We wrześniu 1958 roku Związek Radziecki podjął pierwszą próbę wysłania na Księżyc automatycznej stacji międzyplanetarnej E-1. Aby rozwiązać taki problem, który był szczególnie trudny, przemysł kosmiczny musiał stworzyć wiele nowych produktów i systemów. W szczególności potrzebny był specjalny kompleks kontrolno-pomiarowy, zdolny do monitorowania postępów lotu stacji zarówno samodzielnie, jak i poprzez odbieranie z niej danych. Niedawno opublikowano bardzo ciekawy dokument, ujawniający główne cechy elementów naziemnych projektu E-1.
10 kwietnia rosyjska firma Space Systems wchodząca w skład Roscosmosu opublikowała elektroniczną wersję dokumentu historycznego. Każdy, kto chce, może teraz zapoznać się ze wstępnym projektem systemu radiowego monitoringu orbity obiektowej E-1. Dokument został przygotowany w maju 1958 r. przez Instytut Badawczy nr 885 (obecnie Centrum Badawczo-Produkcyjne Automatyki i Oprzyrządowania NA Pilyugin). 184 oryginalne strony maszynopisu dostarczają informacji o celach i założeniach projektu, jak je osiągnąć itp. Większość dokumentu poświęcona jest opisowi technicznemu kompleksu naziemnego i zasadom jego eksploatacji.
Jedna z anten rozmieszczonych na Krymie
Już we wstępie autorzy dokumentu zwrócili uwagę na wyjątkową złożoność postawionych zadań. Pocisk i aparat E-1 musiały być śledzone na odległościach o dwa rzędy wielkości większych niż zwykłe odległości w tym czasie. Ponadto pracę projektantów mogą komplikować krótkie terminy przeznaczone na pracę. Znaleziono jednak metody śledzenia lotu rakiety i automatycznej stacji z Ziemi, a także metody szacowania trajektorii i odbierania sygnałów telemetrycznych.
W ramach naziemnych urządzeń radioelektronicznych miała być obecna stacja radarowa, system odbioru danych ze statku kosmicznego oraz urządzenie do zdalnego sterowania. Tworząc wygląd nowego systemu, specjaliści NII-885 musieli znaleźć optymalne zasięgi działania sprzętu radiowego, określić skład kompleksu i funkcje jego poszczególnych elementów, a także znaleźć najbardziej opłacalne miejsca do ich rozmieszczenia.
Obliczenia przedstawione w projekcie projektowym wykazały niezbędną charakterystykę urządzeń antenowych, których budowa była bardzo trudnym zadaniem. Stwierdzono, że wymagane charakterystyki nadawania i odbioru sygnału radiowego będą wykazywać anteny naziemne o powierzchni co najmniej 400 m2 lub o średnicy co najmniej 30 m. Tego typu produktów nie było w nasze państwo; nie było możliwości szybkiego stworzenia ich od podstaw. W związku z tym zaproponowano zastosowanie odpowiednich arkuszy antenowych lub stworzenie nowych podobnych produktów. Planowano montować je na istniejących urządzeniach obrotowych, otrzymanych wcześniej wraz z amerykańskim radarem SCR-627 oraz zdobytym niemieckim „Wielkim Würzburgiem”.
Do monitorowania pracy obiektu E-1 opracowano kilka typów anten. Rozwiązanie różnych problemów przeprowadzono za pomocą dużego ściętego reflektora parabolicznego i prostokątnych płócien o odpowiednich wymiarach. Montaż na ruchomych podporach umożliwił maksymalne pokrycie przestrzeni, a tym samym zwiększenie ogólnych możliwości kompleksu.
Z antenami miało współpracować kilka kompleksów instrumentów. Tak więc w kilku pojazdach ZIL-131 ze standardowymi nadwoziami furgonetek zaproponowano zainstalowanie radiowego sprzętu elektronicznego nadajnika. Za pomocą kabli musiał być podłączony do odpowiedniej anteny. Część odbiorcza kompleksu miała zostać rozlokowana na stałe, w osobnym budynku w pobliżu słupa antenowego. Aby uzyskać pożądane wyniki i poprawnie wykonać pomiary, dwie anteny musiały być oddalone od siebie o kilka kilometrów.
Kolejny słupek antenowy
Zaproponowano wyposażenie anten odbiorczych w system automatycznego śledzenia obiektu kosmicznego. Analizując sygnał z pokładowego nadajnika, taki sprzęt musiał zmieniać położenie anteny, zapewniając najlepszy odbiór przy maksymalnej mocy i minimalnych zakłóceniach. Takie nakierowanie anten miało odbywać się automatycznie.
W ramach kompleksu pomiarowego konieczne było zapewnienie kilku odrębnych systemów komunikacyjnych. Niektóre kanały zostały zaprojektowane do przesyłania danych z jednego komponentu do drugiego, podczas gdy inne były potrzebne ludziom. Według obliczeń tylko transmisja danych głosowych wiązała się ze znanymi utrudnieniami i mogła zakłócać poprawną pracę całego kompleksu.
Konstrukcja systemu naziemnego miała obejmować środki rejestracji sygnału. Zaproponowano, aby wszystkie dane telemetryczne i wskaźniki radarowe były rejestrowane na nośniku magnetycznym. W skład zestawu wchodziła również przystawka fotograficzna do przechwytywania danych wyświetlanych na ekranach.
Jeden z rozdziałów opublikowanego dokumentu poświęcony jest wyborowi miejsca rozmieszczenia nowych urządzeń radarowych. Obliczenia wykazały, że produkt E-1 poleci na Księżyc przez około 36 godzin. W tym samym czasie urządzenie musiało wznieść się ponad horyzont (względem dowolnego punktu w ZSRR o szerokości geograficznej poniżej 65 °) tylko kilka razy. Stwierdzono, że najdogodniejszym obszarem dla stacji jest południe europejskiej części kraju. Postanowiono zbudować punkt pomiarowy w pobliżu krymskiego miasta Simeiz, gdzie w tym czasie działał już zakład radioastronomiczny Instytutu Fizyki Akademii Nauk. Jego środki techniczne można by wykorzystać w nowym projekcie.
Projekt projektu przewidywał rozmieszczenie systemów punktów pomiarowych na górze Koshka. Ponadto poszczególne jego elementy miały znajdować się w odległości do 5-6 km od siebie. Zgodnie z propozycjami projektu część sprzętu elektronicznego powinna być umieszczona w budynkach stacjonarnych, a inne urządzenia mogą być montowane na podwoziu samochodu.
Stacja typu E-1A
Za pomocą testów terenowych z symulatorami produktu E-1 określono optymalne właściwości sprzętu radiowego. Tak więc, dla łącza radiowego Ziemia-pokład, optymalna częstotliwość wynosiła 102 MHz. Urządzenie miało przesyłać dane na Ziemię z częstotliwością 183,6 MHz. Wzrost czułości naziemnych urządzeń odbiorczych umożliwił zmniejszenie mocy nadajnika na pokładzie E-1 do 100 W.
Proponowane zasady działania „systemu radiowego monitoringu orbity obiektu” E-1” jak na swój czas były bardzo postępowe i odważne. Za pomocą szeregu systemów radiotechnicznych konieczne było określenie azymutu i kąta elewacji, które wyznaczają kierunek do stacji międzyplanetarnej. Ponadto konieczne było określenie odległości Ziemi od obiektu, a także odległości obiektu od Księżyca. Wreszcie konieczne było zmierzenie prędkości ruchu E-1. Sygnały telemetryczne powinny nadejść z orbity na Ziemię.
W początkowej fazie lotu transmisja telemetryczna miała być prowadzona przy użyciu standardowego wyposażenia rakiety nośnej 8K72 Vostok-L. System telemetryczny RTS-12-A mógłby utrzymywać łączność z Ziemią za pomocą nadajnika radiowego trzeciego stopnia rakiety. Po oddzieleniu od niej stacja E-1 miała mieć własny sprzęt radiowy. Przez pewien czas, przed wejściem w obszar zasięgu obiektów naziemnych, stacja mogła pozostać „niewidoczna”. Jednak po kilku minutach naziemny punkt pomiarowy zabrał ją do eskorty.
Zaproponowano określenie odległości do statku kosmicznego i jego prędkości lotu za pomocą promieniowania pulsacyjnego i transpondera pokładowego. Z częstotliwością 10 Hz naziemna stacja pomiarowa miała wysyłać do niej impulsy. Po otrzymaniu sygnału musiała na niego odpowiedzieć na własnej częstotliwości. Do czasu przejścia dwóch sygnałów automatyka mogła obliczyć odległość do stacji. Ta technika zapewniała akceptowalną dokładność, a ponadto nie wymagała niedopuszczalnie dużej mocy nadajnika, jak mogłoby to mieć miejsce przy użyciu standardowego radaru z sygnałem zwrotnym.
Pomiar odległości między E-1 a Księżycem został przypisany do sprzętu pokładowego. Sygnały pokładowego nadajnika, odbite od satelity Ziemi, mogą wrócić do automatycznej stacji. Na odległości poniżej 3-4 tys. km mógł już śmiało je odbierać i przekazywać do kompleksu naziemnego. Dalej na Ziemi obliczono niezbędne dane.
Rozmieszczenie obiektów naziemnych kompleksu
Do pomiaru prędkości lotu zaproponowano wykorzystanie efektu Dopplera. Kiedy E-1 przeleciał wzdłuż pewnych części trajektorii, system naziemny i statek kosmiczny musiały wymieniać stosunkowo długie impulsy radiowe. Zmieniając częstotliwość odbieranego sygnału, punkt pomiarowy mógł określić prędkość lotu stacji.
Rozmieszczenie punktu pomiarowego w pobliżu miasta Simeiz pozwoliło na uzyskanie bardzo wysokich wyników. Podczas 36-godzinnego lotu stacja E-1 miała trzykrotnie wpaść w strefę widoczności tego obiektu. Pierwszy etap kontroli związany był z początkową częścią biernego odcinka trajektorii. Jednocześnie planowano wykorzystać sprzęt do sterowania radiowego. Ponadto lot był monitorowany w odległości 120-200 tys. km od Ziemi. Po raz trzeci stacja wróciła do strefy widoczności podczas lotu na odległość 320-400 tys. km. Przejście aparatu przez dwie ostatnie sekcje kontrolowano za pomocą środków radarowych i telemetrycznych.
„Projekt projektu systemu radiowego monitoringu orbity obiektu E-1 został zatwierdzony w ostatnim dniu maja 1958 roku. Wkrótce rozpoczęto opracowywanie dokumentacji projektowej, po czym rozpoczęto przygotowanie istniejących obiektów do wykorzystania w nowym projekcie. Należy zauważyć, że nie wszystkie anteny dostępne na Krymie okazały się odpowiednie do wykorzystania w programie Luna. Niektóre słupy antenowe musiały być wyposażone w zupełnie nowe, ponadwymiarowe płótna. To w pewnym stopniu skomplikowało projekt i przesunęło termin jego realizacji, ale mimo to umożliwiło uzyskanie pożądanych rezultatów.
Pierwsze uruchomienie rakiety nośnej 8K72 Vostok-L ze statkiem kosmicznym E-1 No. 1 na pokładzie miało miejsce 23 września 1958 roku. W 87. sekundzie lotu, jeszcze przed zakończeniem pierwszego etapu, rakieta załamała się. Wystrzelenia 11 października i 4 grudnia również zakończyły się wypadkiem. Dopiero 4 stycznia 1959 roku udało się z powodzeniem uruchomić aparat E-1 nr 4, który również otrzymał oznaczenie „Luna-1”. Jednak misja lotu nie została w pełni zakończona. Z powodu błędu w przygotowaniu programu lotu statek kosmiczny przeleciał znaczną odległość od Księżyca.
Zgodnie z wynikami uruchomienia czwartego urządzenia, projekt został zrewidowany, a teraz produkty E-1A zostały zgłoszone do startu. W czerwcu 1959 jedna z tych stacji zginęła wraz z rakietą. Na początku września podjęto kilka nieudanych prób uruchomienia kolejnego pojazdu startowego z pojazdem serii Luna. Kilka startów zostało odwołanych w ciągu kilku dni, a następnie rakieta została usunięta z wyrzutni.
Inna opcja wdrażania systemów radarowych
Wreszcie, 12 września 1959 roku, statek kosmiczny 7, znany również jako Luna-2, z powodzeniem wszedł na swoją obliczoną trajektorię. O szacowanej godzinie wieczorem 13 września spadł na Księżyc w zachodniej części Morza Deszczowego. Wkrótce trzeci etap rakiety nośnej zderzył się z naturalnym satelitą Ziemi. Po raz pierwszy w historii na Księżycu pojawił się produkt pochodzenia ziemskiego. Dodatkowo na powierzchnię satelity dostarczono metalowe proporczyki z godłem Związku Radzieckiego. Ponieważ nie spodziewano się miękkiego lądowania, automatyczna stacja międzyplanetarna została zniszczona, a jej fragmenty wraz z metalowymi proporcami rozrzucone po terenie.
Po udanym twardym lądowaniu stacji na Księżycu odwołano dalsze starty sondy E-1A. Uzyskanie pożądanych wyników pozwoliło radzieckiemu przemysłowi kosmicznemu na kontynuowanie prac i rozpoczęcie tworzenia bardziej zaawansowanych systemów badawczych.
„System radiowego monitoringu orbity obiektu E-1, zbudowany specjalnie do współpracy ze stacjami automatycznymi, mógł zadziałać tylko dwukrotnie w ramach pierwszego programu badawczego zgodnie z harmonogramem personelu. Minęła pojazdy E-1 nr 4 i E-1A nr 7 wzdłuż trajektorii. W tym samym czasie pierwszy zboczył z obliczonej trajektorii i chybił księżyca, a drugi z powodzeniem trafił w cel. O ile wiadomo, nie było żadnych skarg na działanie naziemnych urządzeń kontroli.
Zakończenie prac nad tematem E-1 i rozpoczęcie nowych projektów badawczych miało pewien wpływ na obiekty specjalne w Simeiz. W przyszłości były wielokrotnie modernizowane i udoskonalane zgodnie z najnowszymi osiągnięciami przemysłu radioelektronicznego oraz z uwzględnieniem nowych wymagań. Punkt pomiarowy zapewnił szereg badań i startów niektórych statków kosmicznych. W ten sposób wniósł znaczący wkład w eksplorację kosmosu.
Do tej pory wczesna historia sowieckiego programu kosmicznego została dość dobrze zbadana. Opublikowano i znane są różne dokumenty, fakty i wspomnienia. Niemniej jednak, niektóre interesujące materiały są nadal klasyfikowane i od czasu do czasu upubliczniane. Tym razem jedno z przedsiębiorstw przemysłu kosmicznego udostępniło dane dotyczące wstępnego projektu pierwszego krajowego kompleksu kontrolno-pomiarowego przeznaczonego do współpracy ze stacjami międzyplanetarnymi. Miejmy nadzieję, że stanie się to tradycją i branża wkrótce udostępni nowe dokumenty.
