Фотография ученого который рассчитал оптимальную траекторию полетов на луну

Юрий Кондратюк. Энтузиаст, проложивший дорогу к Луне

В 1957 году на орбиту Земли отправился первый искусственный спутник. От различных исследований и теоретически работ наука перешла к практике. В основе первого запуска космического аппарата и всех последующих программ лежали самые разные идеи и решения, в том числе предложенные несколькими десятилетиями ранее. Теория космических полетов изучалась множеством специалистов в течение длительного времени, и одним из участников таких работ был российский и советский ученый Александр Игнатьевич Шаргей, более известный под именем Юрий Васильевич Кондратюк.

Александр Шаргей родился в 1897 году в Полтаве. По ряду причин, будущий ученый провел свои первые годы в доме бабушки. В 1903 году отец переехал в Санкт-Петербург и взял Александра с собой. В 1907 году А. Шаргей поступил в гимназию, где проучился лишь несколько лет. В 1910 году его отец умер, и ему пришлось возвращаться в Полтаву. После окончания полтавской гимназии с серебряной медалью будущий теоретик космических полетов поступил на механическое отделение Петроградского политехнического института. Впрочем, учеба продолжалась не слишком долго – всего через пару месяцев А. Шаргея призвали в армию.

Вскоре после призыва бывший студент отправился в школу прапорщиков. Получив необходимое образование и новенькие погоны, А. Шаргей отправился на турецкий фронт, где прослужил до весны 1918 года. Не желая участвовать в гражданской войне, прапорщик не стал присоединяться к Белому движению и попытался вернуться домой. Однако впоследствии он предпринял неудачную попытку уехать из страны.

Видя сложную обстановку и зная о некоторых специфических чертах того времени, А. Шаргей предпочитал не раскрывать свое прошлое – особенно воинское звание. Во избежание возможных проблем он при помощи своей мачехи оформил новые документы. Будущий ученый стал Юрием Васильевичем Кондратюком 1900 года рождения из г. Луцк. Именно под новым именем исследователь получил заслуженную известность.

С начала двадцатых годов Ю. Кондратюк работал в различных городах юга страны и исполнял самые разные обязанности – прежде всего, связанные с техникой, ее строительством и обслуживанием. В конце двадцатых он переехал в Сибирь, где освоил новую профессию специалиста по работе с зерном и строительству соответствующей инфраструктуры.

Во время службы в армии и на гражданских предприятиях, связанной решением сугубо практических вопросов того или иного рода, Ю. Кондратюк также занимался изучением теории космических полетов. В тот период ракетная техника делала первые шаги и еще не была готова к выходу в межпланетное пространство. Однако этот выход был невозможен без теоретических расчетов и обоснований. Заинтересовавшись ракетно-космической тематикой, механик без формального образования начал свои исследования.

Обстановка конца десятых годов прошлого века, как минимум, не способствовала активной работе ученых-самоучек. Так, Ю. Кондратюк не имел доступа к существующим работам на космическую тематику, что привело к особым последствиям. К примеру, не зная о расчетах К.Э. Циолковского, Ю. Кондратюк самостоятельно вывел формулу реактивного движения, а также определенным образом дополнил эти расчеты. В дальнейшем на основе подобных работ он смог предложить новые идеи и теоретический аппарат, пригодный для использования в будущих проектах.

В 1919 году Ю. Кондратюк подготовил свою первую полноценную работу. Рукопись под названием «Тем, кто будет читать, чтобы строить» включала 144 страницы с описанием теоретических аспектов ракетной техники, многочисленными формулами, а также новыми предложениями разного рода. В своей работе ученый развивал уже известные идеи и расчеты, а также выступал с совершенно новыми предложениями. Как показали события дальнейших десятилетий, без некоторых идей Ю. Кондратюка развитие космонавтики могло бы столкнуться с серьезными проблемами.

В 1925 году появился новый труд «О межпланетных путешествиях», в котором рассматривались не только теория ракетного движения, но и способы ее практического применения на пользу науке. В начале следующего года Научно-технический отдел Высшего совета народного хозяйства поручил профессору Владимиру Петровичу Ветчинкину изучить работу Кондратюка и представить заключение. Профессор пришел к выводу, что исследование ученого-энтузиаста представляет большой интерес, и его следует привлечь к ведущимся работам. Кроме того, известный ученый потребовал перевести молодого специалиста из провинции в столицу.

Ю. Кондратюк продолжал теоретическую проработку разных вопросов, и по результатам новых изысканий вносил коррективы в существующие работы. На основе предыдущих рукописей и новых исследований в 1929 году была написана книга «Завоевание межпланетных пространств». В ней развивались уже известные идеи, а также предлагались новые. Так, к концу двадцатых годов ученый смог обосновать и проработать ряд вопросов, связанных с конструкцией космических аппаратов.

Следует отметить, что труд «Тем, кто будет читать, чтобы строить» в течение двух десятилетий оставался рукописью. Впервые его издали только в конце тридцатых годов – после более объемной и важной работы «Завоевание межпланетных пространств». Тем не менее, и в таком случае эта книга представляла большой интерес и для ученых и инженеров.

В середине шестидесятых годов первая рукопись Ю.В. Кондратюка была издана в сборнике «Пионеры ракетной техники» под редакцией Т.М. Мелькумова. Вскоре американское агентство NASA выпустило перевод этой книги. По понятным причинам, зарубежные специалисты до того времени не имели информации обо всех работах своих коллег из России и СССР. Из нового сборника они не без удивления узнали, что некоторые прорывные идеи, используемые ими на тот момент, на самом деле появились несколькими десятилетиями ранее.

В своих работах десятых и двадцатых годов Ю. Кондратюк предложил ряд новых идей. Некоторые из них фактически являлись развитием уже известных решений, тогда как другие ранее не встречались в научных трудах. Зная дальнейшую историю ракетной техники и космонавтики, совсем не трудно понять, какие из идей ученого получили развитие, а какие оказались непригодными для использования на практике. Действительно, некоторые решения Ю. Кондратюка оказались слишком сложными или не самыми удобными, что, однако, не сказалось на правильности других.

Еще в рукописи «Тем, кто будет читать, чтобы строить» ученый-самоучка своим собственным методом вывел формулу реактивного движения, ранее сформулированную К.Э. Циолковским. Также он проработал вариант конструкции многоступенчатой ракеты с жидкостным двигателем на топливной паре «водород-кислород». Была предложена камера сгорания двигателя с оптимальной системой подачи топлива и высокоэффективным соплом, позволяющим повысить тягу.

В первом крупном труде также приводились идеи, затрагивавшие способы осуществления космических полетов. Так, Ю. Кондратюк первым предложил т.н. пертурбационный или гравитационный маневр – использование гравитационного поля небесного тела для дополнительного разгона или торможения космического аппарата. Затормаживать аппарат при спуске на Землю предлагалось за счет сопротивления воздуха – это позволяло обойтись без двигателей и сократить расход топлива.

Особый интерес представляет предложение Ю. Кондратюка относительно оптимальной методики путешествий на другие небесные тела. Согласно этой идее, к планете или спутнику должен отправляться аппарат, состоящий из двух частей. После выхода на орбиту небесного тела один из его агрегатов должен совершать посадку, а второй оставаться на своей траектории. Для полета обратно посадочный модуль должен подниматься на орбиту и стыковаться со вторым компонентом комплекса. Такая методика решала поставленные задачи наиболее простым способом и с минимальным расходом топлива.

На основе некоторых теоретических положений энтузиаст разработал оптимальный способ полета от Земли к Луне. В сочетании с разделяемым аппаратом это позволяло даже произвести посадку, а затем вернуться домой. Впоследствии такая траектория получила название «трасса Кондратюка». Более того, ее использовали в нескольких программах, предусматривавших отправку к Луне разных космических аппаратов.

Книга «Завоевание межпланетных пространств» получила сразу несколько предисловий – пару авторских, написанных в разное время, а также редакторское. Автором последнего стал профессор В.П. Ветчинкин. Буквально на паре страниц ведущий специалист в своей области не только самым лучшим образом отозвался о труде коллеги, но и привел список совершенно новых идей и решений, впервые предложенных им. В целом же книга была обозначена как «наиболее полное исследование по межпланетным путешествиям из всех писавшихся в русской и иностранной литературе до последнего времени». Также В. Ветчинкин отметил решение ряда вопросов первостепенной важности, пока не рассматривавшихся другими авторами.

Так, Ю. Кондратюк впервые предложил повышать теплоту горения различных топлив за счет использования озона вместо «традиционного» кислорода. С теми же целями предлагалось использовать твердое горючее на основе лития, бора, алюминия, магния или кремния. Из этих материалов можно было бы строить сгораемые баки, которые после выработки топлива сами бы стали горючим. В. Ветчинкин отмечал, что схожие идеи высказывал и Ф.А. Цандер, но Ю. Кондратюк опередил его.

Ю. Кондратюк первым предложил концепцию т.н. пропорционального пассива и вывел формулу, учитывающую влияние массы баков на общий вес ракеты. Кроме того, он доказал, что без сброса или сжигания пустых баков ракета не сможет покинуть гравитационное поле Земли.

Ученый-энтузиаст, заметно опередив отечественных коллег, впервые предложил идею ракетноплана – ракеты с крыльями, способной осуществлять полет в атмосфере. При этом он не только сделал предложение, но и рассчитал оптимальные параметры конструкции и режимов полета такого аппарата. Были проработаны не только «ракетные» и аэродинамические вопросы, но и проблема тепловых нагрузок на конструкцию.

Наконец, В.П. Ветчинкин отметил основательность Ю.В. Кондратюка при проработке вопроса создания т.н. промежуточной базы – фактически космической станции. В частности, для стабильного поведения и исключения торможения верхними слоями атмосферы ее предлагалось помещать на орбите Луны, а не возле Земли. Кроме того, предлагался оригинальный способ доставки грузов на такую базу. Для этих задач предлагались особый ракетно-артиллерийский комплекс, а также оптическая система слежения и контроля.

Зная пути развития ракетно-космической техники в XX веке, нетрудно понять, какие идеи Ю. Кондратюка были реализованы в исходном виде, какие подверглись серьезным доработкам, а какие не нашли применения и не сошли со страниц книг. Фактически наработками Ю. Кондратюка до сих пор пользуются все основные участники мировой космической отрасли. При этом в некоторых случаях имеет место любопытная зависимость: чем дальше продвигается развитие технологий, тем больше используются не самые новые предложения.

Концепция многоступенчатой ракеты, ныне являющаяся основой космонавтики, была предложена до Ю. Кондратюка, но и он принял участие в ее развитии. Кислородно-водородные двигатели тоже нашли применение в разных сферах. Конструкции камеры сгорания и сопла, предложенные еще в рукописи 1919 года, проверялись на уровне теории и на практике, а затем дорабатывались и использовались в новых проектах.

Особое значение для космонавтики имеют гравитационный маневр и разделяемый космический аппарат для полетов на другие небесные тела, впервые предложенные именно Ю. Кондратюком. Человечество уже отправило в космос несколько десятков автоматических межпланетных станций, и для их вывода на требуемые траектории полета к цели использовался именно пертурбационный маневр, использующий гравитацию Земли или иных небесных тел. Также в сфере АМС самым активным образом используется разделяемая система с орбитальным и посадочным модулем. Подобная архитектура применялась и в лунных программах нескольких стран: самым известным примером такого рода является серия аппаратов Apollo.

Впрочем, не все идеи Ю.В. Кондратюка нашли применение. В первую очередь, причиной этого стало дальнейшее развитие науки и техники. Определенные предложения, высказанные в трудах энтузиаста, основывались на уровне техники десятых и двадцатых годов, накладывавшем самые серьезные ограничения. Появление и развитие новых технологий в будущем позволило упростить решение целого ряда задач в космической области.

В книге «Завоевание межпланетных пространств» Ю. Кондратюк высказывал опасения, что даже сильно разреженная атмосфера способна погасить скорость орбитальной станции и привести к ее падению, вследствие чего такой комплекс следует помещать на орбите Луны. Однако в реальности станции спокойно работают на орбите Земли. Время от времени они вынуждены проводить коррекцию орбиты, но эта процедура давно перешла в категорию несложных рутинных процедур.

Снабжать «промежуточную базу» предлагалось при помощи сложного ракетно-артиллерийского комплекса на основе особого орудия, способного запускать грузовые снаряды с ракетным двигателем. На практике такие задачи решаются с использованием специализированных транспортных космических аппаратов, которые доставляются на орбиту при помощи ракет-носителей. Такой способ гораздо проще и экономичнее, чем применение специализированного сложного орудия.

В двадцатых годах Ю.В. Кондратюк сменил несколько мест работы и успел освоить целый ряд специальностей, связанных с проектированием и эксплуатацией различных механизмов. В конце десятилетия он разработал и построил в Камне-на-Оби особое зернохранилище. Деревянная конструкция на 13 тыс. т зерна отличалась сравнительной простотой строительства, но при этом соответствовала всем требованиям.

Впрочем, в 1930 году ответственные лица нашли нарушения при строительстве элеватора, в результате чего проектантов и строителей обвинили во вредительстве. После суда Ю. Кондратюка отправили в закрытое конструкторское бюро угольной промышленности, работавшее в Новосибирске. Там конструктор разработал несколько новых методов строительства шахт, перспективные образцы оснастки и механизации предприятий. Часть этих предложений была реализована в виде проектов или конкретных сооружений.

Еще во время работы в «шарашке» ученый-энтузиаст заинтересовался тематикой ветряных электростанций. В конце 1932 года он с коллегами разработал свой вариант такого комплекса, и с ним выиграл конкурс наркомата тяжелой промышленности. По требованию последнего, инженеров освободили досрочно и перевели в Харьков. В 1937 году в Крыму стартовало строительство первой электростанции Ю. Кондратюка, однако оно не было завершено. Руководство промышленности решило прекратить работы по тематике ветряных электростанций большой мощности. Впрочем, изобретатель продолжил разработку компактных и сравнительно маломощных систем такого рода.

Известно, что в середине тридцатых годов Ю.В. Кондратюка звали в Реактивный научно-исследовательский институт, однако он отказался от такого предложения. Причиной этого стала необходимость продолжения работ в сфере энергетики. По другим данным, ученый опасался, что участие в ракетных проектах военного предназначения вызовет повышенный интерес со стороны органов безопасности, и вскроется история с подменой документов.

В 1941 году Ю. Кондратюк жил и работал в Москве. Вскоре после начала Великой Отечественной войны он добровольно поступил в народное ополчение. Немолодого добровольца зачислили телефонистом. В дальнейшем он служил в различных подразделениях связи из состава разных соединений. Согласно разным источникам, Ю.В. Кондратюк погиб в конце февраля 1942 года во время боев в Болховском районе Орловской области. На предполагаемом месте гибели выдающегося ученого и конструктора установлен памятник.

В начале XX века вся ракетно-космическая тематика держалась только на энтузиастах, желающих открывать новые горизонты науки и техники. Одним из них был Александр Игнатьевич Шаргей, более известный как Юрий Васильевич Кондратюк. Проявляя большой интерес к перспективной тематике, он провел массу необходимых расчетов и на их основе предложил немало важных идей. Более того, не имея доступа к чужим работам в той же сфере, он самостоятельно вывел все необходимые положения и формулы.

В определенный период Ю. Кондратюк прекратил активную работу по ракетно-космической тематике, сосредоточив усилия в других областях. Однако его наработки заинтересовали коллег и получили развитие. Через несколько десятилетий после публикации основных трудов ученого-энтузиаста все это привело к запуску первого искусственного спутника Земли, обитаемых аппаратов и т.д. Не занимаясь непосредственно сборкой и запуском ракет, Ю. Кондратюк смог внести самый серьезный вклад в общую теоретическую основу важнейшей отрасли.

Источник

С Земли на Луну. История и математика. Часть 2

ebc72dd97b2744ccbde3321604176d75

Продолжение. Первая часть здесь.

Решение задачи

Отношение к полетам на Луну стало меняться в конце 1953 года, когда руководитель отдела прикладной математики Математического института АН СССР Мстислав Келдыш вызвал к себе аспиранта Всеволода Егорова и поручил ему просчитать траектории перелета на Луну. Причем как можно ближе к реальности. Когда Егоров спросил его о сроках, Келдыш ответил: «Побыстрее. Результаты нужны уже сегодня».

Отдел был создан изначально для расчета термоядерной боеголовки. Потом Келдыш получит «Героя соцтруда» за эту работу. Но как раз в 1953 году его выделили в отдельную организацию. Это позволило Келдышу более широко варьировать задачи, которые он мог ставить перед своими сотрудниками и аспирантами. Благо, кроме расчета термоядерных боеприпасов и ядерных реакторов, институт также решал вопросы по баллистическому обеспечению полета ракет, помогая ракетчикам решать на первый взгляд малозначительные, но для на самом деле важные задачи вроде оценки гарантийных запасов топлива.

Также хотел бы отметить, что коллектив тогда был как очень сильный, так и очень молодой. Сотрудников в воспоминаниях часто называли «мальчиками Келдыша». И не удивительно, он практически полностью сформировался в 1952-1955 годах из студентов близких курсов мехмата МГУ. В результате практически всем в этом коллективе было от 20 до 30 лет. Если выделить только коллектив, что занимался ракетно-космическими проблемами, то старше 30 лет было всего два человека: Собственно, Мстислав Келдыш и Дмитрий Охоцимский.

Коллектив был молодой. Космос будоражил кровь, а задачи, не решенные за столетия, казались легкими и понятными. Кроме всего прочего, как раз в 1953 году Егоров также организовал в институте постоянный семинар, посвященный космосу.

В результате, согласно статьям, Егоров в 1953-1955 годах успешно решил «плоскую» задачу полета на Луну, а в 1956-1957 — пространственную.

Конечно, вряд ли он бы справился за такое короткое время, если бы Келдыш не передал в его распоряжение так называемую специализированную цифровую машину – СЦМ. Собственно, уже сам этот факт весьма примечателен, так как начало 50-х – это заря цифровой техники. В частности, наша первая ЭВМ МЭСМ официально была запущенна в регулярную эксплуатацию только 25 декабря 1951 года. Но любые специалисты понимали, что подобную задачу без ЭВМ не решить.

Здесь было бы очень уместно поставить фотографию этой ЭВМ. Но, увы, я ее так и не нашел. Хорошо еще, что ее характеристики были указанны в статье посвященной облету Луны. Быстродействие

100 операций в секунду, с оперативной памятью 64 ячейки, постоянная память на магнитных барабанах. Современный поиск по сайтам позволяет также сказать, что ее разработала СКБ-245, а в ее разработке принимал участие, в начале 1952 года, Малиновский.

Хотя, возможно, и в этих характеристиках кроется ответ, почему ее передали на расчет траекторий полета к Луне и почему сейчас ее так сложно найти.

Просто 100 операций в секунду — это и по тем временам слабый результат. Например, у БЭСМ-1 была скорость 8 000-10 000 операций в секунду, с оперативной памятью 2047 ячейки, а у Стрелы-1 – 2000 операций в секунду, оперативная память 2048 слов.

Серьезные ЭВМ стали решать серьезные задачи, а вот такие середнячки были переданы для решения разных дополнительных задач, а потом и вовсе забыты.

Но в любом случае, ЭВМ тогда были на острие технологий, требовались для решения многих проблем, и передача ЭВМ на такую задачу говорит о многом.

Серебряные лауреаты

Хронологически работа Егорова была, действительно, первой. Причем, что особенно важно, это было не просто теоретическое исследование. Именно благодаря этой работе проложили свой путь к нашему естественному спутнику «Луна-1», «Луна-2» и «Луна-3» в 1959 году.

Но, как часто бывает, близкие идеи приходят разным людям приблизительно в одно время. Так и здесь: в рамках 50-х годов задача о полете к Луне была решена еще несколькими людьми.
В СССР это был профессор Глеб Чеботарев. Тогда он работал (а в 1964 году стал его директором) в Институте теоретической астрономии АН СССР. Это был специализированный институт, созданный для изучения небесной механики. Точного текста его работы у меня, увы, нет; судя по упоминаниям в других материалах, он тогда рассмотрел несколько частных случаев. Но его работа все равно интересна, так как ЭВМ у него, скорее всего, не было. Впрочем, также возможно, что в его распоряжении были специализированные электромеханические дифференциальные анализаторы. Тогда они использовались для подобных целей.

Так как работа Егорова тогда была «закрытой», а Чеботарев, напротив, работал в совершенно открытом гражданском институте, то работа последнего в 1955-1957 стала куда более известной. О ней писали в научно-популярной литературе, а впоследствии утверждали, что именно она повлияла на траекторию «Луны-3» и многое другое.

Например, когда в США после запуска спутника бросились анализировать советские СМИ, там решили, что СССР ведет аж три разных проекта, связанных с полетом на Луну. Причем первый проект ведет профессор Чеботарев, а второй аспирант Егоров. Вот статья по этому поводу:
andreyplumer.livejournal.com/227077.html

Так ситуация обстояла в СССР, но и в США шли работы над полетами к Луне.

Первая ласточка точного математического исследования была в 1956 году. В начале этого года Роберт Бурхем из «RAND corporation» предложил использовать разрабатываемую тогда ракету «Тор-Айбл» для лунной миссии. 28 мая 1956 года был выпущен секретный отчет «Общий отчет о носителе лунных зондов». В нем рассматривались возможности запуска к Луне при помощи РН «Атлас». Занятно, но этого отчета на сайте «RANDcorporation» нет до сих пор. Зато есть два следующих, от июня 1956 года. Собственно, именно эта организация в 1956-1958 занималась лунными траекториями, пока после создания НАСА это не было поручено JPL. И именно они детально проработали идею лунных спутников, которые впоследствии превратились в первые зонды «Пионер».

Также нужно упомянуть Эрике Краффта (1917-1984). Он был одним из специалистов, работавших во время Второй Мировой в Пенемюнде. Как и многие другие немецкие специалисты, он потом попал в США. Краффт больше всего известен, как автор РБ «Центавр». Но он проводил и очень серьезные теоретические исследования. Его многотомник «Космический полет» в 60-х годах выпустили и у нас. Считается, что он не участвовал в программе «Аполлон» только потому, что в свое время разругался с фон Брауном. Так вот он тоже в период 1955-1957 г. явно получил доступ к ЭВМ и проанализировал многие особенности «лунных» траекторий. Также он один из тех немногих людей, кто был похоронен в космосе.

Так что же стало понятно при помощи ЭВМ?

Для начала, стал очевиден весьма неожиданный факт: никакого захвата Луной для объекта, запущенного с Земли, в сфере ее действия быть не может. По крайней мере, на первом витке. Скорости пролета внутри сферы Луны оказались больше местной параболической. Другими словами, аппарат, запущенный к Луне, может либо попасть в Луну, либо пролететь мимо нее с гиперболической (относительно Луны) скоростью, после чего либо вернуться к Земле, либо стать спутником Солнца.

Второй факт касался анализа возможных траекторий полета. Посмотрите на схему

21d80c1cd6b649838fff27e64e8e95f5

Если перевести сказанное выше на язык математики, то более оптимальная траектория – это та, у которой больше угол между точкой старта, центром Земли и направлением на Луну. То есть угол ВОА на схеме.

Выше рассмотрена так называемая плоская задача полета к Луне. То есть та задача, которая рассматривает перелеты в плоскости движения Луны. Так как она требует несколько более простых расчетов, то она была решена первой. Причем сразу после решения стало очевидно, что шансов на реальный полет внутри плоскости орбиты Луны достаточно мало. Просто потому, что для этого нужно, чтобы космодром находились на этой самой плоскости. При этом плоскость Луны меняет наклон к земному экватору с 18 градусов 18 минут до 28 градусов 36 минут с периодом 18,6 года.

Но любой космодром, расположенный на территории СССР, будет гарантировано вне плоскости орбиты Луны. Значит, придется лететь за пределами ее плоскости. Опять же, с точки зрения математики, для этого нужно, чтобы плоскость движения аппарата просто пересекала в нужной точке плоскость движения Луны.

Ниже, для примера, схема перелета станции «Луна-2»

image loader

Как часто бывает, такая схема имела свои проблемы. В частности, она более требовательная к энергетике. Но, что хуже всего, при прямом перелете самый оптимальный фазовый угол просто не достижим.

2e5afbaf38dc4c8c8c2a9c702b9898d2

Вот схема. Для ее упрощения была выбрана полярная орбита корабля на пути к Луне, а сечение рисунка проходит через ось вращения Земли и плоскость орбиты Луны. Так вот предположим, что космодром располагается на широте АБ. Теоретически летать можно и по кривой БС, но благодаря вращению Земли всегда можно подгадать момент запуска под кривую АС. Вот только, увы, как можно видеть, даже в этом случае фазовый угол АОВ далек от оптимального. Более того, так как Луна с вращается вокруг Земли с периодом примерно 28 дней, в некоторые моменты ее расположение позволяет летать только по кривой БД. И энергетически кривые АС и БД очень сильно отличаются.

Например, согласно баллистическому отчету, подготовленному к полету «Луны-3», при запуске 4-6 октября 1959 года весовые потери в нагрузке относительно идеального случая были всего 6-26 кг. А вот при запуске 17-19 октября потери составили уже 418-444 кг. В случае «Луны-3» (запуск 4 октября 1959 года), суммарный вес всей полезной нагрузки составил 435 кг. Так что в определенные дни третья ступень «семерки» могла бы не вывести к Луне даже саму себя. Другими словами, оптимальная дата старта в этом методе – раз в месяц.

Еще более неприятный нюанс заключался в том, что, как уже сказано выше, угол между плоскостью вращения Луны и земным экватором постоянно меняется, с периодом в 18 лет. И при таком перелете самые оптимальные даты старта будут только раз в 18 лет.

Достаточно занятен тот факт, что как раз 1959 год был самым «плохим» для запуска с Байконура и благоприятным для запуска с мыса Канаверал. Но так как у нас тогда были достаточно мощные ракеты, этот факт остался практически незамеченным.

Также при расчете подобных орбит оказалось, что нужно учитывать еще и влияние Солнца, а не только Луны. Уже при первых расчетах стала очевидна важность наклона орбиты. А также то, почему орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости (плоскость эклиптики). Просто только данные орбиты стабильны. Например, Лидов провел такой расчет. Представим, что Луна находится на орбите с тем же размером большой полуоси, эксцентриситетом, периодом обращения и т. д., только под наклоном 90 градусов к плоскости движения Земли. И что тогда с ней будет? Оказалось, что она очень и очень скоро упадет на Землю. Всего через 55 месяцев. Этот результат тогда очень и очень удивил как астрономов, так и математиков. Но уже в 1959-1960 году «Луна-3» подтвердила правоту расчетов, упав на Землю под действием данного эффекта.

Именно по таким траекториям летали к Луне в 1958-1960 годах. Но достаточно быстро был предложен новый метод, который одновременно позволял максимизировать полезную нагрузку, причем при любой широте космодрома, и сильно уменьшить время ожидания стартового окна. Если при прямом «пушечном» перелете нужно было ждать 18 лет, а при прямом запуске с космодрома окно открывалось раз в месяц, то при новом методе можно было запускать ракеты хоть каждый день. Даже два раза в день.

Причем с точки зрения математики он очень прост. Нужно просто не пытаться сразу при старте с Земли выйти на траекторию полета к Луне. Можно сначала выйти на орбиту Земли, дождаться, когда фазовый угол станет оптимальным, после чего уже отправиться к Луне.

dd07b16e291645c199a2bd2990d9467f

Вот схема. Точка А – момент запуска. АБ – выход на низкую орбиту спутника Земли. БВ – свободный полет по орбите. И в точке В переход на траекторию полета к Луне. Видно, что угол ВОС идеальный, а значит метод обеспечивает максимум полезной нагрузки. Собственно, сейчас именно так и летают практически все аппараты к Луне.

Этот метод у нас предложил Энеев. И он был детально разработан в конце 1959 года.

Несмотря на свою красоту с точки зрения математики, он требовал достаточно сложных технических решений. Нужно было разработать ракетный блок, который мог стартовать в невесомости, вакууме и после десятков минут свободного полета по орбите Земли. Причем все это время он должен был сохранять строго определенную ориентацию.

Чтобы аккуратно донести важность метода до ракетчиков, был даже разработан небольшой план. Вот как вспоминает ту историю Платонов:

Доклад по новой схеме полета должен был вести Охоцимский применительно к стартам к Венере и Марсу.

«Дмитрий Евгеньевич блестяще, и по-своему, решил проблему постепенного внедрения в сознание С.П. Королева и главных конструкторов понимания неотвратимости требуемых конструкторских разработок. К совещанию у Келдыша был подготовлен плакат с большим количеством (около 8-ми) просчитанных „плохих“ вариантов полетов к Венере и Марсу с негодными весами полезного груза этих вариантов и в конце — с двумя приемлемыми вариантами отмеченными звездочкой. Надо сказать, что плакат этот был выполнен в чисто академическом стиле — черной тушью на полу выпрямленном и так загибающимся листе ватмана, что эти „хорошие“ варианты, отмеченные звездочкой, были сидящим в мягких креслах „главным“ даже не очень видны.

И снова нужно уточнить один момент. До сих пор время от времени возникают идеи о сборке лунных миссий на орбите Земли (например, на МКС). Во многом это – наследие идей 50-х годов (Вернера фон Брауна и прочих), которые оценивали такой полет, еще толком не зная особенности лунных траекторий. Либо, как вариант, говорят о запуске лунных станций на орбиту Земли попутным грузом, с последующим запуском к Луне. Как можно видеть, запуск на первом витке к Луне возможен только при очень аккуратном фазировании плоскости орбиты спутника Земли с траекторией перелета к Луне. Практически нет шансов, что орбита, предназначенная для другого аппарата, позволит сделать это. Значит, нужно ожидать на орбите нужного момента времени. С учетом траектории Луны, подобное окно открывается только два раза в месяц. А с учетом требований по освещенности Луны – даже раз в месяц. Более того, подобное окно может оказаться тоже не оптимальным, так как вполне может случиться, что в момент совпадения плоскостей станция окажется не в требуемой точке В, а в Б или вообще с другой стороны Земли. А это очень сильно изменит фазовый угол и увеличит энергетику.

В результате, требуемый момент старта можно будет ожидать в течении нескольких месяцев. И необходимо, чтобы аппарат был рассчитан на подобные режимы работы. При том, что до Луны, по сути, лететь всего несколько дней.

Другими словами, запуск к Луне с произвольной орбиты спутника Земли совсем не лучшее решение. Конечно, если на орбите Земли ждет буксир с ЯРД или ЭРД, который может компенсировать многие ошибки при выведении, этот вариант допустим 🙂 Но во всех других случаях лучше стартовать с Земли.

Что-то вроде послесловия

Я уверен, что очерк выше достаточно точно описывает подход, который был в то время к полетам на Луну. Для этого пришлось проанализировать много документов на разных языках, и общая картина была именно такой. До 50-х годов большая часть авторов оценивала полет именно по схеме Жюля Верна. А после 50-х годов все уже начали ссылаться на расчеты вышеприведенных авторов. Но все-таки. Ведь постановка задачи была известна и до 50-х. Были известны численные методы решения дифференциальных уравнений, существовали самые разные приборы для ускорения вычислений. От арифмометров до специализированных дифференциальных вычислителей. Значит, теоретически мог быть и человек, который решил положить годы своей жизни на подобные вычисления. И узнал правду о подобных полетах задолго до появления ЭВМ. Вот только был ли он в реальности?

Очень может быть. История, как обычно, куда сложнее чем сначала представляется.
Читая статью Фридриха Цандера «Теория межпланетных путешествий» 1922-1925 года из вот этого сборника, я заметил достаточно занятную сноску под словами «Аппарат, предоставленный самому себе, опишет сложную кривую», посвященными траектории облета Луны.

«Эти кривые отчасти исследованы Стрёмгреном в Копенгагене механической квадратурой. Его исследования длятся уже 12 лет».

Так как нет слов «Прим. редактора» — это явно примечание Цандера от тех лет. Речь про шведско-датского астронома Сванте Стрёмгрена (1870-1947). Он был профессором астрономии в Копенгагенском университете и директором Копенгагенской обсерватории.

Собственно этот материал написан на базе моей книге посвященной Луне. И я очень благодарен
lozga и Zelenyikot за поддержку. Если понравилось, постараюсь опубликовать на этом ресурсе посты по поводу посадки на Луну и по разным частным вопросам.

Источник

Комфорт
Adblock
detector