В сентябре 1958 года Советский Союз предпринял первую попытку отправки автоматической межпланетной станции Е-1 к Луне. Для решения такой задачи, отличавшейся особой сложностью, космической отрасли пришлось создать массу новых изделий и систем. В частности, требовался особый контрольно-измерительный комплекс, способный следить за ходом полета станции, как самостоятельно, так и путем приема данных от нее. Буквально на днях был опубликован любопытнейший документ, раскрывающий основные особенности наземных составляющих проекта Е-1.

10 апреля компания «Российские космические системы», входящая в состав Роскосмоса, опубликовала электронный вариант исторического документа. Все желающие теперь могут ознакомиться с «Эскизным проектом системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1». Документ был подготовлен в мае 1958 года Научно-исследовательским институтом №885 (ныне Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им. Н.А. Пилюгина). На 184 оригинальных машинописных страницах приводятся сведения о целях и задачах проекта, о способах их достижения и т.д. Большая часть документа посвящена техническому описанию наземного комплекса и принципов его работы.




Уже во введении авторы документа отмечали исключительную сложность стоящих задач. Ракету и аппарат Е-1 требовалось отслеживать на расстояниях, которые на два порядка превышали привычные для того времени дистанции. Кроме того, работу конструкторов могли усложнить малые сроки, выделенные на проведение работ. Тем не менее, были найдены способы отслеживания полета ракеты и автоматической станции с Земли, а также методы оценки траектории и приема сигналов телеметрии.

В составе наземных радиоэлектронных средств должны были присутствовать радиолокационная станция, система приема данных с космического аппарата и устройства для дистанционного управления. При формировании облика новой системы специалисты НИИ-885 должны были найти оптимальные диапазоны для работы радиотехнических средств, определить состав комплекса и функции отдельных его компонентов, а также найти наиболее выгодные места для их развертывания.

Приведенные в эскизном проекте расчеты показывали необходимые характеристики антенных устройств, строительство которых представляло собой весьма сложную задачу. Было установлено, что требуемые характеристики передачи и приема радиосигнала покажут наземные антенны с площадью не менее 400 кв.м или диаметром не менее 30 м. Существующих изделий такого рода в нашей стране не было; отсутствовала и возможность их быстрого создания с нуля. В связи с этим было предложено использовать подходящие антенные полотна или создавать новые подобные изделия. Монтировать их планировалось на существующих поворотных устройствах, ранее полученных вместе с американскими РЛС типа SCR-627 и с трофейными немецкими «Большой Вюрцбург».

Для контроля за работой объекта Е-1 были разработаны антенны нескольких типов. Решение разных задач осуществлялось при помощи усеченного параболического рефлектора больших размеров и с использованием прямоугольных полотен с соответствующими габаритами. Монтаж на подвижных опорах позволял обеспечить максимальный охват пространства и тем самым повысить общие возможности комплекса.

Вместе с антеннами должны были работать несколько приборных комплексов. Так, на нескольких автомобилях ЗИЛ-131 со стандартными кузовами-фургонами предлагалось установить радиоэлектронную аппаратуру передатчика. При помощи кабелей она должна была соединяться с соответствующей антенной. Приемную часть комплекса планировалось разворачивать стационарно, в отдельной постройке вблизи антенного поста. Для получения желаемых результатов и правильного выполнения измерений две антенны должны были находиться на расстоянии в несколько километров друг от друга.



Приемные антенны предлагалось оснастить автоматической системой слежения за космическим объектом. Анализируя сигнал от бортового передатчика, такая аппаратура должна была изменять положение антенны, обеспечивая наилучший прием с максимальной мощностью и минимальными помехами. Такое наведение антенн должно было осуществляться в автоматическом режиме.

В составе измерительного комплекса нужно было предусмотреть несколько отдельных систем связи. Одни каналы предназначались для передачи данных от одного компонента к другому, тогда как другие были необходимы для людей. Согласно расчетам, исключительно голосовая передача данных была связана с известными затруднениями и могла помешать правильной работе всего комплекса.

В состав наземной системы должны были входить средства регистрации сигналов. Все данные телеметрии и показатели радиолокатора предлагалось записывать на магнитный носитель. Также в комплект аппаратуры входила фотоприставка для съемки данных, выводимых на экраны.

Одна из глав опубликованного документа посвящена выбору места для развертывания новых радиолокационных средств. Расчеты показывали, что изделие Е-1 будет лететь к Луне около 36 часов. При этом аппарат должен был подниматься над горизонтом (относительно любой точки СССР с широтой ниже 65°) лишь несколько раз. Было установлено, что наиболее удобным районом для размещения станций является юг европейской части страны. Измерительный пункт решили строить вблизи крымского г. Симеиз, где на тот момент уже функционировал радиоастрономический объект Физического института Академии наук. Его технические средства можно было задействовать в новом проекте.

Эскизный проект предусматривал развертывание систем измерительного пункта на горе Кошка. При этом отдельные его компоненты должны были находиться на расстоянии до 5-6 км друг от друга. В соответствии с предложениями проекта, часть электронной аппаратуры следовало разместить в стационарных постройках, тогда как другие приборы могли монтироваться на автомобильных шасси.



При помощи натурных испытаний с имитаторами изделия Е-1 были определены оптимальные характеристики радиотехнических средств. Так, для радиолинии Земля-борт оптимальной посчитали частоту 102 МГц. Аппарат должен был передавать на Землю данные на частоте 183,6 МГц. Повышение чувствительности наземных приемных устройств позволило снизить мощность передатчика на борту Е-1 до 100 Вт.

Предложенные принципы работы «системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1» для своего времени были весьма прогрессивными и смелыми. При помощи ряда радиотехнических систем следовало определять азимут и угол места, определяющие направление на межпланетную станцию. Кроме того, следовало определять расстояние между Землей и объектом, а также дальность от объекта до Луны. Наконец, нужно было измерять скорость движения Е-1. С орбиты на Землю должны были поступать сигналы телеметрии.

На начальном этапе полета передача телеметрии должна была осуществляться при помощи штатных средств ракеты-носителя 8К72 «Восток-Л». Телеметрическая система РТС-12-А могла поддерживать связь с Землей при помощи радиопередатчика третьей ступени ракеты. После отделения от нее станция Е-1 должна была включать собственные радиотехнические средства. В течение некоторого времени, до входа в зону действия наземных средств, станция могла оставаться «невидимой». Однако через считанные минуты наземный измерительный пункт брал ее на сопровождение.

Определение дальности до космического аппарата и скорости его полета предлагалось осуществлять при помощи импульсного излучения и бортового ответчика. С частотой 10 Гц наземный измерительный пункт должен был посылать импульсы на станцию. Получив сигнал, она должна была отвечать на него на своей частоте. По времени на прохождение двух сигналов автоматика могла рассчитать расстояние до станции. Такая методика обеспечивала приемлемую точность, а кроме того, не требовала неприемлемо высокой мощности передатчиков, как это могло произойти при использовании стандартной радиолокации с приемом отраженного сигнала.

Измерение расстояния между Е-1 и Луной возлагалось на бортовую аппаратуру. Сигналы бортового передатчика, отражаясь от спутника Земли, могли возвращаться к автоматической станции. На расстояниях менее 3-4 тыс. км она уже могла уверенно принимать их и ретранслировать наземному комплексу. Далее на Земле осуществлялся расчет необходимых данных.



Для измерения скорости полета предлагалось использовать эффект Допплера. При прохождении Е-1 по определенным участкам траектории наземная система и космический аппарат должны были обмениваться сравнительно длительными радиоимпульсами. По изменению частоты принимаемого сигнала измерительный пункт мог определить скорость полета станции.

Развертывание измерительного пункта вблизи г. Симеиз позволило получить весьма высокие результаты. Во время 36-часового полета станция Е-1 должна была трижды попадать в зону видимости этого объекта. Первый этап контроля относился к начальной части пассивного участка траектории. При этом планировалось использовать средства радиоуправления. Далее контролировался полет на дальности 120-200 тыс. км от Земли. Третий раз станция возвращалась в зону видимости при полете на расстоянии 320-400 тыс. км. Прохождение аппарата по двум последним участкам контролировалось при помощи радиолокационных и телеметрических средств.

«Эскизный проект системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1» был утвержден в последний день мая 1958 года. Вскоре началась разработка конструкторской документации, после чего стартовала подготовка существующих объектов к использованию в новом проекте. Следует отметить, что не все доступные антенны в Крыму оказались пригодными для использования в программе «Луна». Некоторые антенные посты пришлось оснастить совершенно новыми полотнами увеличенных размеров. Это в некоторой мере усложнило проект и сдвинуло сроки его реализации, но все же позволило получить желаемые результаты.

Первый запуск ракеты-носителя 8К72 «Восток-Л» с аппаратом Е-1 №1 на борту состоялся 23 сентября 1958 года. На 87-й секунде полета, еще до завершения работы первой ступени, ракета разрушилась. Запуски 11 октября и 4 декабря так же завершились аварией. Только 4 января 1959 года удалось осуществить успешный запуск аппарата Е-1 №4, также получившего обозначение «Луна-1». Тем не менее, задача полета не была выполнена в полной мере. Из-за ошибки при составлении полетной программы космический аппарат прошел на значительном расстоянии от Луны.

По результатам запуска четвертого аппарата проект был переработан, и теперь на старт подавались изделия Е-1А. В июне 1959 года одна из таких станций погибла вместе с ракетой. В начале сентября были предприняты несколько неудачных попыток запуска следующей ракеты-носителя с аппаратом серии «Луна». За несколько дней отменили ряд запусков, а затем ракету сняли со стартового стола.



Наконец, 12 сентября 1959 года аппарат №7, также известный как «Луна-2», успешно вышел на расчетную траекторию. В расчетное время вечером 13 сентября он упал на Луне, в западной части Моря Дождей. Вскоре с естественным спутником Земли столкнулась третья ступень ракеты-носителя. Впервые в истории изделие земного происхождения оказалось на Луне. Кроме того, на поверхность спутника были доставлены металлические вымпелы с гербом Советского Союза. Поскольку мягкая посадка не предполагалась, автоматическая межпланетная станция была уничтожена, а ее фрагменты вместе с металлическими вымпелами разлетелись по местности.

После успешной жесткой посадки станции на Луну дальнейшие запуски аппаратов Е-1А были отменены. Получение желаемых результатов позволило советской космической промышленности продолжить работы и приступить к созданию более совершенных научно-исследовательских систем.

«Система радиоконтроля орбиты объекта «Е-1», построенная специально для работы с автоматическими станциями, в рамках первой исследовательской программы смогла отработать по штатному расписанию лишь дважды. Она провела по траектории аппараты Е-1 №4 и Е-1А №7. При этом первый отклонился от расчетной траектории и промахнулся мимо Луны, а второй успешно попал в цель. Насколько известно, претензии к работе наземных средств контроля не предъявлялись.

Завершение работ по теме «Е-1» и запуск новых исследовательских проектов оказал определенное влияние на специальные объекты в Симеизе. В дальнейшем они неоднократно модернизировались и дорабатывались в соответствии с последними достижениями радиоэлектронной промышленности и с учетом новых требований. Измерительный пункт обеспечил проведение целого ряда исследований и запусков тех или иных космических аппаратов. Тем самым он внес заметный вклад в освоение космического пространства.

К настоящему времени ранняя история советской космической программы была достаточно хорошо изучена. Опубликованы и известны различные документы, факты и воспоминания. Тем не менее, некоторые любопытные материалы все еще остаются закрытыми и время от времени становятся достоянием общественности. На этот раз одно из предприятий космической отрасли поделилось данными по эскизному проекту первого отечественного контрольно-измерительного комплекса, предназначенного для работы с межпланетными станциями. Будем надеяться, это станет традицией, и вскоре отрасль поделится новыми документами.

По материалам:
http://russianspacesystems.ru/
http://kik-sssr.ru/
http://rg.ru/
«Эскизный проект системы радиоконтроля орбиты объекта «Е-1»:
http://russianspacesystems.ru/wp-content/uploads/2018/04/1958_NKU_BRK_Luna-2_Simeiz.pdf