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

Полная автономность, год без заправки, саморемонтирующаяся подвеска для любого ландшафта и климат-контроль, стабилизирующий перепады до 100 0С. Автомобиль будущего? Отнюдь – такой транспорт придуман еще в 1969 году. Первый же экземпляр трижды перекрыл гарантийный пробег без единого отказа.

Если исходить из того, что братьев по разуму у нас нет, этот транспорт можно считать самым надежным во всей Вселенной. Американцы не в счет: они дважды ремонтировали свой «Лунный ровер» прямо на Луне. Наш «Луноход», сломайся он «в рейсе», ремонтировать было бы некому – экипаж находился от него за 400 тыс. километров…

Шасси для беспилотника

В освоении иных планет мы – как это бывало не раз – тоже пошли своим путем. Вместо человека СССР решил послать на соседнюю планету робота-исследователя.

Чтобы он смог сделать все то, 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 – т.е. 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 2150 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 последствие присвоили «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 3 месяца, но вышел на заслуженный отдых не из-за поломки или выработки ресурса. Попав в особенно сложный кратер, аппарат зачерпнул открытой верхней крышкой грунта, 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 безпилотника, планетоход «Луноход-3», на свою планету снова не попал, поскольку СССР чуть раньше свернул свою 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…