14 ноября 1969 г. в 16 ч 22 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель Saturn V и корабль Apollo-12 с экипажем в составе: Чарльз Конрад (командир корабля), Ричард Гордон (пилот командного отсека) и Алан Бин (пилот лунного корабля).

В Центре управления запуском среди почётных гостей присутствовал президент США Никсон. На космодроме и в прилегающих районах старт наблюдали около 300 тысяч человек.

Программа полета Apollo-12:

1. В качестве основной задачи управления и навигации в полете Apollo-12 было осуществление точной посадки лунного корабля в заданную расчетную точку на поверхности Луны с координатами 2°56′ ю. ш., 23°27′ з. д. (участок посадки № 7; место, где находится Surveyor юго-восточнее кратера Лансберг и северо-западнее кратера Фра Мауро в Океане Бурь). С этой целью были проведены подробные исследования посадки на Луну Apollo-11 и установлено, что небольшие, но накапливающиеся движения лунного корабля привели к изменению первоначально известной орбиты перед запуском ЖРД посадочной ступени. Это было причиной посадки Apollo-11 с ошибкой по дальности 7 км и по боковому отклонению около 1200 м. Изучались вентиляционные характеристики корабля Apollo, вследствие которых появляются небольшие моменты тяги. Отверстия, сбрасывающие газ из системы охлаждения электронного оборудования, были снабжены экранами, пропускавшими часть газа, а часть ударялась об экран. Такая система должна была свести на нет действие сил вентиляционной системы. Однако, конфигурация экранов была недостаточно эффективной и возникал импульс тяги, по подсчетам равный 0,091 кг·ч. Конструкция деталей корабля Apollo-12 была изменена, чтобы исключить появление даже небольших импульсов тяги.

Для обеспечения точной посадки лунного корабля впервые в полете Apollo-12 был применен наземный блок обработки информации.

На лунном корабле имеется основная система управления и навигации и аварийная система управления, являющаяся резервной по отношению к основной системе. В полете данные от этих двух источников информации сравниваются и в нормальных условиях находятся в близком соответствии один к другому. Если возникает большое расхождение между показателями двух систем, возникает проблема выявления неисправной системы. Она может быть решена только с помощью третьего, независимого источника информации о состоянии лунного корабля. Таким источником могут служить данные слежения за лунным кораблем в S-диапазоне. Данные слежения включают совокупность допплеровских измерений от трех-четырех наземных станций слежения и выдают скорость изменения дальности вдоль каждой линии визирования от наземной станции к лунному кораблю. После интегрирования они дают изменение дальности. Допплеровские измерения весьма точны. Хотя расстояние между Землей и Луной большое, с. к. о. случайной ошибки измерения дальности всего около 0,2 cм. Систематическая ошибка по скорости, обусловленная дрейфом осцилляторов на станциях слежения, не превосходит 0,003 м/сек. Из-за, того, что расстояния от станции до лунного корабля значительно превосходят удаление одной станции от другой, точность определения нормальных составляющих скорости, получаемых непосредственно из допплеровских измерений, значительно ниже. Для получения требуемой точности по всем составляющим вектора скорости лунного корабля в наземном блоке обработки информации был применен дискретный фильтр Калмана.

Наземный блок обработки информации использовался для компенсации ошибки оценки продольной составляющей положения лунного корабля. В полете Apollo-12 по данным, полученным в течение 5 мин, предшествующих моменту начала активного участка спуска лунного корабля, с помощью основной системы управления и навигации и наземного блока обработки информации оценки ошибки измерения дальности составила +1300 м. Эта величина была сообщена по радио экипажу лунного корабля через 2 мин после начала спуска и введена в основную систему управления и навигации для изменения хранящейся в запоминающем устройстве информации о положении цели, чтобы избежать промаха. В результате такой коррекции полета лунного корабля, Apollo-12 удалось посадить очень близко к КА Surveyor.

2. Сбор 50 кг образцов лунного грунта.

3. Установку на поверхности Луны научных приборов общим весом около 77 кг: трехосевого магнитометра, ионного детектора, ионизационного манометра для регистрации лунной атмосферы или газовых выделений из недр Луны, спектрометра частиц в солнечном ветре, пассивного сейсмометра. Кроме перечисленных приборов в состав комплекта научного оборудования входит телеметрическая система для передачи данных на Землю и радиоизотопный термоэлектрический генератор SNAP-27 для питания приборов энергией в течение 1,5 лет.

4. Демонтаж с КА Surveyor-3 телекамеры, куска стеклянной облицовки, куска кабеля, алюминиевой трубки с микроорганизмами.

5. Сброс взлетной ступени после ее встречи и стыковки с основным блоком на поверхность Луны примерно в 30 км от пассивного сейсмометра. Зарегистрированный сигнал будет использоваться в качестве эталонного при анализе колебаний лунной поверхности.

6. Фотографирование участков поверхности Луны с орбиты ИСЛ для выбора мест посадки последующих кораблей Apollo.

Общая продолжительность полета по программе — 244 ч 35 мин.

Ракета-носитель Saturn V Apollo-12, в основном такая же, как и ракета-носитель Apollo-11, имела измененную регулировку расхода топлива. У ЖРД F-1 расход топлива был доведен до 13031,26 кг/сек, что обеспечило увеличение тяги двигательной установки на взлете до 3459663,74 кг и на высоте, перед выключением центрального ЖРД, до 4105087 кг; тяга двигательной установки ступени S-II увеличена с 499915 до 527262 кг; тяга ЖРД S-IVB увеличена с 80350 до 94200 кг.

При подготовке к старту в момент времени Т0 - 17 ч была обнаружена утечка из бака жидкого водорода, питающего водородо-кислородные топливные элементы служебного отсека. Аналогичный топливный бак был снят с корабля Apollo-13 и поставлен вместо дефектного на корабль Apollo-12. Эта неисправность не потребовала отсрочки старта.

Старт. Непосредственно перед стартом условия погоды на м. Кеннеди были крайне неблагоприятными и имелись основания на отсрочку старта. Однако, отсчет времени продолжался и окончательное разрешение на старт было выдано в Т0 - 13 мин. директором старта Вальтом Каприян, занимавшим эту должность впервые.

В этот момент скорость ветра у Земли составляла 26 м/сек и был сильный ливень; стояла разорванная грозовая облачность с нижним краем 250—300 м и верхним краем облаков до 3000—6500 м над побережьем. Старт был дан в расчетное время. Как только ракета стала подниматься, дождь усилился и через 15 сек ракета скрылась в облаках.

На 36,5-й сек полета в ракету ударила молния, грозовой разряд из облачности прошел через ракету на Землю, и произвел аварию в электросети. Выключились 3 топливных элемента служебного отсека; в командном отсеке погас свет, включились аварийные сигналы и многие сигнальные лампы, отказало большинство измерительных приборов. Было зарегистрировано прекращение телеметрической связи с кораблем. Второй грозовой разряд произошел через 13,5 сек после первого. Отказала гиростабилизированная платформа управления полетом ракеты и далее должен был произойти автоматический аварийный сброс командного отсека.

Ч. Конрад переключил ракету на аварийную систему управления, получающую питание от аккумуляторов. В то же время А. Бин пытался подключить в электросеть топливные элементы.

ЖРД F-1 первой ступени выключились через 2 мин 42,3 сек ниже расчетной высоты на 185 м, на дальности на 370 м больше и при скорости на 9,2 м/сек меньше расчетной. Выключение двигательной установки второй ступени произошло на 1 сек позже расчетного времени и при скорости на 21,7 м/сек меньше расчетной. Через 5 мин 40 сек после старта экипаж доложил о низкочастотной вибрации с максимальной амплитудой 3,6 g, но ниже предельной величины в 11 g, зарегистрированной на Apollo-9. Двигательная установка J третьей ступени выключилась на 4,5 сек позже расчетного времени, и орбита корабля Apollo-12 оказалась в перигее на 2,2 км ниже, а в апогее на 3,15 км выше расчетной.

Дальше была произведена проверка бортового оборудования корабля. Центр управления полетом обнаружил, что клапан окислителя на воспламенителе Н₂/О₂ остался открытым после наддува пускового бака для повторного запуска ЖРД J-2 ступени S-IVB. Командой, поданной из Центра управления, удалось клапан закрыть. Высказывались большие опасения, что удар молнии в ракету мог разрушить чувствительную аппаратуру посадочного радиолокатора и неудастся осуществить посадку лунного корабля на Луну,

Однако была проведена обычная подготовка к старту с у орбиты ожидания; в момент времени T0 + 2 ч 47 мин 20,6 сек был включен ЖРД J-2 ступени S-IVB, он проработал 5 мин 44 сек, сообщил приращение скорости 3210 м/сек и корабль Apollo-12 перешел на траекторию полета к Луне.

В отличие от полета корабля Apollo-11, который был выведен на траекторию свободного возвращения, для корабля Apollo-12 была выбрана гибридная траектория. При полете по такой траектории в случае отказа от перехода на орбиту ИСЛ корабль пройдет на расстоянии 3000 км от поверхности Луны и при возвращении к Земле без коррекции — на расстоянии 82 000 км от поверхности Земли. Коррекция траектории возвращения обеспечивается только ЖРД основного блока или ЖРД взлетной и посадочной ступени лунного корабля. Таким образом, в случае отказа этих двигателей корабль пройдя от Земли на расстоянии 82 000 км должен выйти на гелиоцентрическую орбиту. Полная уверенность в надежности ЖРД и выгоды, обеспечиваемые гибридной траекторией, послужили основанием для NASA осуществить полет Apollo-12 к Луне таким методом.

Гибридная траектория дает возможность осуществить запуск к Луне в дневное время суток; ЖРД J-2 ступени S-IVB в этом случае запускается над Тихим океаном; увеличивается продолжительность полета к Луне, что позволяет произвести посадку лунного корабля в условиях благоприятной освещенности места посадки; экономится топливо, так как исключается корректирующий импульс, равный 19,5 м/сек; оказывается возможным следить за снижением и посадкой лунного корабля со станции в Голдстоуне, имеющей антенну диаметром 64 м.

Расстыковка лунного корабля и основного блока Apollo-12 производилась по специально разработанной методике, обеспечивающей минимальные изменения первоначально известной орбиты.

Р. Гордон осторожно открыл 12 замков, обеспечивающих стыковку лунного корабля и основного блока, и лунный корабль остался висеть на стыковочном штыре основнго блока, удерживаемый тремя защелками на конце штыря, затем был медленно выдвинут штырь и освобождены защелки и корабли отделились. Маневр выполнялся при вертикальной ориентации корабля Apollo-12 вдоль лунного радиуса и движение расстыковки было направлено по радиусу, а не по вектору или против вектора орбитальной скорости, чтобы не изменилась орбита. Расстыковка была произведена в момент времени T0 + 108 ч 24 мин 42 сек. После группового полета Р. Гордон включил ЖРД РСУ и, сообщив импульс 0,75 м/сек, отвел основной блок на 4,6 км от лунного корабля. В момент времени T0 + 109 ч 23 мин 38 сек ЦАП включил ЖРД посадочной ступени корабля на 28,2 сек, орбитальная скорость, равная 1620 м/сек, уменьшилась на 22 м/сек, и корабль перешел на эллиптическую орбиту снижения с высотой в периселении 15 км над поверхностью Луны.

Сложность посадки Apollo-12 заключалась в дополнительных маневрах, не применявшихся в предыдущих полетах: и специально разработанных, чтобы обеспечить посадку лунного корабля в расчетную точку.

Еще до расстыковки начальная орбита корабля Apollo-12 была смещена на 9,25 км к северу от номинальной плоскости посадки; предполагалось, что во время 13 оборотов по орбите ИСЛ особенности гравитационного поля Луны и ее геометрия сместят первоначальную орбиту на 9,25 км к югу перед спуском на поверхность Луны. Однако Центр управления полетом обнаружил еще во время движения корабля по орбите ИСЛ, что расчеты о смещении орбиты к югу не оправдываются. Было решено боковое смещение свести на нет на активном участке торможения при посадке корабля.

Впервые при посадке Apollo-12 была применена специальная программа, исключающая ошибку по дальности. Эта ошибка накапливалась во время орбитальных полетов и к моменту начала этапа торможения составляла 1280 м.

Так как наблюдаемая с Земли траектория Apollo-12 почти на 1540 км длиннее траектории Apollo-11, Центр управления полетом имел достаточно времени для слежения за траекторией и смог рассчитать ошибку по дальности до начала этапа торможения. Новая программа для автоматической коррекции дальности была передана на корабль за 2 мин до этапа торможения.

Р. Гордон из командного отсека отслеживал орбиту спуска лунного корабля и установил, что место посадки на 732 м выше, чем было принято в предполетных расчетах. Эти данные были переданы на лунный корабль и была введена поправка на траекторию, скорректировавшая первоначальную информацию.

В момент времени T0 + 110 ч 20 мин 36 сек на высоте 16250 м над поверхностью Луны ЦАП включил ЖРД посадочной ступени лунного корабля. В отличие от посадки Apollo-11 лунный корабль Apollo-12 был ориентирован окнами вверх, астронавты находились в горизонтальном положении лицом вверх, ногами по направлению полета и Луны не видели. В процессе торможения корабль начал переходить в вертикальное положение и астронавты увидели лунный горизонт.

А. Бин считывал показания экрана индикатора бортовой ЭЦВМ, указывавшие, где должна появиться цель. Когда кратер-цель появился в окне точно, как было запланировано, у Ч. Конрада отпали сомнения в расчетах траектории посадки. На высоте 150 м над поверхностью Луны Ч. Конрад перевел ЦАП на программу Р-66 автоматического управления вертикальной скоростью снижения, которую при желании можно корректировать с помощью рукояток управления кораблем. В дополнение к этому на панели управления был установлен тумблер, переключаемый щелчком вверх и вниз и дающий возможность точно увеличить или уменьшить вертикальную скорость на 0,3 м/сек. А. Бин непрерывно сообщал данные о снижении: высоту, вертикальную скорость снижения и остаток топлива в процентах.

Посадка произведена в момент времени T0 +110 ч 32 мин 35 сек в точке с координатами 3,036° ю. ш. и 23,416° з. д. Surveyor-3 находился в точке с координатами 3,04° ю. ш. и 23,411° з. д. Место посадки лунного корабля Apollo-12 находилось в 180 м западнее Surveyor-3.

Первый выход на поверхность Луны был посвящен сбору образцов лунных пород и установке на поверхности Луны комплекта научных приборов. Ч. Конрад находился на поверхности Луны 3 ч 52 мин, А. Бин на 30 мин меньше. Во время выполнения работы на Луне пульс у Ч. Конрада доходил до 150 ударов в минуту, у А. Бина до 151. После 5 ч сна и отдыха астронавты снова вышли на поверхность Луны; по просьбе Ч. Конрада примерно на 90 мин раньше, чем планировалось. Астронавты отправились к Surveyor-3. По дороге изучали окружающую местность и сообщали в Центр управления полетом, собирали образцы различных пород у кромок кратеров. Центр управления полетом часто обращался с просьбой к астронавтам остановиться и отдохнуть несколько минут.

Первым в кратер, где находился Surveyor-3, начал спускаться Ч. Конрад, связанный с А. Бином страховочным тросом. Убедившись, что грунт не скользкий, а склон достаточно пологий, астронавты сняли страховочный трос и вместе продолжили спуск к Surveyor-3. Достигнув цели, они произвели фотографирование, отрезали кусок кабеля, сняли трубку с микроорганизмами, кусок стеклянной облицовки, и телевизионную камеру. Затем астронавты вернулись к лунному кораблю пройдя в общей сложности по Луие около 2 км.

В момент времени T0 + 142 ч 03 мин 07 сек, на 2 мая позже расчетного времени, взлетная ступень стартовала с поверхности Луны. ЖРД проработал на 1,5 сек дольше расчетного времени и скорость в конце активного участка траектории была 1680 м/сек на 10 м/сек больше расчетной. Стыковка с основным блоком была успешно выполнена через 3 ч 32 мин 25 сек после старта с Луны. Ч. Конрад и А. Бин возвратились в командный отсек, захватив контейнеры с образцами лунных пород, снятое с Surveyor-3 оборудование и фотопленки. В момент времени T0 +148 ч 04 мин 30 сек основной блок отделился от взлетной ступени, и отошел на безопасное расстояние.

По расчетам, произведенным Центром управления полетом, взлетная ступень лунного корабля весом 2450 кг была сброшена на поверхность Луны и упала на расстоянии 72 км от места посадки Apollo-12. Сейсмометр зарегистрировал в течение первых 7—8 мин интенсивные колебания лунной поверхности с частотой 1—1,5 гц, затем колебания затухали в течение 55 мин.

На 39-ом витке по орбите ИСЛ был включен ЖРД служебного отсека на 19,1 сек и плоскость орбиты сместилась к северу на 3,8°. Затем был произведен цикл фотосъемок участков Луны для посадки будущих кораблей Apollo: вблизи кратера Фра Мауро (3°36′ ю. ш., 17°24′ з. д.); близ кратера Декарта (8° ю. ш., 15°34′ в. д.); и близ кратера Лаланд. (4°55′ ю. ш., 8°30′ з. д.). Полученные снимки позволяют различить детали на поверхности Луны размером 1,5 м.

На 45-м витке, когда основной блок находился за диском Луны, был включен ЖРД служебного отсека, скорость увеличилась с 1622,6 до 2550,5 м/сек и корабль перешел на траекторию возвращения к Земле. Основной блок находился на орбите ИСЛ 89 ч 2 мин.

На траектории возвращения к Земле была сделана одна коррекция с помощью ЖРД РСУ с импульсом 0,67 м/сек, изменившая угол входа в атмосферу Земли с -7,95° до -6,5°. Командный отсек корабля Apollo-12 вошел в атмосферу в T0 + 244 ч 22 мин 18 сек со скоростью 11015,4 м/сек и в T0 + 244 ч 36 мин 24 сек на 14 сек позже расчетного времени произвел посадку в Тихом океане в точке с координатами 15°49′ ю. ш. и 165°10′ з. д. в 645 км юго-восточнее о. Самоа.

Руководство NASA оценило полет Аро11о-12 как полностью успешный.

 

Источники

 

См. также