились на или в непосредственной близости от поверхности Луны, как минимум, в течение последних 10 млн. лет. Химический состав лунных базальтов оказался отличным от земных. В них было меньше летучих элементов ( натрий), но гораздо больше титана. Удивительным для учёных оказалось почти полное отсутствие в лунных базальтах такого редкоземельного элемента, как европий. Поиски возможных следов жизни оказались безрезультатными. Углерод и некоторые его соединения были обнаружены, но никаких молекул, которые могли бы быть идентифицированы как произошедшие от живых организмов, найдено не было. Интенсивный поиск живых или ископаемых микроорганизмов не дал никаких результатов.

Таким образом, предварительные результаты изучения лунных пород, доставленных на Землю, поставили больше вопросов, чем дали ответов. Проблема происхождения Луны не была решена. Стало ясно, что поверхность Луны неоднородна по составу и возрасту и что необходимо добыть и изучить материал не из одного, а из нескольких разных районов.