«Все как в компьютерной игре». Как Советский Союз снимал высадку на Луну
В январе 1973 года стартовала советская космическая платформа «Луна-21», которая доставила на поверхность спутника Земли «Луноход-2». Аппарат массой 836 килограммов прошел по Луне более 40 километров. Как происходила подготовка к полету и сама экспедиция, «Ленте.ру» рассказал руководитель разработки телевизионных систем советских луноходов, сотрудник АО «Российские космические системы» (РКС) профессор Арнольд Селиванов.
«Лента.ру»: Арнольд Сергеевич, как было принято решение о создании подвижной автоматической станции для исследования Луны?
Селиванов: Это государственное решение, на реализацию которого требуются большие деньги и значительное время. Такие большие проекты формируются на очень высоком уровне, значительно более высоком, чем начальник отдела разработки космической аппаратуры, которым я тогда работал.
Чтобы сделать луноход, надо было отдельно разработать ходовую часть — шасси, систему дистанционного управления, конструкцию посадочной платформы — и решить много других уникальных задач. Я не могу точно сказать, когда начали решать эти задачи, но это произошло задолго до запуска первого лунохода, еще при жизни Сергея Королева.
Это был его проект?
Думаю, можно сказать, что именно Королев определил идеологию и начал подбор исполнителей для отдельных частей аппарата. Но реализовывали его уже другие. Дело Королева продолжил главный конструктор НПО им. С.А. Лавочкина Георгий Бабакин.
В нашей организации работы велись под общим руководством главного конструктора Михаила Рязанского и директора Леонида Гусева.
Мы делали «глаза» аппарата — телевизионные системы для управления движением и съемки панорам Луны, а также радиосистемы для передачи изображения, телеметрии и команд управления. Кроме того, мы создали наземный комплекс космической связи и обеспечивали траекторные измерения во время полета и посадки станции «Луна-21».
Эксперты-баллистики смогли очень точно навести станцию: расстояние между намеченной и фактической точками посадки составило всего 300 метров — высокая точность для того времени. Это стало результатом работы созданных в нашем институте специализированных радиотехнических средств и методик измерения.
Как проходила работа?
Это была авральная работа, но в космических проектах по-другому просто не бывает. Мы всегда делаем что-то новое, и запустить это новое надо в очень жесткие сроки, которые зачастую нам диктует небесная механика. Это очень хорошо дисциплинирует коллектив.
К тому же мы были молоды, могли выносить высокие нагрузки и ощущали свою причастность к очень важному делу — освоению космоса.
Вы сказали, что делали «глаза» лунохода. Что они могли видеть?
На луноходах было сразу две телевизионные системы. Одна была предназначена для оперативного управления аппаратом. Ее камеры ориентировались по направлению движения. Вторая обеспечивала панорамирование в двух плоскостях: в горизонтальной плоскости лунохода — для высокоточной топографической съемки на 360 градусов, и в вертикальной плоскости было установлено по одной камере с левого и правого борта — для решения навигационных задач. К слову, качество панорамных изображений вполне соответствует современному уровню.
Телевизионная система играла ключевую роль в управлении движением аппарата. Насколько сложно было наладить качественное взаимодействие на уровне «человек-машина»?
Луноход — это робот, подобный современным радиоуправляемым игрушкам, которые можно купить в детском магазине. Принципиальное отличие состоит в том, что он находится на другом небесном теле на расстоянии почти 400 тысяч километров от Земли.
Радиосигнал проходит это расстояние за время немногим больше секунды. Вследствие этого общая задержка в контуре управления движением лунохода составляет существенно более трех секунд: около одной секунды тратится на приход команды от Земли, еще около секунды — на подтверждение исполнения команды луноходом, и более секунды — на собственно исполнение команды луноходом, реакцию водителя и исполнительных механизмов.
Это можно сравнить с торможением автомобиля на скользкой дороге. Вы нажали на тормоз, а машина еще какое-то время продолжает движение вперед.
На лунном расстоянии очень сложно создать высокоскоростной радиоканал, способный передавать подвижные изображения, подобно вещательному телевидению. Водитель лунохода вместо динамической телевизионной картинки наблюдал лишь слайды с изображением поверхности Луны, сменявшиеся с частотой в диапазоне от одного слайда в три секунды до одного слайда в двадцать секунд.
Как это происходит на практике?
Допустим, вам требуется продвинуться на расстояние десять метров вперед, вы отправляете команду и ждете ее исполнения, и лишь через несколько секунд видите изображение нового участка поверхности. Так очень легко попасть в аварийную ситуацию. Водителю надо постоянно предугадывать развитие событий. Эта нетривиальная задача требовала особых навыков у водителей. Они отрабатывались на Земле на специальных «лунодромах».
На них воспроизводились лунные условия?
Основных лунодромов было два. На этапе разработки технических решений испытывался макет лунохода, который передвигался в ангаре. Его подвешивали на специальных резиновых канатах, чтобы имитировать лунную силу тяжести, которая в шесть раз меньше, чем на Земле. В таком «обезвешенном» состоянии сцепление колес становилось меньше, и тогда можно было понять, как он реально будет двигаться по Луне. Так имитировалось поведение шасси, сначала без телевидения — мы участвовали на этом этапе как наблюдатели.
Потом, когда луноход уже был создан, небольшой «лунодром» был построен в Симферополе, около наземного Центра управления, буквально во дворе. Все как сегодня в компьютерной игре: экраны, джойстики. Задержка в передаче сигнала была смоделирована. Там луноход управлялся не по радио, а по проводам. Он ехал, а за ним передвигался провод с пультом управления. На этом этапе уже использовались наши камеры.
И я, и сотрудники моего отдела участвовали в тренировках, управляли луноходом на Земле. Важно было самим сыграть роль водителей, чтобы понять, как работает телевизионная система управления в данных условиях.
Чем оборудование, которое вы делали для «Лунохода-2», отличалось от «Лунохода-1»?
На первом аппарате две телевизионные камеры были установлены очень низко, поэтому они видели перед собой лишь небольшой участок поверхности. Поначалу все считали, что очень важно видеть то, что находится непосредственно перед луноходом, чтобы рассмотреть более мелкие предметы, не пропустить какие-то препятствия. Тем более что изображение более далеких объектов давали четыре панорамные камеры — правда, они работали не все время. Надо было часто останавливаться, чтобы осмотреться, что заметно снижало скорость движения первого лунохода.
Эти обстоятельства были учтены на втором луноходе: была установлена дополнительная камера на высоте человеческого роста. Она оказалась наиболее эффективной в реальной работе. В результате качество изображения получилось намного выше, скорость движения аппарата и управляемость существенно возросли, и он прошел значительно большее расстояние за меньшее время.
Как выбирали водителя?
«Луноходом» управлял не один человек. Было два экипажа. Кроме управления движением был еще один контур управления. Поскольку очень мощного передатчика на «Луноход-2» не поставишь, то пришлось делать направленную на Землю антенну с узким лучом. Антенна тоже была на приводе. В некоторых случаях при движении по неровной местности существенно смещалось направление антенны, и требовалось возвращать ее обратно, в нужный сектор. Была даже такая должность — оператор направленной антенны, и был специальный второй джойстик для управления ею.
Таким образом, экипаж состоял из пяти человек: водитель, командир, штурман, оператор остронаправленной антенны и бортинженер. Все они специальным образом отбирались для этой цели, их психологически готовили к управлению.
В чем заключалась психологическая часть подготовки?
Например, до них постоянно доводили одну мысль: «Уважаемые товарищи, имейте в виду, что вам доверили бесценный космический аппарат, а потому очень осторожно к нему относитесь, и при малейшем подозрении, что возникнет аварийная ситуация, выключайте его».
Между нами говоря, палку немного перегибали, и это приводило к стрессу. Водители были в напряженном состоянии, и через определенное время их надо было менять.
Это было известно заранее, поэтому в команде управления были свои специалисты по психологии и врачи. Водителям мерили давление, контролировали их состояние. К ним относились почти как к космонавтам.
Подбирали людей с идеальным здоровьем?
Космонавтов подбирают больше по физическим данным, а здесь важнее была гибкость нервной системы. Нужно было уметь воспринять эту работу. Подобрали молодых офицеров — людей, которые никогда не управляли никаким видом транспорта до этого. Это очень необычный способ управления, поэтому исходили из того, чтобы не всплыли ранее полученные навыки и привычные автоматизмы. В конце концов были созданы очень хорошие экипажи, которые отлично справлялись со своей задачей.
Вы помните свои чувства, когда ваша разработка начала работать на Луне? Как это было?
Потрясающее ощущение, но оно быстро проходит. Вообще восторг и энтузиазм были всеобщими. Когда луноход заработал на Луне, появилось множество желающих посмотреть, как это все происходит. Представляете, как это интересно? Говорят, что министр Сергей Афанасьев попросил, чтобы ему дали возможность «порулить», и такая возможность ему была предоставлена. Желающих ощутить причастность к управлению луноходом начальников более низкого ранга было и вовсе огромное количество.
Это не могло повредить миссии?
Участие посторонних людей в управлении было кратковременным и скорее символическим: им позволяли направить одну-две команды под надзором экипажа, не более того.
После путешествия первого лунохода стало ясно, что на Земле лунные условия полностью имитировать не удалось. Лунный грунт — реголит — имеет очень специфические светооптические характеристики. Под определенным углом он хорошо отражает свет в сторону источника освещения. Если Солнце светит точно сзади и при небольшом угле, то в ближней зоне получается светлое пятно — большая освещенность и не видно теней.
Можно ошибиться, и это вводит водителя в напряженное состояние, он уменьшает скорость движения. Чтобы появились тени и рельеф был виден лучше, приходилось немного поворачивать. Соответствующие рекомендации выдавались тем, кто прокладывал маршрут перед каждым сеансом движения, длившемся несколько часов. Весь накопленный опыт был использован для модернизации «Лунохода-3». К сожалению, он остался в истории как музейный экспонат.
Почему нет видеофильма с Луны?
Мы думали об этом. С технической точки зрения тогда это было затруднительно, хотя и возможно, а сегодня в целом проблем нет. Например, путешествие «Лунохода-2» отражено более чем в 80 тысячах кадров и 86 панорамах. Из них можно сделать красивый документальный фильм о путешествии по поверхности Луны. Но в то время подобная задача не считалась первостепенной…
Сейчас эти кадры находятся в Архиве космической информации и ждут своего режиссера — было бы желание и средства.
Вы помните, как закончил свое путешествие «Луноход-2»?
В конце своего пути «Луноход-2» попал в сложную «дорожную ситуацию». Он должен был преодолеть старый, сильно разрушенный кратер, что было обычным делом и неоднократно происходило ранее во время его движения. Но проявилась одна особенность: на дне этого кратера за многие годы скопилось необычно большое количество реголита. Колеса стали погружаться в реголит, и «Луноход-2» забуксовал. Ситуация хорошо известная обычным водителям, когда автомобиль застревает в песчаном грунте. Решили выбираться задним ходом.
В конце концов «Луноход-2» выбрался из кратера, но оказалось, что из-за энергичных маневров крышка, покрытая солнечными батареями, и радиатор охлаждения частично засыпало лунной пылью. Это привело к недопустимому росту температуры внутри лунохода и уменьшению тока зарядки аккумуляторов. Следующую лунную ночь он не пережил — не проснулся…
Это было печально, но не трагично, ведь «Луноход-2» многократно перевыполнил свое задание.