Ranger 4 наконец смог попасть в цель, но никакого исследования он не провел. В отличие от Ranger 1, у которого таймер запустился раньше времени, у этого аппарата он вообще не запустился. Ни солнечные батареи, ни антенны для связи, ни приборы не включились. Интересно, что данный таймер даже не проверяли перед стартом. После «неделинской» катастрофы (см. главу «Логика работы и автоматика») и после аварии Ranger 1, которая, к счастью, не имела трагических последствий, в США решили не включать данный прибор на ракете-носителе, а тестирования проводить только в лабораториях. Проблема, скорее всего, возникла в момент отсоединения станции от ракеты-носителя «Атлас». В это время бортовая электрическая цепь должна была отсоединиться от ракеты-носителя и перейти на бортовое электропитание. Вероятно, незакрепленные металлические элементы контактировали с разъемом интерфейса и закоротили его. Скачок напряжения вывел из строя всю схему. До включения таймера дело так и не дошло.
Для следующей миссии Ranger 5 NASA провело большую работу. В электрику станции были добавлены диоды и предохранители. Диод – это полупроводниковый элемент, который позволяет току идти по цепи только в одном направлении. Также инженеры добавили второй резервный таймер.
Ranger 5 стартовал успешно. Казалось бы, на этот раз должно обойтись без коротких замыканий, но нет. Они произошли в солнечной батарее. Электрический заряд быстро иссякал. До Луны его точно бы не хватило, и потому специалисты полета решили что-то предпринять, пока это не произошло. Они отправили космическому аппарату команду развернуться и изменить свою траекторию. Это только усугубило положение. Впоследствии главной причиной появления неисправностей инженеры стали называть процедуру стерилизации. В отличие от СССР, где микробы убивали формалином, в США это делали нагреванием. Возможно, этот процесс повреждал чувствительные приборы и элементы. В дальнейшем инженеры приняли решение отказаться от стерилизации, но два следующих аппарата серии ее уже прошли.
Ranger 6, как нетрудно догадаться, тоже задачу не выполнил. В NASA после стольких аварий ужесточили контроль и испытания. Благодаря этому обнаружилось, например, что золотое покрытие на диодах отслаивается и вызывает короткое замыкание. Эта проблема ускользала от тестирования ранее, так как невозможно было имитировать среду невесомости, где золотые хлопья будут «плавать» и попадать на контакты разных приборов. Более полусотни диодов пришлось заменить. В итоге старт прошел безупречно, все системы работали. Однако в процессе движения к Луне на несколько секунд почему-то включились видеокамеры. Это насторожило инженеров, но пока до пункта назначения было далеко, они камеры не трогали, боясь испортить то, что работает. Когда настало время получить первые кадры, съемочная аппаратура на борту не включилась. И снова причина – короткое замыкание.
Последовало новое разбирательство. Причина этого технического сбоя была совершенно не ясна, но на заводе, где видеокамеры делались, во время проверки в запечатанном и проверенном модуле Ranger ревизоры нашли пакет с болтами. Скорее всего, там его забыли случайно, а у Ranger 6 такой проблемы не было. Одна из основных версий заключалась в следующем. Рядом с электропитанием располагался контакт, на который подается большое напряжение. Возможно, при сбросе излишков топлива его часть оказалась между двумя контактами и стала проводником. Хотя в тестах эта версия не подтвердилась, но она осталась как самая вероятная.
Наконец, Ranger 7 был полностью успешен. Последующие Ranger 8 и Ranger 9 тоже выполнили все свои задачи. Однако ко времени их старта финансирование проекта практически прекратилось, так как цели были уже совершенно другие.
Следующая задача автоматических станций после фотографирования Луны – мягкая посадка. И здесь обнаружилась целая россыпь проблем еще до запуска первого аппарата. Самый большой вопрос – а какая на Луне поверхность? Пока никто на Луне не был, искать ответ пришлось косвенными методами. Инфракрасные измерения температуры освещенной части естественного спутника показывали значение 120 °C выше нуля, а неосвещенной – 150 °C ниже нуля. Такая разница обусловлена отсутствием атмосферы и передачи тепла методом конвекции. Днем Луна нагревается от Солнца, а ночью остывает, излучая все тепло в бескрайнюю пустоту космоса. Самое интересное, что с наступлением темноты поверхность Луна остывала до минимума менее чем за час. Перепад температуры составлял 270 °C. Ни один материал на Земле не может остывать так быстро. Астрономы провели исследование на других длинах волн. Данные в радиодиапазоне показали, что температура Луны за то же время меняется всего на градус.
Образец лунного грунта, доставленный на Землю АМС «Луна-20»
Данные противоречили друг другу. Единственное разумное объяснение – толстый слой рыхлой поверхности. Песчинки сверху почти соприкасаются друг с другом. Верхний слой работает изолятором тепла для нижнего слоя. Пористая структура не дает энергии выходить в космос. Вакуум в пустотах дополнительно уменьшает теплопроводность. По похожему принципу работает термос. При этом верхние пылинки лунного грунта имеют большую площадь, с которой происходит излучение тепла. От этого они очень быстро остывают. Для сравнения: кофе в кружке остывает медленнее, чем суп в плоской тарелке, как раз из-за того, что площадь соприкосновения супа с воздухом больше. Под слоем пыли на Луне находится более твердый грунт, чью температуру дают измерения радиоизлучения.
Так как верхний слой изолирует нижний, то температура последнего практически не меняется. Радиоволны проходят сквозь рыхлый песок, не взаимодействуя с ним. Это и дает два разных результата скорости остывания. Радионаблюдения говорят о температуре внутреннего слоя, а инфракрасные наблюдения – о температуре внешнего.
Теория получилась интересной, но возник другой вопрос – а какова толщина верхнего слоя и насколько он плотный? Что будет с аппаратом, который коснется песка? Утонет, будет плавать, сильно ли погрузится, или плотности грунта хватит, чтобы можно было стоять, как на твердой поверхности? Ответить на эти вопросы без непосредственного контакта было невозможно.
Чтобы с большей вероятностью посадка удалась, зонд сделали в форме яйца с раскрывающимися лепестками.
Советская АМС «Луна-4» посадку совершить не смогла. Дело в том, что пока межпланетная станция летит, она имеет большую скорость. Лобовое столкновение было бы слишком жестким. Автоматической станции нужно было облететь Луну, чтобы гравитация спутника притормозила ее. Затем требовалось в определенный момент включить двигатели торможения, так как Луна не могла сбросить всю скорость. В случае «Луны-4» двигатели не сработали, и станция просто пролетела мимо. После выяснилось, что дело было не в двигателе, а в системе астронавигации. Датчики должны были зафиксировать Солнце, Луну и Землю в определенном положении и дать сигнал запуска. После промаха «Луны-4» выяснилось, что приборы измеряли направление с большой ошибкой и не могли установить точный момент для включения двигателя.
Посадка космического аппарата, во-первых, должна осуществляться в дневное время, чтобы Солнце освещало поверхность для фотографирования. Во-вторых, прилунение необходимо проводить на той стороне, которая повернута к Земле, для осуществления передачи фотографий по радио. Оба условия возможно выполнить, если Солнце, Земля и Луна находятся примерно на одной линии (это бывает незадолго до полнолуния и немного после него). Соответственно, запуск космического аппарата необходимо производить за несколько дней до того, как небесные тела расположатся относительно друг друга таким удобным образом.
Когда станция залетела за Луну, ее датчики потеряли Солнце и Землю. Луна закрыла ориентиры своим «телом». После зонд так и не смог найти небесные тела как опорные точки.
