Текст
АКАДЕМИЯ НАУК СССР
Научный совет АН СССР по проблемам Луны
и планет
Ордена Ленина Инстптут геохимии и аналитической
химии им. В. И. Вернадского АН СССР
УДК 629.78
Предлагаемый читателям второй том сборника «Передвижная
лаборатория на Луне Луноход-1» включает результаты иссле-
дований, проведенных в период с февраля по сентябрь 1971 г.,
и обобщение данных, полученных за все время работы «Луно-
хода-1». Главы I и II посвящены анализу функционирования
шасси и систем лунохода в лунных условиях, рассмотрению
исходных теоретических моделей и методики наземных испы-
таний аппарата. В главах III—V обобщаются результаты ис-
следований топографии, геоморфологии, геологии и химии по-
род изученной территории. В главах VI и VII рассмотрены ре-
зультаты исследований рентгеновского и корпускулярного
излучений, приведены данные по лазерной локации угол-
кового отражателя, установленного на борту «Лунохода-!».
Особое внимание в этих главах уделено вопросам методики
проведения экспериментов.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР
ЧЛЕН-КОРРЕСПОНДЕНТ АН СССР
В. Л. БАРСУКОВ
31901—629
П 055(02)—78 Б:>>~27~40~1977 © Издательство «Наука», 1978 г.
Передвижная
лаборатория
на Луне
ЛУНОХОД-1
Том 2
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПАУКА» МОСКВА 1078
ПРЕДИСЛОВИЕ
4 октября 1977 г. советский народ п все
прогрессивное человечество отметили двад-
цатилетие космической эры. За время, про-
шедшее со дня запуска первого искусствен-
ного спутника Земли, мы были свидетелями
многих выдающихся достижений в косми-
ческой технике и космических исследовани-
ях, среди которых одним из самых ярких
и впечатляющих является одиннадцатиме-
сячиая экспедиция «Лунохода-1» в северо-
западной части Моря Дождей, Длительное
активное функционирование на Луне «Лу-
нохода-1» и установленной на его борту ап-
паратуры показало принципиальную пер-
спективность и эффективность использова-
ния дистанционно управляемых движущих-
ся систем для исследования поверхности
планет. За время работы лунохода, кроме
большого объема исследований поверхности
Луны и космического пространства, были
проверены основные научно-технические ре-
шения и исходные теоретические модели,
проведены испытания шасси лунохода и его
систем уже в лунных условиях, отработаны
и уточнены методики проведения исследо-
ваний и управления луноходом.
Предлагаемый широкому читателю сбор-
ник статей является продолжением сборни-
ка, опубликованного в 1971 г., содержаще-
го описание автоматической станции «Лу-
на-17», основных систем «Лутюхода-1» и
краткие предварительные результаты иссле-
дований. В настоящем цикле работ, кроме
результатов уже тщательных, углубленных
исследований, содержатся данные по изу-
чению космических излучений и лазерной
локации Луны с помощью французского
уголкового отражателя, установленного на
борту «Лунохода-1», не вошедшие в первый
сборник. Серия статей посвящена рассмот-
рению особенностей функционирования лу-
нохода на лунной поверхности, методике его
наземных испытаний, контактным исследо-
ваниям, проведенным с помощью шасси.
В связи с тем, что работы, проведенные на
«Луноходе-1», были первыми в своем роде,
очень большое внимание во всех статьях уде-
лено методическим вопросам, что является
несомненным достоинством сборника. Полу-
ченные результаты имеют большое научное,
техническое и методологическое значение.
Они представляют собой ценный вклад в си-
стему знаний о планетах и космическом про-
странстве и несомненно послужат исходным
материалом для последующих научно-тех-
нических разработок.
Говоря об успехах этих исследований,
нельзя не отметить роль двух выдающихся
организаторов космических исследований —
Г. Н. Бабакина и А. П. Виноградова. Член-
корреспондент АН СССР Георгий Николае-
вич Бабакин был Главным конструктором
АЛС «Луна-17» и «Лупоход-1» и ряда других
космических аппаратов. Академик Алек-
6
ПРЕДИСЛОВИЕ
сандр Павлович Виноградов на посту дирек- Николаевич и Александр Павлович много
тора Института геохимии и аналитической лет плодотворно сотрудничали в разработке
химии АН СССР и вице-президента АН и проведении Советской программы изучения
СССР был признанным лидером в организа- космического пространства. Выход в свет
ции научных исследований Луны и планет этого сборника является данью уважения
с помощью космической техники. Георгий к трудам этих замечательных людей.
Глава первая
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
В ФЕВРАЛЕ —СЕНТЯБРЕ 1971 Г.
!. Функционирование «Луиохода-1»
на Луне
0. Г. Иванов, В. А. Рывкина, Б. В. Непоклонов
Основные задачи, решаемые «Луноходом-!»,
были рассмотрены в первом томе книги
«Передвижная лаборатория на Луне Луно-
ход-1».
Работа лунохода на протяжении первых
трех месяцев показала, что все его системы
надежно функционируют в течение лунных
дней и ночей. Система терморегулирования
поддерживала заданный диапазон темпера-
тур в приборном отсеке, система энергопи-
тания обеспечила выполнение задач в лунные
дни и необходимый запас электроэнергии
для сохранения жизнеспособности в лунные
ночи. Успешное функционирование луно-
хода подтвердило правильность разрабо-
танных методов, процессов и операций уп-
равления, рациональность схемы и органи-
зации работы служб, распределения функций
и взаимодействий членов экипажа для ко-
смических аппаратов такого типа.
В первые два лунных дня «Луноход-1»
двигался в южном направлении. В эти дни
значительное время отводилось научно-тех-
ническим экспериментам по испытаниям са-
моходного аппарата, исследованию спосо-
бов дистанционного управления, изучению
; работы радиокомплекса, решению вопросов
медико-биологического обеспечения работы
экипажа при управлении аппаратом. Науч-
ные эксперименты в это время носили реког-
носцировочный характер и имели целью по-
лучение основных характеристик лунной по-
верхности.
Каждый сеанс связи с «Луиоходом-1» про-
водился по типовой программе и включал
движение с определением при каждом арре-
тировании курсового гироскопа физико-
механических свойств лунного грунта, пано-
рамную съемку поверхности и Солнца (или
Земли) и химический анализ поверхностного
слоя лунного грунта.
В зависимости от условий работы лунохо-
да в программе сеансов связи варьировалось
время движения, съемки панорам и химичес-
кого анализа лунного грунта.
Так, например, панорамная съемка по- \
верхности производилась в первые три \
месяца работы самоходного аппарата для об-
щего топографического и геолого-геоморфо-
логического обследования лунной поверхно-
сти, выбора направления движепия и состав-
ления оперативных топосхем, необходимых
для навигационных расчетов, обеспечиваю-
щих служебные маневры.
В конце второго лунного дня впервые бы-
ла использована стереофотограмметриче-
ская панорамная съемка поверхности для
обеспечения выбора безопасного маршрута
движения по склонам стометрового крате-
ра, осложненного наложенными кратерами
и россыпями камней.
При обнаружении образований, пред-
ставляющих интерес, проводились комплекс-
ные научные сеансы, включающие стереофо-
тограмметрическую панорамную съемку по-
верхности, продолжительный по времени
химический анализ поверхностного слоя
грунта с одновременным изучением его фи-
зико механических свойств.
При работе «Лунохода-1» в течение двух
первых дней его навигационный комплекс
8
ГЛЛВЛ I
работал в индикаторном режиме. Обработка
измерений сводилась только к определению
местоположения аппарата. Астрономичес-
кий курс лунохода определялся на всех его
стоянках после завершения движения. Счис-
ление пути, выполнявшееся во время сеан-
сов связи штурманами экипажа, между сеан-
сами связи повторялось с учетом результатов
фотограмметрической обработки панорам,
уравнивания углов поворота с использо-
ванием азимутальных условий и уточнения
коэффициентов пробуксовки и пройден-
ного пути. Оценка дисперсий углов поворо-
та в течение первых двух дней позволила ус-
тановить точностные свойства гирополуком-
паса. Установлены были также значения
средней скорости «Лунохода-1» при движе-
нии его в разных условиях освещения лун-
ной поверхности.
Третий лунный день был посвящен выво-
ду «Лунохода-1» к месту посадки станции
«Луна-17».
Для решения этой задачи был намечен
маршрут и программа движения «Лунохо-
да-1» в каждом сеансе связи. При проектиро-
вании маршрута и программы учитывались:
условия освещения поверхности во время
сеансов движения;
значения средних скоростей, показанных
во втором лунном дне для различных усло-
вий освещения;
топографические характеристики лунной
поверхности по результатам обработки теле-
визионных панорам и снимков, полученных
в первом и втором лунных днях, и навигаци-
онных телеметрических измеренрш;
оценки дисперсий измерений углов пово-
рота лунохода с помощью гирополукомыаса.
Реальные условия работы наземного ра-
диокомплекса заставили существенно изме-
нить программу движения. Основное изме-
нение сводилось к уменьшению числа сеан-
сов движения, соответственно к увеличению
времени движения в каждом сеансе связи
первой половины третьего лунного дня и,
следовательно, к уменьшению числа аст-
рономических определений курса.
Вывод «Лунохода-1» в заданную точку по
месту и времени выполнялся маршрутным
способом, а после обнаружения посадочной
ступени — курсовым способом. Ошибка счи-
слимого места «Лунохода-1» после выхода
его к посадочной ступени составила 30 м.
В течение первых трех лунных ночей с лу-
ноходом проводились кратковременные сеан-
сы связи в целях изучения поведения его
систем в период ночи.
) С февраля 1971 г. начался второй этап
I работы лунохода — по дополнительной про-
грамме, при выработанных гарантийных ре-
сурсах аппаратуры. С марта 1971 г. заряд-
ный ток солнечной батареи начал постепенно
уменьшаться, а с июня стала уменьшать-
ся и зарядная емкость аккумуляторной ба-
тареи, что связано с ее длительной эксплуа-
тацией. С февраля были прекращены работы
с одной из телефотометрических камер.
В связи с тем, что фактическая контрастность
лунной поверхности при высоком Солнце
оказалась ниже расчетной, изображение по
малокадровому телевидению часто было не-
достаточно четким, что осложняло проведе-
ние намеченных работ, особенно в кратерах.
При сложных ситуациях приходилось про-
водить достаточно длительные сеансы с пере-
ходом в стационарный режим и съемкой по-
верхности телефотометрическими камерами,
имеющими большую разрешающую способ-
ность. Но благодаря высокой надежности
работы всех систем, четкой организации ра-
боты экипажа и группы управления все
сложные ситуации были преодолены и науч-
ные и научно-технические исследования про-
должались достаточно успешно.
На втором этапе работы «Лунохода-1»,
после выполнения испытаний по основной
программе и с приобретением экипажем и
группой управления достаточного опыта в
дистанционном управлении самоходным ап-
паратом, основной целью экспедиции стал
интенсивный сбор сведений о лунной поверх-
ности.
При выполнении программы этого этапа
наибольшее внимание уделялось подробно-
му топографическому и морфологическому
изучению типичных образований с проведе-
нием химического анализа грунта на участ-
ках с нарушенным и ненарушенным поверх-
ностным слоем грунта и в местах скопления
камней, а также комплексное изучение фи-
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
зико-механических свойств грунта как с по-
мощью пенетрометра, так и по результатам фо-
тограмметрической обработки телевизионных
панорам с изображением колеи лунохода при
его прямолинейном движении и поворо-
тах.
В течение всего периода активного сущест-
вования лунохода проводилось исследование
радиационной обстановки на Луне, а также
исследование интенсивности и углового рас-
пределения внегалактического диффузного
рентгеновского фона и исследование дис-
кретных источников.
При выполнении этой программы основ-
ное направление движения самоходного
аппарата было выбрано в сторону возвышен-
ностей, обнаруженных на ряде телевизион-
ных панорам, полученных в предшествую-
щие лунные дни. Эти возвышенности исполь-
зовались в качестве местных ориентиров для
навигации лунохода. Азимут наиболее ха-
рактерной седловины на этих возвышенно-
стях равен 337° 30'.
В течение четвертого лунного дня само-
ходный аппарат передвигался сначала на
север, а затем на северо-запад по равнинно-
му району со сложным микрорельефом, об-
разованным в основном старыми кратерами.
В характерных местах этого района была
выполнена стереофотограмметрическая па-
норамная съемка поверхности.
В одном из сеансов было проведено вскры-
тие колесами при многократных поворотах
поверхностного слоя грунта на глубину
10 см. В процессе вскрытия с помощью
пенетрометра измерялись механические
свойства грунта. В этом же месте выполнен
химический анализ вскрытого грунта и его
стереофотограмметрическая съемка.
В конце четвертого лунного дня самоход-
ный аппарат поднялся на вал двухсотмет-
рового кратера (вал в виде пологой возвы-
шенности был обнаружен в конце третьего
лунного дня). Во время обследования этого
кратера при движении по северо-восточной
части вала были обнаружены еще два крате-
ра: четырехсотметровый и пятисотметровый.
Как показали дальнейшие исследования,
двухсотметровый кратер пересекает южную
часть четырехсотметрового и оба они нахо-
дятся на юго-восточном склоне пятисотмет-
рового кратера.
Затем, уже на шестой лунный день, се-
вернее пятисотметрового кратера, в 40 м за
его валом, был обнаружен сравнительно све-
жий четырехсотметровый кратер.
На четвертую лунную ночь, до открытия
панели солнечной батареи, были проведены
два сеанса связи, в которых включались
телевизионные камеры для наблюдений за
восходом Солнца. После уменьшения за-
рядной емкости аккумуляторной батареи
ночные сеансы уже не проводились.
Работа «Лунохода-1» в конце четвертого,
на пятый, шестой, седьмой и в начале вось-
мого лунного дня была посвящена исследо-
ванию этой системы крупных кратеров. При
этом выполнялось:
изучение строения крупных кратеров и
кратеров на их валах и склонах;
исследование микрорельефа на валах и в
зонах выбросов крупных кратеров;
изучение структуры лунной поверхности
в различных частях крупных кратеров;
анализ химического состава поверхност-
ного слоя лунного грунта и изучение его
физико-механических свойств в различных
частях исследуемых форм рельефа.
Для изучения строения кратеров и рельефа
в межкратерных зонах использовалась сте-
реофотограмметрическая панорамная съемка
поверхности с базисом в несколько метров,
панорамная съемка одних и тех же участков
лунной поверхности с разных точек стояния
лунохода, расположенных одна от другой
на расстоянии нескольких десятков метров,
и профилирование поверхности вдоль трассы
движения по результатам измерения прой-
денного пути, дифферента и крена аппарата.
Для изучения структуры лунной поверх-
ности выполнялась стереоскопическая пано-
рамная съемка близлежащих участков при
малых перемещениях аппарата.
Анализ химического состава поверхност-
ного слоя лунного грунта выполнялся в се-
ансах связи с «Луноходом-1» при длительной
работе аппаратуры РИФМА (1—2 ч).
Необходимо отметить, что при обследова-
нии северного четырехсотметрового кратера
впервые за все время работы «Лунохода-1»
10
ГЛАВА I
была обнаружена на внутреннем его склоне
россыпь камней размером до нескольких
метров. Во время движения самоходного
аппарата по склону этого кратера была соб-
рана весьма интересная информация по изу-
чению тягово-сцепных свойств грунта на
этом склоне.
Работа лунохода при изучении кратеров
явилась весьма серьезным испытанием как
для самого аппарата, так и для его экипажа.
При движении лунохода по склонам крате-
ров ему приходилось преодолевать спуски
и подъемы до 30° по грунту с пониженной
проходимостью и совершать сложные ма-
невры по обходу встречаемых на пути пре-
пятствий.
Следует отметить, что во время этой раз-
нообразной работы был полностью исполь-
зован опыт по навигации лунохода и топо-
графо-навигационному обеспечению его ра-
боты, накопленный в предыдущие дни. Это
позволило проложить два замкнутых мар-
шрута. Комплексное! использование при на-
вигации «Лунохода-1» всех методов измере-
ний позволило добиться той же точности
навигации, как и в первые лунные дни, хотя
при этом трасса его движения проходила
по склонам больших кратеров.
На четвертый — седьмой лунные дни
функционирования «Лунохода-1» отрабаты-
вались методы его управления и навигации
для выполнения комплексных научных сеан-
сов. Так, например, производился подход
к бровкам кратеров с заранее заданными
курсами, причем и с такими, при которых
из-за кормового освещения эти кратеры пере-
ставали дешифрироваться на телевизионных
экранах мониторов. В такой ситуации вож-
дение осуществлялось только по штурман-
ским расчетам. Точное вождение с использо-
ванием результатов навигационных расчетов,
проведенных по оперативным топографи-
ческим схемам и планам, выполнялось для
измерения химического состава определен-
ных образований на лунной поверхности
и затем их панорамной съемки, вывода лу-
нохода из скопления крупных камней на
склоне четырехсотметрового кратера (во
второй половине шестого лунного дпя) и по
сочленению валов четырехсотметрового и
пятисотметрового кратеров (на седьмой лун-
ный день).
При работе «Лунохода-1» в течение чет-
вертого, пятого, шестого и седьмого лунных
дней были начаты исследование и отработка
методики оперативного получения количест-
венных характеристик таких крупных обра-
зований рельефа, как кратеров диаметром
200—500 м. Эти исследования крайне важ-
ны для топографо-геодезического обеспече-
ния работы будущих луноходов при марш-
рутном способе навигации с использованием
топографических карт, так как крупные
кратеры могут быть использованы как конт-
рольные ориентиры по трассам движения,
позволяющие локализовать накопления по-
грешностей счисления пути. Крупные кра-
теры изучались и в последующие дни работы
«Лунохода-1».
Так, после завершения исследования че-
тырех крупных кратеров луноход на вось-
мой лунный день прошел 1,6 км в северо-
западном направлении и подошел к скопле-
нию кратеров, наибольший из которых имел
диаметр 200 м.
Если в продолжение четвертого, пятого,
шестого и седьмого лунных дней крупные
кратеры изучались при больших перемеще-
ниях «Лунохода-1», с использованием глу-
боких рейдов его по склонам кратеров и пе-
ресечением их, то на девятый, десятый и
одиннадцатый день работы «Луноход-1» про-
водил их исследования в режиме малых
перемещений, выполняя сплошную панорам-
ную маршрутную съемку. При выполнении
этих исследований был выявлен ряд обстоя-
тельств, позволяющих установить предель-
ную дальность обнаружения и дешифро-
вочные признаки кратеров размером от 10
до 200 м, и изучена методика оперативного
исследования их формы и размеров по мате-
риалам телевизионной съемки и навигацион-
ной телеметрической информации.
Последний сеанс связи с «Луноходом-!»
состоялся 14 сентября 1971 г. В этом сеан-
се системы лунохода были приведены в не-
обходимое для пережидания лунной ночи
состояние. В начале очередного лунного
дня 30 сентября 1971 г. па борт лунохода
были выданы радиокоманды на включение
\
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
11
Таблица 1
Дата и время
Операция
6 февраля 1971 г,
14 ч 30 мин -
15 ч 11 мин
7 февраля
18 ч 00 мин-
22 ч 38 мин
8 февраля
18 ч 00 мии-
22 ч 12 мин
9 февраля
20 ч 00 мин-
22 ч 52 мин
10 февраля
20 ч 00 мин-
23 ч 55 мин
11 февраля
22 ч 00 мин-
12 февраля
00 ч 39 мин
12 февраля
22 ч 00 мии-
13 февраля
00 ч 06 мин
13 февраля
23 ч 00 мин ■
14 февраля
00 ч 29 мин
16 февраля
00 ч 00 мин -
05 ч 32 мин
17 февраля
03 ч 20 мин -
09 ч 00 мин
18 февраля
03 ч 00 мин.
06 ч 32 мин
19 февраля
07 ч 00 мин
08 ч 10 мин
7 марта
00 ч 32 мин
01 ч 06 мин
Четвертый лунный день
Открытие панели^солнечной батареи. Эксперимент по проверке режимов работы
системы малокадрового телевидения
Движение по лунной поверхности. Продолжение эксперимента по проверке
режимов работы системы малокадрового телевидения
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам. Проведение
анализа химического состава лунного грунта
Передача телефотопанорам. Проведение анализа химического состава грунта
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам. Проведение
анализа химического состава грунта
Движение по лунной поверхности
Передача телефотопанорам. Проведение анализа химического состава грунта
Передача телеметрической информации. Проведение анализа химического со-
става грунта
Проведение анализа химического состава грунта. Движение по лунной поверх-
ности- Проведение анализа химического состава грунта- Передача телефото-
панорам
Передача телефотопанорам. Проведение анализа химического состава грунта.
Движение по лунной поверхности
Передача телефотопанорам. Проведение анализа химического состава грунта
Подготовка к лунной ночи. Передача телефотоданорам. Закрытие панели сол-
нечной батареи
Четвертая лунная ночь ;
Передача телевизионного изображения солнечной короны перед восходом
Солнца
12
ГЛАВА I
Таблица 1 (продолжение)
Дата i
7 марта
14
15
8 марта
-> 03
04
8 марта
23
9 марта
01
9 парта
20
10 марта
у - 00
11 марта
15
15
12 марта
20
13 марта
02
13 марта
21
14 марта
02
14 марта
23
23
15 марта
23
23
17 марта"
05
07
18 марта
02
06
19 марта
03
07
20 марта
06
07
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
i время
40
15
00
06
30
39
00
58
00
15
00
10
32
35
00
14
30
45
00
10
00
33
00
28
00
35
мин —
MUU
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
МИП —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
Операция
Передача телевизионного изображения восхода
Пятый лунный день
Открытие панели солнечной батареи. Передача
Движение по лунной поверхности
Движение по лунной поверхности. Передача
анализа химического состава грунта
Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Передачд
анализа химического состава грунта
... ■-- . .." ■
Движение по лунной поверхности. Передача
анализа химического состава грунта
«'
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телефотопанорам. Проведение анализа
Солнца __. •
- ■ ■ *
телеметрической информации
телефотопанорам. Проведение
1 V
телефотопанорам. Проведение
телефотопанорам. Проведение
■«-.-
■-■-■
■- ."*■
-■
■■ , -•*-
и:
химического состава грунта
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Передача телефотопанорам
-
РАБОТА «ЛУИОХОДЛ-1» НА ЛУНЕ
Ш
Таблица 1 (продолжение)
Дата и время
Операция
21 марта
08 ч 00 мин
08 ч 36 мин
22 марта
08
08
7 апреля
00
00
7 апреля
19
8 апреля
01
8 апреля
19
9 апреля
00
9 апреля
19
23
10 апреля
22
24
11 апреля
01
03
11 апреля
22
12 апреля
03
12 апреля
22
13 апреля
03
14 апреля
00
02
15 апреля
01
01
15 апреля
19
19
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
00
04
00
19
00
35
00
14
00
58
on
00
00
10
00
и
30
31
00
02
00
26
00
46
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мип
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
мин
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи
Пятая лунная иочь
Передача телеметрической информации
Шестой лунный день
Открытие панели солнечной батареи. Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Проведение анализа химического состава
грунта. Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Проведение анализа химического состава
грунта. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности
Передача телефотопанорам. Движение по лунной поверхности. Передача
телефотопанорам
Проведение анализа химического состава грунта,
поверхности. Передача телефотопанорам
Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности
Движение по лунной
14
ГЛАВА I
Таблица 1 (продолжение)
Дата
17 апреля
01
01
17 апреля
07
08
18 апреля
01
01
20 апреля
03
04
6 мая
17
17
7 мая
18
20
8 мая
19
23
9 мая
14
16
11 мая
01
03
11 мая
23
12 иая
00
13 мая
01
02
14 мая
01
02
15 мая
01
03
16 мая
02
02
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
и время
00 мин —
18 мин
30 мин —
30 мин
00 мин —
16 мин
30 мин —
58 мин
00 мин —
23 мин
00 мин —
07 мин
00 мин —
48 мин
30 мин —
21 мин
15 мин —
28 мин
10 мин —
56 мин
00 мин —
50 мин
00 мин —
50 мин
30 мин —
20 мин
00 мин —
18 мин
Операция
Передача телеметрической информации
Передача телефотопанорам
Передача телеметрической информации
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи *
Седьмой лунный день
Открытие панели солнечной батареи -
Проведение анализа химического состава грунта
Движение по лунной поверхности. Проведение анализа химического состава
грунта. Передача телефотопанорам
Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Передача телефотопанорам. Движение по лунной поверхности
Передача телеметрической информации. Эксперимент по проверке коэффициента
модуляции передатчика
Движение по лунной поверхности
Передача телефотопанорам. Движение по лунной поверхности
Передача телеметрической информации
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
Таблица 1 (продолжение)
Дата и время
17 мая
08
08
18 мая
09
09
19 мая
06
06
4 июня
16
16
5 июня
20
21
6 июня
20
22
7 нюня
20
22
8 июня
23
9 июня
02
9 вюпя
23
10 июня
04
10 июня
23
11 НЮНЯ
01
12 июня
00
01
13 июня
04
05
14 нюня
04
07
ч 00 мин —
ч 17 мин
ч 00 мин —
ч 10 мин
ч 00 мин —
ч 28 мин
ч 50 мин —
ч 58 мин
ч 00 мин —
ч 34 мин
ч 30 мин —
ч 30 мин
ч 30 мни —
ч 24 мин
ч 30 мин —
ч 34 мин
ч 00 мин —
ч 00 мин
ч 30 мин —
ч 25 мин
ч 00 мин —
ч 04 мин
ч 20 мип —
ч 00 мин
ч 00 мин —
ч 20 мин
Операция
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
i
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи
Восьмой лунный день
Открытие ланели солнечной батареи
Проведение анализа химического состава грунта
Передача телефотопанорам. Проведение анализа химического состава грунта
Передача телефотопанорам. Движение по лунной поверхности. Проведение
анализа химического состава грунта
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Проведение анализа химического состава лунного грунта. Передача телефото-
панорам
Передача телефотопанорам
Проведение анализа химического состава грунта. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Проведение анализа химического состава
грунта
ГЛАВА I
Таблица 1 (продолжение)
Дата
15 июня
05 ч
07 ч
16 тоня
06 ч
08 ч
17 июня
06 ч
08 ч
18 топя
07 ч
08 ч
3 июля
22 ч
22 ч
4 июля
18 ч
18 ч
5 июля
19 ч
20 ч
6 июля
20 ч
22 ч
7 июля
21 ч
22 ч
8 июля
22 ч
22 ч
9 июля
22 ч
23 ч
10 июля
23 ч
23 ч
11 ИЮЛЯ
23 ч
23 ч
13 июля
06 ч
08 ч
и время
00 мин —
00 мин
20 мин —
15 мин
20 мин —
20 мин
00 мин —
30 мин
00 мин —
08 мин
10 мин —
16 мин
30 мин —
12 мин
30 мин —
07 мин
20 мин —
22 мин
00 мин —
58 мин
30 мин —
54 мин
00 мин —
26 мин
20 мин^
36 мин
30 мин —
14 мин
Операция
Движение по лунной поверхности
Проведение анализа химического состава групта. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи ,.
Девятый лунный день '
Открытие панели солнечной батареи
Передача телеметрической информации
Проверка коэффициента модуляции передатчика
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Проведение анализа химического состава грунта j
Движение по лунной поверхности • |
Движение по лунной поверхности. Проведение анализа химического состава
грунта. Передача телефотопанорам |
Передача телеметрической информации 1
1
Передача телеметрической информации 1
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам 1
■
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
17
Таблица !
L
Дата
14 июля
06
07
15 июля
06
08
16 ИЮЛЯ
06
07
17 июля
12
12
2 августа
18
19
3 августа
19
19
4 августа
20
22
5 августа
20
20
6 августа
21
21
7 августа
21
21
8 августа
22
22
10 августа
01
02
10 августа
23
23
11 августа
06
06
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
ч
(продолжение)
и время
00 мин —
24 мин
00 мин —
00 мин
00 мин —
57 мин
00 мин —
54 мин
20 мин —
03 мин
30 мин —
51 мин
00 мин —
16 мин
30 мин —
53 мин
00 мин —
25 мин
30 мин —
38 мин
00 мин —
06 мин
00 мин —
09 мин
00 мин —
54 мин
00 мин —
56 мин
Операция
Эксперимент по проведению дистанционных
Движение по лунной поверхности. Передача
радиоизмерений
телефотопанорам
Проведение анализа химического состава грунта. Передача телефотопанорам
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи
Десятый лунный день
Открытие панели солнечной батареи
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Эксперимент по проведению дистанционных
Эксперимент по проведению дистанционных
радиоизмерений
радиоизмерений
2 Луноход-1
18
' ГЛАВА I
Таблица 1 (продолжение)
11
12
13
14
15
16
31
1
2
3
4
5
6
8
9
Дата и время
августа
23 ч 28
августа
01 ч 25
августа
00 ч 00
01 ч 30
августа
00 ч 30
02 ч 00
августа
00 ч 30
01 ч 20
августа
08 ч 00
08 ч 25
августа
21 ч 00
21 ч 05
сентября
20 ч 01
20 ч 26
сентября
20 ч 30
21 ч 38
сентября
21 ч 30
21 ч 40
сентября
21 ч 40
23 ч 16
сентября
22 ч 00
23 ч 07
сентября
23 ч 10
23 ч 18
сентября
01 ч 43
02 ч 53
сентября
00 ч 00
00 ч 09
мин —
мин
мин —
мин
. -• •
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
мин —
мин
Операция
Передача телеметрической информации. Движение по лунной поверхности.
Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
■
Передача телефотопанорам. Двшкение по лунной поверхности
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи
Одиннадцатый лунный день
Открытие панели солнечной батареи
■■■.■ . ■ -.■.'*
Передача телеметрической информации
■ - — ■ •
Передача телеметрической информации
Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам. Проведение
анализа химического состава лунного грунта
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Передача телеметрической информации \
Передача телефотопанорам
Передача телеметрической информации
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
19
Таблица 1 (окончание)
Дата i
10 сентября
23 ч
U сентября
00 ч
11 сентября
23 ч
12 сентября
00 ч
13 сентября
00 ч
02 ч
14 сентября
13 ч
13 ч
30 сентября
19 ч
1 октября
19 ч
2 октября
20 ч
1 время
40 мин —
04 мин
30 мин —
48 мин
30 мин —
34 мин
00 мин —
54 мин
16 мин
00 мин
00 мин
Операция
Передача телеметрической информации
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам
Движение по лунной поверхности. Передача телефотопанорам. Проведение
анализа химического состава грунта
Подготовка к лунной ночи. Закрытие панели солнечной батареи
Двенадцатый лунный день
Выдача на борт радиокоманд для открытия панели солнечной батареи и вклю-
чения передатчиков. Ответный сигнал не получен
Повторение предыдущей серии радиокоманд. Ответный сигнал не получен
Повторение серии радиокоманд. Ответный сигнал не получен
Таблица 2
Лунный
день
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
Календарный месяц
Ноябрь 1970 г.
Декабрь 1970 г.
Январь 1971 г.
Февраль 1971 г.
Март 1971 г.
Апрель 1971 г.
Май 1971 г.
Июнь 1971 г.
Июль 1971 г.
Август 1971 г.
Сентябрь 1971 г.
Итого
Число
сеансов
■ 64
16
15
13
14
14
15
13
164
1исло
поданных
команд
11053
3 409
3 344
1386
2 332
1268
1094
943
24 829
Пройденный
путь, м
195
1521
1870
1553
2 004
1022
192
1540
200
215
88
10 540
Число
панорам
93
15
14
20
22
15
9
18
206
Часы наработки
прибора определе-
ния химического
состава
1 ч 21 мин
5 ч 19 мин
8 ч 19 мин
6 ч 04 мин
5 ч 57 мин
3 ч
3 ч 43 мин
2 ч
1 ч 40 мин
1 ч 04 мин
35 мин
39 ч 16 мин
20
ГЛАВА I
бортовых систем и радиоаппаратуры. Ответ-
ный сигнал не был получен. По всей вероят-
ности, причиной прекращения работы систем
«Лунохода-i» является израсходование ре-
сурса изотопного источника обогрева в си-
стеме терморегулирования и уменьшение за-
рядной емкости аккумуляторной батареи.
Даты проведения и основное содержание
сеансов приведены в табл. 1. Некоторые ито-
говые данные приведены в табл. 2. Время
всюду московское.
2. Психологические проблемы
дистанционного управления
Ю. А. Петров *
Полет автоматической станции «Луна-17» и
работа первой в мире передвижной исследо-
вательской лаборатории «Луноход-1» яв-
ляются выдающимися достижениями отече-
ственной науки и техники. Результаты этой
экспедиции, в которой нашли реальное во-
площение новые формы сочетания автома-
тики с операторской работой наземной
группы управления — экипажем лунохо-
да, будут в течение долгого времени предме-
том внимательного анализа и обсуждения.
В настоящей статье рассматриваются пси-
хологические аспекты сложной проблемы
эксплуатации системы дистанционного уп-
равления луноходом.
Луноход не является типичным представи-
телем семейства кибернетических роботов,
в которых функциональные операции вы-
полняются на уровне замкнутой автомати-
ки. Человек выключен из действий и «дея-
тельности» робота в процессе выполнения
закодированных в нем программ реагирова-
ния на те или иные явления и «раздражите-
ли».
В отличие от робота луноход является объ-
ектом управления со стороны специально
отобранных и подготовленных для этой це-
ли операторов. Луноход, скорее, является
традиционным транспортным средством,
экипаж которого удален от него на расстоя-
ние около 400 000 км.
Таким образом, в систему управления лу-
ноходом был органически включен как важ-
нейшее и направляющее звено человек-опе-
ратор, а точнее, группа операторов — эки-
паж лунохода. При этом от экипажа, от
психических и физиологических особенно-
стей его членов, во многом зависела надеж-
ность работы всей системы.
Как известно, под надежностью системы
понимают вероятность безотказного ее дей-
ствия в заданных условиях в течение опре-
деленного отрезка времени. Существуют
профессии, где человек-оператор обязан уп-
равлять с надежностью, равной единице, т. е.
не только безотказно, но и безошибочно.
Ошибки таких операторов, как летчик или
шофер, ведут в лучшем случае к аварии,
в худшем — к катастрофе. Легко понять,
насколько ответственна роль человека-опе-
ратора в сложной системе дистанционного
управления луноходом.
Всякую операторскую деятельность по уп-
равлению тем или иным объектом, будь то
автомобиль, самолет или луноход, можно
расчленить на три основных звена. Первое—
это восприятие информации о характеристи-
ках движения управляемого объекта. Вто-
рое — переработка этой информации опера-
тором, принятие решений. Третье — воздей-
ствие на органы управления (ручки, руко-
ятки, тумблеры) для реализации принятых
решений.
Особое значение для надежной работы
всей системы имеет рациональное распреде-
ление функций между экипажем и средст-
вами автоматики, а также внутри экипажа
между командиром, водителем, бортинже-
нером, оператором остронаправленной ан-
тенны и штурманом.
Вот некоторые примеры, иллюстрирую-
щие это положение. Водитель ведет луно-
ход по склону большого кратера. Изображе-
ние лунной поверхности в этот момент ока-
зывается недостаточно хорошего качества,
что затрудняет оценку крутизны склона.
В этом случае командир обращается к борт-
инженеру, указывая на необходимость тща-
тельно контролировать изменения крена и
дифферента и передавать результаты свое-
го наблюдения по громкой связи, Такая фор-
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
21
ма деятельности экипажа значительно по-
вышает надежность его работы.
На случай грубой ошибки экипажа в оцен-
ке участка поверхности, преодолеваемого
луноходом, предусмотрена автоматическая
остановка лунохода. Это происходит, если
крен или дифферент достигают предельно
допустимого значения.
Успешное вождение аппарата, удаленного
на сотни тысяч километров, движущегося
в незнакомой местности и в условиях, суще-
ственно отличающихся от земных, невоз-
можно без знания и учета многих специ-
фических факторов. Среди них немаловажное
значение имеют особенности и характер
восприятия информации, поступающей к ко-
мандиру, водителям, штурманам, операто-
рам остронаправленной антенны, бортин-
женеру.
Поток разнообразных данных о положе-
нии и состоянии аппарата, передаваемых
с его борта по телеметрическим каналам,
обширен, а форма их различна: изменения
характера кривых на осциллограммах и ве-
личины столбиков на специальных экранах,
движения стрелок на циферблатах приборов,
изображение местности на телевизионных
экранах. Всю эту информацию операторы
воспринимают с помощью зрительного ана-
лизатора. Поступив на Землю, в пункт уп-
равления луноходом, наиболее актуальные
данные начинают циркулировать по внут-
ренним каналам связи, адресуясь к слухо-
вому анализатору операторов.
Обратимся для иллюстращш к некоторым
примерам.
Луноход движется по ровному участку лун-
ной поверхности. Водитель, в чьих руках
находится управление движением, сосредо-
точен на восприятии и анализе телевизион-
ного изображения местности. Параллельно
с этим он с помощью стрелочных индикато-
ров контролирует крен и дифферент луно-
хода, следит за изменением его курсовых
характеристик. Поток же информации о со-
стоянии бортовых систем проходит мимо во-
дителя и сосредоточивается у бортинженера,
который по громкой радиосвязи сообщает
о давлении и температуре во внутреннем от-
секе и о других параметрах, характеризую-
щих состояние машины. Иногда инженер
дублирует информацию о крене и диффе-
ренте-. Для водителя, непосредственно уп-
равляющего аппаратом, главное значение
в этом случае имеют зрительные восприятия.
Но вот характер рельефа лунной поверх-
ности резко изменился. На телевизионном
экране появился ландшафт с камнями и
кратерами. Стала реальной возможность
встречи лунохода с неожиданными препят-
ствиями. В этой ситуации значительно воз-
растает роль слухового анализатора: бортин-
женер почти непрерывно дублирует по гром-
кой связи данные о крене и дифференте.
Каждая оценка участка лунной поверхно-
сти на трассе движения лунохода, высказан-
ная водителем, тщательно контролируется
командиром, который обращает внимание
остальных членов экипажа на существен-
ные в данной ситуации моменты.
В работе водителя автомашины главную
роль играют непосредственные восприятия.
Он постоянно видит перед собой дорогу, по
рокоту двигателя судит о его работе. Лет-
чик при взлете самолета видит перед собой
«бегущую» навстречу взлетную полосу. Но,
кроме того, ему необходимо контролировать
еще и те параметры и события, которые не-
доступны для прямого наблюдения, напри-
мер число оборотов турбины. Сведения об
этом он получает опосредованно, в данном
случае по показаниям стрелки прибора —
тахометра. Экипаж лунохода практически
всю информацию, необходимую для управ-
ления аппаратом, воспринимает опосредо-
ванно. Элемент непосредственности вносит
лишь телевизионный экран. По плоскост-
ному изображению на нем лунного рельефа
водитель и командир оценивают характер
и величину препятствий на пути лунохода
и расстояния до них. Телевизионное изо-
бражение лунной панорамы позволяет при-
ближенно контролировать и величину крена
лунохода: при умеренном значении диффе-
рента на экране отчетливо видна линия лун-
ного горизонта. В связи с этим уместно
вспомнить, что в авиации длительное время
конкурировали два принципа представления
информации о положении самолета в про-
странстве (крен — тангаж). В соответствии
Si
ГЛАВА I
с первым бортовые приборы «авиагоризон-
ты» строились на принципе «наблюдатель
на Земле», в соответствии со вторым —
«наблюдатель на самолете». Последний прин-
цип нашел свое воплощение в линии лунного
горизонта на телеэкране. Члены экипажа
воспринимали направление крена так же,
как летчик, пилотирующий самолет в ре-
жиме того или иного разворота с креном.
Текущие восприятия оператора при вож-
дении лунохода постоянно дополняются его
оперативной памятью. Наиболее отчетливо
это проявляется на усложненных участках
трассы. Здесь водитель, выполняя те или
иные маневры, анализирует не только взаи-
морасположение видимых им на телеэкра-
не элементов лунной поверхности, но и тех
образований (кратеров, камней), которые
в данный момент не видны, так как находят-
ся сбоку или сзади лунохода. Информация
о них была получена ранее и прочно хранит-
ся в памяти водителя.
В решении трудных задач по управлению
самоходным аппаратом экипаж опирается
на навыки, приобретенные и закрепленные
во время наземных тренировок. В процессе
обучения операторы тщательно изучали
принципы и детали системы управления.
Особое внимание было уделено формиро-
ванию у экипажа так называемых сенсорных
навыков по оценке изображения элементов
местности на телевизионном экране. Как по-
казал опыт, главной причиной возникнове-
ния опасных ситуаций при вождении аппара-
та были ошибки в определении величины
встречавшихся на пути препятствий и рас-
стояний до них. Специальная программа
тренировок позволила свести эти ошибки
к минимуму. Вместе с тем анализ ошибок
дал возможность получать их статистичес-
кую характеристику и вносить необходимую
поправку в оценку препятствий водителем.
Тренировки по вождению макета лунохо-
да проводились на специально подготовлен-
ном наземном лунодроме, рельеф которого
моделировал определенные области лунной
поверхности. На первых этапах операторы
водили макет по так называемым тестовым
трассам: они видели отметки предлагаемого
маршрута, и в их задачу входило снизить
до минимума отклонения от заданной линии
пути. Тестовые трассы упрощали вождение
наземного тренировочного аппарата. Вме-
сте с тем многократное движение по одному
и тому же пути давало возможность просле-
дить, как в процессе тренировок формирует-
ся навык точного вождения, в какую сто-
рону изменяются отклонения от линии за-
данного пути. В дальнейшем оператор-во-
дитель должен был самостоятельно по за-
ранее заданному курсу выбирать маршрут
тренировочного макета лунохода.
Общей характерной чертой членов эки-
пажа «Лунохода-1» является необыкновен-
ная увлеченность своим делом. Это прояв-
лялось не только в период, когда за их успе-
хами следил весь мир. Они были такими же
при освоении сложной техники, во время
многочисленных тренировок на наземном
лунодроме.
Вместе с тем было бы большим заблужде-
нием считать, что все члены экипажа на одно
лицо. Перед нами два командира. Оба они
отлично знают свое дело, прекрасно справ-
ляются с задачами руководства экипажем
во время сеансов движения. Но их, если так
можно выразиться, психологические порт-
реты глубоко различны. Это ярко прояв-
ляется во время оперативной работы. Один
из них по складу своего темперамента хо-
лерик, бурно реагирующий на события, с
которыми сталкивается в повседневной жиз-
ни и во время работы. Наряду с этим, его
можно считать образцом собранности, вы-
держки, корректности. Он изнутри горит
пламенем своих эмоций. Во время сеанса
связи с луноходом при передаче команд в его
интонации отчетливо чувствуется собствен-
ная собранность, призыв к вниманию, пре-
достережение от расслабленности, напоми-
нание о серьезности выполняемых операций.
Если мы обратимся к записям частоты его
сердечных сокращений, которые производи-
лись во время управления луноходом, то от-
метим рекордное количество эмоциональных
вспышек как по частоте и продолжитель-
ности, так и по их глубине. В первый день
своей работы он в одной из ситуаций дал
кратковременный «всплеск» до 135 уд./мин.
Однако во всех усложненных эпизодах са~
р
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ
23
мообладание не покидало командира и все
обязанности но руководству экипажем были
выполнены уверенно и четко.
Другой командир отличается уравнове-
шенностью и спокойствием. Есть основа-
ния говорить о флегматическом темпера-
менте, В интонации его команд звучит:
«Все идет хорошо, волноваться не надо, не
забывайте выполнять свои обязанности».
При всем этом он не лишен переживаний
и в сложных ситуациях дает эмоциональные
вспышки. Так, это можно было зафиксиро-
вать при попадании лунохода в большой
кратер с крутыми склонами, при съезде лу-
нохода по трапам с посадочной ступени. Но
эти эмоциональные всплески невелики по
размаху (пульс в пределах 110 уд./мин)
и появляются довольно редко.
Теперь о водителях лунохода. Здесь также
любопытная картина с точки зрения оценки
их темперамента. Так, один из них выра-
женный сангвиник. На работе и в обыден-
ной жизни он живой, общительный, не любит
медленного развития событий, У него до-
вольно быстрая смена настроений. При док-
ладе оцениваемой обстановки в процессе
движения лунохода телевизионные картин-
ки анализирует быстро, свои выводы форму-
лирует, как правило, однозначно и реши-
тельно. Эмоциональные всплески, по дан-
ным регистрации пульса, редки и незначи-
тельны по величине.
Другой водитель по темпераменту мелан-
холик. Он, так же как и его коллега, отлично
знает луноход и прекрасно владеет техни-
кой дистанционного управления. Но он по-
стоянно помнит, что телевизионная картин-
ка, ршображающая поверхность Луны перед
луноходом, не всегда позволяет точно разо-
браться в деталях ситуации. Не покидает его
мысль, что ошибаться при управлении луно-
ходом в высшей степени нежелательно. Вот
почему в его интонации есть еле уловимый
оттенок сомнения.
Работа командиров и водителей пока-
зала, что успех ее определяется не их темпе-
раментом, а отличным знанием устройства
системы, пониманием особенностей членов
экипажа, собранностью и организованно-
стью во время сеансов связи, быстротой и
правильностью оценки поступающей инфор-
мации, четкостью подачи распоряжений и
команд, выдержкой и самообладанием в
трудных или осложненных ситуациях.
Тем не менее важным фактором повыше-
ния надежности функционирования всей си-
стемы является разработка основ психо-
физиологического отбора операторов дистан-
ционного управления. Особенно остро эта
проблема стояла в авиации. Так, в США
авиационные училища отчисляли до 87%
общего числа набранных физически здоро-
вых курсантов г.
В настоящее время психофизиологический
отбор в авиации распространен весьма ши-
роко и благотворно повлиял как на каче-
ство учебы летного состава, так и на сниже-
ние аварийности.
Профессия оператора дистанционного уп-
равления транспортным средством является
принципиально новой. Поэтому сейчас мож-
но говорить лишь о начальной стадии раз-
работки принципов и методов отбора таких
операторов.
Оператор, непосредственно отвечающий за
подачу управляющих команд луноходу,
должен обладать отличным здоровьем, яс-
ным мышлением, хорошей долговременной
и оперативной памятью, должен отличаться
вниманием и собранностью, умением оце-
нивать пространственные характеристики
местности по плоскостному изображению на
телеэкране, быстро и точно воспринимать
и перерабатывать передаваемые сигналы.
Еще во время тренировок было замечено,
что в трудных ситуациях операторы луно-
хода испытывают значительное эмоциональ-
ное напряжение. Пульс учащался на 30—
40 уд./мин по сравнению с нормой. Но
в дальнейшем, по мере формирования навы-
ков управления, эмоциональное напряжение
снижалось.
Как известно, чрезмерное эмоциональное
напряжение отрицательно влияет на качество
деятельности человека. Между тем экипаж
лунохода не имеет права ошибаться. Ведь
в его руках судьба работы большого коллек-
тива конструкторов и ученых.
1 Г. Армстронг. Авиационная медицина. Мм 1954.
24
ГЛАВА I
Вот почему в процессе вождения самоход-
ного аппарата по лунным трассам произ-
водилась экспресс-диагностика эмоциональ-
ного напряжения командира экипажа, во-
дителя и оператора остронаправленной ан-
тенны. В наиболее ответственные моменты
управления — во время схода лунохода по
трапам и в начале вождения по телевиде-
нию — эмоциональное напряжение опера-
торов было достаточно велико. Оно сопро-
вождалось увеличением частоты сердечных
сокращений до 130—135 уд,/мин, и задерж-
кой дыхания на периоды 15—20 с. Такая
степень эмоционального напряжения бывает
у летчиков, когда они ведут на посадку пас-
сажирский лайнер в сложных метеорологи-
ческих условиях (туман, снегопад). Если
бы такое напряжение оказалось к тому же
достаточно стойким, то, чтобы исключить
возможность ошибок в действиях операто-
ра, пришлось бы на время остановить дви-
жение лунохода. Однако прибегать к этому
во время реального управления не приш-
лось.
Сказанное выше позволяет сделать зак-
лючение , что инженерно-психологические
исследования, рациональный психофизио-
логический отбор операторов, тщательное
формирование и закрепление необходимых
навыков, а также оперативный контроль за
состоянием экипажа во время сеансов уп-
равления луноходом были необходимым эле-
ментом в общем комплексе работ по созда-
нию системы дистанционного управления,
без чего общая ее надежность не могла бы
поддерживаться на удовлетворительном
уровне.
Глава вторая
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ
САМОХОДНОГО АППАРАТА
В ЛУННЫХ УСЛОВИЯХ
1. Самоходное шасси «Лунохода-1»
как инструмент
для исследования лунной поверхности
A. К. Леонович, О. Г. Иванов, П. С. Павлов,
B. В. Громов, П. Н. Наумов, В. Н. Петров,
Ф, П. Яковлев, И. С. Гарин, О. В, Володин,
A. Ф. Грачев, В. П. Комаров, Б. М. Борисов,
B, Н. Теплов, И. Н. Гранник,
А. Д. Дмитриев, В- В> Шварев
Самоходное шасси «Лунохода-1», наряду с
выполнением функции транспортного сред-
ства, являлось научным инструментом для
исследования различных характеристик лун-
ной поверхности. Конструкция шасси и ком-
плект научной аппаратуры, установленной
на нем, обеспечили изучение в разнообраз-
ных условиях в Море Дождей тягово-сцеп-
ных свойств шасси, механических свойств
лунного грунта, рельефа лунной поверх-
ности.
Результаты этих исследований позволили
оценить подвижность самоходного шасси при
движении по поверхности Луны, уточнить
требования к методам и способам проведе-
ния его наземных ходовых испытаний. По
данным анализа телеметрической информа-
ции об изменении крена и дифферента луно-
хода в процессе движения получены стати-
стические данные о распределении крате-
ров. Одним из научных результатов изу-
чения физических условий на Луне с по-
мощью «Лунохода-1» было определение тем-
пературы лунной поверхности по темпера-
турному режиму работы мотор-колес шасси
лунохода.
Таким образом, информация о лунной
поверхности, полученная с помощью шас-
си «Лунохода-1», представляет научный ин-
терес и имеет практическое значение для
решения вопросов проходимости транспорт-
ных средств по лунной поверхности и разра-
ботки космической техники.
Ниже приводятся результаты исследо-
ваний и их анализ, а также методы обработ-
ки телеметрической информации о движе-
нии шасси «Лунохода-1».
Исследование
тягово-сцепных свойств шасси «Лунохода-1»
и механических свойств лунного грунта
Цели исследований. Цель исследований тяго-
во-сцепных свойств шасси состояла в оценке
параметров подвижности шасси при движе-
нии по лунной поверхности, определении
возможностей аппарата в преодолении есте-
ственных препятствий (в первую очередь скло-
нов различной крутизны), а также в сравне-
нии с характеристиками подвижности, по-
лученными во время наземных испытаний
«Лунохода-1» на различных грунтах, ими-
тирующих лунную поверхность.
Исследования механических свойств лун-
ного грунта имели целью определение со-
ответствующих характеристик лунного грун-
та в естественном залегании, изучение харак-
тера их изменения по трассе движения,
а также установление взаимосвязи механи-
ческих свойств грунта с морфологическими
особенностями образований на лунной по-
верхности. Результаты выполненных ис-
следований позволяют определить количе-
ственные характеристики грунтовых уело-
ГЛАВА II
вий в изученном районе Луны, получить
представление о потенциальных возможно-
стях самоходного шасси по преодолению раз-
личных препятствий и эффективности дви-
жения, уточнить требования к методам
наземных испытаний шасси лунных самоход-
ных аппаратов. Результаты измерений ис-
пользовались также для решения опера-
тивных задач по оценке обстановки н уп-
равлению движением «Лунохода-1».
Методика исследований. В соответствии
с программой научных исследований на Лу-
не для исследования тягово-сцепных свойств
шасси «Лунохода-1» проводились специаль-
ные эксперименты, методикой которых пре-
дусматривалось движение лунохода с уста-
новившейся скоростью по наклонным уча-
сткам, имеющим различную крутизну и ров-
ную поверхность. Выбор участков осуще-
ствлялся по результатам наблюдений за
местностью с помощью телевизионной систе-
мы, а также по фотопанорамам и телеметриче-
ской информации об изменении крена и диф-
ферента лунохода. С целью повышения точ-
ности экспериментов направление движения
лунохода выбиралось по возможности с ми-
нимальным креном. В начале и в конце
каждого передвижения с помощью конусно-
лопастного штампа прибора оценки проходи-
мости (ПрОП) измерялись механические ха-
рактеристики лунного грунта.
В процессе движения лунохода измеря-
лись крутящие моменты на ведущих колесах
Мкр., скорости их вращения соь угол на-
клона поверхности а и скорость вращения де-
вятого свободно катящегося колеса со.. Для
оценки тягово-сцепных свойств самоходно-
го шасси «Лунохода-1» определялись сле-
дующие параметры:
коэффициент буксования движителя
коэффициент удельных затрат энергии
на деформацию грунта (приведенный коэф-
фициент сопротивления движению)
коэффициент сцепления
1
h Ri ;
G cos a
удельная свободная тяга Т = tg a;
где 7?9, R{ — радиусы девятого и ведущих
колес, V = /?у(о9 — скорость движения лу-
нохода.
В качестве оценочных параметров меха-
нических свойств лунного грунта, измеряе-
мых прибором ПрОП, принимались несущая
способность q и сопротивление вращатель-
ному срезу т. Значение q определялось как
удельное давление на штамп, соответствую-
щее глубине его внедрения под действием
вертикальной силы Рш, равной весу
штампа: q = PJS, где S — площадь осно-
вания штампа.
Сопротивление вращательному срезу вы-
числялось по формуле т=МштахАЙГт, где
Mm max — максимальный вращающий мо-
мент на штампе; Кх — статический момент
поверхности среза, определяющийся с уче-
том геометрических размеров штампа и по-
верхности среза.
Результаты исследований. Параметры, ха-
рактеризующие тягово-сцепные свойства са-
моходного шасси «Лунохода-1» при движе-
нии по лунной поверхности (а, <р и 71),
были определены в результате статистичес-
кой обработки данных телеметрической ин-
формации о силовых и кинематических па-
раметрах взаимодействия движителя шасси
с лунным грунтом. Результаты обработки
в виде графиков зависимостей ф = <р (а)
и Т = Т (а) (кривые 1) представлены на
рис. 1. Зависимости имеют монотонный ха-
рактер без резких изломов и перегибов, что
является характерным для малосвязных зер-
нистых грунтов. Темп роста удельной сво-
бодной тяги значительно уменьшается при
увеличении буксования. При буксовании
<т > 40 -г- 50% прирост тяги является не-
большим, и эта величина буксования может
быть принята предельно допустимой. Боль-
шие величины буксования, не увеличивая
существенным образом свободную тягу,
приводят к интенсивному зарыванию колес
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
27
в грунт, что может привести к полной потере
проходимости.
Эффективность движения самоходного
шасси с точки зрения затрат энергии может
быть оценена по удельной затрате мощно-
сти на деформацию грунта (приведенному
коэффициенту сопротивления движению)
/пр. График зависимости /пр от удельной
свободной тяги ~Т показан на рис. 2, откуда
видно, что при движении с Г > 0,3 ч- 0,35
(что соответствует буксованию в 40-=-50%)
резко увеличиваются удельные затраты энер-
гии на передвижение.
Таким образом, и с точки зрения реали-
зации тягового усилия и затрат мощности
на движение предельными режимами дви-
жения самоходного шасси можно считать
движение с буксованием движителя а =
= 40^-50%. На рис. 1 показаны также
графики зависимостей <р=ср (а)ж Т = Т (о)у
полученных при наземных ходовых испы-
таниях шасси лунохода на макетах при
движении по мелкозернистому кварцевому
песку (кривые 2), мелко- и среднезернисто-
му аглопоритовому песку (кривые 3) и
вулканическому грунту в естественном зале-
гании, представляющему собой смесь вул-
канического песка и пепла (кривые 4). При-
веденные результаты свидетельствуют о ка-
чественно одинаковом характере изменения
тягово-сцепных свойств шасси «Лунохода-1»
на Луне, в Море Дождей, и в земных усло-
виях на грунтах-моделях.
Разброс значений ф и Т для лунных ус-
ловий, границы которого показаны штри-
ховыми линиями, объясняется в первую оче-
редь разнообразием прочностных характери-
стик лунного грунта на различных участках
поверхности. В диапазоне значений коэф-
фициента буксования а = 0-^-30% наи-
более точно с «лунной» статистической за-
висимостью ф = ф (а) совпадают аналогич-
ные зависимости, полученные на мелкозер-
нистом кварцевом песке и вулканическом
грунте в естественном залегании. Более вы-
сокие значения ф на Луне при значительном
буксовании мотор-колес, сопровождающем-
ся образованием глубокой колеи, объясня-
ются высокой уплотняемостыо лунного грун-
та, а также увеличением с глубиной его проч-
ности [1]. Зависимости удельной свободной
тяги шасси «Лунохода-1» от буксования,
полученные в лунных условиях и при движе-
нии по мелкозернистому кварцевому песку
и вулканическому грунту в естественном за-
легании, практически совпадают во всем
диапазоне изменения а. При движении по
мелко- и среднезернистому аглопоритово-
му песку значения Т в диапазоне сг =
~ 7 ч- 70% выше верхней границы разброса
значений Т на Луне, что объясняется спе-
цифическими особенностями взаимодействия
частиц материала при сдвиге и его сравни-
тельно низким сопротивлением движению.
0,8
О,6
0,2
Г
/
/
/ /
У
1/
/
/
/
s
/
/
■ А-'
S
•
•
<^Z
-0,2
/
t
§
У
Zff
ffff ffff <?,*/*
Рис. 1. Зависимости коэффициента сцепления ф и удельной
свободной тяги Т шасси «Лунохода-1» от коэффициента
буксования а
1 — лунный грунт, 2 — мелкозернистый кварцевый песок, в — мелко-
и среднемсрнистый аглопоритовый песок, 4 — вулканический грувт в
естественном залегании. Штриховыми линиями обозначены границы пре-
дельных значений параметров
ГЛАВА II
/пр
J
J
2
n
ш ■
—-—
J
/
I"
f ж \
\\
/
\
\
\z
\
\
1
■■ ■
Рис. 2. Зависимость коэффициента удельных затрат энергии
на деформацию луцного грунта (приведенного коэффициента
сопротивления движению) /пр от удельной свободной тяги Т
V*
Щ0.2
У\
\
\
Рис. 3. Кривые дифференциального распределения значений
несущей способности лунного грунта по трассе движения
«Лунохода-1» за третий (1) и четвертый (2) лунные дни
V, кг/см2
I
rr kz/cmz
Рис. 4. Кривые дифференциального распределения значений
сопротивления лунного грунта вращательному срезу за третий
(1) и четвертый (2) лунные дни
Таким образом, результаты исследований
тягово-сцепных свойств шасси «Лунохода-1»
на Луне показывают, что наиболее полная
их имитация в земных условиях достигается
при движении шасси по мелкозернистым,
практически несвязным грунтам: кварцево-
му песку и грунтам вулканического проис-
хождения. Вместе с тем применение других
материалов позволяет оценить тягово-сцеп-
ные свойства шасси с учетом разнообразия
прочностных характеристик лунного грунта.
О,0$\
0,06
О,Ок
o,oz
х
к
\^
^—^
Кратеры класса С
Кратерш
класса ЗС
/о
/2
Рис. 5. Зависимости несущей способности q и сопротивления
вращательному срезу т лунного грунта от угла наклона уча-
стков поверхности у
Исследования механических свойств лун-
ного грунта в течение четвертого и последую-
щих лунных дней были продолжены, и их
основной целью являлось получение доста-
точно большого статистического материала
для установления взаимосвязи с морфоло-
гическими образованиями лунной поверхно-
сти. Всего за время работы «Лунохода-1»
было выполнено 537 измерений прибором
ПрОП по трассе длиной 10540 м. На рис. 3
показаны кривые дифференциального рас-
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ 29
пределеиия значений несущей способности, 2. Полученная информация о взаимодей-
на рис. 4 — сопротивления вращательному ствии шасси «Лунохода-1» с лунным грун-
срезу т лунного грунта за четвертый лун- том позволяет уточнить требования к
ный день. На этих же рисунках для срав- методам и способам наземной отработки
нения нанесены результаты измерений этих проходимости лунных транспортных
параметров за третий лунный день. средств.
Результаты измерений за третий и чет- 3. Механические свойства верхнего слоя
вертый лунные дни достаточно близки друг лунного грунта имеют определенную за-
к другу. Это можно объяснить тем, что ха- висимость от морфологических особенностей
рактер местности, по которой двигался «Лу- поверхности. По мере увеличения угла на-
ноход-1» в четвертый лунный день, не от- клона поверхности прочность лунного грун-
личался существенно от местности, по кото- та уменьшается,
рой он двигался в предыдущие дни.
Результаты исследования механических „
свойств лунного грунта по трассе движения р^ьтаты статистического анализа
«Лунохода-1» позволили установить взаи- Р^ьефа лунной поверхности
мосвязь механических свойств лунного грун- на основе обР^<™ телеметрических данных
та с углом наклона лунной поверхности. ° паР*метРах шас™ «Лунохода-1»
На рис. 5 представлены зависимости несу- Изучение рельефа лунной поверхности пред-
щей способности q и сопротивления враща- ставляет одну из важнейших задач исследо-
тельному срезу т от угла наклона участков ваиия Луны. Создание «Лунохода-1» и его
поверхности у. Значения Y определялись по уверенная работа на Луне в течение несколь-
данным телеметрической информации о кре- ких месяцев открыли новый этап в иссле-
не р и дифференте а лунохода: довании форм лунной поверхности — этап
_ ^ 21 а> контактных исследований, основанный на
■ ~~ Р * непосредственном измерении параметров об-
Из приведенных зависимостей следует, что разований (длин, глубин, уклонов и т. д.),
по мере увеличения углов наклона лунной дополняющих, повышающих точность и эф-
поверхности механические свойства верх- фективность бесконтактных методов,
него слоя грунта заметно ухудшаются. Если Возможность использования «Лунохо-
рассматривать углы наклона лунной поверх- да-1» в качестве контактного измерителя
ности, используя морфологическую клас- параметров форм лунного рельефа (крате-
сификацию кратеров, то можно считать, что ров, склонов, холмов и т.д.) заложена в кон-
наибольшей прочностью лунный грунт дол- струкции системы измерительной аппара-
жен обладать на пологих (в несколько гра- туры шасси, позволяющей с достаточной
дусов) склонах «старых» (класс С) кратеров, точностью получать информацию как о функ-
По мере увеличения крутизны склонов в бо- ционировании систем и узлов шасси, так и
лее «молодых» кратерах (класс ВС и В) об условиях его работы [1].
прочность лунного грунта должна замет- Топографический профиль трассы «Луно-
но уменьшиться. хода-1». В процессе изучения работы шас-
Выводы. 1. Эксперименты по исследованию си «Лунохода-1» на Луне был разработан
тягово-сцепных свойств самоходного шасси ряд методов анализа условий его функцио-
«Лунохода-1» позволили объективно оценить нирования по результатам телеметрической
эффективность взаимодействия с грунтом информации.
движителя шасси. С точки зрения реализа- Так, результаты обработки телеметричес-
ции тягового усилия и затрат мощности на ких данных о параметрах шасси позволили
движение предельными режимами движения построить топографический профиль лун-
следует считать буксование движителя не ной поверхности. Фрагменты этого профиля
более 40—50%, что соответствует удельной приведены на рис. 6. Основой построения
свободной тяге 0,3—0,35. указанного профиля является достаточно
8°
О'
-8°
-Г6°
/6°
8°
а'
-8"
-/6°
/
а
л Л
J
>
td
та
aw
ш ш
Ш 6НИ /
/
Рис. 6, Схематический топографический план трассы «Лунохода-1 >у , построенный по результатам обработки телеметрических данных
о движении с 17.XI 1970 г. по 18.11971 г,
а ,-профиль трассы (метры), б —кривая дифферентов дунохода, в —кривая кренов лунохода; А — начало и конец движения» В — стоянка е 21 .XIX 1970 г. по
9.1 1971 г. Масштаб плана: 1 деление — 100 м
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ИЛ ЛУНЕ
31
точное измерение пройденного пути, поворо-
тов и углов наклона корпуса «Лунохода-1»,
по которым определялись углы наклона лун-
ной поверхности под его колесами с по-
мощью формул
— RH)s\na
G (II — RK) sin v
ДТ= ВцСг+с2) '
где Да и Ay — разности углов наклона по-
верхности Луны (а п и уп) и корпуса «Лу-
нохода-1» (<хк и у у) — результатов телемет-
рии, Н — возвышение центра тяжести над
опорной плоскостью лунохода, RK — ра-
диус колеса шасси, G — вес лунохода, Ci
ж С2 — жесткости подвесок крайнего и сред-
него колес соответственно, Zj и 12 — расстоя-
ния от центра тяжести до крайних и сред-
них колес, В — колея лунохода.
Кроме того, открытие панели солнечной
батареи сопровождается увеличением диф-
ферента корпуса «Лунохода-1» на величину
Дас. б =
где К — расстояние по длине от центра тя-
жести лунохода до центра тяжести крышки
солнечных батарей. При полностью откры-
той панели
Аас.б = 0,0064 = 22'.
Построение профиля лунной поверхно-
сти (см. рис. 6, а) вдоль трассы движения
<(Лунохода-1» на замкнутом участке позво-
лило найти способ оценки возможной по-
грешности измерения дифферента при задан-
ной погрешности измерения пути.
Необходимо отметить, что рельеф, по-
строенный по изложенной методике, не яв-
ляется действительным рельефом, так как,
во-первых, представляет некоторое среднее
между рельефами под каждым из колес ма-
шины в фиксируемое время, а во-вторых,
рельеф под каждым колесом машины ниве-
лируется и отражается как геометрическое
место центра движущегося по неровности
колеса. Таким образом, данный способ не-
пригоден для построения профилей микро-
рельефа. Анализ этого профиля позволил
установить, что достоверно построенным
рельефом можно считать рельеф, образован-
ный неровностями длиной не менее 1,5 базы
машины. При увеличении длины неровности
точность построения возрастает.
В принципе рассмотренный метод профи-
лирования соответствует геодезическому ни-
велированию. Поэтому в случае необходи-
мости или при проведении специальных ис-
следований на основе предложенной выше
методики возможно построение топографи-
ческих планов изучаемых участков лунной
поверхности. Пример такого топографичес-
кого плана лунной поверхности, исследован-
ной «Луноходом-1», приведен на рис. 6.
Результаты статистического анализа
рельефа лунной поверхности. В результате
анализа рельефа Луны контактным спосо-
бом с помощью «Лунохода-!» была получена
статистическая картина исследуемого района.
Плотность вероятности анализируемых
случайных величин a (t) ж у (t) хорошо ап-
проксимируется суммой двух гауссовских
законов
где Кх + Кг = 1; cJaXt = KJK.,, х— ана-
лизируемая случайная величина-
Для средневыборочных исследованных про-
цессов a(t) и y(t) mXi= mX2=0; KY = 0,85;
а,, = 4,7 (рис. 7).
Таким образом, исследованная поверх-
ность Луны описывается гауссовским слу-
чайным процессом с малыми угловыми от-
клонениями, охватывающими пологие длин-
ные неровности, на которые накладывается
процесс, описывающий короткие рельеф-
ные образования поверхности. Это соответ-
ствует наличию на склонах относительно
крупных кратеров большого числа нало-
женных малых форм.
В результате анализа реализаций по-
верхности Луны были получены средневы-
борочные значения спектральных плотностей
Sa (со) (рис. 8), дающие наглядное предста-
32
ГЛАВА II
-fZ
-0
Рис. 7. Плотность распределения углов дифферента «Луно-
хода-1» вдоль трассы движения
I — высокочастотная составляющая, 2 — низкочастотная составляю-
щая
\
Рис. 8. Спектральная плотность распределения углов диф-
ферента «Лунохода-1», полученная по результатам обработки
телеметрических данных о движении шасси на отрезке трассы
длиной 500 м
вление о распределении дисперсии угловых
отклонений рельефа по частотам. С уве-
личением реализации спектральная плот-
ность приближается к средневыборочной,
представляющей двугорбую кривую, что
подтверждает сказанное выше о наличии двух
характерных типов неровностей — высоко- и
низкочастотных. При построении спектраль-
ных плотностей целесообразно отфильтровы-
вать высоко- и низкочастотные процессы друг
от друга и рассматривать их независимо,
классифицируя их как микрорельеф и мезо-
рельеф. Это, во-первых, сокращает объем вы-
борки (длину реализации высокочастотного
процесса можно принять порядка 250—
500 м, а длину реализации низкочастотного \
необходимо увеличить до нескольких ты- j
сяч метров), во-вторых, повышает точность ]
построения спектральной плотности низко-
частотного процесса, и, в-третьих, такое пред-
ставление имеет практический смысл, так
как при решении инженерных задач проекти-
рования луноходов разделяет входные воз-
действия со стороны рельефа на качественно
различные воздействия (динамические и ста-
тические).
На рис. 8 штриховыми кривыми пред-
ставлены спектральные плотности высоко-
частотного и низкочастотного процессов.
Кроме того, проведенный статистический
анализ рельефа Луны, дозволивший выде-
лить ярко выраженные высокочастотные и
низкочастотные рельефные образования, го-
ворит о наличии большого количества малых
кратеров, наложенных на зону более круп-
ных кратеров.
Сопоставление полученных результатов со
спектрами и распределениями уклонов зем-
ных автомобильных дорог и проходимого
бездорожья (луговина, пахота и т. д.) го-
ворит о том, что ни одна из изученных
к настоящему времени земных реализаций
не приближается по своему составу к спект-
ру лунной поверхности. Поэтому в случае
необходимости динамических исследований
луноходов в земных условиях необходимо
создание специальных трасс — имитаторов
лунного рельефа.
Что касается расчетно-теоретических ме-
тодов исследования динамики луноходов,
то они могут проводиться на базе зависимо-
стей, изображенных на рис. 7 и 8.
Выводы. 1. Система измерителей состоя-
ния шасси «Лунохода-1» позволяет рассмат-
ривать последний как контактный анализа-
тор рельефа лунной поверхности.
2. Топографический профиль лунной по-
верхности, построенный с учетом значений
крена, дифферента, курса и пройденного
«Луноходом-1» пути, является важным до-
полнением к результатам исследования лун-
ного рельефа по телефотопанорамам.
3. Путем прямой статистической обработ-
ки получены такие статистические характе-
ристики лунного рельефа, как спектральная
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
33
плотность и плотность распределения укло- При работе советского самоходного ап-
нов лунной поверхности, подтверждающие парата «Луноход-1» в качестве одного из ре-
наличие большого числа малых кратеров на зультатов исследования физических свойств
склонах крупных.
лунной поверхности была определена темпе-
4. Экспериментальное исследование ди- ратура грунта по температуре мотор-ко-
намики лунохода в земных условиях воз- лес.
можно только на специально подготовлен- Здесь приводятся основные предпосылки
ных трассах, обеспечивающих спектральный к расчетно-экспериментальной методике оп-
состав рельефа, эквивалентный лунному. ределения температуры поверхности Луны
и оценка максимальной ошибки при восста-
п тт новлении температуры; полученные данные
Определение температуры поверхности Луны г j г -> j м
по телеметрическим данным
о температурном режиме
мотор-колес шасси «Лунохода-1»
Первые попытки определения температуры
поверхности Луны по измерению собствен-
ного теплового излучения относятся к кон-
цу 20-х и началу 30-х годов нашего столе-
тия. Это были измерения ПеТТИТа И Ни- Р||с- 9. Расчетная схема теплообмена наружной поверхности
кольсона [2] в инфракрасном диапазоне мотоР-колеса ш*сси «лунохода-1»
спектра на длинах волн 10—15 мкм.
Более поздние исследования физических сравниваются с результатами американских
свойств лунной поверхности проводились измерений.
астрофизиками по радиоизлучению Луны в Максимальный угол возвышения Солнца
сантиметровом диапазоне. Подробный об- над горизонтом в районе работ «Лунохо-
зор работ советских и зарубежных ученых, да-1» составлял 52°. Минимальный, при ко-
посвященных изучению термических, меха- тором начиналось движение лунохода, со-
нических и электрических свойств лунного ставлял 5° (лунное утро). На рис. 9 пред-
покрова, приведен в обстоятельном труде ставлена тепловая расчетная схема, которая
В. Кротикова и В. Троицкого [3]. иллюстрирует построение формулы рекон-
Развитие космической техники позволило струкции температуры лунного грунта. Ос-
перейти на более высокую ступень изучения новными предпосылками при этом были еле-
физических условий на Луне. Так, с по- дующие.
мощью советских автоматических станций 1. Температура поверхности Луны опре-
«Луна-9», «Луна-13», «Луна-16» и «Луна- делялась в каждом сеансе связи после дли-
17», а также американских лунных аппара- тельной стоянки лунохода на ровной мест-
тов «Сервейор» и пилотируемых КА «Апол- ности при известной его ориентации на
лон» получены научные данные, позволив- Солнце.
шие существенно расширить и уточнить 2. Интегральная температура грунта оп-
представления о природе Луны. ределялась со стороны освещенных Солн-
В частности, американские исследовате- цем мотор-колес.
ли Лукас, Виткус, Саари и другие постро- 3. При расчете предполагалось, что теп-
или зависимость изменения температуры ловыми потоками от мотор-колеса по спи-
лунной поверхности в течение лунного дня цам к ободу и по балансиру к контейнеру
от высоты Солнца в месте посадки КА «Сер- можно пренебречь.
вейор-7» на основании исследования тепло- 4. Из косвенных наблюдений была оце-
вого баланса специальных строго ориенти- йена величина изменившейся поглощатель-
рованных поверхностей, температура кото- ной способности внешнего терморегули-
рых регистрировалась датчиками [4]. рующего покрытия мотор-колес.
'1У1
3 Луноход-1
34
ГЛАВА II
Уравнение теплового баланса для мотор- Подставляя выражение (2) в равенство (1)
колеса в стационарном режиме имеет вид и совершая некоторые упрощающие преобра-
ц„> (1о6) зования, получим искомое соотношение
T) а0/^ - е^0 4>1ко0^\ X
X Г4„-£ ^
(1)
В равенстве (1) приняты следующие обо-
значения: Тл — температура поверхности
Луны; Т\ — температура ступицы мотор-
колеса; Тк — температура контейнера;
360
JZO
7ЯП
/
,*—■
-»■—
W 30 ccSf град
Рие. 10. Кривые изменения температуры поверхности Луны
Тд в зависимости от высоты Солнца а
2 — в районе функционирования «Лунохода-i» (Море Дождей); 2 —
в районе посадки американского лунного апиарата «Сервейор-7» (кратер
Тихо)
Тоб — температура обода колеса; 7*ст —
температура ступицы соседнего мотор-ко-
леса; Qs — количество тепла, поглощаемое
поверхностью ступицы от Солнца; в[}$\ г[}"\
8прб\ гп^\ егфТ — соответственно приведен-
ные степени черноты поверхностей взаим-
ного облучения; <р1л, ф1к, ф1Об, ф10с, ф1ст —
угловые коэффициенты взаимного облуче-
ния соответствующих поверхностей; Fx —
наружная поверхность ступицы; а0 — по-
стоянная Стефана — Больцмана,
Радиационный тепловой поток, погло-
щенный цилиндрической поверхностью сту-
пицы мотор-колеса, ориентированного на
Солнце, определяется по формуле
Qs = qsasFm, (2)
где qs — плотность солнечного потока на
Луне; as — поглощательная способность
солнечной радиации поверхностью ступицы;
Fm — площадь миделевого сечения мо
тор-колеса.
■-к**
ф
1К
р(1л)
^гл
е
rl CT
^1Л ejfj
Ф1К Г4
р(1 Об)
ьпр
ст)
ии\\
Пп
еир
Пл
,4 gSffS*'l I'*
а<епр Фгл J
3
где
При расчете ряда величин приняты сле-
дующие значения перечисленных парамет-
ров:
Fx
F*
ei
hi
Qs
= 1400 Вт/м2;
О,О/ 1U ма j^*
= 0,11 м2;
„ = 0,04 м2;
= 0,88;
л) = 0,88;
» = 0,22;
= 0,4 + 0,1;
Ир
; e<i °б) _
ф1Л =
ф1К =
фюб =
ая =
0,72;
0,3;
0,88;
0,81;
0,41;
0,1;
0,24;
5-r-i
В процессе работы «Лунохода-1» реги-
стрировалась температура мотор-колес.
Средние значения параметров 7\ и ТоС„
входящие в уравнение (3), определялись
посредством разрешения системы уравне-
ний тепловых балансов для каждой из по-
верхностей (контейнер, обод, мотор-колесо),
находящихся во взаимном облучении. На
рис. 10 приведена кривая изменения сред-
ней радиационной температуры поверхности
Луны, полученная по формуле (3) при под-
становке параметров Ти и Тл, выраженных
через измеряемые температуры и угол воз-
вышения Солнца а (кривая 1).
Полученные результаты согласуются с
данными исследования температуры Луны
автоматической станцией «Сервейор-7», изу-
чавшей лунную поверхность на широте 40°
в районе кратера Тихо (кривая 2).
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НЛ ЛУНЕ
35
Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что
относительное расхождение с данными
«Сервейора-7» не превышает 8%.
Определим среднеквадратичную погреш-
ность при расчете температуры поверхно-
сти Тл. По правилу определения полной по-
грешности можем записать
(4)
где pi — параметры в формуле (3), опреде-
ляемые или измеряемые с некоторой по-
грешностью.
Для упрощения анализа введем обозначе-
ния - '
Опуская промежуточные выкладки, при-
ведем формулу для оценки среднеквадра-
тичной относительной погрешности при рас-
чете величины Тл:
в^л
Анализ показал, что относительные
среднеквадратичные погрешности значений
переменных величин, входящих в соотноше-
ние (3), таковы:
ЬТХ1ТХ = ОД; Ьпг1щ = 0,08;
6TJTU = ОД; ба,/а8 = 0,25;
бе^Ув^ = 0,03; 6<р1л/<р1л = 0,05.
Подставляя в выражение (6) указанные
выше численные значения параметров и
погрешностей их определения, находим, что
максимальная среднеквадратичная ошибка
расчета температуры Луны составляет
Из приведенного анализа ошибок следует,
что, несмотря на значительные погрешности
в задании исходных параметров в формуле
(3), общая среднеквадратичная ошибка не
превышает 20 %. Это свидетельствует об
устойчивости зависимости (3) относительно
возмущения входящих в нее переменных.
Теоретически оценка погрешности заметно
отличается от экспериментальной, найден-
ной из сопоставления, приведенного на с. 34.
Причина этого ясна: теоретический расчет
погрешностей всегда завышен вследствие ад-
дитивности квадратов ошибок, входящих в
формулу (6). Вместе с тем даже максималь-
ная погрешность 20% в данном случае срав-
нительно невелика.
Таким образом, телеметрические данные
о температуре мотор-колес позволяют, на-
ряду с информацией о рабочем состоянии мо-
тор-колес шасси, получить представление об
изменении температуры верхнего покрова
лунной поверхности в течение лунного дня
в районе функционирования лунохода. ,
• ?*; i
Обработка телеметрических данных
по определению пути,
пройденного «Луноходом-1»
Одним из важнейших условий правильной
навигации «Лунохода-1» и в конечном сче-
те полноты и достоверности результатов
научных исследований поверхности Луны в
районе Моря Дождей является точность из-
мерения пути, пройденного «Луноходом-1»
как за все время эксплуатации, так и на
отдельных участках трассы.
Измерение пройденного пути, предусмот-
ренное комплектом аппаратуры в составе
шасси «Лунохода-1», осуществлялось пре-
имущественно на основе обработки инфор-
мации о вращении свободно катящегося мер-
ного 9-го колеса [1] при его положении на
грунте или по вращению ведущих 3-го и
6-го колес в случае движения лунохода
с поднятым 9-м колесом.
36
ГЛАВА II
Анализ физико-механических характери-
стик взаимодействия с грунтом как свободно
катящегося (9-го), так и ведущих (3-го и
6-го) колес совместно с исследованием лун-
ного грунта и рельефа, а также их земных
аналогов показал, что любой из рассмотрен-
ных способов измерения пути сопровождает-
ся погрешностью, которая при более тща-
тельной и полной обработке может быть су-
щественно уменьшена. Данные о дифферен-
те корпуса, токах и вращении мотор-колес
позволяют построить тягово-сцепную ха-
рактеристику шасси, определить сопротив-
ление движению и относительное буксова-
ние ведущих колес шасси по сравнению со
свободно катящимся колесом.
Ниже изложены теоретические основы и
принципы метода обработки данных изме-
рений пути, пройденного «Луноходом-1»,
а также результаты применения указанного
метода при исследовании движения одного
из штатных образцов шасси на естествен-
ном грунте-аналоге.
Теоретический анализ влияния способа об-
работки телеметрических данных о движе-
нии шасси на точность измерения пути. Как
указывалось выше, измерение пути осуще-
ствлялось с помощью датчиков, регистри-
рующих число оборотов ведомого (9-го) и
ведущих (3-го и 6-го) колес. Представим ре-
зультаты полученных измерений в виде
или
где
где £ — истинный путь, пройденный луно-
ходом; AS9 — погрешность измерения пути
с помощью 9-го колеса; а — истинный ко-
эффициент буксования 3-го pi 6-го колес;
Да -- погрешность измерения буксования
3-го и 6-го колес.
Для оценки возможностей уменьшения
погрешностей в вычислении пройденного пу-
ти определяем взаимную зависимость пог-
решностей AS9 и Да. С этой целью пред-
ставляем
а + Да = (S3Q - S9)/S{
откуда
да = — о$д (1—а),
361
(8)
(9)
9 = ASJS,.
Как следует из анализа выражения (10),
величина относительной погрешности изме-
рения пути с помощью свободно катящегося
(9-го) колеса равна ошибке в измерении бук-
сования в случае движения машины при
а = 0. Известно, что условием отсутствия
буксования является равенство
tga = -/, (11)
где a — угол наклона поверхности в на- \
правлении движения транспортной машины, :
/ — коэффициент сопротивления движению.
Конструкция мотор-колес (МК) и комп-
лект измерительной аппаратуры шасси та-
ковы, что величина / может быть определена
с достаточной точностью. Однако ряд слу-
чайных факторов, таких, как микронеров-
ности рельефа, неоднородность грунта, из-
менение напряжения питания МК и другие,
привносит дополнительные погрешности
в измерение.
Получаемые данные позволяют контро-
лировать наклон (К) суммарной тяговой
характеристики двигателей МК, определяю-
щей связь суммы величин токов двигателей
/ с развиваемыми ими тяговыми усилиями
шасси Т:
I = 1ХЛ + КТУ (12)
где /х х — величина суммарного тока холо-
стого хода, определенная в процессе назем-
ных контрольных измерений, а также кон-
тролируемая при движении по Луне при вы-
вешивании колес (например, при выходе из
кратеров).
Величина суммарного тягового усилия
определяется уравнением
Т = G (/ cos a + sin a), (13)
где G — полный вес «Лунохода-1» на Луне.
Сопоставляя выражения (12) и (13), за-
мечаем, что, контролируя в процессе дви-
жения величины / и a, можно получить при
измерениях в двух (i и /) точках, соответ-
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
37
ствующих движениям лунохода при различ-
ных уклонах, достаточное количество соот-
ношений для однозначного определения ве-
личин К и /:
(/■ — 1Х х) cos dj — (Fj - /х. х) cos д.
G (sin c^— sin ар
,
j — (7j — 'x.x)cosai
(14)
(15)
С другой стороны, измерение величины
буксования (а) по формуле (8) при различ-
ных уклонах (а) позволяет построить функ-
цию от (а), значение которой в точке а* =
= arctg/ (в соответствии с выражением (11))
равно величине относительной погрешности
измерения пути 9-м колесом по формуле
(10). Кроме того, так как К — конструк-
тивный параметр, формулу (14) можно ис-
пользовать для оценки изменения величин
холостого хода мотор-колес в процессе экс-
плуатации на Луне.
Экспериментальная проверка в земных ус-
ловиях способа обработки телеметрических
данных о пути, пройденном «Луноходом-1».
С целью проверки описанного выше способа
обработки результатов измерений пути,
пройденного «Луноходом-1» в августе-сен-
тябре 1971 г., был выбран участок местно-
сти с уклонами от 0 до 30° и грунтом, как
по гранулометрии, так и по механическим
свойствам близким к лунному. Кроме того,
предварительные испытания макета луно-
хода со штатной ходовой частью, проведен-
ные с целью определения тягово-сцепной
характеристики шасси при движении в ус-
ловиях земного аналога, позволили конста-
тировать близость последней к тягово-сцеп-
ной характеристике «Лунохода-1», полу-
ченной на основе обработки телеметрической
информации о функционировании его шасси
на Луне.
На рис, 11 приведены результаты изме-
рения буксования (о) «Лунохода-1» при дви-
жении с различным дифферентом (а) на Луне
и при движении макета лунохода на одном
из земных аналогов.
Причем верхние кривые представляют со-
бой зависимость от дифферента (а) величины
буксования ведущих (3-го и 6-го) колес от-
носительно свободно катящегося (9-го) ко-
леса, а нижние характеризуют истинное
буксование. Величины Асгл и Д<т3 пред-
ставляют собой погрешности в определении
истинного буксования шасси в лунных и
земных условиях, найденные путем сопо-
ставления оборотов ведущих и свободно ка-
тящегося колеса вследствие юза последнего,
который, как видно из формулы (10), может
быть вычислен как
= Да
(16)
в точках, соответствующих нулевым зна-
чениям истинного буксования:
tga* = —/л, tga* = —/3.
(17)
Нетрудно заметить, что кривые истинного
и относительного буксования при стремле-
нии их к a = 100% в пределе сходятся. Это
хорошо подтверждается формулой (9) и про-
сто объясняется существом измерения бук-
сования: при значительных буксованиях ве-
дущих колес сравнительно малый юз свобод-
но катящегося колеса практически не вли-
яет на вычисление истинного буксования.
Полученная указанными выше способами
величина относительной погрешности из-
мерения пути с помощью свободно катяще-
гося 9-го колеса составила 6,7% на грунте-
аналоге лунного по виду тягово-сцепной
характеристики.
Многократные сопоставления пути, прой-
денного макетом лунохода по указанному
грунту-аналогу и определенного по 9-му
колесу, с точными значениями пути, полу
ченными непосредственным замером, приве-
ли к результатам, изображенным на рис. 12.
При этом необходимо заметить, что вели-
чины юза в интервале 2,5—5% зарегистри-
рованы на участке с распределением по пути
движения 9-го колеса камней размером 5—
10 см со средней плотностью 1 шт. на 5—6 м,
а юз в интервале 0—2,5% — с плотностью
распределения таких же камней 1 шт. на
1,5—2 м. Средняя величина юза 9-го колеса
на участке, свободном от камней, примерно
равна 7%, что подтверждает довольно вы-
сокую точность вычисления поправки к ве-
личине пути, полученной по оборотам сво-
бодно катящегося (9-го) колеса.
38
ГЛАВА II
-М-
I
Iff
/
/
/
r
\
\
\
\
ff
J
fff
I I Л \
Ж
J
f
1
J
\
\
Анализ точности обработки результатов
измерения пути, пройденного «Л у походом-h
по Луне. В процессе движения «Лунохода-1»
проводилось непрерывное вычисление прой- |
денного пути по количеству оборотов 3-, 6- ]
и 9-го колес с целью прокладки трассы двп~ \
жения и решения навигационных задач.
Параллельно с этим проводилось вычисле-
ние величины буксования ведущих (3-го и
6-го) колес относительно свободно катя-
щегося (9-го) колеса, а также токов мотор-
колес (МК). Статистический анализ вели-
чин буксования и токов МК на различных
уклонах позволил построить зависимости
буксования в функции синуса угла наклона
и динамического фактора ip. Указанные за-
висимости получены на основе статистиче-
ской обработки величин буксования и токов
более чем в 200 точках и представляют со-
бой математические ожидания более чем
20 весьма близких зависимостей, отклонения
которых от указанных средних значений
приведены на рис. 13, где введены обозна-
чения: х = аизм —а ати (а), аилм — вели-
чина измеренного буксования ведущих
колес, а()ТИ (а) — среднее значение отно-
сительного буксования ведущих колес на
уклоне а. Как следует из рис. 13, отклоне-
ния результатов измерений от средних
распределены по нормальному закону и, сле-
довательно, при достаточно большом количе-
стве измерений приближают среднее зна-
чение к истинному. Аналитическая аппрок-
Рис. 11. Графическое изображение зависимости буксования
шасси а от величины уклона поверхности а в направлении
движени я « Л у и охо да -1»
Сплошные линии — результат движения на Луне; штриховые — ре-
зультат наземного эксперимента. Верхние кривые — буксование веду-
щих колес относительно 9-го колеса, нижние — истинное буксование
ведущих колес
Рис. 12. Распределение величины юза свободно катящегося
колеса, полученное в ходе наземного эксперимента на грунте-
аналоге
X — зона сильного сгущения камней (1 шт. на 1,5 м), JJ — зона сред-
него сгущения камней (1 шт. на 3 м), 111 — зона отсутствия камней.'
Кривая соответствует формуле
} %
Рис. 13. Распределение отклонений от средних значений ре-
зультатов измерения относительного буксования (оОТ11)
1 (х — 0,27)* •- «
;-ЗЛ2
Кривая соответствует формуле Р (х) = -=-ехр —
3.1
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
39
симация зависимости буксования от угла а
наклона поверхности вдоль направления
движения «Лунохода-1» привела к выраже-
ниям
а = 0,0609 (а + arctg /)2
при arctg / < а < 22°, (18)
а = 0,08 (а + arctg /)
при— 22° < а < arctg /.
Величина среднего значения коэффициен-
та сопротивления движению / меняется в
пределах от 0,168 на горизонтальных участ-
ках до 0,188 на максимально преодоле-
ваемых уклонах а ~ 22°. Среднеквадра-
тичные отклонения от указанных средних
значений не превосходят величины 0,012.
Величина юза свободно катящегося коле-
са распределяется нормально на интервале
3— 11 % со средним значением 6£9 ^ 7% .
Следствием этого результата является
уменьшение средней величины погрешно-
сти измерения пути, пройденного «Луно-
ходом-1» по Луне, от 9—10% до 1,5—2%,
т. е. примерно в 5 раз.
Выводы. 1. Измерение пути, пройденного
«Луыоходом-1», по числу оборотов только
свободно катящегося (9-го) колеса умень-
шает его величину в среднем на 7 %.
2. Эффективным способом повышения точ-
ности измерения пути является соответ-
ствующая обработка данных о дифференте,
токах и вращении ведущих колес шасси, поз-
воляющая уменьшить погрешность изме-
рения примерно в 5 раз.
3. Экспериментальная проверка предло-
женного способа обработки результатов из-
мерений пути на «Луноходе-1», проведенная
на земных аналогах, подтверждает правиль-
ность исходных концепций и практических
приемов предложенного способа.
0 влиянии форм и размеров кратеров,
проходимых «Луноходом-1»,
на точность штурманской прокладки
трассы движения
Как показало совместное исследование теле-
метрических данных о параметрах шасси
и фотопанорам [1] «Лунохода-1», трасса его
движения прошла более чем по 400 кратерам
различной формы размером от 3 до 500 м.
Часть кратеров класса АВ и кратеры класса
А приходилось объезжать. Параметры шасси
«Лунохода-1», такие, как углы наклона кор-
пуса и величина пройденного пути, позво-
ляли довольно точно судить о формах
и размерах кратеров лунной поверхности, в
которые в процессе движения попадал «Луно-
ход-!». Исследования показали, что абсо-
лютное большинство кратеров, пройденных
«Луноходом-1», приближается к чашеоб-
разной форме, а незначительное число —
к конической, что подтверждается резуль-
татами геоморфологического дешифриро-
вания и фотограмметрической обработки па-
норам лунной поверхности *.
Известно [1], что движение «Лунохода-1»
сопровождалось штурманской прокладкой
трассы на соответствующем масштабном
планшете, топографированием лунной по-
верхности и решением целого ряда навига-
ционных задач. Основой успеха проведения
указанных операций являлось точное из-
мерение пути и проектирование получен-
ных измерений при движении по уклонам на
горизонтальную плоскость, скоординиро-
ванную по месту посадки АЛС «Луна-17».
Анализ кинематики движения «Луно-
хода-1» с измерителем пройденного пути
через кратеры различной формы и размера
показывает, что для повышения точности
штурманской прокладки и решения других
задач необходимо учитывать факт прохож-
дения того или иного кратера и соответ-
ственно корректировать данные о пути,
пройденном мерным, свободно катящимся
(9-м) колесом, по результатам измерений не-
которых других параметров.
Цель настоящего раздела—исследование
возможных погрешностей измерения пути,
пройденного «Луноходом-1» через кратеры
различных форм и размеров, и внесение со-
ответствующих поправок в результаты опе-
ративного счисления пути.
Анализ кинематики движения «Лунохо-
да-1» через кратеры различной формы. В на-
чале анализа возможных погрешностей в
1 См. главы III и V настоящего сборника.
40
ГЛАВА II
JO
20
to
О
\
\
\
-АВ/В
прокладке трассы рассмотрим влияние форм
и классов кратеров на величину отклонений
горизонтальной проекции трассы пути,
пройденного «Луноходом-1» через кратер,
в предположении, что свободно катящееся
(9-е) колесо является абсолютно точным из-
мерителем пути.
На рис. 14 изображены сечения кратеров
чашеобразной и конической форм. Обозна-
чая через Sluc и Sn.K величины пути, прой-
денного «Луноходом-1» через кратеры чашеоб-
разной (с) и конической (к) формы, получаем
величины их отклонений от соответствую-
щих горизонтальных проекций пути, т. е.
от диаметров кратеров D:
= Sn.c-D, ASn^ = Sn.K - D. (19)
Нетрудно показать, что величины А$а.с и
к выражаются через отношение £ глу-
бины кратера Н к его диаметру D по форму-
лам
l
Д5п.„=/)(/Г+4р-1),
(20)
Известно fl], что величина | является ха-
рактеристикой морфологического класса
кратера. В соответствии с классификацией
[6, 7] лунные кратеры подразделяются на
классы, представленные в табл. 3.
Там же (в табл. 3) приведено процентное
содержание кратеров различных классов от
их общего числа. С учетом того, что в ре-
альности резкого перехода от класса к клас-
су не существует, по результатам таблицы
построена зависимость числа N кратеров,
W
Рис. 14. Сечения кратеров чашеобразной «
(а) и конической а = arctg 1 (б) формы
Рис. 15. Относительное число N/NQ кратеров и погрешности
й определении пути AS при прохождении кратеров в зависи-
мости от относительной глубины | кратера
1 — кратеры со сферическим сечением, 2 — с коническим, з — зависи-
мость N (D/Nq .
Рис. 16. Относительные погрешности в определении величины
диаметра А/>//> и расстояния от траееы движения лунохода до
центра кратера А£ц/£ц по телеметрии шасси в функции диамет-
ра кратера
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
41
Таблица
Класс
кратера
А
АВ
В
ВС
С
3
1
4
1
6
1
8
1
11
HID
1
~"5
1
~Т
1
10
1
12
<14
Доля от общего
числа по лунным 1
морям, %
0,5
2,5
20
30
47
Доля от числа кра-
тсроп, пройденных
«Луиоходом-!», %
1
17
32
48
характеризуемых отношением !, от вели-
чины !:
Г2- ЮЛ
N (I) - 2^о Г2- ЮЛ (21)
Полученное выражение (21) удобно для
интегральной оценки погрешностей штур-
манской прокладки 8SU = ASU/D от форм
кратеров, проходимых «Луноходом-1»:
(22)
Р А- Р — \
где Рс и Рн — относительное число кратеров
сферической и конической формы соответ-
ственно.
Для оценки влияния формы кратеров на
точность штурманской прокладки, постро-
ения топографических профилей и т. п. по
формулам (20) были получены зависимости
А*Уп.с (£) и A*Sh.k (!), представленные на
рис. 15.
Там же изображена зависимость N (!)A/Vo —
относительного числа кратеров различ-
ных морфологических классов — от их
характеристического параметра !. Пред-
ставленные на рис. 15 зависимости позволя-
ют проводить графическое интегрирование
погрешностей 6Sn по формуле (22) с весом
Рс и Рн. Из графиков, изображенных на
рис. 15, видно, что произведения величин
c (!) и 6iSn.K (!) на соответствующие
значения N (|) существенно отличны от ну-
ля в диапазоне ! ^ 0,08 ~- 0,12, т. е. при
движении через кратеры классов В и ВС,
Для более «свежих» кратеров классов А и
АВ интегральная погрешность мала вслед-
ствие малой вероятности встречи с ними,
для более «старых» (класс С) — вследствие
сглаженности их форм.
Вычисление по формуле (22) приводит
к величине интегральной погрешности на-
несения на штурманскую прокладку отрез-
ков пути через кратеры 6Sn ~ 0,054 (или
5,4%) в сторону увеличения пути.
Однако полученный результат является
следствием ранее сделанного предположе-
ния о том, что свободно катящееся (9-е)
колесо (контактный измеритель пути) не-
прерывно и без проскальзывания движется
по поверхности, преодолеваемой «Лунохо-
дом-1». На самом деле въезд лунохода в кра-
теры классов АВ и В сферической формы
(а также класса АВ — конической) и при
достаточно твердых кромках может сопро-
вождаться отрывом 9-го колеса от грунта
в момент переваливания через кромку по-
следней пары колес и его зависанием на
расстоянии, примерно равном длине его
кронштейна, т. е. от оси последних колес
шасси до 9-го колеса.
Аналогичные явления могут иметь место
и при выходе из кратеров указанных клас-
сов. Вследствие этого величина «недомера»
пути, пройденного «Луноходом-1» через кра-
теры классов АВ и В (чашеобразной формы),
может быть весьма существенной и при про-
хождении таких кратеров диаметром от 4
до 20 м в значительной степени перекры-
вать рассмотренное ранее отклонение 8Sn
в сторону уменьшения пути. Большинство
кратеров классов АВ и В, пройденных «Лу-
ноходом-1», располагалось именно в этом
диапазоне.
Результаты экспериментального исследо-
вания влияния форм и размеров проходимых
кратеров на измерение пути, пройденного
«Луноходом-1». В целях экспериментальной
проверки приведенного выше теоретического
анализа возможных погрешностей при пост-
роении штурманской прокладки трассы «Лу-
42
ГЛАВА II
нохода-1», топографических профилей лун-
ной поверхности и решения навигационных
задач в августе—сентябре 11)71 г. на одном из
участков земной поверхности с грунтом,
аналогичным лунному как по грануломет-
рии, так и по механическим свойствам, были
выполнены кратеры различных форм и раз-
меров. Кратеры выполнялись путем взры-
вов, причем для получения заданных форм
и размеров варьировался вес взрывчатого
вещества и глубина его закладки. Всего было
сделано 11 кратеров размером от 3 до 12 м,
соответствующих классам АВ, В и ВС. Рас-
положение кратеров соответствовало одному
из отрезков трассы «Лунохода-1» в течение
третьего лунного дня.
Экспериментальные исследования дви-
жения макета «Лунохода-1» со штатной хо-
довой частью и У-м колесом предусматри-
вали:
оценку точности измерения пути, прой-
денного «Луноходом-1», с помощью свободно
катящегося (13-го) колеса при движении че-
рез кратеры указанных классов,
оценку точности штурманской прокладки
трассы движения «Лунохода-1» через кра-
теры,
оценку возможности и точности опреде-
ления форм и размеров проходимых кра-
теров ио телеметрии шасси «Лунохо-
да-1».
В процессе обработки полученных ре-
зультатов был учтен и «отфильтрован» воз-
можный юз свободно катящегося колеса.
Так, было определено, что вследствие зави-
сания 9-го колеса при входе и выходе из
кратеров происходит «недомер» пройден-
ного пути: для кратеров класса АВ — в
среднем 1,4 м; класса В — в среднем 1 м;
класса ВС — в среднем 0 м.
При экспериментах было замечено, что
кромки кратеров существенно деформиро-
вались, что привело к некоторому умень-
шению погрешностей по сравнению с их
расчетным определением: для класса АВ
1,6 м; для класса В 1,35 м.
• Результаты оценки точности штурман-
ской прокладки по телеметрии фактически
пройденного через кратеры пути приве-
дены в табл. 4.
Таблица 4
etf
р-.(
о
* S
АВ
В
ВС
g
9
7
4
ТОЯН
рямс
9,30
7,10
4,20
о S
с 5
9,90
6,90
4,27
8
5 л а
9»« я
^ Я! О
в и з4 ^
g и л е
•^ о М °0
0,065
0,030
0,015
i
1 ф
ll g
E-* о ш
0,068
0,034
0,017
SIP
Резу
изме
по 9
лесу
0,112
0,046
0,012
Как следует из табл. 4, для прокладки
трассы, построения топографических про-
филей и др. при движении через кратеры
классов ВС и С можно с достаточной точ-
ностью пользоваться результатами измере-
ния пути на основе показаний 9-го колеса.
В случае прохождения кратеров классов
АВ и В необходимо вносить коррекцию,
равную отношению 8S9/6Sn.
Результаты экспериментального опреде-
ления расположения и размеров кратеров
по телеметрии шасси приведены на рис. 16
и свидетельствуют о том, что начиная с раз-
меров кратеров диаметром 4—5 м точность
определения их параметров достаточно вы-
сока (погрешность менее 5%) и лежит в пре-
делах суммарной погрешности телеметрии.
Указанные результаты были получены при
исследовании движения макета «Лунохо-
да-1» через упомянутые выше кратеры при
расстояниях от центра, равных L, 2£,
3L, где L — ширина колеи «Луно-
хода-1».
Результаты исследования движения «Луно-
хода- 1» через кратеры классов АВ и В. В про-
цессе движения по Луне «Луноход-1» пре-
одолел около 20% кратеров (от общего числа
пройденных им) классов АВ и В. При этом
прохождение кратеров осуществлялось пре-
имущественно таким путем, когда оба борта
проходили по внутренним склонам кра-
теров. Ниже приведены результаты стати-
стической обработки распределения Р отно-
сительной величины /u/jR, где /ц — расстояние
от трассы до центра кратера, 11 — радиус
кратера.
/Ц/Л 0-0,2 0,2-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1
P{IJR) 0,32 0,25 0,22 0,19 0,04
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
43
Эти результаты иллюстрируют тот факт,
что при положении «Лунохода-1» перед кром-
кой кратера сбоку кромка хорошо распоз-
навалась при боковом освещении и соответ-
ственно принимались решения либо по объ-
езду кратера, либо по движению через него
с минимальным креном, т. е. к центру. Сле-
довательно, выполнение расчетов по оценке
погрешностей измерения пути вполне соот-
ветствует схеме, принятой в настоящей
статье, а полученные результаты близки
к истинным значениям.
Выводы. 1. Анализ кинематики-движе-
ния «Лунохода-1» через кратеры позволяет
производить уточнение величины пути,
измеренного свободно катящимся (9-м) коле-
сом, по результатам вспомогательной обра-
ботки параметров движения шасси и кор-
ректировать штурманскую прокладку трас-
сы движения.
2. Данные о креие, дифференте, курсе и
пройденном «Луноходом-1» пути по Луне
позволяют с достаточной точностью судить
о формах, размерах и расположении крате-
ров по трассе движения.
3. Преодоление кратеров классов АВ, В
и ВС осуществлялось «Луноходом-1» в наи-
более рациональном направлении, что свиде-
тельствует об удовлетворительном решении
экипажем локальных задач по оценке об-
становки в поле зрения телевизионных ка-
мер.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. М., «Нау-
ка», 1971.
2. Pettil /s., Mcolson S. «Astropkys. J.», 1930, 72, 102.
3. К ротиков В., Троицкий В. «Усп. фаз, наук», 1963, 31,
вып. 4, 589.
4. Surveyor VII Mission Report, Teclin. Kept 32-12(3*4," 1%8.
5. Surveyor Project Final Report. Ft 11. Science Results.
Techn. Rept 32-1265. Calif, inst. Teclinol. Pasadena,
1968.
6. Флоренский К. П., Tauvpao И. М. Физика Лупы и плапет
(Труды международного симпозиума. Ь'иев, 1968). М,,
«Наука», 1972. i ■ = ■'..
7. Флоренский К. 77. и др. Современные представления q
Луне. М., «Наука», 1972.
2. Исследование
подвижности «Лунохода-1»
нри дистанционном управлении
A, К. Александров, О. Г. Иванов,
Ф. II. 13абков, .10. II. Котлов, !\ VI. Михайлов,
Ф. 11. Павлом, Л. Т. Панова, Л. IL Полонов,
П. (]. Омоиов, 10. А. Петров, 13. Б. Георгиев,
B. 11. Бурцев, 13. К. \1пшкпн, Г. II. Гарин
Для оценки и отработки точности решения
навигационных задач вождения «Лунохо-
да-1» по Луне был предусмотрен и проведен
комплекс исследовательских работ как на
поверхности Луны (см. гл. I, разд. 1 и гл.
III, разд. 1 наст, сб.), так и на специальном
лунодроме в наземных условиях.
Лунодром представляет собой модель
рельефа лунной поверхности и включает
кратеры классов А и АВ диаметром от 1 до
10 м, камни размером до 1 м, обрыв, наклон-
ные поверхности с углом наклона до 35°.
На рис. 1, 2 показаны характеристики рас-
пределений кратеров (рис. 1) и камней
(рис. -2) ■■ лукодрома--иа единицу площади
(100 X 100 м). ,. ~
Критерии качества
и .методические основы иссищоваиия . :
вождения макета «Лунохода-1» *%:*'""'" "*
в наземных условиях
Комплекс экспериментальных и расчетно-
теоретических исследований подвижности лу-
нохода, выполненных на стадии проекти-
рования, создания и доводки «Лунохода-1»,
и в частности его шасси, позволил опреде-
лить количественные показатели условий
его надежной эксплуатации по проходимо-
сти, устойчивости движения и сохранению
работоспособности его узлов. На основе ана-
лиза этих показателей были выявлены си-
туации, возможные при эксплуатации «Лу-
нохода-1», которые представляли ту или
иную опасность для сохранения его под-
вижности. Исследования показали, что
значительная часть таких ситуаций может
быть предотвращена созданием системы без-
опасности движения в составе блока авто-
матики шасси, срабатывание которой обя.
44
ГЛАВА II
-л
Ч
к
Ч
\
fZ
ZO
Рис. 1. Распределение кратеров но поверхности л у иод ром а
(штриховая линия) и Луны, в Море Дождей (сплошная)
\
—«
Ю
JO
JD
Рис. 2. Распределение камней но поверхности л у под ром а
(штриховая линия) и Луны, в Морс Дождей (сплошиая)
зывало бы экипаж и группу управления
луноходом принимать специальные решения
по дальнейшему безаварийному движению
лунохода.
Наземные исследования ситуаций, при
которых происходило срабатывание защи-
ты (по величинам наклонов корпуса и тол-
ков мотор-колес лунохода), были отнесены
к разряду опасных ситуаций. Кроме того,
к опасным ситуациям относились и такие
явления:
наезд на непреодолимое препятствие вы-
сотой, большей радиуса колеса лунохода
и просвета между днищем корпуса и про-
ходимой поверхностью,
въезд в кратеры классов А и АВ диамет-
ром больше 2 м,
остановка и повороты на камнях и скоп-
лениях камней с размерами, опасными из-за
возможности заклинивания колес.
Ситуации, при которых не представля-
лось возможным предотвратить опас-
ность потери подвижности макета лунохода
с пульта водителя, классифицировались как
аварийные.
Одним из важнейших классов задач уп-
равления луноходом являются навигацион-
ные задачи, в том числе задача выхода в на-
меченный район (точку), отстоящий от ис-
ходной позиции на заданное расстояние в
заданном направлении. Этот факт определил
проведение исследований по повышению
точности прокладки штурманами трассы
движения макета лунохода по луно-
дрому.
В целях правильного планирования ди-
намических сеансов «Лунохода-i» (сеансов
движения), оценки расстояний, которые мо-
жет пройти луноход в составе системы ди-
станционного управления (СДУ), и энерге-
тических затрат шасси на движение по лун-
ной поверхности исследование управления
движением макета лунохода должно со-
провождаться измерением скоростей и энер-
гопотребления шасси с предпочтением та-
кому управлению, которое сопровождается
меньшими временными и энергетическими
затратами.
Таким образом, в качестве критериев
оценки управления движением лунохода в
составе СДУ при наземных испытаниях бы-
ли приняты:
среднее число опасных и аварийных
ситуаций на единицу пути движения ма-
кета лунохода по лунодрому,
величина отклонений штурманской про-
кладки трассы от истинной трассы, пройден-
ной макетом лунохода, в частности, по от-
клонениям в конечной точке,
отклонение конца штурманской трассы от
истинного конца маршрута в направлении
движения,
то же в перпендикулярном направле-
нии,
средняя скорость движения макета по
трассе в направлении движения,
среднее энергопотребление шасси на еди-
ницу пройденного пути.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
45
Кроме того, для исследования возмож-
ностей повышения качества управления лу-
ноходом проводился ряд измерений траекто-
рии движения и затрат времени каждым
элементом комплекса СДУ при оценке си-
туаций перед луноходом по телевизионному
изображению. После проведенных исследо-
ваний задача вождения макета при испыта-
ниях комплекса СДУ была сформулирована
следующим образом: провести макет луно-
хода между двумя параллельными рубе-
жами, находящимися на заданном расстоя-
нии, за минимальное время, избегая попа-
дания в опасные ситуации, с регистрацией
координат макета на штурманской про-
кладке и на планшете непосредственно на
лукодроме и их сравнения.
Статистическая обработка результатов вы-
полнения указанной задачи при достаточ-
ном количестве измерений позволяет полу-
чить характеристики работы комплекса
СДУ по:
вероятности попадания в опасные ситуа-
ции (ОС) или среднему ожидаемому рас-
стоянию между ОС,
средним скоростям и энергопотреблению
шасси лунохода,
вероятностям и средним величинам оши-
бок в определении местоположения луно-
хода относительно исходной позиции.
Результаты исследования управления
движением макета «Лунохода-1»
в составе системы
дистанционного управления
Анализ безопасности движения. Регистрация
и анализ опасных ситуаций, в которые
попадал макет лунохода при наземных ис-
пытаниях, позволили поставить и решить
следующие задачи исследования безопасно-
сти движения «Лунохода-1»:
классификация и распределение ОС по
характеру их проявления,
выявление причин ОС, их классификация
и анализ,
анализ влияния работы элементов СДУ на
появление ОС,
разработка рекомендаций по совершен-
ствованию тренировок и приемов работы при
Таблица 5
Характер опасной ситуации
Перегрузка по токам мотор-колес
и срабатывание защиты по току
Наезд на непреодолимое препятствие
при прямолинейном движении
Наезд на непреодолимое препятствие
при повороте
Въезд в кратер класса А и АВ диа-
метром больше 2 м
Доля от общего
числа ОС, %
24,2
30,3
24,1
21,4
функционировании «Лунохода-1» на Луне
с целью предотвращения ОС.
В табл. 5 приведены классификация и ха-
рактеристики распределения ОС в процен-
тах от общего числа ОС.
Как следует из табл. 5, распределение ОС
по их характеру можно считать равномер-
ным.
Наиболее важным моментом анализа ОС
является классификация и распределение
причин их появления, приведенные в табл. 6,
Таблица 6
№ п/п
1
2
3
Причина опасной ситуации
Ошибочная оценка обстановки,
размеров препятствии и их рас-
положения
Ошибочная оценка продолжи-
тельности движения по курсу
Потеря ориентировки лунохода
по отношению к препятствиям
Доля от общего
числа ОС, %
46
37
16
,5
,3
,2
Из результатов табл. 6 следуют два основ-
ных вывода по совершенствованию методов
и приемов управления луноходом:
проведение специальных тренировок
с целью повышения точности оценки обста-
новки перед луноходом и отработки навы-
ков более точного определения пути, прой-
денного луноходом до ближайшей остановки,
без обращения к телеметрическим данным
(1-я и 2-я причины);
разработка способов регистрации преды-
дущей информации о расположении препят-
ГЛАВЛ Г Г
Г
1
0,3 -
%
1
■
•
' ■
•■■ "' '•■♦* ■ ■ ■■
J,0 6,0
Дли/fa утсткод f
/2,0
Рис, 3. Распределение длин участков движении между оста-
новками макета на лукодроме (штриховал линия) и«Луно-
хода-1» на Луне (сплошная)
ствий, т. е. оперативное построение топо-
схем по телеэкрану (3-я причина).
С учетом того, что почти половина причин
появления ОС (46,5%) вызвана ошибочной
оценкой обстановки, размеров и располо-
жения препятствий по телевизионному изо-
бражению, был проведен анализ погрешно-
стей в определении размеров и расстоянш!
от макета лунохода до препятствий, пока-
завший, что средние погрешности в опре-
делении размеров составляют 20%, рас-
стояний 10—12%. Указанные погрешности
и другие причины обусловили попадание
макета лунохода в ОС при наземных испыта-
ниях в среднем через 350—400 м.
Кроме того, статистический анализ кор-
реляционной зависимости появления ОС от
скорости движения макета лунохода йока-
зал, что применение 2-й скорости движения
при преимущественном использовании 1-й
приводит к увеличению числа ОС примерно
в 2 раза, в то время как средняя машинная
скорость шасси возрастает всего на 15—20%.
Оценка управления движением макета лунохо-
да по точности решения навигационных задач,
скоростным и энергетическим показателям.
Известно [1], что при эксплуатации «Луно-
хода-1» на Луне и соответственно при тре-
нировках экипажа был принят так называе-
мый «старт-стопный» режим движения, ха-
рактеризуемый наличием большого числа
коротких отрезков траектории. На рис. 3
приведено распределение длин отрезков
траектории движения «Лунохода-1» между
остановками и аналогичных результатов,
полученных на предстартовых наземных ис-
пытаниях. Такой режим увеличивает по-
грешности при значительных масштабах
прокладок трассы лунохода. Однако в про-
цессе тренировок непрерывно происходило
повышение точности работы штурманов и
погрешности в отклонении концевых точек
трассы, проложенной на планшете, умень-
шились с 6 до 1 °/о.
Моделирование процесса управления лу-
ноходом с помощью макета, созданного на
базе штатного шасси, телевизионной систе-
мы, курсоуказания и других элементов, по-
зволило определить средние скорости дви-
жения «Лунохода-1» при дистанционном
управлении с учетом всех необходимых вре-
менных затрат на взаимодействие элементов
комплекса СДУ.
Для оценки энергетических затрат шасси
лунохода при исследовании его работы в со-
ставе СДУ использовались измерения тра-
екторий и времени движения макета на лу-
нодроме в различных режимах: на 1-й ско-
рости, на 2-й скорости и при повороте, при
которых величины суммарных токов мотор-
колес характеризуются следующими вели-
чинами (в А):
1-я скорость 7,7
2-я скорость 13,6
Поворот на месте 16,5
Статистический анализ результатов ис-
следования макета лунохода позволил в по-
рядке прогнозирования показателей эк-
сплуатационных режимов шасси «Луно-
хода-1» определить его энергопотребление .,
величиной 140 А- ч на 1 км пути.
Сопоставление величин энергопотребле- '
ния на отдельных участках траекторий дви-
жения макета лунохода с величинами так
называемого коэффициента пути (Кп), рав-
ного отношению истинного пути к кратчай-
шему расстоянию между начальной и ко-
нечными точками рассмотренных отрезков
траектории, показало близкую к линейной
зависимость энергопотребления от коэф-
фициента путиЛ
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
47
Сравнение результатов исследования
подвижности макета лунохода
в составе СДУ
с результатами эксплуатации «Лунохода-1»
Телеметрическая информация, поступавшая
с борта «Лунохода-1» во время его движе-
ния по Луне, позволяет с достаточной точ-
ностью оценить степень моделирования лун-
ной эксплуатации лунохода при движении
макета на л у иод роме в составе системы ди-
станционного управления. В табл. 7 представ-
лено сравнение результатов испытаний ма-
кета на луиодроме при исследовании дви-
жения в заданном направлении на заданное
расстояние с результатами движения «Лу-
нохода-1».
Как следует из табл. 7, основные эксплу-
атационные характеристики макета в составе
СДУ и «Лунохода-1» близки, что свидетель-
ствует о достаточно хорошей имитации при
наземном эксперименте работы комплекса
СДУ с «Луноходом-1», находящимся на
Луне.
Полученное при наземном эксперименте
повышенное количество опасных ситуаций
Таблица 7
Эксплуатационная
характеристика
Число опасных ситуаций
(срабатывание защит) на
1 км пути
Распределение времени се-
ансов движения (%)
время постулательного
движения
время стоянки и пово-
ротов на месте
Отношение фактически
пройденного пути к крат-
чайшему расстоянию меж-
ду началом и концом дви-
жения А"п
Энергопотребление шасси
на единицу пути на гори-
зонтальном участке, А-с/м
Число поворотов (5 и 20°)
на 1 км пути без учета до-
воротов на Солнце
И о л (i чсственн ый пока зател ь
Макет СДУ
21
7,5
92,5
1,3
40
170
«Луноход-1»
4
14
86
1,1-1,15
30
60
и больший коэффициент пути нетрудно объ-
яснить тем, что рельеф лунодрама был бо-
лее тяжелым, чем лунная поврхность в Мо-
ре Дождей. Это хороню подтверждается при-
веденными на рис. 1 и 2 распределениями
кратеров (рис. 1) и камней (рис. 2). Так,
плотность камней, которые необходимо бы-
ло объезжать (DK > 25 см) на лунодроме,
была примерно в 20—30 раз больше, чем в
среднем по району движения «Лунохода-1»
в течение первых трех лунных дней (см.
рис, 2). Несмотря на некоторую близость
распределения кратеров различных разме-
ров по Луне и по лунодрому, кратеры луно-
дрома обладают большей опасностью для
движения лунохода по сравнению с большин-
ством из пройденных «Луноходом-1» по Лу-
не, так как для них отношение глубины к ди-
аметру больше, чем для 90% кратеров в
Море Дождей.
Относительно небольшое расхождение при-
веденных на рис. 3 распределений может
быть объяснено примерно равной для маке-
та и «Лунохода-1» дальностью уверенной
оценки обстановки перед объективами теле-
визионной системы (~ 4—8 м).
ЛИТЕРАТУРА
1. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. 1U., «На-
ука», 1971.
3. Исследование работоспособности
еамрходного шасси на Луне
Е. В. Авотиньпт, Б. В. Бородачев,
Ю. И. Васин, Л. О. Вайсберг,
В. П. Великанов, М. Н. Владимиров,
А. Ф. Грачев, М. 11 Исаков, JVL Б. Колесов,
А. Ф. Кулешов, В. Е. Папирян, В. Н. Петров,
И, II. Розов, А. В. Рыбаков, С. Ф. Федорова,
Г, Н. Шестернев, С. А. Шевцов
Исходя из основного назначения шасси «Лу-
нохода-1» (транспортировка научной лабо-
ратории по поверхности Луны) под работо-
способностью шасси понимается его готов-
ность в любой удобный для проведения на-
учных исследований момент осуществить пе-
48
ГЛАВА II
редвижение «Лунохода-1» по лунной по-
верхности по командам с Земли. В силу
этого работоспособность самоходного шасси
на Луне включает:
надежность работы узлов и систем шасси,
определяющих подвижность лунохода;
устойчивость лунохода против опрокиды-
вания;
способность возвращаться на безопасные
участки поверхности из зон ограниченной
подвижности, характеризуемых фактом сра-
батывания защиты системы безопасности
движения;
исполнение команд, необходимых для дви-
жения лунохода.
Ниже приведены некоторые результаты
исследования работоспособности самоход-
ного шасси на Луне, а также результаты
методических исследований, проведенных в
разное время.
Исследование нагрузочных режимов
самоходного шасси «Лунохода-1»
по результатам
телеметрической информации . . t
Исследования нагрузочных режимов не-
обходимы для решения ряда прикладных
задач проектирования системы подрессори-
вания и электромеханических приводов
транспортных машин и других механизмов,
предназначенных для эксплуатации на по-
верхности Луны. К числу этих задач отно-
сятся:
проведение прочностных расчетов деталей
и узлов электроприводов и системы подрес-
соривания;
проведение тягово-динамических расчетов
и определение требований к тяговым элек-
тродвигателям;
планирование стендовых испытаний уз-
лов и деталей электроприводов и системы
подрессоривания;
построение физической картины силового
взаимодействия движителя с лунным грун-
том;
определение внутренних потерь узлов тре-
ния и оценка КПД механических пере-
дач.
Эксперименты по исследованию нагру-
зочных режимов электромеханических при-
водов и системы подрессоривания предус-
матривали:
определение среднеэксплуатационных на-
грузок на валу двигателя и ступице колеса;
определение максимальных нагрузок при
движении «Лунохода-1» на подъем;
определение нагрузок при повороте «Лу-
нохода-1»;
определение частоты и числа циклов на-
гружения узлов и деталей электропривода и
системы подрессоривания;
определение величины и скорости дефор-
маций крайних подвесок;
определение момента потерь холостого хо-
да электроприводов. ]
Актуальность проведения этих исследо-
ваний обусловлена ограниченностью ин-
формации по условиям эксплуатации сило-
вых приводов и механизмов на поверх-
ности Луны и предъявленными к ним спе-
цифическими требованиями. К их числу
относятся: ,i
жесткие требования по весу и габаритам,
исключающие возможность проектирования
узлов и деталей с большим запасом проч-
ности; |
отсутствие возможности технического об-
служивания и ремонта узлов и механизмов
в течение всего времени эксплуатации;
высокие требования по надежности выпол-
нения самоходным шасси своей основной
задачи — движения.
Эти особенности, а также наличие сверх-
высокого вакуума и большого перепада тем-
ператур обусловили компоновочное и кон-
структивное решение трансмиссии само-
ходного шасси «Лунохода-1», описание1
которой приведено в 11].
Основным методом определения нагру-
зочных режимов электромеханических при-
водов и системы подрессоривания являются
экспериментальные исследования их рабо-
ты в составе самоходного шасси «Лунохо-
да-1» при его движении в Море Дож-
дей.
При дешифровке телеметрической инфор-
мации, поступавшей с борта «Лунохода-1 »э
определялись токи электродвигателей каж-
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
49
дого мотор-колеса, суммарный потребляе-
мый ток, напряжение питания, углы крена
и дифферента и углы поворота самоходного
шасси.
Крутящий момент на входном валу редук-
тора (валу двигателя) определялся по тари-
ровочным характеристикам электродвига-
телей. Крутящий момент на ступице колеса
определялся по формуле
Мк= Д/двпг|р, (23)
где Мцп — момент на входном валу редук-
тора, i — передаточное число редуктора,
Tjp — КПД редуктора. Передаточное число
редуктора i = 216; КПД редуктора для
наиболее характерных уровней нагрузок
т)р = 0,7 -г- 0,85.
Анализ телеметрической информации и
лунных панорам позволял не только опре-
делять нагрузочные режимы электроприво-
да по всей трассе движения, но и обеспечить
их «привязку» к параметрам рельефа мест-
ности и построить трассу движения «Луно-
хода-1», что дало возможность определить
величины нагрузок на элементы системы
подрессоривания. При этом использова-
лись данные наземных испытаний макетов
луноходов, во время которых, помимо ука-
занных выше параметров (токи электродви-
гателей и др.), фиксировались геометриче-
ские размеры характерных препятствий и
положение колес относительно грунта. Эти
данные позволили, в частности, определить,
что:
при въезде самоходного шасси в кратер
с углами уклона более 15° и выезде из него
возможна ситуация, при которой отсут-
ствует контакт передних колес с грун-
том;
по характеру изменения крена и дифферен-
та и нагрузок электропривода можно судить
о наличии тех или иных образований (напри-
мер, отдельных камней или их россыпей,
трещин и т. п.);
движение лунохода через кратеры глуби-
ной до 0,1 м, а также статическое положе-
ние на уклонах больше 10° сопровождается
деформациями крайних (наиболее нагру-
женных) подвесок до 30 мм;
Рис. 1. Распределение значений крутящего момента на валу
электродвигателя наиболее загруженного мотор-колеса при
движении «Лунохода-1» в Море Дождей
при движении через камни высотой 0,2—
0,25 м и при торможении на уклонах 10—
20° крайние подвески могут деформировать-
ся до 80 мм.
Определение среднеэксплуатационных на-
грузок электроприводов наиболее нагружен-
ных (кормовых) колес. Па рис. 1 приведена
гистограмма и кривая распределения зна-
чений крутящего момента на валу электро-
двигателя наиболее нагруженного мотор-
колеса «Лунохода-1». Гистограмма постро-
ена по 148 точкам на основании анализа
телеметрической информации по второму и
шестому лунным дням. Из графика следует,
что модальное значение крутящего момен-
та составило 1,31 кГ-см, а среднеэксплу-
атационное значение крутящего момента со-
ставило 1,47 кГ* см. Среднеэксплуатацион-
ный крутящий момент на наиболее загружен-
ном колесе «Лунохода-1» составил величину,
равную 2,4 кГ- м.
Кроме того, были построены гистограммы
и кривые дифференциального распределения
значений суммарного тока всех восьми ко-
лес. Модальное значение суммарного тока
по второму и шестому лунным дням со-
ставило 6,86 А.
4 Луноход-1
50
ГЛАВА II
0,7
ff,3
/
,
Y
/
/
/
/
J
fff
/J Z0 cc,zpa&
Рис. 2. Графики зависимости коэффициента суммарного
сопротивления движению i|>c и коэффициента сопротивления
движению грунта / от угла подъема
17,8
ff,B
/
A
V/
/
я——=
l
f V
I
/
A
\
1
/
r
/
у
^\
J /Jocf zpai?
Рис. 3. Графики зависимости коэффициентов загрузки мотор-
колес от угла подъема
Определение нагрузок электроприводов при
движении шасси на подъем. Анализ сило-
вого взаимодействия движителя «Лунохо-
да-1» с грунтом Луны удобно проводить при
помощи безразмерных коэффициентов, исклю-
чающих влияние веса лунохода и радиуса ко-
леса на тяговые характеристики транспорт-
ных средств. При этом нагрузку всего дви-
жителя или отдельного мотор-колеса це-
лесообразно представлять по тому же виду,
по какому определяется значение динамиче-
ского фактора машины.
Поэтому коэффициент загрузки i-ro ко-
леса представляется в виде
= SMt/Grc
(24)
где Mi — значение крутящего момента на
i-м колесе по результатам эксперимента;
G—вес лунохода; ге—силовой радиус колеса.
Физически коэффициент загрузки г-го ко-
леса определяет, какой требовался бы для
движителя аппарата динамический фактор,
если бы этим моментом на i-м колесе были
загружены все восемь мотор-колес шасси.
Коэффициент суммарного сопротивления
прямолинейному движению определялся по
формуле
(25)
Графики изменения коэффициента сум-
марной загрузки и коэффициентов загрузки
по колесам в зависимости от угла подъема
«Лунохода-1» приведены соответственно на
рис. 2 и 3 (данные для приведенных графи-
ков выбирались при отсутствии крена). Со-
гласно графику рис. 3, крутящий момент на
кормовом колесе, определенный по формуле
(24), при движении на подъем а = 20° ра-
вен Мк == 5 кГ- м, что почти в 2 раза превышает
среднеэксплуатационный крутящий момент
для этого же колеса. Данные по распределе-
нию уклонов по трассе движения приведены
в статьях настоящей книги (гл. II, разд. 1).
Как следует из рис. 3, характерной осо-
бенностью силового взаимодействия колес-
ного движителя «Лунохода-1» с грунтом при
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
51
движении на подъем является значительное
перераспределение нагрузок и соответ-
ствующих безразмерных коэффициентов за-
грузки по колесам. Кроме того, сопоставле-
ние графика изменения фактического коэф-
фициента суммарного сопротивления г|;с дви-
жению «Лунохода-1» с расчетным значением
этого коэффициента сопротивления, опреде-
ляемого формулой
1|зс = / cos a + sin а,
где / — коэффициент сопротивления прямо-
линейному движению от грунта, а — угол
подъема, позволяет сделать вывод о том, что
/ увеличивается с увеличением угла подъ-
ема. График зависимости / от угла подъема,
построенный на основании полученных при
движении «Лунохода-1» экспериментальных
данных, приведен на рис. 2. - *
Анализ полученных результатов позволил
предположить следующую физическую кар-
тину силового взаимодействия мотор-колес
«Лунохода-1» с грунтом, характерным для
Моря Дождей.
1. При движении на подъем обеспечивает-
ся свободная реализация тягового уси-
лия на мотор-колесах (без взаимного влия-
ния мотор-колес друг на друга) пропорцио-
нально нормальным реакциям, т. е.
TJN{ = tga, ''' - -- ■:v-;V- ■
где Tt — свободное тяговое усилие на i-м
колесе (от составляющей веса), Ni — нор-
мальная нагрузка на i-м колесе, a — угол
подъема.
2. Суммарное сопротивление при движении
лунохода на подъем также распределяется
по колесам пропорционально нормальным
реакциям.
Использование этой модели взаимодей-
ствия движителей с грунтом и полученных
функций изменения коэффициентов загрузки
позволяет с достаточной точностью опреде-
лять нагрузки электромеханических при-
водов для транспортных машин такого клас-
са, как «Луноход-1», расчетным путем.
Определение нагрузок электромеханиче-
ских приводов при повороте «Лунохода-1».
Поворот «Лунохода-1» на месте является
0,2
/
f
-——
,—
— —
—
ftp
— ■ —
^■U.u .
Риг. 4. Графики зависимости коэффициентов загрузки мотор-
колес от угла поворота «Лунохода-1»
наиболее эффективным с точки зрения ма-
невренности режимом движения. В то же
время при повороте возможны значительные
нагрузки на электроприводы мотор-колес.
С целью определения величины этих на-
грузок и уточнения физической картины
«бортового» поворота колесной машины во
время эксплуатации «Лунохода-1» были про-
ведены специальные эксперименты, в ходе
которых обеспечивался непрерывный пово-
рот машины на угол до 100°. Поворот «Луно-
хода-1» осуществлялся на горизонтальной
поверхности. Графики изменения коэффи-
циентов загрузки для средних я|?ср и крайних
колес я|?кр, а также коэффициента суммар-
ного сопротивления повороту i|)c в зависимо-
сти от угла поворота приведены на рис. 4.
Согласно приведенным графикам, нагрузки
на электроприводы средних мотор-колес со-
ставляют Мк = 3 кГм, т. е. примерно равны
определенным выше среднеэксплуатацион-
ным нагрузкам.
Сравнительно малые значения коэффици-
ентов загрузки при повороте (tyc = 0,45)
могут быть объяснены следующими факто-
рами:
незначительной связностью и прочностью
поверхностного слоя грунта; ;> ,а
52
ГЛАВА II
особенностями конструкции колес «Луно-
хода-1», обеспечивающими, с одной стороны,
свободное «перетекание» грунта через обод
колеса, а с другой стороны — минимальное
сопротивление повороту его грунтозацепов;
активной работой в режиме поворота всех
восьми мотор-колес «Лунохода-1».
Анализ полученных экспериментальных
данных позволяет представить следующую
физическую картину силового взаимодейст-
вия колесного движителя с грунтом при по-
; вороте «Лунохода-1».
1. В процессе поворота происходит взаи-
мосвязанное нарастание нагребания и углу-
бления колес до тех пор, пока не обеспечи-
вается свободное стабильное «перетекание»
грунта через обод колеса, а колеса не до-
стигают более плотных слоев грунта.
2. Перераспределение суммарного сопро-
тивления повороту зависит от величины бо-
кового скольжения колеса.
Средние колеса, имеющие меньшее боковое
скольжение, обеспечивают лучшую реали-
зацию тягового усилия и поэтому имеют
повышенные значения коэффициента за-
грузки. Крайние колеса, имеющие боль-
шое боковое скольжение, дают худшую реа-
лизацию тягового усилия и имеют значитель-
но меньший коэффициент загрузки.
Это отношение коэффициентов загрузки,
например, для угла поворота (i = 100° со-
ставляет
■1рср/Фкр = 0,68/0,26 = 2,6.
При этом соотношение бокового скольже-
ния крайних и средних колес «Лунохода-1»
составляет
'ск.кр' *ск.ср д*
Исследование внутренних потерь механи-
ческой передачи. Исследование энергетиче-
ских потерь механического привода мотор-
колес «Лунохода-1» позволяет оценить ра-
ботоспособность узлов трения в эксплуата-
ционных условиях.
Условия, в которые попадают механизмы
на Луне, в силу своей специфики делают
весьма проблематичным обеспечение рабо-
тоспособности их пар трения. Это связано
с тем, что большой перепад температур,
солнечная радиация и прежде всего высокий
вакуум, действуя в комплексе на конструк-
ционные материалы и смазки, вносят свои
особенности в механизм их трения. В то же
время при движении «Лунохода-1» на подъем
а = 17 -:- 20° контактные напряжения по
Герцу в зубчатых передачах редукторов
кормовых колес (см. рис. 3) характеризу-
ются значениями ак = 00 ~ 100 кГ/мм2 при
относительных скоростях скольжения про-
филей зубьев FCK = 1 м/с. Поэтому кон-
струкция электромеханического привода
предусматривала частичную герметизацию,
обеспечивающую «микроклимат» во внутрен-
ней полости привода [3].
Однако ввиду большого срока эксплуа-
тации и ограниченности данных по работо-
способности пар трения уплотнительных уз-
лов не была исключена возможность разгер-
метизации. Кроме того, пары трения систе-
мы подрессоривания находились в открытом
вакууме. При трении в вакууме образование
адсорбированных пленок в отличие от тре-
ния на воздухе значительно затруднено, что
приводит к резкому увеличению коэффици-
ента трения и как следствие к увеличению
внутренних потерь в механическом приводе
или парах трения системы подрессоривания.
Отсутствие конвективной теплопередачи
в вакууме приводит к резкому увеличению
температурных градиентов на поверхности
трения, что в свою очередь может вызвать
разупрочнение поверхностных слоев и уве-
личение пластических деформаций. Эти фак-
торы могут привести к явлению «схватыва-
ния». Очевидно, что возникновение «схваты-
вания» также сопровождается увеличением
коэффициента трения и механических по-
терь в узлах трения. В высоком вакууме
происходит испарение смазочных материа-
лов с поверхностей трения. Увеличение тем-
пературы вызывает интенсификацию этого
процесса. Кроме того, действие солнечной
радиации вызывает деструкцию смазок. Все
это также приводит к уменьшению смазоч-
ной способности и к увеличению внутрен-
них потерь в узлах трения механизмов.
Одним из оценочных параметров качества
работы электромеханического привода яв-
ляются потери холостого хода редуктора.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
53
Известно, что внутренние потери редук-
тора складываются из потерь холостого хода
и потерь, пропорциональных внешней на-
грузке:
мп
(26)
где г]р — коэффициент полезного действия
редуктора, Мт — момент на входном валу
редуктора, Л/Х.х — момент потерь холосто-
го хода редуктора, т|п р — коэффициент по-
лезного действия редуктора, учитывающий
потери, пропорциональные внешней на-
грузке.
Таким образом, при известном моменте
потерь холостого хода и любого одного
значения КПД,т|пр, при какой-то определен-
ной внешней нагрузке можно с достаточной
точностью иметь представление о значениях
коэффициента полезного действия т|р редук-
тора во всем диапазоне нагрузок. Исследо-
вание проводилось для редукторов крайних
мотор-колес.
Определение моментов потерь холостого
хода производилось при съезде «Лунохода-1»
с посадочной ступени и преодолении различ-
ных кратеров. При этом создавались ситуа-
ции, когда крайние колеса вывешивались
и их контакт с грунтом был исключен.
Такие ситуации выбирались в моменты дей-
ствия одинаковых температурных условий.
Ниже приведены значения момента по-
терь холостого хода редуктора в период
эксплуатации шасси «Лунохода-1». Значе-
ние момента потерь холостого хода при испы-
тании редукторов в наземных условиях со-
ставляло в среднем 0,3 кГ- см.
Из приведенных данных следует, что по-
тери холостого хода в течение всего времени
эксплуатации «Лунохода-1» были близки по
значениям к моменту потерь холостого хода
при наземных испытаниях.
Лунные дин Первый Второй Шестой Восьмой
Момент потерь холо-
стого хода редуктора
«Лунохода-1» Мх х,
кГ-см 0,37 0,26 0,29 0,32
Коэффициент полезного действия, учи-
тывающий потери, пропорциональные внеш-
ff
/j
//
/ II/
if
//
If
If
1
If
1
]
Z ff,
Рис. 5. График зависимости КПД редуктора мотор-колеса
«Лунохода-1» от величины момента на входном валу редук-
тора
/ — при работе на Луне, 2 — по результатам наземных испытаний
ней нагрузке, определяется из формул (23)
и (26):
Лп.р = МЛ (Мдв - ЛГ„). (27)
Крутящий момент на колесе Мк оцени-
вался аналитически для случаев движения
«Лунохода-1» на большие подъемы, когда
определяющим в смысле величины крутя-
щего момента является составляющая веса
«Лунохода-!». При этом сопротивление пря-
молинейному движению от грунта оценива-
лось по средним значениям коэффициента
сопротивления и глубине колеи.
Для редуктора кормового колеса при дви-
жении на подъем а = 15° при / ж 0,2,
Лп.р = 0,94. С учетом того, что т]п.р в про-
цессе эксплуатации практически не изме-
нялся, и при известной величине момента
потерь холостого хода оказалось возможным
построить график изменения КПД редук-'
тора по формуле (26) во всем диапазоне дей-
ствующих нагрузок (рис. 5).
Выводы. 1. При движении на подъем «Лу-
нохода-1» суммарное тяговое усилие рас-
пределяется по мотор-колесам пропорцио-
нально нормальным реакциям. При этом
наиболее нагружены электроприводы кор-
мовых колес.
2. При бортовом повороте «Лунохода-1»
на распределение суммарного тягового уси-
лия по мотор-колесам влияет величина бо-
54
ГЛАВА TI
кового скольжения колес: большему сколь-
жению соответствует меньшая реализа-
ция тягового усилия. При этом наиболее
загружены электроприводы средних
колес.
Исследование
устойчивости движения
« Лунохода-1»
на основе телеметрической информации
о режимах работы шасси
Создание «Лунохода-1», и в частности его
шасси, потребовало разработки метода ис-
следования устойчивости движения транс-
портных машин в условиях пониженной гра-
витации.
Под устойчивостью движения лунохода
понимается его способность двигаться
в разнообразных дорожных условиях без
опрокидывания. Необходимость разработки
этого метода определяется многими причи-
нами, основными из которых являются сле-
дующие:
устойчивость движения лунохода по Лу-
не — необходимое условие его функциони-
рования;
значительная пересеченность лунного рель-
ефа, определяющая высокую вероятность
движения с существенными наклонами к
плоскости горизонта;
ограниченность горизонтального габарита
средств доставки лунохода на Луну, обу-
словившего ограниченность колесной базы
шасси;
большой объем и вес бортовой научной
аппаратуры лунохода, определивший высо-
кое расположение его центра тяжести; от-
ношение высоты центра тяжести к базе
«Лунохода-1» значительно превосходит по-
добный параметр практически всех наземных
транспортных средств;
слабость гравитационного поля Луны при-
водит при торможении и подобных режимах
к возникновению опрокидывающих момен-
тов, которые встречают слабое противодей-
ствие восстанавливающих моментов, оп-
ределяемых главным образом гравита-
цией;
повышенная по сравнению с земными
транспортными машинами вероятность
встречи с труднопреодолимыми выступаю-
щими препятствиями (например, камнями),
обусловленная как большой плотностью их
распределения (особенно вокруг кратеров),
так и специфичностью дистанционного упра-
вления с ограниченной видимостью и запаз-
дыванием исполнения команд.
Кроме того, необходимые операции по
подготовке «Лунохода-i» к работе на Луне,
такие, как отстыковка от посадочной сту-
пени на значительных уклонах и сход по
трапам с их возможной непараллельностью,
определили необходимость решения ряда до-
полнительных задач устойчивости, которые
позволили оценить условия правильного
осуществления операций.
Основы метода и задача исследования ус-
тойчивости лунохода. Основой методов ис-
следования наземных транспортных машин
являются экспериментальные исследивший,
позволяющие по результатам поведения
машин в условиях их эксплуатации найти
комплекс существенных закономерностей в
их работе и разработать теоретические
положения, определяющие, с одной стороны,
критерии их качества и, с другой стороны, !
дающие возможность находить рациональ-
ные значения их конструктивных парамет-
ров на стадии проектирования.
Сложность подобного подхода к разработ-
ке теории луноходов достаточно очевидна.
Прежде всего она объясняется трудностью
полной имитации лунных условий. Особенно
сложной оказывается имитация гравитации
для исследования динамических процессов,
возникающих при движении лунохода. По-
этому целесообразно применение математи-
ческого моделирования движения лунохода
в различных ситуациях и использование
полученных результатов для обеспечения
устойчивости лунохода.
Исследование устойчивости лунохода на
математических моделях проводилось с
целью решения задач:
выбор и обоснование критериев и показа-
телей запаса устойчивости движения;
выявление влияния различных динамиче-
ских параметров лунохода на его устойчивость;
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
55
Рис. 6. Динамическая система, эквивалентная луноходу при
исследовании его устойчивости
определение зависимостей устойчивости
лунохода от условий движения;
разработка рекомендаций по рациональ-
ной эксплуатации «Лунохода-1» на Луне
с точки зрения устойчивости.
Совместный анализ результатов матема-
тического моделирования динамики луно-
хода в различных ситуациях (прохождение
кратеров, трещин, утыкание в камни, эс-
карпы и т. д.), показателей проходимости
лунохода и распределений различных обра-
зований на лунной поверхности позволил
выделить основную ситуацию, по поведе-
нию в которой оценивалась устойчивость лу-
нохода. Так, исследования лунного рельефа
« показали, что площадки лунной поверхно-
I сти протяженностью примерно с колесную
| базу лунохода нередко имеют наклоны до
& 20—25°. Близкими к этой величине оказа-
I лись уклоны лунной поверхности, предель-
ные по проходимости. Наиболее опасной
ситуацией по устойчивости оказалось уты-
• кание лунохода в непреодолимое препят-
ствие при движении под максимально допу-
I стимый уклон. Кроме того, весьма вероятен
г был ожидаемый наклон трапов посадочной
ступени при посадке на склон часто встре-
чающегося на Луне кратера класса В, рав-
ный примерно 20°, а порог срабатывания
защиты шасси по крену и дифференту тоже
был выбран вблизи 20°. Вследствие всего
перечисленного в качестве критерия устой-
чивости лунохода была выбрана величина
угла динамической устойчивости, т. е. пре-
дельного состояния, после которого начина-
ется опрокидывание, при утыкании лунохо-
да в жесткое непреодолимое препятствие
передними колесами в процессе съезда с ук-
лона а = 25°. Правильность выбора такого
уклона для исследования устойчивости под-
тверждается результатами работы «Луно-/
хода-1», приведенными в табл. 8. При/
этом величина запаса устойчивости выбира-
лась равной 10°, что примерно втрое пре-
восходило ожидаемую погрешность.
Математическое моделирование осущест-
влялось на основе решения системы диффе-
ренциальных уравнений, описывающих дви-
жение лунохода под уклон а (рис. 6) с задан-
ной скоростью Fo; силовое воздействие
встречного препятствия PJJX на ходовую
часть, поворот корпуса лунохода ср и пере-
мещение центра тяжести z в вертикально-
продольной плоскости- Характер нелинейно-
стей коэффициентов полученных уравнений
не давал возможности применения к реше-
нию данной задачи ни одного из существую-
щих теоретических методов исследования
устойчивости динамических систем.
ГЛАВА II
Таблица 8
Уклон
Принятый в про-
цессе разработ-
ки
Фактический на
Луне
Величина уклона, град
продольно-
го по прохо-
димости
22—25
25
трапов по-
садочной
ступени
20
18
максимального
по распределе-
нию для лун-
ных морей *
— 26
24
* Крутизна склонов кратеров классов А и АВ не учитывает-
ся, так как: 1) вероятность посадки в кратеры классов
А п АВ мала, поскольку они очень редко встречаются;
2) при преодолении кратеров классов А и АВ, имеющих
диаметр, близкий колесной базе лунохода, максимальный
дифферент не превышает 25°; 3) подобные кратеры, вскры-
вающие скальное основание, непроходимы из за их исклю-
чительно высокой каменистости.
Некоторые результаты исследования ус-
тойчивости «Лунохода-Ъ методами матема-
тического моделирования и разработки тео-
рии устойчивости движения луноходов. При
математическом моделировании движения
лунохода в описанных выше условиях про-
водилось варьирование таких его парамет-
ров, как масса, колесная база, высота цен-
тра тяжести, жесткость колес и подвесок,
интенсивность торможения и т. д. Скорость
движения выбиралась от минимальной до
максимально допустимой по устойчивости
на выбранном уклоне.
На рис. 7—9 представлены результаты
математического моделирования устойчиво-
сти движения лунохода против продольного
опрокидывания и аппроксимация получен-
ных результатов по уравнению (29) на раз-
личных уклонах поверхности а, для разных
значений высоты центра тяжести НПТ и
для различного веса лунохода G в зависимо-
сти от величины колесной базы BQ и ско-
рости движения Fo, при которой происхо-
дит утыкание в непреодолимое препятствие х.
Нанесенные кривые определяют мини-
мально допустимую величину колесной базы
BQ и максимальную скорость движения Fo
1 Результаты, представленные на рис. 7—9, соответ-
ствуют смещению центра тяжести вперед по ходу
движения лунохода на 0,135 м.
лунохода по устойчивости против продоль-
ного опрокидывания. Совместный анализ
полученных результатов позволил оценить
запасы устойчивости «Лунохода-1» в раз-
личных ситуациях и выдать рекомендации
по эксплуатации на Луне. Так, при уклонах,
превосходящих а = 20°, было рекомендо-
вано движение только на первой скорости.
Нетрудно заметить (см. рис. 8), что именно
устойчивость движения в силу специфично-
сти лунных гравитационных условий явля-
ется существенным ограничением по скоро-
сти передвижения по Луне самоходных ла-
бораторий с дистанционным управлением.
В результате исследования устойчивости при
ударе в непреодолимое препятствие на ЭВМ
было установлено, что зависимость критиче-
ской скорости от гравитации хорошо сов-
падает с известными теоретическими выво-
дами, т. е.
V
л. пр
м5
V
где V:u щ> и УЛт К1, — критические по устой-
чивости скорости движения транспортных
машин на Земле и Луне соответственно,
&и £л — ускорения свободного падения на
Земле и Луне. *
Нужно заметить, что формула (28) спра-
ведлива не только для критических скоро-
стей по устойчивости на Луне, но и для тяго-
тения на любой планете.
В процессе исследования устойчивости лу-
нохода были выявлены его конструктивные
параметры, значения которых являются
определяющими в обеспечении устойчивого
движения «Лунохода-1» по Луне. К ним от-
носятся: величина отношения высоты центра
тяжести к колесной базе, масса лунохода и
размер передних колес. В результате аппро-
ксимации данных моделирования на ЭВМ
была получена полуэмпирическая зависи-
мость величины колесной базы Во от ука-
занных параметров и критической скорости
движения лунохода при утыкании в жесткое
препятствие . ■
5-*:
Бо = 2 (Я „. т lg а + ДА') + 0,87 L
,,- • .:/.:; - ;, V. ■■ , (29)
где АХ — смещение центра тяжести (ЦТ)
от центра симметрии в м, Нчл — высота
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НЛ ЛУНЕ
и
2,0
А/у
v J'
/.
//у
/
С
/
у
/,&
0,2 0.0 /t0 /,$ /,0 Vff,r\\i
Рис. 7. Влияние угла наклона поверхности а на устойчивость Рис. 8. Влияние высоты центра тяжести лунохода (Н т) на
лунохода устойчивость
1 - а = 25°, 2 - а = 20°, 3 - а = 15°, 4 - а = 0°; сплошные ли- , _ Нд т = 1,07 м; 2 ~ Яц т = 0,97 м; J - Hri T = 0,87 м; сплошные
нии - решение па ЭВМ, штриховые - аппроксимация по уравнению лшши J_ решение на ЭВМ, штриховые - аппроксимация по уравнению
(29); Яц.т = const (29); а = 20°
58
ГЛАВА IT
Рис. 9. Влияние веса лунохода G на устойчивость
Решение на ЭВМ: 1 — О = 75 кГ, 2 — 125, 3 — 175, 4 — 225, 5 ~ 275,
6 — 375, 7 575 кГ; аппроксимация по уравнению (29): 8 — G =
= 75 кГ, 9 — 125, 10 — 175, JJ — 22ЪЧ12 — 275, J3 —375, 14 ~ 575 кГ;
а = 20°; Нц т = const. Для «Лунохода-1» П = 127кГ, В = 1,7 м, Vrnax =
= 0,55 м/с ' -
ЦТ в м, а — угол наклона поверхности
в вертикально-продольной плоскости дви-
жения, г — радиус переднего колеса в м,
М — общая масса в кг- с2/м, / — момент
инерции относительно поперечной оси в
кг-м-с2, Fo— заданная скорость движения
в м/с, BQ — величина минимально допусти-
мой колесной базы в м, при которой опро-
кидывание не произойдет.
Специфичность экспериментальной про-
верки теории динамической устойчивости
транспортных машин даже в земных услови-
ях заключается в опасности получения кри-
тических скоростей. Поэтому в большинстве
случаев основные положения теории и рас-
четных методов проверяются косвенным
путем — по соответствию эксперименталь-
ных и расчетных показателей в докритиче-
ской области.
С этой целью в процессе работы «Луно-
хода-1» на Луне, и в частности при оста-
новках его на различных уклонах, реги-
стрировались в максимально возможном
масштабе величины углов дифферента кор-
пуса «Лунохода-1». Затем в ранее разра-
ботанную для моделирования движения
«Лунохода-1» программу были введены ус- -
ловпя натурного эксперимента. На рис. 10
приведены результаты одного из многих со- -
доставлений.
Статистическая обработка полученных от-
клонений результатов лунного эксперимента
и математического моделирования показала,
что большинство их не превосходит шага
дискретности измерений угла дифферента
корпуса «Лунохода-1».
Выбор скорости движения по вероятности
надежной эксплуатации «Лунохода-1» на по-
верхности Луны. Описанный в предыдущих
пунктах способ определения максимальной
скорости шасси «Лунохода-1» по устойчи-
вости предполагал наличие точной инфор-
мации о величинах отрицательных уклонов,
форме и размерах кратеров перед луно-
ходом. Исходя из этого была сформулиро-
вана задача оптимизации скорости движе-
ния «Лунохода-1» по минимуму вероятности
опрокидывания в статистически заданных
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
59
Рис. 10. Сравнение результатов математического моделиро-
вания с данными эксперимента на поверхности Луны при тор-
можении на уклоне а ~ 6
Сплошная линия — лунный эксперимент, штрихован — решение на
ЭВМ, Д — зона нечувствительности телеметрии дифферента -
условиях рельефа лунной поверхности при
возможном попадании в кратер любой фор-
мы и размера. Отправным моментом решения
являлось задание вероятности встречи с раз-
личными отрицательными уклонами ш лун-
ной поверхности в виде функции распределе-
ния уклонов F (а), полученной по резуль-
татам статистической обработки фотогра-
фий Луны [1]. Исследования показали, что
законы распределения уклонов лунной по-
верхности в морских районах и на значи-
тельной части материков Луны близки
к нормальному. Для наиболее развитого и
«свежего» рельефа функция распределении
уклонов может быть представлена в виде
(30)
что соответствует распределению с величи-
ной математического ожидания уклонов
т = 0 и среднеквадратичным значением
a = 10°. Ниже представлены значения функ-
ции распределения (30) в отдельных точках,
или, что то же самое, вероятность того, что
произойдет встреча с уклонами a > a*, т. е.
Р (а >а<).
«и град
Р(а ^> а,) для района
Луны, прилегающего
к горам
О
10 15 20 30
0,5 0,31 0,159 0,067 0,023 0,006
С учетом нелинейного характера урав-
нения (29) на рис. 11 произведено графиче-
ское построение функции распределения
критических по устойчивости скоростей
F (V{)) движения «Лунохода-1» по форму-
ле (29) и приведенным выше данным, которые
определяют вероятность потери устойчиво-
сти «Лунохода-1» как функцию скорости
его движения. Применяя принятую в боль-
шинстве вероятностных исследований [2]
граничную величину события (в данном слу-
чае — опрокидывания)
Q (Vo) = 0,003
пли надежность эксплуатации «Лунохода-1»
по критерию устойчивости
P{V0) = 0,997,
находим для лунных морей Fo = 2,3 км/ч,
для Луны в среднем Vo = 2,1 км/ч.
Совместный анализ рекомендаций по вы-
бору машинной скорости шасси подтвер-
ждает правильность проектирования шасси
«Лунохода-1» на скорость 2 км/ч.
Анализ результатов работы «Лунохода-1»
по величине запаса устойчивости движения
по Луне. Результаты обработки телеметри-
ческой информации, поступившей с борта
«Лунохода-1», по методу, изложенному
в работе [3], позволяют заключить сле-
дующее.
«Луноход-1» за время эксплуатации на
Луне преодолел более 400 кратеров разме-
ром от 3 до 500м; из них 12 кратеров диаметром
около 3 м, в которые попадал «Луноход-1»,
судя по замерам крена и дифферента, отно-
сились к классам А и АВ.
При попадании в кратеры классов А и
АВ «Луноход-1» двигался со скоростью
V = 1 км/ч, что соответствовало более чем
двукратному запасу устойчивости по скоро-
сти движения и обеспечивало надежное пре-
одоление указанных кратеров по устойчи-
вости.
В заключение заметим, что снижение по
соображениям безопасности скорости движе-
ния «Лунохода-1» от 2 до 1 км/ч практиче-
60
ГЛАВА II
P(oc 7 ace)
Рис. ii. К вычислению зависимости вероятности устойчиво-
го движения «Лунохода-1» от скорости шасси
ски очень мало сказывается на уменьшении
средней скорости его движения по Луне,
которая существенно зависела от продол-
жительности многократных остановок, свя-
занных с подробным анализом лунной по-
верхности по телевизионному изображению.
Расчет показывает, что снижение машин-
ной скорости шасси вдвое соответствовало
снижению средней скорости движения по
Луне всего на 5—8%.
Выводы. 1. Условия движения «Лунохо-
да-1», выбранные на стадии расчетной оцен-
ки его устойчивости, в достаточной мере
соответствуют условиям его работы на
Луне.
2. Разработанные в процессе создания
«Лунохода-1» положения теории движения
транспортных машин в слабом гравитацион-
ном поле могут быть использованы при со-
здании луноходов и передвижных лабора-
торий для других планет,
3. Статистический анализ условий дви-
жения «Лунохода-1» подтверждает правиль-
ность выбора скоростных характеристик его
шасси в процессе проектирования.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПА ЛУНЕ
61
Методические особенности
ходовых испытаний шасси «Лунохода-1»
в земных условиях
Цель и методы ходовых испытаний шасси
«Лунохода-1» в земных условиях. В процессе
разработки шасси «Лунохода-1» важной
проблемой являлось проведение ходовых ис-
пытаний шасси в земных условиях с целью
отработки конструкции и исследования про-
ходимости.
Для получения достоверной информации
о движении «Лунохода-1» наземные испыта-
ния шасси проводились в условиях, обеспе-
чивающих имитацию тягово-сцепных ха-
рактеристик и динамического характера вза-
имодействия inaccpi с лунной поверхностью.
С этой целью движение шасси осуществля-
лось в условиях имитируемой лунной гра-
витации на поверхности, являющейся ин-
женерной моделью различных участков по-
верхности Луны.
Механические характеристики материа-
лов, применявшихся в качестве грунтов-
моделей, устанавливались на основании кри-
териев подобия, описывающих систему
«шасси— грунтовая поверхность». Выбор ма-
териалов основывался на данных о прочно-
стных и деформационных характеристиках
грунта верхнего слоя поверхности Луны,
полученных с помощью советских и амери-
канских автоматических лунных станций
типа «Луна» и «Сервейор». Доставка образ-
цов лунного грунта на Землю позволила в
лабораторных условиях более детально ис-
следовать его физико-механические свойства.
Для моделирования рельефа лунной по-
верхности использовалась информация о ста-
тистическом распределении кратеров, лунок,
отдельных камней, гряд, россыпей камней
и т. п., полученная с помощью автомати-
ческих аппаратов и относящаяся к различ-
ным участкам Луны.
При имитации силовых нагрузок на элек-
троприводы мотор-колес шасси учитывалось
влияние высокого вакуума и температур,
господствующих на Луне, на потери в ре-
дукторах и уплотнениях, а также на тяго-
вые и скоростные характеристики приводных
электродвигателей. Информация о влия-
нии вакуума и значительного перепада тем-
ператур на работу узлов ходовой части была
получена в результате испытаний отдельных
узлов в термобарокамере и в условиях от-
крытого космоса на искусственных спут-
никах Земли и Луны.
Имитация лунной гравитации, составляю-
щей 7в земной, достигалась двумя методами.
Наиболее распространенным ввиду техни-
ческой простоты, хотя и не полностью стро-
гим, является метод испытаний шасси на
макетах, вес которых равен весу «Луно-
хода-1» на Луне («весовые» макеты). Для по-
вышения точности результатов специальная
конструкция «весовых» макетов обеспечи-
вала имитацию положения центра тяжести
и моментов инерции лунохода. Некоторые
«весовые» макеты, применявшиеся для ис-
следования проходршости и отработки ме-
тодов управления движением шасси на грун-
товом канале и полигоне, показаны на
рис. 12,
Другим методом ходовых испытаний шас-
си в условиях имитируемой лунной силы
тяжести являлись испытания шасси на маке-
те, масса и соотношение подрессоренных и
неподрессорепных частей которого соответ-
ствовали «Луноходу-1» («массовые» маке-
ты) г.
Испытания шасси на «массовых» макетах
проводились на имитаторе пониженной гра-
витации, обеспечивающем вывешивание
(разгрузку) 5/G веса макета. Разгрузка ма-
кета осуществлялась с помощью системы
с резиновыми жгутами. При движении ма-
кета по грунтовому каналу имитатор пере-
мещался с помощью автоматической следя-
щей системы таким образом, чтобы жгуты
(а следовательно, и разгружающие усилия)
сохранялись в строго вертикальном поло-
жении. Применение имитатора пониженной
гравитации накладывает определенные огра-
ничения на движение макетов. Поэтому ими-
татор использовался в основном для провер-
ки устойчивости и динамики движения лу-
нохода через отдельные препятствия.
1 В качестве «массового» макета использовался так-
же один из образцов лунохода.
ГЛАВА 11
Рис. 12. «Весовые» макеты для ходовых испытаний шасси
« Лунохода-1»
а — на грунтовом канале; б, в — на полигонах
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТТЛ ЛУНЕ
63
Исследование процесса взаимодействия
ведущих колес шасси с лунным грунтом
в условиях лунной гравитации производи-
лось на специальном стенде, обеспечиваю-
щем падение системы «грунт—колесо» с ус-
корением 1,1)3 м/с*, а также в самолете-лабо-
ратории при полете по кеплеровской кривой.
Эти два метода воспроизведения лунной
гравитации позволили количественно оце-
нить характер взаимодействия движителя
шасси с грунтом с учетом изменения его
механических характеристик за счет изме-
нения ускорения силы тяжести.
Грунтовой канал: характеристика грун-
тов-моделей и топография поверхности.
Грунтовой канал был выполнен в виде
кольцевой траншеи длиной 70 и шириной
4 м, заполненной различными грунтами-
моделями. Кольцевая форма грунтового ка-
нала обеспечивает непрерывное движение
макетов.
Для имитации условий движения шасси
«Лунохода-1» по различным участкам лун-
ной поверхности в качестве грунтов-моде-
лей применялись естественные и искусст-
венные материалы, различающиеся по гра-
нулометрическому составу и механическим
свойствам. В качестве материалов, обладаю-
щих высокой уплотняемостью, низкими не-
сущей способностью и сопротивлением сдви-
гу, использовались мелко-и среднезернистый
аглопоритовый песок и силикальцитная
смесь. Для исследования движения по сы-
пучим, практически не связным грун-
там на канале предусматривались участки,
заполненные вулканической пемзовой крош-
кой и мелкодисперсным кварцевым песком.
Выход на поверхность пластов скального
основания имитировался вулканическим
туфом.
Физико-механические свойства некоторых
грунтов-моделей представлены в табл. 9.
Механические характеристики грунтов-
моделей, определяемые в соответствии с кри-
териями подобия, поддерживались постоян-
ными в процессе испытаний путем рыхления
их. Контроль несущей способности и сопро-
тивления сдвигу осуществлялся с помощью
конусно-лопастного штампа прибора оценки
проходимости, однотипного с установленным
Таблица 9
Грунт-модель
Мелкозерни-
стый кварце-
вый песок
Вулканиче-
ская пемзо-
вая крошка
Мелко- и сред-
незернистый
аглопорито-
вый песок
Силикальцит-
ная смесь *
Объем-
ный вес,
Г /см3
1,5—1,6
0,4-0,5
1,05
0,8
Угол
внутрен-
него тре-
ния,
град
30 — 31
39—40
32
32-37
♦Сцепление 0,005—0,015 кг/см2.
Размер
частиц,
мм
0,2-0,4
5—15
0,3-1,0
0,01
Несущая
способность,
к Г/см*
0,18-0,22
—
0,18-4,0
0,04-0,1
на «Луноходе-1» [3]. Для исключения влия-
ния влажности на механические свойства
грунтов-моделей на дне грунтового канала
была проложена специальная система подо-
грева.
Рельеф на поверхности грунтового канала
разрабатывался на основании данных о ста-
тистическом распределении элементов релье-
фа на лунной поверхности, а также по ре-
зультатам исследований проходимости шасси
и отработки системы дистанционного уп-
равления на искусственных полигонах. Эле-
менты рельефа, типичные для лунной по-
верхности, располагались на грунтовом ка-
нале таким образом, чтобы частота и харак-
тер их преодоления соответствовали полу-
ченным на полигоне. Топографическая схема
поверхности грунтового канала показана на
рис. 13.
Для исследования характеристик подвиж-
ности шасси на уклонах различной крутизны
использовался переменный уклон с грунтами-
моделями.
Исследование динамики движения и систе-
мы подрессоривания шасси производилось
как на элементах рельефа грунтового кана-
ла, так и на искусственных препятствиях
синусоидального профиля, а также на
эскарпах, контрэскарпах и других типовых
препятствиях. При этом определялись мак-
ГЛАВА И
Рис. 13, Топографическая схема поверхности кольцевого грун-
тового канала симальные размеры преодолеваемых пре-
1 — макет «Лунохода-1», 2 — рельсовая дорога, з — тележка сопровож- ПЯТСТВИЙ II СПОСОбы ИХ ПреОДОЛвНИЯ.
дешш. Числами оПолнапенн пуО'шы it вы.- "ты о;-е*«:vob гельефа в мет- ПОЛИгОНЫ в МОЛОдОМ вуЛКпНПЧвСКОМ paUOHe.
Исследования профильной проходимости,
устойчивости прямолинейного движения,
определение скорости движения, энергопо-
требления, а также отработка методов управ-
ления движением шасси «Лунохода-1» про-
водились в максимально сложных условиях,
приближающихся по характеру рельефа к
различным районам лунной поверхности.
Для этих целей использовались также поли-
гоны, расположенные в молодом вулканиче-
ском районе, сложенные с поверхности вул-
каническими выбросами.
На рис. 14 приведена графическая зави-
симость коэффициента буксования мотор-
колес «Лунохода-1» от угла наклона по-
верхности Луны. Там же для сравнения
приведена аналогичная зависимость, полу-
ченная в результате исследований тягово-
сцепных свойств движителя «весового» ма-
кета с грунтом на искусственном полигоне.
На рис. 15, а показан участок полигона
с россыпью камней вулканического пропс-
-в
JZ ec,zpa#
Рис. Н. Зависимости 1соэффицнента буксования от угла
подъема поверхности
2 — для «Лунохода-!» на поверхности Луны, 2 — для «весового» макета
шасси на естественном вулканическом полигоне
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НА ЛУНЕ
65
Рис. 15. Участки поверхности с россыпью камней средней
плотности распределения (фотографии сделаны в одном масш-
табе)
а — на полигоне с естественным залеганием грунтов вулканического про-
исхождения (на переднем плане веха высотой 1 м); б — на Луне (фраг-
мент телефотопанорамы)
Рис. 16. Распределение камней размером в поперечнике боль-
ше Х> на i км2
Штриховые линии.— морской («Сервейор-I», нижняя линия) и горный
(«Сервейор-7», верхняя линия) районы Луны; сплошные линии — участ-
ки полигона в молодом вулканическом районе
\ \
4 1
\1
\\
V
1
\
\
>
\
L \
\
\
-2
/ \
хождения, на котором производились испы-
тания «весовых» макетов шасси лунохода,
и аналогичный ему по плотности распреде-
ления камней участок лунной поверхности,
зафиксированный по телефотопанораме, сня-
той «Луноходом-1» на шестой лунный день
работы (рис. 15, б).
Многообразие форм рельефа и препят-
ствий, аналогичных элементам рельефа лун-
ной поверхности, позволило выбрать испы-
тательные трассы и участки практически
неограниченных размеров, соответствующие
морским и горным районам Луны. Вулка-
нические грунты (шлаки, пепел, пемза) в ес-
тественном залегании обеспечивают доста-
точно полную имитацию взаимодействия
ходовой части шасси лунохода с грун-
том.
5 Луноход-1
66
ГЛАВА II
На рис. 12, в показано движение весового
макета на подъем при исследовании тягово-
сцепных свойств шасси на малосвязном вул-
каническом шлаке.
Статистическое распределение камней и
других вулканических образований на по-
лигоне хорошо согласуется с распределением
внешне похожих элементов рельефа на по-
верхности Луны. Для примера на рис. 16
приведено распределение камней на некото-
рых участках полигона и участках лунной
поверхности, соответствующих морскому и
горным районам Луны, по данным, полу-
ченным с помощью аппаратов «Сервейор» [4].
Высокая проходимость «Лунохода-1» на по-
верхности Луны показала правильность
принятой методики ходовых испытаний ма-
кетов лунохода в земных условиях.
Испытания на грунтовом канале, искус-
ственном полигоне и полигоне на местности
с естественным залеганием грунтов вулка-
нического происхождения обеспечили отра-
ботку конструкции узлов ходовой части,
исследование проходимости и методов уп-
равления движением лунохода по лунной
поверхности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поверхность лунных морей, модель 1970 г. Отчет ИКИ АН
СССР. М., 1970.
2. Вентцель Е. С. Теория вероятности. М., «Наука», 1969.
3. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. М.,
«Наука», 1971.
4. Surveyor Project Final Report. Pt II. Science Results.
Techn. Rept 32-1265, Calif. Inst. Teclinol. Pasadena, 1968.
Глава третья _,
ИЗУЧЕНИЕ ТОПОГРАФИИ
РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ «ЛУНОХОДА-1»
-.,._,
,-> ..Г.
1. Топографо-навигациоиный комплекс 2) получения изображений лунной по-
исследований «Лунохода-1» верхности с высоким угловым разрешением
и небольшими геометрическими и яркост-
М. В. Абрамова, В. М. Говоров, ~ V и™1 искажениями, обеспечивающих ее де-
К. К. Давидовский, В. В. Засецкий, . тальное изучение; . - .■ ^
Р. М. Михайлов, Б. В. Непоклонов, £) наблюдений Земли и Солнца.
В. А. Полозников, Б. Н. Родионов, В соответствии с этими задачами и специ-
А. С, Селиванов, В. Г. Сомаль, В. А. Тимохин фическими условиями работы приборов на
борту лунохода использовались две камеры
электронного малокадрового телевидения и
Программа научных и научно-технических четыре панорамные камеры оптико-механи-
исследований «Лунохода-1» включала [1]: ческого телевидения. Конструкция камер,
изучение топографии поверхности и пло- особенности установки их в гермоотсеке лу-
щадного распределения элементов топогра- нохода и система приема телевизионных
фической ситуации; изображений на Земле достаточно полно
топографо-геодезическое обеспечение ра- изложены в [1]. Объектами фотограмметри-
боты лунохода; ческих измерений являются зарегистриро-
исследование системы и методов навига- ванные на Земле телевизионные изображе-
ции «Лунохода-1». ния: телевизионные панорамы и снимки.
Решение этих задач основывалось на из- Измеряемыми величинами являются коор-
мерениях, проведенных системой навигации динаты отдельных точек изображений в си-
самоходного аппарата, и фотограмметриче- стеме координат панорам. Координатные оси
ских измерениях телевизионных изображе- системы координат телевизионного изобра-
ний, полученных с помощью его телевизион- жения совпадают с направлениями строчной
ной системы. и кадровой развертки изображений.
Навигационная система «Лунохода-1» Для геодезической, фотограмметрической
включала [1]: датчики пройденного пути, и навигационной обработки телевизионной
гирополукомпас, гиромаятник. и телеметрической информации были раз-
Показания всех приборов во время дви- работаны общие методологические основы,
жения аппарата передавались по телеме- обусловленные взаимной связью навигаци-
трии на Землю. онных и фотограмметрических измерений.
Телевизионная система «Лунохода-1» об- Эта связь выражалась, например, в том, что
разует единый многоцелевой комплекс, при оперативной работе с «Луноходом-1»
предназначенный для: результаты фотограмметрической обработки
1) получения изображений лунной по- телевизионных панорам и снимков с изоб-
верхности непосредственно перед аппаратом ражениями Солнца, Земли, запеленгован-
с детальностью и частотой их получения, ных удаленных местных ориентиров и теней
обеспечивающими его вождение; от закоординированных деталей аппарата
68
ГЛАВА III
позволили регулярно определять его астро-
номические курсы. Эти определения обес-
печили структурную избыточность навига-
ционной системы лунохода, сделали ее ком-
плексной и повысили ее помехоустойчивость.
• Фотограмметрическая обработка телеви-
зионных панорам и снимков в целях уп-
равления луноходом выполнялась не толь-
ко для определения его ориентации, но и
для получения необходимой топографиче-
ской информации о поверхности.
Такая информация в виде оперативных
топографических схем и планов использо-
валась для проектирования маршрутов на-
учных исследований и служебных маневров:
маршрутов для съемки кратеров, скоплений
камней, установки лунохода для лазерной
локации и подзарядки аккумуляторов сол-
нечных батарей.
При работе «Лунохода-1» в сложных ус-
ловиях для выбора оптимальных маршрутов
движения выполнялась панорамная теле-
визионная съемка лунной поверхности с
многократным перекрытием и составлялись
оперативные топографические планы с изо-
бражением рельефа.
Как при оперативной, так и при детальной
обработке телевизионных панорам в каче-
стве априорной информации о координатах
и ориентации лунохода использовались их
оценки из счисления пути и курса аппара-
тов. Навигационные измерения, выполняв-
шиеся на «Луноходе-1» для определения его
координат, по своей сути являются линейно-
угловыми геодезическими измерениями. По-
этому для обработки навигационной телеме-
трической информации использовались не-
сколько модифицированные алгоритмы гео-
дезической обработки полигонометрии и
теодолитных ходов. Эти же алгоритмы ис-
пользовались для обработки навигационных
и фотограмметрических измерений с целью
исследования системы и методов навига-
ции «Лунохода-1».
Все эти обстоятельства и предопределили
объединение навигации, специальных нави-
гационных исследований и изучение топо-
графии лунной поверхности в единый топо-
графо-навигационный комплекс исследова-
ний.
Основные геометрические аспекты сов-
местной обработки показаний приборов си-
стемы навигации и измерений координат
телевизионных изображений, которые были
положены в основу различных способов как
оперативной, так и детальной обработки
телевизионной и телеметрической инфор-
мации, изложены в сборнике [1].
Использованные нами алгоритмы стати-
стической обработки результатов фотограм-
метрических и навигационных измерений
основывались на рекомендациях обобщенно-
го метода наименьших квадратов. Настоя-
щий раздел посвящен изложению основных
результатов топографо-навигационного ком-
плекса исследований.
Цель навигации «Лунохода-1» заключа-
лась в обеспечении выполнения программы
научных и научно-технических исследова-
ний. Но эта же программа предусматривала
проведение специальных мероприятий, по-
зволяющих исследовать саму систему на-
вигации «Лунохода-1» и методы навигации,
имея в виду дальнейшее использование лу-
ноходов для изучения Луны.
Основная навигационная задача лунохо-
дов может быть сформулирована как вывод
лунохода в заданную точку в расчетное вре-
мя. Такая задача возникает при исследова-
нии заранее выбранных участков лунной
поверхности. В зависимости от задач науч-
ных исследований и топографического обес-
печения могут возникнуть и другие навига-
ционные задачи, например движение по
заранее намеченному маршруту или дви-
жение в заданном направлении.
Каким бы способом ни решалась основ-
ная навигационная задача лунохода: кур-
совым, путевым или маршрутным,— основ-
ным процессом их решения является счисле-
ние пути.
Как уже говорилось, алгоритм счисления
пути по своей сути совпадает с алгоритмом
определения координат при линейно-угло-
вых геодезических построениях: полигоно-
метрических и теодолитных ходах. Поэто-
му при счисленид пути «Лунохода-1» и
были использованы известные способы ста-
тистической обработки геодезических из-
мерений, позволяющие получить не только
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
69
оценки координат лунохода, но и оценки
дисперсий навигационных измерений, т. е.
установить точностные свойства системы на-
вигации лунохода. Для выполнения стати-
стической обработки навигационных изме-
рений следовало обеспечить их избыточ-
ность. G этой целью при движении «Луно-
хода-1» регулярно производились определе-
ния астрономического курса, а маршрут
движения был выбран так, что образовывал
несколько замкнутых полигонов.
Обработка навигационных измерений вы-
полнялась в несколько этапов.
Во время движения «Лунохода-1» его ко-
ординаты определялись счислением пути
штурманами экипажа. Между сеансами дви-
жения счисление пути повторялось, но уже
с учетом азимутальных условий. Эти усло-
вия связывают сумму углов поворота луно-
хода на участке маршрута между двумя по-
следовательными определениями астрономи-
ческих курсов. Повторное счисление пути
выполняется уже с уравненными углами по-
ворота.
Окончательная оценка точности коорди-
нат «Лунохода-1» по трассе его движения
была выполнена после завершения его ра-
боты с использованием координатных усло-
вий, возникающих на замкнутых участках
маршрута.
Для составления координатных условий
значения углов поворота и курсы лунохода
выбираются после предварительного урав-
нивания с учетом азимутальных условий.
Статистическая обработка навигационных
измерений позволила оценить точностные
качества системы навигации «Лунохода-1».
Их можно охарактеризовать среднеквадра-
тичными ошибками координат, отклонения-
ми измерений углов поворота, астрономиче-
ского курса, дифферента и среднеквадратич-
ным относительным отклонением измерения
пути. Эти ошибки характеризуются соответ-
ственно следующими значениями: сгАФ =
= +40'; а 4 = +20'; <jOy = ±2°, a./S =
= ±4% (при S = 0,1 км).
Основной задачей топографо-геодезиче-
ского изучения лунной поверхности с по-
мощью «Лунохода-1» было получение коли-
чественных характеристик основных форм
рельефа в месте работы аппарата. Выбор
такой задачи изучения топографии лунной
поверхности в качестве основной определил-
ся возможностями самого «Лунохода-1» как
носителя съемочной аппаратуры, техниче-
скими параметрами его съемочной телевизи-
онной аппаратуры, а также особенностями
ландшафта в районе работы лунохода.
Анализ телевизионных панорам и сним-
ков «Лунохода-1» показывает, что мезо- и
микрорельеф равнинной поверхности в рай-
оне его работы представляет сложную ком-
позицию самых различных по размерам и
степени выраженности в рельефе кратеров.
При съемке такой равнинной поверхности
с помощью оптико-механических панорам-
ных и электронных кадровых камер, уста-
новленных на «Луиоходе-1», детали поверх-
ности дешифрируются на удалениях от точ-
ки съемки до 40—50 м на панорамах и до
20 м на снимках. Площадь полезного обзора
увеличивается при съемке наклонных участ-
ков поверхности, например склонов больших
кратеров.
Это обстоятельство обусловило исполь-
зование панорамной телевизионной съемки
для изучения лишь отдельных участков лун-
ной поверхности. При этом для получения
количественных оценок рельефа выполня-
лась стереофотограмметрическая панорам-
ная съемка. Из 211 телевизионных пано-
рам, полученных с помощью оптико-меха-
нических камер «Лунохода-1», 180 обеспе-
чивают такой съемкой 22 участка лунной
поверхности.
Существенные затраты времени на выпол-
нение стереофотограмметрической панорам-
ной съемки делают целесообразной ее про-
ведение для детального обследования по-
верхности лишь на самых характерных ее
участках, главным образом для детального
обследования самых свежих кратеров. Фо-
тограмметрическая обработка материалов
такой съемки позволяет строить топографи-
ческие планы поверхности с изображением
рельефа.
Именно эта обработка вызвала наиболь-
шие трудности. Они обусловлены несколь-
кими обстоятельствами.
Во-первых, стереофотограмметрическая
70
ГЛАВА III
Ш.72
J
Рис. i. Топографический план JSI 1
Масштаб 1 : i 5 0. _ Сплошные^ горизонтали
на этом~и~ последующих планах "проведены
через 10 см (система высот условная).
Стрелки здесь и на последующих рисун-
ках (в местах съемки) указывают направ-
ление съемки
съемка выполнялась одновременно с вы-
полнением других экспериментов по изуче-
нию лунной поверхности. Поэтому параме-
тры съемки — базис съемки и положение
лунохода относительно Солнца — не всегда
удавалось выбрать оптимальными для изу-
чения рельефа.
Во-вторых, отсутствие аналоговых фото-
грамметрических приборов для обработки
телевизионных панорам обусловило широ-
кое использование ЭВМ для построения то-
пографических планов лунной поверхности.
При этом вначале необходимо построить
цифровую фотограмметрическую модель по-
верхности в виде таблицы координат отдель-
ных точек поверхности, нанести точки на
планшет, а затем высоты этих точек проин-
терполировать с учетом особенностей изу-
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ченного под стереоскопом по перекрываю-
щимся панорамам рельефа поверхности для
отображения его горизонталями. Обилие де-
талей микрорельефа заставляет определять
очень большое число точек цифровой модели.
Каждая точка цифровой фотограмметри-
ческой модели определяется как точка пере-
сечения соответствующих сканирующих лу-
чей. Таким образом, условием построения
модели и является одновременное пересе-
чение всех соответствующих сканирующих
лучей.
За время работы «Лунохода-1» была вы-
полнена стереофотограмметрическая пано-
рамная телевизионная съемка 22 участков
лунной поверхности. Трудности, с которыми
пришлось встретиться при обработке сним-
ков, связаны в основном с отождествлением
одних и тех же образований на телевизион-
ных панорамах, снятых с базисов 50—200 м
при существенно разных условиях освещения.
Геоморфологическое дешифрирование те-
левизионных панорам выполнено группой
селенологов под руководством К. П. Флорен-
ского.
В настоящем исследовании мы проиллю-
стрируем проделанную работу несколькими
топографическими планами небольших уча-
стков, в основном с кратерами различных
размеров.
Первый участок выбран на южном склоне
двухсотметрового кратера. На противопо-
ложном северном склоне совершила посадку
станция «Луна-17». Съемка этого участка
была выполнена в середине первого лунного
дня. Главным объектом съемки стал шести-
метровый кратер. Он интересен тем, что на
его бровке обнаружен камень характерной
призматической формы. Съемка была выпол-
нена обзорной камерой левого борта и кур-
совой камерой левого борта. Курс лунохода
при съемке обзорной камерой был равен
232°. Азимут Солнца 221°,1; высота 41°,6
(съемка проведена 19.XI 1970 г.). Базис
съемки равен 4,2 м. Азимут Солнца при
съемке курсовой камерой равен 232°,5; высо-
та 35°,5 (съемка проводилась 20.XI 1970 г.).
Топографический план кратера приведен
на рис. 1. Панорамы участка съемки пока-
заны на рис. 2 и 3 (см. вкладку).
Анализ топографического плана показ
вает, что склоны этого чашеобразного кр
тера имеют углы наклона —18°. Отношен
глубины кратера к диаметру 1 : 10. У кр
тера отмечается хорошо сохранившийся ва
Профиль лунной поверхности по напра
лению, пересекающему кратер с запада ]
восток, приведен на рис. 4 и отмечен №
Точность определения положения точек i
дальней кромке кратера характеризует*
среднеквадратичными отклонениями по п
ложению 10 см и по высоте +4 см.
Второй участок съемки расположен i
50 м южнее первого участка, на валу дву:
сотметрового кратера. Основной объе!
съемки — 12-метровый кратер. Съемка bi
полнена с базиса длиной 5,26 м. Курс лун
хода при съемке первой панорамы 256
азимут Солнца 234°,2; высота 34°28' (съем*
проводилась 20.XI 1970 г.). Курс лунохо;
при съемке второй панорамы 253°, азим}
Солнца 247°23'; высота 23°,7 (съемка пр<
водилась 21.XI 1970 г.).
Топографический план участка приведе
на рис- 5. Телевизионные панорамы это1
участка показаны на рис. 6 и 7 (см. вкла;
ку). Как видно из этого плана, сняты
кратер имеет чашеобразную форму и в
профилю напоминает шестиметровый крате
первого участка (см. рис. 4, профиль № 2
Углы наклона его склонов достигают 19-
25°, и отношение глубины к диаметру так;*
составляет 1 : 10. На склонах и валу кр*
тера видны небольшие наложенные кратер
примерно такой же формы, на валу — камн
размером до 60 см.
Необходимо отметить, что в основной ма<
се кратеры, обнаруженные с помощью «Лч
нохода-1», имеют чашеобразную форму. D
степени выраженности в рельефе кратерь
подобные изученным на первом и второ
участках стереофотограмметрической съел
ки, являются наиболее четкими среди кр*
теров, обнаруженных луноходом. Еще боле
четко выражены в рельефе лишь 400-метрс
вый кратер, обследованный на шестой -
восьмой лунные дни, и 150-метровый крате]
у которого «Луноход-1» закончил свою р*
боту. Вероятно, самый свежий кратер бы
обнаружен на пятый лунный день: он отмс
72
ГЛАВА III
0 / 2 **
Рис. 4. Профилн кратеров
Рис. 5. Топографический план № 2
Масштаб 1 : 200
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 73
чен хорошо выраженным валом и сплошной с самим процессом генезиса этой структуры,
россыпью камней около него. Эта россыпь Панорама участка приведена на рис. 12
и не позволила, к сожалению, самоходному (см. вкладку).
аппарату подойти непосредственно к кра- Стереофотограмметрическая съемка участ-
теру (см. гл. V, рис. 3). ка выполнена с одной точки стояния луно-
Топографический план третьего участка хода. Базис съемки был образован поворо-
(рис. 8) — план 40-метрового кратера чаше- том аппарата на 96° и равен 1,22 м. Курсы
образной формы. Углы наклона его склонов лунохода при съемке 323°,5 и 227°,5; азимут
достигают 16—23°, а отношение глубины Солнца при съемке 231°, высота Солнца
к диаметру 1 : 10. Профиль кратера на рис. 4 37°,5. Точность определения положения наи-
показан под номером 3. Панорамы кратера более удаленных точек характеризуется
показаны на рис. 9 и 10 (см. вкладку), среднеквадратичными ошибками в плане
Склоны кратера в значительной мере ос» 0,5 м и по высоте 5 см.
ложнены скоплениями наложенных крате- Трудности фотограмметрической обработки
ров разных размеров, от 8 до 0,5 м и менее, панорам, связанные с условиями освещения,
Кратер в плане имеет форму, несколько от- особенно были ощутимы при построении то-
личающуюся от круговой. пографического плана пятого участка. Рель-
Трудности фотограмметрической обработ- еф половины 11-метрового кратера не
ки телевизионных панорам этого кратера просматривается стереоскопически, и для на-
были вызваны малым базисом съемки: 0,36 м. дежного его отображения пришлось выиски-
Курс лунохода при съемке 310°, 4; азимут вать и использовать все едва различимые де-
Солнца 138°,6; высота Солнца 41°,8. Из-за тали поверхности (рис. 13 и 14, см. вклад-
условий освещения практически была бес- ку). ' -• '>. ".
полезной съемка с третьей точки стояния, В результате построения топографическо-
удаленной от первых двух на расстояние го плана кратера была выявлена заметная
16 м, так как удалось отождествить лишь не- асимметрия его формы в юго-восточном на-
сколько общих точек на всех трех панорамах, правлении (рис. 15).
Погрешности определения положения наи- Съемка выполнена с одной точки. Базис
более удаленных от базиса съемки точек на съемки образован за счет поворота лунохода
бровке кратера характеризуются средне- на 40°. Курсы лунохода при съемке 108 и
квадратичными ошибками 1,5 м в направле- 148°. Азимут Солнца при съемке первой
нии от базиса. Ошибки определения высот панорамы 105°,3; высота Солнца 18°,3
точек на бровке составляют +20 см. Ошибки (съемка проведена 7.VI 1971 г.). При съемке
определения положения точек на склоне кра- второй панорамы азимут Солнца был равен
тера составляют в плане 0,80—0,50 м и по 111°,3; высота 24°,6 (съемка проведена 8.VI
высоте ±20—15 см. Хотя эти погрешности 1971 г.).
достаточно велики, можно считать, что фор- Ошибки в определении положения точек
ма кратера выявлена в общем надежно. на слонах кратера равны в плане +0,3 м
Четвертый участок стереофотограмметри- и по высоте +3 см.
ческой съемки — участок, расположенный Шестой участок, топографический план
на внутреннем склоне сильно эродированно- которого приведен на рис. 16, представляет
го кратера. Отображение рельефа такого собой ровный участок с большим числом
склона горизонталями — дело очень слож- сглаженных кратеров небольших размеров,
ное. Возможно, толкование его на топогра- Форма кратеров в процессе эволюции лун-
фическом плане (рис. 11) выполнено под ной поверхности претерпела существенные
влиянием опыта отображения рельефа зем- изменения. Так, например, самый южный
ной поверхности. Во всяком случае, отобра- шестиметровый кратер, хотя в целом и де-
жение рельефа такого равнинного участка, шифрируется как чашеобразный, при де-
а точнее, макроструктуры поверхности, тре- тальном изучении представляется сущест-
бует специального исследования, связанного венно деформированным. Панорамы этого
74
ГЛАВА III
со
I
О
о о
11
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
76
О '
Рис. 11. Топографический план № 4
Масштаб 1 : 250
76
ГЛАВА III
Рис. 15. Топографический план «INI 5
Масштаб i : 150
участка приведены на рис. 17 и 18 (см.
вкладку).
Съемка выполнена с одной точки стояния
лунохода. Для получения стереоскопиче-
ской пары съемка одной панорамы была вы-
полнена с курсом 118°, а второй — после
поворота лунохода на курс 131°. Азимут
Солнца при съемке первой панорамы был
113°, высота 26°,4 (съемка проведена 8.VI
1971 г.). Во время съемки второй панорамы
азимут Солнца был 134°, 1; высота 41°,3
(съемка проведена 9.VI 1971), Погрешность
определения положения дальних точек то-
пографического плана характеризуется сред-
неквадратичными ошибками в плане 0,6 м
и по высоте 8 см.
Седьмой участок стереофотограмметриче-
ской панорамной телевизионной съемки распо-
ложен на перешейке между двумя большими
кратерами диаметрами 500 и 400 м. Эта съем-
ка выполнена в конце седьмого и в начале
восьмого лунных дней работы «Лунохо-
да-1».
Характерной особенностью микрорелье-
фа участка является его изрытость кратера-
ми различных размеров. Самые крупные из
них расположены в верхней и нижней ча-
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
77
/0J.72
Рис. 16. Топографический план JNs 6
Масштаб I : 150
В нижней части рельефно выделяется четы-
рехметровый кратер, углы наклона склонов
которого достигают 16° и отношение глуби-
ны к диаметру 1 : 10.
Топографический план участка приведен
стях топографического плана. В верхней на рис. 19, панорамы — на рис. 20 и 21
части расположен крупный, но значительно (см. вкладку).
сглаженный кратер, форма которого напо- Съемка участка выполнена с базиса 4 м.
минает более углубление, нежели кратер. Курс лунохода при съемке с первой точки
78
ГЛАВА~ III
Рис. 19. топографический план м 7 места съемки точек плана составляют
масштаб i: 200 +0,3 м в плане и 4 см по высоте.
Наряду с обработкой перекрывающихся
стояния 211°, со второй 88°; азимут Солнца телевизионных панорам была выполнена
при съемке равен 216°,5; высота Солнца обработка одиночных панорам и снимков,
47°,2. Среднеквадратичные ошибки оиреде- которая позволила построить планиметри-
ления положения наиболее удаленных от ческие схемы этих участков.
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ К ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ СХЕМЕ ВДОЛЬ
МАРШРУТА ДВИЖЕНИЯ „ЛУНОХОДА -Г И К ТОПОГРАФИЧЕСКИМ ПЛАНАМ
■■ -. ... Место посадки
^^ автоматической
/17-XI-70 станции „ЛУНА-17
Мосто стоянки
НХ-71 „лунохода-I1
(вечная стоянка)
Трасса дв иже пи я
„ЛУНОХОДА - l
©18-1-71
Места проведения
телевизионной
панорамной съемки
лунной поверхности
Места исследования
лунного грунта
Скопление камней
Отдельные крупные
камни
Отдельные камни,
выражающиеся в
масштабе (на топо-
графической схеме)
^^ Отдельные камниf
выражающиеся в
масштабе (на планах)
Рис. 23. Условные знаки к топографическим планам и топо-
графической схеме
Маршрутная телевизионная съемка с по-
мощью курсовых камер электронного теле-
видения позволила получить представление
о лунной поверхности в полосе шириной
10—15 м вдоль трассы движения «Лунохо-
да-1». Обработка этих снимков вместе с
навигационной информацией о пройден-
ном пути, дифференте и крене позволи-
ла построить топографическую схему трас-
X
/
Рельеф, изображенный
(на планах) горизонта-
лями. Сплошные гори-
зонтали проведены
через Ю см
Рельеф, изображенный
(на планах) предполага-
емыми горизонталями;
Сечение горизонтален 10см
Крате'ры с углом
внутреннего склона
более 20°
Кратеры с углом
внутреннего склона от
10° до 20°
Кратеры с углом
внутреннего склона
менее 10°
Кратерыуне выражаю
щиеся в масштабе
Уступы (на планах)
Узкие линейные
понижения
сы движения (рис. 22, см. вкладку).
По сравнению с ранее опубликованными
фрагментами схемы трассы движения «Луно-
хода-1» эта схема составлена по уравненным
координатам маршрута, а топографическая
нагрузка уточнена и дополнена по резуль-
татам фотограмметрической обработки теле-
визионных панорам.
На этой схеме указаны даты прохождения
«Луноходом-1» маршрута движения, причем
отмечена дата начала прохождения маршрута
в каждом сеансе связи.
о
о о
80
ГЛАВА III
На этой же схеме отмечены места приве-
денных топографических планов* Условным
знаком выделены места проведения анализа
химического состава лунного вещества.
И на топографической схеме маршрута
движения «Лунохода-1», и на топографиче-
ских планах отдельных участков исполь-
зованы условные знаки*, показанные на
рис. 23.
Подводя итоги, следует отметить, что в ре-
зультате выполненного топографо-навига-
ционного комплекса исследований была от-
работана методика использования фото-
грамметрических измерений для навигации
самоходного аппарата «Луноход-1», выпол-
нены панорамная телевизионная съемка от-
дельных участков лунной поверхности и
маршрутная телевизионная съемка вдоль
трассы его движения.
В процессе детальной обработки матери-
алов съемки была отработана теория стерео-
фотограмметрической телевизионной пано-
рамной съемки, получены соответствующие
алгоритмы совместной статистической обра-
ботки фотограмметрических и навигацион-
ных измерений, запрограммированные для
выполнения расчетов на ЭВЦМ.
В результате обработки получены топогра-
фические планы отдельных участков лунной
поверхности и сводная топографическая
схема маршрута движения «Лунохода-1».
Эта обработка позволила выявить опти-
мальные условия проведения стереофото-
грамметрической панорамной съемки, что
нашло отражение в программе работы само-
ходного аппарата «Луноход-2» и в резуль-
татах его работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Мм «На-
ука», 1971.
г При составлении легенды к топографическим пла-
нам и топографической схеме маршрута движения
«Лунохода-1» частично использована система услов-
ных знаков, предложенная в разделе 2 настоящей
главы.
2. Система условных знаков
для лунных топографических планов,
разработанная
по материалам съемки «Лунохода-1»
К. Б. Шпнгарева, Г. А. Бурба
Крупномасштабная съемка лунной поверх-
ности, проведенная «Луноходом-1», показа-
ла необходимость разработки системы ус-
ловных знаков для изображения элементов
рельефа на топографических планах Луны,
Первые топографические планы участ-
ков Луны были составлены в 1966—1968 гг.
по изображениям, переданным с поверхно-
сти автоматическими станциями «Луна-9» п
«Луна-13» и космическими аппаратами «Сер-
вейор» [1—3]. Они были составлены в мас-
штабах от 1 : 20 и 1 : 40 до 1 : 100—1 : 500.
На этих топографических планах и схемах
характер рельефа в межкратерном прост-
ранстве передавался горизонталями с сече-
ниями 5—10 см. Как отдельные элементы
рельефа изображались кратеры, камни, на
некоторых планах — линеаменты. Следует
отметить, что упомянутые планы охватыва-
ли площади порядка нескольких сотен квад-
ратных метров, непосредственно прилегав-
шие к месту посадкя аппарата. Благодаря
существенным размерам отснятой террито-
рии, на панорамах «Лунохода-1» наблю-
дается большее разнообразие элементов
рельефа по сравнению с тем, что имелось на
снимках «Луиы-9», «Луны-13» и «Сервейо-
ров» [4].
В отличие от Земли, где на топографиче-
ских картах и планах помимо рельефа отобра-
жаются такие многообразные факторы, как
растительность, гидрография, проявления
человеческой деятельности, для Луны ос-
новным элементом содержания остается
рельеф.
Изображение рельефа представляет собой
характерный случай картографирования
явлений сплошного распространения, для
показа которых широко используются спо-
собы изолиний и качественного фона. Ос-
новным способом для количественных ха-
рактеристик рельефа на земных общегео-
графических картах служат горизонтали;
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОИНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
81
способ качественного фона широко приме-
няется при тематическом картографирова-
нии, характеризующем рельеф по происхож-
дению, возрасту и другим качественным
признакам. Для придания карте наглядно-
сти прибегают к пластическим способам
изображения рельефа. Однако и добавление
к горизонталям отмывки, как правило, не
удовлетворяет всем требованиям, предъяв-
ляемым к изображению рельефа. Недостат-
ком горизонталей является то, что они не
улавливают микроформы рельефа и мало-
пригодны для показа тех его элементов, у
которых высота менее установленного для
карты сечения. Предназначенные для харак-
теристики поверхности по площади, гори-
зонтали не пригодны для передачи выемас-
штабных объектов — ям, бугров и др., даже
если высота последних превышает сечение
рельефа [5]. Показ лунного рельефа горизон-
талями приведет к тому, что большая часть
малых кратеров, как внемасштабных дета-
лей, не выразится сечением. Использование
же достаточно частого сечения может пре-
высить нормальную плотность нагрузки.
Кроме того, это приведет к существенному
увеличению объема работ. Последнее скорее
всего окажется неоправданным, поскольку
при существующей точности определения
высот и при известной монотонности лун-
ного рельефа, основной составляющей кото-
рого являются кратеры, однообразие про-
водимых измерений приведет к несоот-
ветствию между объемом работ и процентом
полезной информации.
В то же время некоторые количественные
характеристики кратеров в ряде случаев
могут быть получены с высокой степенью
достоверности при использовании дешиф-
ровочных признаков, которые лежат в осно-
ве морфологической классификации крате-
ров [6, 7]. Вопрос отображения подобных
характеристик решается введением услов-
ных знаков. Эти знаки должны выделить
объекты, не отображенные горизонталями,
т. е. не выражающиеся в «вертикальном
масштабе» — величине сечения. Использо-
вание знаков позволяет при этом избавиться
от чрезмерного дробления шкалы сечения
рельефа.
Поскольку кратеры являются хотя и наи-
более распространенным, но далеко не един-
ственным элементом лунного рельефа, то,
очевидно, следует ставить вопрос не о при-
нятии отдельных специальных обозначений,
а о проектировании определенной системы
условных знаков. При составлении предла-
гаемой системы использовались принципы
проектирования оптимальной системы зна-
ков [8]. При этом под оптимальной системой
понимается группа знаков, имеющая логиче-
скую взаимосвязь в графике и цвете между
всеми условными знаками и полную согла-
сованность с логически стройной классифи-
кацией предметов картографирования.
Проектирование системы условных знаков
Проектирование системы условных знаков
содержит два основных этапа:
создание системы логических связей, ох-
ватывающей большинство элементов содер-
жания карты или плана;
передача полученной системы логических
связей в рисунке и цвете.
Соблюдение системы логических связей
при проектировании знаков в рисунке и
цвете облегчает читаемость карты, посколь-
ку в этом случае необходимо запоминание
лишь системы построения знаков, а не каж-
дого знака в отдельности.
Система логических связей
элементов рельефа
Воспользуемся буквенно-цифровой систе-
мой логических связей [8], которая в нашем
случае будет представлять собой абстракт-
ную схему индексации содержания топопла-
на. Подобная система удобна для передачи
специфической информации, поскольку бук-
венно-цифровые обозначения могут быть ис-
пользованы непосредственно на картах как
обычные условные знаки. Информация, пе-
реданная в такой системе, может быть легко
преобразована в двоичную систему кодиро-
вания. При этом она может служить посред-
ником для перехода от одного картографиче-
ского изображения к другому при изготов-
лении одних карт по другим. В общем виде
6 Луноход-1
т
ГЛАВА III
4 Таблица 10
Ла,
Aai6i Аагб2 . . . AaL6m
Аа^ Aair2 . . . Aairm
Аа.я, Л.1Я, . . . А„я„,
Aa26i Аа^бг
Aa2Bi Аа2в2
Aa2ri Aa2r2
Аа2Ях Аа2я2
A
Aa2
. . .
. . .
Aa36w
Aa2Bm
Aa2rm |
Аа2ят
. . .
Лап
/\.агг0^ /\a^o2 . . «
Аа^в^ Аа^в2
Aanri Aanr2 . . .
Л.„Я1 Ла„„.. . . .
Аадбт
Аапвт
Aanrm
Аапят
буквенно-цифровая система логических свя-
зей приведена в табл. 10.
Как уже было установлено выше, предме-
том отображения на плане является рельеф
(А). Перечислим те элементы лунного рель-
ефа (Аа), размеры которых соизмеримы с раз-
мерами деталей, отображаемых на топогра-
фическом плане: кратеры (Аа,), впадины
(Аа2), бугры (Аа,), камни (AaJ, борозды (AaJ,
гряды (Аав), уступы (Аа7), линеаменты не-
ясной природы (Аа9), поля мелких кратеров
(AaJ, бугров (AaJ, камней (AaJ. Под мел-
кими следует понимать объекты, не выра-
жающиеся в масштабе (т. е. имеющие в мас-
штабе плана размер менее 1 мм). Из перечис-
ленных элементов наибольшее распростра-
нение имеют кратеры; именно из-за них
лунный рельеф отличается удивительной мо-
нотонностью. Прочие элементы рельефа
встречаются реже.
Встает вопрос, какие критерии можно пред-
ложить для характеристики перечисленных
элементов рельефа, чтобы обогатить содер-
жание топоплана, в то же время не вводя
чересчур субъективных оценок. В этом от-
ношении крайне нежелательно привлечение
классификаций по генетическим призна-
кам, например деление элементов рельефа
на молодые и старые, на элементы вулкани-
ческого и ударного происхождения и т. п.
Сведения такого рода должны отображаться
на тематических картах; что касается топо-
графических карт и планов, то для обогаще-
ния их информацией надо искать иные
признаки.
Такими объективными характеристиками
элементов рельефа представляются:
— максимальная характерная крутизна
склонов (а) — АаД,
— геометрическая форма дна, подошвы
склонов — Аа^.,
— относительные размеры (отношение
глубины кратера к диаметру HID, отноше-
ние высоты камня к длине основания hid
и т. п.) — Аа4гт1
— особенности (наличие вала у кратера)
Следует сразу же оговориться, что в на-
стоящее время далеко не для всех перечис-
ленных элементов рельефа можно привести
точные количественные характеристики, по-
скольку еще недостаточно разработаны ме-
тоды их получения. Однако подобный под-
бор признаков открывает перспективы раз-
вития системы. Кроме того, на начальной
стадии для некоторых элементов можно вос-
пользоваться более общим предварительным
делением.
Рассмотрим далее, как классифицирова-
ны с учетом выбранных признаков перечис-
ленные выше элементы рельефа (рис. 1).
При подборе для кратеров шкал деления по
крутизне склонов и по отношению глубины
кратеров к диаметру {HID) были использо-
ваны данные, полученные при обработке
материалов «Лунохода-1» и орбитальных
съемок [4, 7]. Предварительное деление скло-
нов ряда элементов рельефа на крутые,
средней крутизны и пологие обеспечивается
дешифровочными признаками, но не содер-
жит точной количественной оценки. Приня-
тые типовые формы кратеров описаны в [7].
Для камней условное деление по форме за-
имствовано из [9].
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
83
I
84
ГЛАВА III
Из рис. 1 следует, что классификация, воз-
можная на данном этапе, является далеко не
полной и нуждается в доработке. Поэтому
при графическом отображении в условных
знаках полученных логических связей не-
обходимо предусмотреть возможность вве-
дения дополнительных знаков без наруше-
ния логики построения системы.
Передача системы логических связей
0 рисунке и цвете
Графический вариант предлагаемой системы
условных знаков представлен на рис. 2.
При отображении логических связей в ри-
сунке элементы рельефа были разбиты на
три группы:
1) элементы с замкнутым контуром (кра-
теры, впадины, бугры, камни);
2) линейные элементы (борозды, гряды,
уступы, линеаменты неясной природы);
3) элементы площадного покрытия (поля
мелких кратеров, бугров, камней, облом-
ков).
Для элементов рельефа первой группы да-
ется контур объекта: для кратеров и впа-
дин — по бровке, для бугров — по подошве;
камни изображаются стилизованным силу-
этом. Кроме того, для кратеров, впадин и буг-
ров добавляются бергштрихи.
Отрицательные элементы рельефа имеют
бергштрихи в виде треугольников, а поло-
жительные — в виде черточек. Таким обра-
зом, линия с заостренными бергштрихами
обозначает бровку, а с тупыми — подошву.
Введение бергштрихов в знак кратера пред-
ставляется нецелесообразным, поскольку
кратеры являются преобладающим элемен-
том рельефа и определение кратера хорошо
известно.
Крутизна склонов перечисленных выше
элементов рельефа передается знаком, по-
строенным по степени относительной преры-
вистости линии, обрисовывающей контур.
При этом более прерывистая линия соответ-
ствует меньшей крутизне склонов. Чтобы
выделить наиболее крутые элементы рель-
ефа, для контуров, соответствующих укло-
нам порядка 25° и более, принято утолще-
ние линии в два раза по отношению к зна-
кам, отображающим более пологие склоны.
Использование для изображения преры-
вистости линии различных комбинаций
штриха и точки позволяет построить на-
глядную шкалу, которая допускает в буду-
щем введение дополнительных градаций.
Поскольку форма тени связана с формой
кратеров, то изображение тени было исполь-
зовано в качестве условного знака для пере-
дачи формы кратера. При этом дается сти-
лизованное изображение контура тени.
Относительная глубина кратера {HID) ото-
бражается величиной знака формы кратера.
Чем больше относительная глубина, тем
шире знак формы кратера (тень) х.
Наличие вала у кратера показано посред-
ством проведения параллельно линии бров-
ки с внешней стороны второй линии, по ри-
сунку повторяющей основную. Толщина
второй линии составляет половину толщи-
ны основной. Расстояние между ними услов-
ное, равное толщине основной линии. Знак
не показывает внешнюю границу вала, точ-
но определить которую пока не представ-
ляется возможным ввиду постепенности пе-
рехода в окружающую поверхность (вал
может иметь ширину 0,2—0,5 диаметра кра-
тера). Такое изображение вала представляет-
ся не совсем удачным, поскольку не пока-
зывает область, занятую валом, а только
говорит о наличии последнего. Показ пло-
щади, занятой валом, достигается лишь
с помощью отмывки. В варианте без отмыв-
ки возможно введение какого-либо площад-
ного знака, показывающего область вала и
ее постепенный переход в межкратерную
поверхность.
Для отображения отдельных камней вы-
бран стилизованный контур. Знак камня за-
штриховывается. Штриховка представляется
предпочтительнее сплошной заливки, так
как при последней камни слишком резко
х Необходимость выражения глубины кратера раз-
ными, по существу дублирующими, параметрами
(крутизной и относительным размером) определя-
ется на данном этапе исследований тем, что ха-
рактеристики получаются при различных усло-
виях: иногда путем прямого измерения, а иногда
по высоте Солнца и другим дешифровочным при-
знакам на телепанорамах.
Усту-
пы
/7алл
мелках
tfc/zpatf
мелки*
V 4
о с
склаш#
7" Zf-ff
0 Z)
r)
I
I
О г)
Ik
f) z)
n
r) z)
®
fetmempuvec-
дгарна
тал
н
о
я
о
е
о
X
>
та
s
S
о
X
Е
s
о
н
за
о
>
а
*
oo о
четкий сглатеяши
/ftr/tf
// Крутасклаяше
Рис. 2. Система условных знаков рельефа
00
ел
8G ГЛАВА III
выделяются на общем фоне, мешая восприя- в масштабе плана, изображаются строен-
тию прочих элементов рельефа. Точечное же ным внемасштабным знаком соответствую-
заполнение контура вызывает иллюзию не- щего элемента рельефа.
посредственной рисовки камня, что не соот- Цвет условных знаков способен созда-
ветствует действительности. вать определенные ассоциации, позволяя
Различия в форме камней (в степени угло- тем самым более наглядно отобразить кар-
ватости) переданы сочетанием ломаной и тографируемое явление. Однако на земных
плавной линий контура. Для передачи вы- топографических картах не всегда выдер-
сот камней, длина основания которых выра- живается соответствие одного цвета опреде-
жается в масштабе плана, подобрана шкала ленной группе знаков. Установление пол-
отношений высоты камня к длине основа- ного логического соответствия для земных
ния (hid), которая отображается относитель- топокарт затруднено многообразием отобра-
ной высотой знака. жаемых факторов, а также традициями изо-
В качестве знака второй группы элементов бражения определенных объектов. Для Л у-
рельефа введена линия с бергштрихами. ны представляется возможным разработать
Различные комбинации линий и бергштри- единую схему использования цвета на топо-
хов позволили составить серию знаков. Как графических картах и планах,
и для кратеров, крутизна склонов передает- На топопланах по снимкам «Луны-9» и
ся степенью прерывистости линии. Различие «Луны-13» [1,2] кратеры и горизонтали по-
линии бровки и линии подошвы достигается казаны коричневым цветом; камни, гряды,
с помощью заостренных и тупых бергштри- линеаменты — темно-коричневым; детали
хов соответственно. станции — красным; сетка и подписи объек-
Для отображения площадного покрытия тов — голубым. Все топопланы по снимкам
(третья группа элементов рельефа) исполь- «Сервейоров» [3] выполнены в черно-белой
зованы внемасштабные знаки кратера, буг- гамме,
ра, камня. Предлагается использовать для условных
Для элементов рельефа, не выражающих- знаков всех элементов рельефа черный цвет,
ся в масштабе (имеющих в масштабе плана Характеристики рельефа, не наблюдаемые не-
размер менее 1 мм), вводятся внемасштаб- посредственно в том виде, в котором они изоб-
ные знаки. Внемасштабные элементы релье- ражаются на плане (горизонтали, отметки
фа изображаются на плане выборочно, высот, границы полей и т. п.), целесообраз-
лишь в отдельных случаях, когда необхо- но давать коричневым цветом,
димо показать какие-то характерные обра- Черный и коричневый цвета являются
зования, состоящие из мелких элементов традиционными цветами рельефа на земных
(например, цепочки мелких камней или топокартах, и, кроме того, они близки к се-
кратеров). ровато-коричневой цветовой гамме поверх-
В качестве внемасштабного знака для эле- ности Луны. Отмывку рельефа на лунных
ментов рельефа первой группы используется топопланах предлагается давать коричне-
стилизованное профильное изображение вым цветом. Такой фон плана, подчеркивая
кратера, бугра, камня. Значок имеет раз- наглядность рельефа, не будет в то же время
мер 1 мм по наибольшей оси. ослаблять условных знаков, нанесенных чер-
Во второй группе элементов рельефа вне- ным цветом.
масштабный знак вводится для борозд и Для показа проявлений человеческой де-
гряд, имеющих ширину, не выражающуюся ятельности наиболее подходящими являют-
в масштабе. Борозды изображаются двумя ся цвета красной гаммы, поскольку подоб-
штрпховыми параллельными линиями. Рас- ные явления единичны на поверхности Луны
стояние между линиями 0,5 мм. Гряды по- и их следует выделять на планах и картах,
казываются одной линией с бергштрихами Искусственные сооружения (строения, кос-
по обе стороны. мические аппараты) предлагается изобра-
Поля, площадь которых не выражается жать красным цветом. Искусственные фор-
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
8
в
о
V__7
О
Рис. З. Примеры изменения типовых условных знаков
мы рельефа (колея, следы на грунте, нару-
шения рельефа в местах отбора образцов) —
оранжевым или красно-коричневым цветом.
Последнее свяжет искусственные формы
рельефа с естественными, изображаемыми
коричневым и черным.
Подписи объектов (названия, номера и
др.) следует давать тем же цветом, что и сами
объекты. Это улучшит читаемость планов,
исключив возможные разночтения подпи-
сей.
Использование на топографических пла-
нах и картах Луны голубого и зеленого цве-
тов представляется нецелесообразным. Эти
традиционные цвета, ассоциирующиеся с
гидрографией и растительностью, будут вы-
зывать неправильное представление о сути
изображаемых явлений.
Возможности изменения типовой шкалы знаков
Предлагаемая система условных знаков по-
зволяет расширять и сужать шкалу знаков
в зависимости от потребностей в той или
иной информации. Сама система от этого не
нарушается, ибо прибавляемые знаки не
произвольны, они логически связаны с ос-
тальными знаками. Так, при необходимости
отразить плотность полей кратеров, бугров,
камней, обломков может быть введен знак
поля различной плотности путем изображе-
ния различного числа знаков на единицу
площади (рис. 3, а). Камни, имеющие осо-
бенности (резко отличные цвет, строение, со
став и т. п.), могут быть выделены боле)
частой штриховкой или заливкой контур;
(рис. 3, б). Дополнительные градации ш
крутизне склонов могут быть отображень
путем использования различных комбина
ций штриха и точки в рисунке линии, а так
же различной толщиной линии контуре
(рис. 3, в).
В предлагаемой системе логические связк
между условными знаками, выраженные
в рисунке и цвете знаков, в той или иной
мере соответствуют логическим связям меж-
ду самими предметами изображения.
Образцы топопланов,
иллюстрирующие предлагаемую систему
Отработка условных знаков, предложен-
ных в данной статье, проводилась на плане
масштаба 1 : 100. В основу этого плана легли
две панорамы, переданные «Луноходом-1»,
составляющие стереопару. Однако в целом
приводимый план следует рассматривать
как иллюстрацию к системе условных зна-
ков, отображающих типичную геолого-мор-
фологическую ситуацию. Этим объясняется
наличие отдельных элементов рельефа, от-
сутствующих на реальной стереопанораме.
Образцы оформления топографического пла-
на в предлагаемой системе условных зна-
ков приведены на рис. 4 и 5 (условные
обозначения см. на рис. 2).
При перспективной панорамной съемке,
которая проводилась «Луноходом-1», невоз-
можно получить изображение поверхности
с одинаковой подробностью на различных
расстояниях (как это имеет место на плано-
вых снимках). Зависимость дешифрируемо-
сти кратеров различного размера и морфо-
логического класса от расстояния их до те-
лекамеры «Лунохода-1» приведена в главе V.
С увеличением расстояния от телекамеры
минимальная величина видимых объектов
возрастает. Этим объясняется большая де-
тальность плана вблизи центра панорами-
рования.
Телекамера расположена в центре ниж-
ней рамки плана. Концентрические линии
сетки показывают удаленность объектов от
"Т
88
ГЛАВА III
20
Рис. 4. Образец оформления топографического плана.; Вариант I
камеры, радиальные задают направления от
нее. В будущем такая сетка при создании
как отдельных планов, так и серии должна
быть заменена сеткой селенографических
координат, обеспечивающей связь всех пла-
нов между собой.
Для обозначения кратеров на образце то-
поплана использована цифровая система
обозначений малых топографических объек-
тов [10]. При этом кратеры разделяются на
группы по диаметрам (D) и в зависимости
от группы обозначаются однозначным, дву-
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
89
Рис. 5. Образец оформления топографического плана. Вариант II
Условный знак формы кратера опущен
значным и т. д. числом: с северо-западного угла плана. В соответст-
D > 10 м 12 9 вии с РаамеРными группами кратеров при-
1 м < D < 10 м — 01 02*' '99 меняется шрифт разной величины. Подписи
^ D < 1 м 001' 002* ' 999 кратеров на плане даны выборочно, чтобы не
' ' '""' ' перегружать изображение. Обозначения не-
Нумерация велась по строкам шириной пронумерованных кратеров могут быть легко
10 м на£местности слева направо, начиная восстановлены «интерполяцией» между номе-
90
ГЛАВА III
рами ближайших обозначенных кратеров
в пределах данной строчки по направлению
слева направо. Для привязки деталей к кон-
кретному участку можно добавлять к номе-
ру детали цифру, обозначающую номер сто-
янки лунохода. Прочие детали рельефа не
пронумерованы. Нумерация их может
быть проведена по аналогичной системе,
поскольку для различных элементов релье-
фа можно использовать разные шрифты.
Такая система обозначений позволяет лег-
ко определить количество кратеров на участ-
ке как по каждой размерной группе, так и
суммарное (по наибольшим номерам в груп-
пах и по сумме этих номеров). Это дает воз-
можность, не проводя сложных подсчетов,
получить ориентировочную плотность кра-
теров по различным группам, необходимую
для оценки пересеченности (шероховатости),
и некоторые другие характеристики поверх-
ности.
Анализ образца топографического плана
(см. рис. 4) показывает, что изображение
лунного рельефа с помощью предлагаемой
системы условных знаков обладает необхо-
димой для картографического изображения
наглядностью трех видов [8]:
1) обеспечивает получение сведений о вза-
имном размещении объектов на поверхности
Луны по взаимному размещению изображе-
ний этих объектов на плане;
2) позволяет довольно легко опознавать
объекты по изображению, напоминающему
их внешний вид;
3) передает различия в количественных
и качественных характеристиках объектов
зрительно воспринимаемыми различиями
изображений этих характеристик на плане.
Знаки элементов рельефа образуют на
плане различные сочетания, В соответствии
с требованиями наглядности третьего вида
для обеспечения высокой читаемости необ-
ходимо, чтобы изображение воспринима-
лось в определенной последовательности со-
ответственно важности объектов. Предла-
гаемая система условных знаков этому тре-
бованию удовлетворяет. Для изображения
наиболее крутых элементов рельефа, кото-
рые резко выделяются на местности, исполь-
зована наибольшая ширина и непрерыв-
ность линии, что обеспечивает изображение
этих объектов на первом плане. Знаки эле-
ментов рельефа средней крутизны имеют
более тонкий и более прерывистый контур,
создавая изображение второго плана. Наи-
более пологие элементы составляют третий
план, что достигается использованием то-
чечного пунктира. Изображение камней, ко-
торое отличается от изображения других
элементов рельефа, также соответствует требо-
ваниям очередности и наглядности восприя-
тия. Наиболее крупные камни изображают-
ся наибольшим значком, остроугольные —
угловатым и т. п. Наглядность усиливается
применением отмывки рельефа (см. рис. 5).
Проведенные исследования показали, что
наиболее целесообразными для лунных то-
пографических планов являются следующие
три варианта сочетаний горизонталей, от-
мывки и условных знаков (см. рис. 4, 5):
I
II
Горизонтали
III
Горизонтали
— Отмывка Отмывка
Условные знлки Условные знаки Условные знаки
Сравнение перечисленных трех вариантов
топоплана приводит к следующим выводам
вариант I — метричен, информативен, на-
глядность изображения недо-
статочно высокая;
вариант II — существенно уменьшены воз-
можности количественных
оценок, нагляден, менее за-
гружен;
вариант III — является сочетанием первых
двух и несет более полную
информацию о рельефе, чем
вариант I или II.
В связи с этим именно вариант III можно
рекомендовать в первую очередь для состав-
ления лунных топопланов. Однако следует
отметить, что этот вариант является и самым
трудоемким. Поэтому при больших объемах
работ, очевидно, можно ограничиться ва-
риантом I, лишь для наиболее интересных
участков прибегая к варианту III. Что ка-
сается варианта II, то при определенных ус-
ловиях, например когда желательна на-
глядность и минимальная загруженность
плана или при отсутствии достаточной для
ТОПОГРАФО-НАВИГАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
91
проведения горизонталей информации о вы-
сотах, он тоже может оказаться полезным.
За плодотворное обсуждение работы на
различных этапах авторы выражают свою
искреннюю признательность К. П. Флорен-
скому, А. А. Гурштейну, А. Т. Базилевско-
му и В. П. Полосухину.
ЛИТЕРАТУРА
1. Первые панорамы лунной поверхности, т. I. M., «Наука»,
1966.
2. Первые панорамы лунной поверхности, т. II. М., «Наука»,
1969.
3. Surveyor Project Final Report. Pt II. Science Results.
Techn. Rept 32-1265. Calif. Inst. Technol. Pasadena, 1968.
4. Флоренский К, П., Бааилевскии А. Г., Пронин А. А*,
Попова 3, В. Предварительные реаультаты геоморфологи-
ческого изучения панорам. — В кн,: Передвижная ла-
боратория на Луне Луноход-1, т. I. M., «Наука», 1971.
5. Салищев К. А. Картография, 2-е изд. М., «Высшая школа»,
1971.
6. Флоренский К. П., Таборко И. М. Некоторые выводы по
морфометрии участков Луны, снятых станцией «Лу-
на-12».— В кн,: Физика Луны и планет. М., «Наука»,
1972.
7. Флоренский К. П., Базилевспий А. 7\, Гургитейн А. А.,
Зезии Р. Б., Пронин А. А., Полосухин В. П., Попова 3. В.,
Таборко И. М. К проблеме строения поверхности лунных
морей.— В кн.: Современные представления о Луне.
М., «Наука», 1972.
8. Бочаров М. К. Основы теории проектирования систем
картографических знаков. M.t «Недра», 1966.
9. Зезин Р. Б., Базилевский А. Т. Морфология лунных кам-
ней в районе движения «Лунохода-1».— «Природа», 1971,
№ 11.
10. Gurshtein A. A., Shingareva К. В. То the problem,
concerning the lunar crater designation system. Preprint
represented to IAU Comission 17, 1970. . __
-■с ■ ^ _- u^ _ _J
г ■-- _•-
-*. ■' "У -Г-
Глава четвертая
ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА
ЛУННОГО ГРУНТА НА «ЛУНОХОДЕ-1»
Г. Е. Кочаров, С. В. Викторов
1. Обработка спектральной информации Наряду с этим при проведении экспери-
аппаратуры РИФМА мента необходимо контролировать работо-
способность всего тракта, начиная с ПС.
Описание принципа работы и отдельных Для проверки этого тракта требуется ис-
узлов спектрометрической аппаратуры пользовать реперный источник, что являет-
РИФМА (рентгеновский изотопный флуо- ся единственной возможностью прямой про-
ресцентный метод анализа) содержится в верки работоспособности ПС. При этом про-
[1, 2]. Там же частично опубликованы пред- вернется наличие и положение линии или
верительные результаты эксперимента. набора линий репера, ее температурный
Аппаратура РИФМА является спектро- сдвиг, форма линии, ее интенсивность, уро-
метрическим устройством, предназначенным вень шумов детектора, наличие наводок, за-
для определения химического состава гор- вязок, энергетическая линейность детекто-
ных пород на поверхности Луны. Этот при- ра. Операция проверки может быть осущест-
бор позволяет производить трехмерный ана- в лена двояко: введением линии реперного
лиз электрических импульсов, поступающих источника в спектр ПС (например, путем
с пропорциональных счетчиков (ПС), в ко- помещения источника вблизи или внутри
ординатах: число импульсов — их ампли- ПС) непрерывно в течение измерения либо
туда — время регистрации каждого импульса, путем периодических засветок ПС реперным
При работе аппаратуры на Луне сигналы источником. Второй путь предпочтительнее,
с ПС проходят по радиотехническому трак- однако, так как в этом случае предполагает-
ту, включающему электронные схемы самого ся наличие механических перемещений ре-
спектрометра, бортовой радиокомплекс, на- перного источника относительно ПС, на
земные устройства, и, наконец, поступают «Луноходе-1» он реализован не был.
в систему отображения многоканального Предполагалось проверить работоспособ-
анализатора импульсов (АИ). Блок-схема ность всего тракта однократно на момент
прохождения сигнала аппаратуры РИФМА схода «Лунохода-1» с посадочной платфор-
приведена в [1]. мы. Для этой цели в предохранительный
Для управления экспериментом использу- кожух (защищающий выносной блок ВБ
ются четыре радиокоманды: при перелете и посадке) был вмонтирован
«включение» спектрометра; реперный источник. Однако ввиду измене-
«переключение», позволяющая подклю- ния программы «сеанса схода» спектрометр
чить к предусилителю очередной ПС; включен не был, а луноход сошел, оставив
«сброс», подключающая первый ПС; реперный источник на посадочной платфор-
«выключение» прибора, ме. Единственная из предусмотренных воз-
Исполнение этих команд выведено в теле- можностей прямой проверки работоспособно-
метрический канал и может быть проконт- сти всего тракта, таким образом, не была
ролировано. реализована.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
93
Итак, по названным выше причинам в
спектрометре РИФМА «Лунохода-1» отсут-
ствовали возможности для прямой проверки
как всего тракта, начиная со счетчиков до
АИ, так и сигнала в радиотехническом трак-
те. Если бы эти возможности были, то кри-
териями работоспособности спектрометра
являлось бы наличие в полученных спект-
рах определенных линий заранее известных,
специально подобранных источников (радио-
технических генераторов и реперных радио-
активных источников). Эти линии можно
рассматривать как побочные к основной ин-
формации.
В сложившейся ситуации приходится при-
бегать к другим критериям, основанным на
рассмотрении имеющихся спектров, не со-
держащих специальных линий.
Итак, на основании анализа лишь этих
спектров, природа линий которых, строго
говоря, неизвестна, необходимо выяснить
работоспособность спектрометра, идентифи-
цировать линии, определить интенсивность
их, интерпретировать полученные резуль-
таты.
При этом мы обращаем внимание на сле-
дующие факторы:
соотношение между положениями линий в
спектре;
полуширина линий;
соответствие лунных спектров калибровоч-
ным спектрам, полученным перед запуском
(с учетом внешних факторов);
определенная логика в спектрах разных
ПС в одной станции (точке анализа);
определенная логика между станциями.
Критерии качества спектров
Первым следует назвать критерий линейно-
сти шкалы «энергия — номер канала», свя-
зывающий энергию любой аналитической
линии с положением ее максимума.
Энергия Е (кэВ) указанных линий долж-
на быть линейно связана с положениями
этих линий в спектре т (номер канала) при
определенной величине «обрезания» шкалы
Л. При этом величина tg а является обоб-
щенной характеристикой тракта, включая
ПС, а величина Д определяется только ра-
*,кзВ
Zff
т
Рис. 1, Пример зависимости между энергией Е и положением
аналитических линий in (канал) в лунном спектре
диотрактом. Это схематически показано на
рис. 1,
В ходе рассмотрения каждого из полу-
ченных спектров, при отсутствии в спектрах
реперных линий, отдельным аналитическим
линиям могут быть приписаны, вообще го-
воря, различные энергии. При этом, одна-
ко, должен выполняться критерий линей-
ности при заданной величине «обрезания».
Ввиду наличия в спектрах нескольких ана-
литических линий критерий накладывает
жесткое ограничение на величины их энер-
гий и приводит к единственному набору зна-
чений энергий.
На основании совокупности многочислен-
ных модельных экспериментов с образцами
земных горных пород и искусственными
смесями, проведенных с макетами, прототи-
пами и реальными блоками спектрометра
РИФМА, известно, что в спектрах всегда
присутствуют определенные группы линий.
Это линии флуоресцентного излучения лег-
ких элементов (магния, алюминия и крем-
ния), линии средних элементов (калия и
кальция) и линии тяжелых элементов (глав-
ным образом железа).
В ходе обработки спектров, полученных
в экспериментах на Луне, оказалось, что
94
ГЛАВА IV
именно табличные энергии этих линий отве-
чают рассматриваемому критерию линейно-
сти. Это указывает на то, что в спектрах,
удовлетворяющих настоящему критерию, за-
регистрированные линии действительно при-
надлежат рентгеновскому флуоресцентному
излучению лунного грунта (рис. 1).
Другим важнейшим критерием качества
спектров является критерий формы анали-
тической линии. Сущность этого критерия—
соответствие экспериментальных величин
полуширин различных аналитических ли-
ний друг другу, а также предельно достижи-
мым и полученным при наземной калибров-
ке — свидетельствует о нормальной работе
пропорциональных счетчиков и всего радио-
тракта.
Принимая во внимание сильную зависи-
мость полуширин линий от их энергии и зна-
ние экспериментальных величин П (Е) и
А, определенных в ходе наземных измере-
ний, приходим к выводу, что применение
уже двух рассмотренных критериев позво-
ляет осуществить первичный отбор спект-
ров, содержащих наиболее надежную ин-
формацию о флуоресцентном излучении
грунта.
Программы обработки спектров
Переходим теперь к вопросам использова-
ния ЭЦВМ для обработки информации спек-
трометра РИФМА.
Обработка спектральной информации ап-
паратуры РИФМА на ЭЦВМ преследовала
цели:
— отбор спектров на основании описанных
выше критериев (для чего необходимо
получить значения параметров линий,
использующихся в этих критериях);
— определение интенсивностей отдельных
аналитических линий в спектрах, удов-
летворяющих описанным критериям.
Для решения этих задач был разработан
комплекс программ, известных под назва-
нием «программы разложения» спектров.
В этих программах обработка эксперимен-
тальных спектров включает три ч этапа:
I этап — учет фона, II этап — градуиров-
ка, III этап — собственно «разложение»
спектра. Был использован демпфированный
метод наименьших квадратов [3] с ограниче-
нием по неотрицательным решениям [4].
Совокупность программ для обработки на
ЭЦВМ спектральной информации аппара-
туры РИФМА включает программу «Раало1-
жение» с ручной градуировкой, несколько
программ «Разложение» с разными вариан-
тами автоматической градуировки и слу-
жебную программу «Рисование» спектров.
Разработана также программа «Разложение»
с вариацией параметров фона наравне с па-
раметрами линий.
В настоящей главе мы лишены возмож-
ности подробно обсуждать характеристики
этих программ и особенности их использо-
вания. Отметим лишь, что использование
ЭЦВМ при обработке информации спектро-
метра РИФМА позволило определить ве-
личины, фигурирующие в основных крите-
риях качества спектров, и на этой основе
осуществить отбор спектров, содержащих
наиболее полную информацию о флуоресцент-
ном излучении лунного грунта. Получен-
ные в результате разложения спектров дан-
ные об интенсивности отдельных аналитиче-
ских линий являются исходным материалом
для определения типа породы и состава лун-
ной поверхности.
Вопросы интерпретации результатов об-
суждаются в следующих разделах.
2. Интерпретация
экспериментальных результатов
Задачи эксперимента и способы их решения
Основной задачей эксперимента РИФМА
является определение типа пород, слагаю-
щих исследуемую поверхность.
При рассмотрении этого вопроса прихо-
дится прибегать к земным аналогиям, т. е.
сравнивать характеррхстики неизвестных об-
разцов с характеристиками земных горных
пород. Напомним, что земные горные по-
роды подразделяются по составу на следую-
щие крупные классы: ультраосновные, ос-
новные и кислые. Промежуточное место
между основными и кислыми занимают сред-
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
95
ние породы. Существенно отличен от пере-
численных типов пород состав каменных ме-
теоритов — хондритов. В табл. 11 приведе-
ны данные по содержанию главных поро-
дообразующих элементов в различных ти-
пах горных пород (в весовых процентах)
гю данным [8, 9].
Таблица 11
Элемент
Кислород
Натрий
Магний
Алюминий
Кремний
Калий
Кальций
Железо
Каменные
метеориты —
хондриты
35,0
0,68
14,4
1,3
17,8
0,09
1,4
25,1
Ультра-
основ-
ные
40,57
0,40
19,97
1,19
18,21
0,17
2,84
16,12
Основные —
базальты
38,48
1,66
4,65
9,07
19,49
1,16
9,38
13,55
Кислые —
граниты
44,32
2,86
0,67
9,09
30,08
4,69
2,59
5,40
Не все указанные в табл. 11 химические
элементы являются одинаково значимыми
с точки зрения возможности различения по
ним разных категорий пород.
Вопрос о том, какие элементы являются
в этом смысле наиболее «представительны-
ми», рассмотрен нами в работе [5]. Удалось
показать, что с учетом аналитических воз-
можностей к числу «представительных» эле-
ментов следует отнести магний, алюминий,
калий, кальций, железо. Особое место
из-за аномально высокого содержания в
хондритах занимает сера,
Наше рассмотрение и введенное понятие
«представительности» вошли в монографию
[6]. Подобный подход содержится и в об-
зорной работе [7]; авторы приводят усред-
ненные данные по концентрации некоторых
элементов, несколько отличные от исполь-
зованных нами, что, однако, привело их
к сходным выводам.
Можно задаться вопросом о минимальном
количестве аналитической информации, не-
обходимой для определения типа исследо-
ванных пород.
При пороговой чувствительности в не-
сколько процентов магний и железо являются
теми одиночными элементами, анализ на
которые позволяет решить рассматриваемую
задачу. К их числу принадлежит и калий.
Наряду с этими элементами имеются такие,
которые позволяют определить тип породы,
если провести анализ на два элемента. На-
пример, пара «алюминий и кальций». Нако-
нец, следует отметить возможность объеди-
нения нескольких элементов в группы. При
использовании недисперсионного рентгенов-
ского флуоресцентного метода спектрохими-
ческого анализа такие группы образуются
естественно в процессе регистрации излу-
чения исследуемой поверхности.
Рассмотрен вопрос о «представительности»
групп, т. е. возможность отличить тип по-
роды по содержанию магния с алюминием и
кремнием (группа «легких» элементов), ка-
лия с кальцием (группа «средних» элемен-
тов) и железа.
Показано, что группа средних элементов
является более представительной, чем груп-
па легких элементов. Существенно отме-
тить, что отношения группы легких эле-
ментов к группе средних элементов и группы
средних элементов к железу также позволя-
ют уверенно выявить принадлежность иссле-
дованной поверхности к определенному ти-
пу пород (см. рис. 2), Таким образом, на ос-
новании изложенного приходим к выводу,
что достаточные сведения о типе породы не-
сет каждый из следующих видов информа-
ции (аналитических параметров):
содержание одного или нескольких элемен-
тов из числа наиболее представительных;
' отношение содержаний элементов;
содержание группы элементов;
отношение содержаний групп элементов.
Конечно, получение совокупности дан-
ных по нескольким видам информации толь-
ко улучшает ситуацию, так как позволяет
осуществить взаимную проверку решений.
В пользу одновременной работы с не-
сколькими видами информации говорит
также следующее. До сих пор рассматрива-
лись средние концентрации элементов в
крупных категориях пород. Если принять
во внимание разброс этих значений, то не
все из указанных аналитических параметров
в отдельности могут дать однозначное ре-
96
ГЛАВА IV
4ff
i
I
i
g
/и
KW1
^
\\\
zo
/z
1
Ma
>
Z
Ti/п
J
0
2
-
\ 1
20
Fe
0,0
н
z
Рис. 2. Концентрации (вес.%) и отношения концентраций
групп элементов в различных типах пород
1 — хондрнты, 2 — ультраосновные, 3 — основные, 4 — средние,
5 — кислые
шение. А если учесть и реальные точности
определения содержаний и отношений со-
держаний, то желательность одновременного
получения нескольких аналитических пара-
метров станет очевидной. Более подробно
эти вопросы рассматриваются ниже.
Перейдем теперь от задачи определения
типа пород, слагающих исследованную по-
верхность, к задаче изучения степени одно-
родности состава поверхностного слоя лун-
ного грунта.
При рассмотрении проблемы разнообра-
зия и однородности деталей лунной поверх-
ности, их свойств и состава становится яс-
ным, что на определенном уровне геологиче-
ской организации свойства (в том числе со-
став) отдельных участков лунной поверх-
ности оказываются одинаковыми или схо-
жими, что, разумеется, вовсе не отвергает
возможности получения в прямых экспери-
ментах совершенно отличных характери-
стик тех или иных лунных образований на
других уровнях.
Уже первые прямые исследования хими-
ческого состава лунной поверхности аппара-
тами «Сервейор-5» (в Море Спокойствия) и
«Сервейор-6» (в Заливе Центральном) дали
схожие результаты. Незначительно разли-
чаются по своему составу и болыпинство об-
разцов, доставленных экспедициями «Апол-
лона-11», «Аполлона-12» и автоматической
станцией «Луна-16» (из Моря Спокойствия,
Океана Бурь и Моря Изобилия). Все эти
результаты характеризуют морские районы
лунной поверхности.
Несколько отличен состав образцов «Апол-
лона-14» (из Фра-Мауро), представляющих,
по-видимому, материал выбросов из района
Моря Дождей.
Существенно отличные результаты дали
исследования «Сервейора-7» в материковом
районе (склон катера Тихо), а также анали-
зы экзотических микровключений в образцах
реголита, доставленных «Аполлоном-11» и
«Аполлоиом-12» (см. табл. 12, в которой
приведен состав (вес. %) различных типов
лунных пород). В таблице введены обозна-
чения: А — космический аппарат «Апол-
лон», Л — «Луна», Лх — «Луноход-1», С —
«Сервейор».
химический состав
97
Таблица 12
Элемент
Кремний
Железо
Кальций
Алюминий
Титан
Натрий
Калий
Литература
20
12
8
6
5
0,4
од
[10]
Л унвые
морские
20
13
7
7
2
0,3
0,3
МП
Г—(
20
13
9
8
2
0,3
0,1
[12]
базальты
' i
У,
20
12
8
7
<4
—
<1
выбросы
из райо-
на Моря
Дож-
ДОЙ (?)
1
22
8
7,5
9,5
1
0,4
0,4
[131
Лунные
анортозиты
мате-
рико-
вые
и
21
4
13
11
0,4
0,5
—
[14]
мате-
рико-
вые ?
_
21
2
12
18
ОД
0,3
од
[10]
Лун-
ные
гра-
ниты
?
-г;
28
8
4,5
6,5
0,7
0,5
1,7
Таким образом, прямыми измерениями
обнаружены вариации состава лунной по-
верхности крупного масштаба (море/мате-
рик). Представляет также интерес изуче-
ние вопроса об однородности состава и от-
дельных более мелких образований на лун-
ной поверхности.
Целесообразность использования для этих
исследований мобильного аппарата трудно
переоценить.
Аналитические характеристики
спектрометра РИФМА
В настоящем разделе мы приступаем к опи-
санию заключительного этапа рентгеновско-
го спектрохимического анализа. Напомним,
что первый этап (возбуждение рентгеновско-
го флуоресцентного излучения грунта) и
второй этап (детектирование этого излуче-
ния с одновременным анализом по энергии)
рассматривались при общем описании мето-
да и аппаратуры РИФМА в главе IX пер-
вого тома сборника [1].-..
В предыдущих разделах настоящей гла-
вы описывались критерии качества спект-
ров, методика их обработки и получения ре-
зультатов — интенсивностей отдельных ана-
литических линий.
Третий этап анализа включает получение
аналитических параметров, необходимых
для решения задач эксперимента: содержа-
ний химических элементов (групп элемен-
тов) и отношений содержаний элементов
(групп элементов).
Переход от интенсивности к содержа-
нию — наиболее сложный этап в рентгенов-
ском спектрохимическом анализе. На этом
этапе определяется связь между интенсив-
ностью флуоресцентного излучения Iz и
содержанием элемента Z в грунте:
где nz — концентрация; PZ)S — комплекс- -.
ный параметр, отражающий особенности оп-
ределения элемента Z в грунте г с помощью
спектрометра s.
Поясним смысл этого параметра. Как ре-
зультат взаимодействия первичного (возбуж-
дающего) и вторичного (флуоресцентного)
излучения с атомами грунта величина Iz за-
висит не только от nZj но и от состава грунта
в целом (матричный эффект). Этот эффект
проявляется и при отражении первичного
излучения от образца, что изменяет сам
классический смысл «фона».
Величина Iz зависит также от физико-ме-
ханических характеристик поверхности и
от свойств конкретного спектрометра (гео-
метрические соотношения в системе «источ- ,
ник — образец — детектор», квантовая эф-
фективность детектора, параметры радио-
технического тракта и др.)-
Исследованию зависимости Iz от указан-
ных факторов для различных условий ана-
лиза посвящена обширная литература (ука-
жем на монографии [15, 10]), однако ввиду
сложной природы параметра Р2гл теоретиче-
ские расчеты могут носить лишь оценочный
характер,
В ходе разработки методики и аппаратуры
для рентгеновского радиационного флуорес-
центного анализа неподготовленных поверх-
ностей было проведено несколько серий мо-
дельных экспериментов, имевших целью
изучить аналитические характеристики ме-
тода, определить степень зависимости ре-
зультатов анализа от различных факторов,
7 Луноход-1
98
ГЛАВА IV
произвести эталонирование аппаратуры.
Изучены характеристики и эффективность
работы различных радиоактивных источ-
ников, исследованы вопросы применения
фильтров рентгеновского излучения. Ниже
приведена часть полученных результатов,
относящихся главным образом к эталониро-
ванию аппаратуры.
При проведении модельных эксперимен-
тов особое внимание было обращено на воз-
можно более полное соответствие условий
модельных опытов реальным условиям ра-
боты на лунной поверхности.
Среда. Из-за значительного поглощения
возбуждающего излучения источников и
флуоресцентного излучения образцов в воз-
духе (например, коэффициент пропускания
рентгеновского излучения с энергией
1,5 кэВ слоем воздуха толщиной 15 мм со-
ставляет 20%) эксперименты необходимо
проводить в вакууме. Во время работы ва-
куум в установке поддерживался порядка
10 4 мм рт. ст.
Состояние образца. Эталоны представля-
ли собой мелкодисперсные порошки. Ис-
следовалась зависимость интенсивности флуо-
ресцентного излучения от крупности час-
тиц в интервале 0—2,0 мм. Были взяты поро-
шки одной и той же горной породы с части-
цами размером от 2,0 до 0,5 мм; от 0,5 до
0,2 мм; от 0,2 до 0,07 мм и менее 0,07 мм.
При переходе от одной группы к другой
в перечисленном порядке интенсивность
флуоресцентного излучения на каждом шаге
увеличивалась приблизительно на 10%.
Для эталонирования использовались по-
рошки с распределением частиц по разме-
рам, соответствующим распределению тон-
ких фракций лунного грунта [17].
Эксперименты проводились с радиоактив-
ными источниками и детекторами, однотип-
ными с полетными. На разных стадиях ра-
боты использовались макеты, прототипы и
реальные полетные блоки спектрометра.
В отдельных измерениях использовался на-
земный вариант радиоэлектронной аппарату-
ры. Эталонами в модельных опытах слу-
жили естественные образцы горных пород,
а также искусственно приготовленные смеси.
Спектрограммы, записанные в ходе работы
на лунной поверхности и полученные в мо-
дельных экспериментах, обрабатывались на
ЭЦВМ по аналогичным программам.
Воспроизводимости^ и точность анализа.
При использовании совокупности аналити-
ческих параметров спектрометр позволял
производить в модельных опытах уверенное
определение принадлежности неизвестного
образца к тому или иному типу пород. Эк-
спериментальное определение содержания
элемента, группы элементов, а также отно-
шений содержаний элементов и групп эле-
ментов характеризуется следующими пара-
метрами: правильность, точность, поро-
говая чувствительность и воспроизводи-
мость.
В модельных опытах использовались па-
спортизованные эталоны. Содержание в них
основных породообразующих элементов бы-
ло определено мокрым химическим анализом
с обычной для этого вида анализа точ-
ностью. Следует отметить, что результаты
анализов одних и тех же образцов, выпол-
ненные разными лабораториями, в ряде
случаев отличаются (межлабораторная
ошибка систематического характера). С уче-
том этого замечания анализы, выполненные
спектрометром, являются правильными.
Под чувствительностью будем понимать
наименьшее содержание элемента, обнаружи-
ваемое при анализе в обычных образцах
при определенных единообразных условиях
измерений. Чувствительность определений
отдельных элементов была получена в ходе
экспериментов с эталонами, содержавшими
убывающее количество даннного элемента.
На определенном шаге при обработке спект-
ров на ЭЦВМ интенсивность аналитической
линии данного элемента получалась нуле-
вой. Паспортное значение содержания этого
элемента в таком образце и принималось за
пороговую чувствительность определения
элемента. Она составляет 1—2 вес.% для
всех определяемых элементов, кроме тита-
на. Для него чувствительность составляет,
если не принимать дополнительных мер,
около 3—4 вес.%.
Точность анализа в стандартных усло-
виях определяется ошибками измерения ий-
тенсивностей отдельных аналитических ли-
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
ний и ошибками, возникающими при пере-
ходе от интенсивностей к содержаниям. Она
зависит от спектрального состава излуче-
ния источника, эффективности возбуждения
флуоресценции данного элемента, располо-
жения других аналитических линий и сте-
пени их селекции, содержания соседних эле-
ментов и т. д.
В реальных условиях дополнительные
погрешности вносятся изменением активно-
сти источника, отклонениями геометриче-
ских соотношений в системе «источник —
образец — детектор» от стандартных, отли-
чиями физико-механических характеристик
анализируемых образцов от характеристик
эталорюв, особенностями радиотехнического
тракта. Точность анализа обычно составля-
ет (в относительных единицах) около 15—
20% для алюминия и приблизительно 10%
для остальных элементов.
При рассмотрении вопроса о воспроизво-
димости анализа имеет смысл использо-
вать два понятия. Вопроизводимость много-
кратных измерений при однократно создан-
ных «стандартных» неизменных условиях
(поверхность образца не изменялась, рас-
положение блока детекторов, источника и
образца также неизменны) определяется
статистическими процессами и характери-
зуется величиной стандартного отклоне-
ния, зависящей от времени эксперимента.
Другую природу имеет воспроизводимость
многократных измерений при многократно
создаваемых «стандартных» условиях. Эта
величина имеет больший практический
смысл и специально изучалась. Порошко-
образный образец насыпался многократно,
и каждый раз блок детекторов с источником
заново устанавливался в стандартное поло-
жение в одной серии измерений. Поверх-
ность образца лишь выравнивалась для обес-
печения равномерного покрытия дна поддо-
на. Коэффициент вариации в этих анализах
составлял 0,5—0,7%. В другой серии изме-
рений образец насыпался по-разному: либо
он был взрыхлен, либо сглажен, либо уп-
лотнен, либо лежал буграми, либо был на-
сыпан бесконтрольно. Коэффициент вариа-
ции в этих измерениях составлял около
5 отн.%.
Результаты исследования
состава лунной поверхности
по маршруту «Лунохода-1»
Полученный в результате обработки лунных
спектров на ЭЦВМ экспериментальный ма-
териал (интенсивность аналитических ли-
ний элементов и групп элементов) был интер-
претирован на основе модельных экспери-
ментов с естественными образцами земных
горных пород и специально изготовленными
искусственными смесями.
Сравнение лунных спектров со спектра-
ми, полученными в модельных опытах,
проводилось с использованием всех анали-
тических параметров, подробно описанных
выше. При рассмотрении результатов при-
няты во внимание особенности построения
отдельных сеансов связи. Во время некото-
рых из них включались не все детекторы
аппаратуры РИФМА, в других работа от-
дельных детекторов была кратковременной.
В итоге в целом ряде сеансов был получен
неполный набор спектров, что снизило ин-
формативность анализа в этих сеансах.
Детальный анализ совокупности спект-
ров, полученных за рассматриваемый пе-
риод (ноябрь 1970 г.— март 1971 г.), позво-
лил сделать вывод, что достаточно полную
информацию содержат спектры четырех наи-
более продолжительных по времени сеан-
сов. На основании интерпретации этих
спектров получены данные табл. 13. Спект-
рограммы, записанные в ходе остальных
сеансов, содержат лишь частичную информа-
цию о составе поверхности. Сравнение дан-
ных этих сеансов возможно при выборе та-
кого аналитического параметра, который наи-
Таблица 13
Элемент
Кремний
Железо
Кальций
Алюминий
Титан
Калий
Станция
10
20±3
12+1
7+1
7+1
<4
<1
13
21+2
9+1
8+1
7+1
<4
<1
IS
22+2
10+1
6+2
8+2
<4
<2
24
21+2
10+2
8+1
7+1
<4
<2
100
ГЛАВА IV
z -
4
.1'
■'l
•t
fff Z0 J0
Номер сгпвяции
Рис. 3. Отношение интенсивностей групп легких элементов
к группе средних элементов
более полно представлен в спектрах многих
сеансов. Таким параметром оказалось от-
ношение интенсивности 1г группы линий
легких элементов (магния, алюминия и
кремния) к группе средних элементов /3
(главным образом кальция).
Использование этого отношения позволя-
ет определить степень однородности состава
поверхности по трассе движения. На рис. 3
приведены значения отношения интенсивно-
стей указанных групп линий для разных
станций.
Обсуждение результатов
Результаты, приведенные в табл. 13 (хими-
ческий состав, вес. %, лунной поверхности
в исследованной части Моря Дождей) и на
рис. 3, и сопоставления лунных спектров
с модельными по другим аналитическим пара-
метрам показывают, что исследованный ма-
териал лунной поверхности по химическому
составу может быть отнесен к основным по-
родам типа базальтов. Состав реголита в
изученном районе Моря Дождей близок к
составу реголита других ранее обследован-
ных районов морского типа. Как видно из
табл. 12, особенное сходство в составах на-
блюдается с реголитом Океана Бурь и Моря
Изобилия.
Из земных базальтовых пород исследован-
ный материал реголита наиболее близок
к толеитовым базальтам. От других распро-
страненных типов базальта — щелочных и
высокоглиноземистых — исследованный ма-
териал отличается значительно сильнее.
Обсуждению результатов изучения степени
однородности состава лунной поверхности
предпошлем краткое геолого-геоморфологиче-
ское описание точек анализа (станций) 10,
13, 18, 24 К
Станция 10 находится на южном склоне
кратера морфологического класса С диа-
метром около 150 м. Однако поверхность
в точке анализа покрыта обломочными от-
ложениями, не связанными с данным крате-
ром, а являющимися выбросами из крупного
кратера морфологического класса А диа-
метром до нескольких десятков метров. Вы-
бросы из этого кратера могут происходить
с глубины 10—20 м. Материал в точке ана-
лиза отличается повышенной крупностью
зерен и близок к крупнозернистому песку,
обогащенному дресвой и щебнем.
Станция 13 расположена на поверхности,
изрытой мелкими кратерами диаметром 1—
3 м, вне сферы заметного влияния более
крупных кратеров. Состав реголита отра-
жает в основном состав материнских пород,
залегающих под ним.
Станция 18 расположена вблизи кратера
морфологического класса В диаметром око-
ло 10 м. Материал в точке анализа пред-
ставляет собой переработанные выбросы из
этого кратера с глубины 2—3 м.
Станция 24 находится примерно в 100 м
от бровки кратера класса В диаметром около
200 м. Материал в точке анализа — это
сильно переработанные выбросы из этого
кратера с глубины 30—40 м.
Сравнение результатов анализов поверх-
ности реголита, сделанных на станциях
10, 13, 18, 24 (см. табл. 13), и значений ана-
литических параметров в станциях 1—26
(рис. 3) показывает, что вариации химиче-
ческого состава поверхностного слоя нахо-
дятся в пределах точности анализа. Это оз-
начает, что на участке маршрута, наиболее
1 Геолого-геоморфологические ситуации в районах
этих станций являются типичными для всей терри-
тории исследований «Лунохода-1».
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
101
удаленные точки которого отстоят пример-
но на 2,5 км, на глубинах от 2—3 до 30—
40 м существенных изменений в химическом
составе пород, по-видимому, не происходит.
Таким образом, результаты химического
анализа лунной поверхности в районе рабо-
ты «Лунохода-1» показали, что реголит здесь
представляет собой переработанный мате-
риал базальтового состава. Эти данные под-
тверждают, что Море Дождей, так же как и
другие лунные моря, заполнено излияниями
базальтовой лавы.
В заключение считаем своим долгом вы-
разить признательность академику А. П.
Виноградову за интерес к работе на всех
этапах ее осуществления. Благодарим
И. А. Кондурова и Л. П. Кабину за помощь
в обработке спектральной информации и
К. П. Флоренского и А. Т. Базилевского за
обсуждение результатов анализов. Выра-
жаем благодарность многочисленным со-
трудникам своего института и других органи-
заций, способствовавшим выполнению этой
работы.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Копиров Г, Е,у Викторов С. В,ч Бородулин II. Ф., Воропаев
О. М., Дзевановская А „ 70., Иванов О. Г., К и рьян Г. В.%
Петров В. В., Сакульский В. А. Лунная автоматическая
спектрометрическая аппаратура РИФМА,—В кн.: Пере-
движная лаборатория на Луне Луноход-1, т. I. M., 1971,
с. 89—95.
2. Kocharov G. Е., Victorov S. V.9 Voropaev О. М.r Dzeranov-
shayaA. Ум., Kirian G.\V., Petrov V. V.r Sakuhky F. A.
«Space Res.», XIL Berlin, Akad.-VerL, 1972, p. 13—22.
3. Levenberg K. «Quart. Appl. Math.», 1944, 2, N 2, 164.
4. Trombka J. «Nucl. Instr. Meth.», 1968, 62, 253.
5. Константинов Б, //., Бредов М. Л/., Викторов С. B.f
Кирьяп Г. В., Кочаров Г. Е.г Найденов В. О. Докл.
АН СССР, 1968, 181, 827.
6. Adler /., Trombka /. Geochemical Exploration of the Moon
and Planets. Berlin, Heidelberg, New York, Springer-
Verb, 1970.
7. Gorenstcin P., Gttrsky II. «Space Sci. Rev.», 1970, 10, 770.
8. Виноградов А. П. «Геохимия», 1962, № 7, 555.
9. Ahrens L. II. Distribution of the Elements. N. Y.f
Mc-Graw-Hill, 1965, p. 28.
10. Apollo-11 Mission Science Report, 1969; Wood I. A.—
«Science», 1970, 167, 602.
11. Apollo-12 Mission Science Report, 1970.
12. Виноградов А. П. «Правда», 29 октября 1970 г.
13. Apollo-14 Mission Science Report, 1971.
14. TurkevichA. L.f Franzgrote E. J., Patterson J. II. «Science»,
1969, 165t 277; 1970, 167, 376.
15. Блохин М. А. Методы рентгеноспектральных исследова-
ний. M., 1959.
16. Лосев И. Ф. Количественный рентгеноспектральный флуо-
ресцентных'! анализ. «Наука», 1969.
17. М. В. Duke e. a. «Science», 1970, 167, 648.
Глава пятая _ _ ^ _ _
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ :
ЛУННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
4
К- IL Флоренский, А. Т. Базилевский, Р. Б.. Зезин,
В/П;Полосухин, 3. В. Попова
Геолого-морфологическое описание [1, гл. X; лепного «Луной-17» самоходного аппарата
2] места работ передвижной лаборатории «Луноход-1» изучались особенности совер-
является необходимым звеном, объединяю- шеныо нового участка лунной поверхности,
щим эксперименты по изучению отдельных удаленного от ближайшей точки посадки
свойств Луны и позволяющим привязать их космических аппаратов почти на тысячу
к конкретной геологической обстановке и ее километров.
генетическим особенностям. Только деталь- Область исследований представляет собой
ное знание различных физических свойств крупную депрессию, залитую потоками ла-
и химического состава горных пород в за- вы, имеющими преимущественно базальто-
данных точках поверхности дает возможность вый состав [1, гл. IX и с. 117 настоящей кни-
восстановить историю района работ и опре- ги], как и лавовые покровы других морей,
делить ее место в развитии Луны в целом. Эта лавовая аккумулятивная равнина от-
Геологическая интерпретация позволяет носительно слабо переработана экзогенными
составить программу работ наиболее рацио- процессами (рис. 1), и ее образование отно-
нальным образом посредством выбора объ- сится в основном к имбрийскому времени
ектов детального изучения и дать обобщаю- [4], стратотипом которого и является поверх-
щую картину полученных результатов. ность Моря Дождей; часть прилегающих
Данная глава посвящена результатам де- районов имеет эратосфенский возраст, стра-
шифрирования полученных панорам. Рай- тотип которого выделен также в пределах
он исследований «Лунохода-1» расположен этого региона.
в северо-западной прибрежной части Моря Район исследований отделен от централь-
Дождей, в 40 км к юго-западу от восточно- ной части Моря Дождей системой грядооб-
го окончания мыса Гераклид. Координаты разных возвышенностей — морских валов —
места посадки станции «Луна-17» 35°00' з. д. высотой до 500 м. Здесь распространены
и 38°17' с. ш. [2, 3J. породы средне- и верхнеимбрийского, а так-
Море Дождей — крупнейшее круглое мо- же и эратосфенского возраста. Маршрут
ре на Луне, общее строение которого напо- «Лунохода-1» проходит по территории раз-
минает строение гигантского кратера-цир- вития верхнеимбрийских базальтовых по-
ка, окаймленного системой береговых кор- род, образующих плоскую, почти горизон-
дильер. Сторонники метеоритной гипотезы тальную равнину, осложненную кратерами
рассматривают его как пример наиболее диаметром менее 10 км. Местами за преде-
крупной ударной структуры на Луне. Дан- лами действия «Лунохода-1» встречаются не-
ный район наиболее северный из всех иссле- высокие (до 300—400 м) пологосклонные ва-
дованных посадочными аппаратами, и это лы протяженностью до 50 км, имеющие ме-
позволяет сопоставить поверхностные обра- ридиональное и северо-восточное простира-
зования высоких широт с более изученной ние [1—3].
экваториальной зоной. С помощью достав- К северу и западу от района исследований
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
103
находится гористая местность, окаймляющая
Залив Радуги и сложенная породами, про-
исхождение которых связано с процессом
возникновения последнего. По ряду приз-
наков они сближаются с породами форма-
ции Фра-Мауро, абсолютный возраст ко-
торых оценивается около 4-109 лет. Эти по-
роды по геологическому возрасту относятся
также к имбрийской системе, но они заведо-
мо древнее лав, выполняющих морской бас-
сейн, абсолютный возраст которых оцени-
вается в (3,1 -г- 3,7)-10* лет. На севере рай-
она контакт морских и материковых пород
имеет как тектонический, так и ингресси-
онный характер, а на западе, за редкими
исключениями, характер контакта ингрес-
сионный.
Общая задача геолого-морфологического
изучения полученных панорам заключалась
в выявлении строения и процессов эволю-
ции мелких элементов рельефа поверхности
лунных морей. Это изучение включает мор-
фологический анализ микрорельефа и сла-
гающих его пород.
Из результатов предыдущих исследований
было известно, что господствующими фор-
мами микрорельефа в лунных» морях явля-
ются кратеры и связанные с ними камни [5].
Кратерообразование сопровождается фор-
мированием рыхлого обломочного материа-
ла, так называемого лунного реголита, пе-
рекрывающего поверхность кристалличе-
ских пород. Реголит слагает элементы боль-
шинства малых кратеров, а камни являют-
ся результатом выброса подстилающих мас-
сивных пли трещиноватых пород на поверх-
ность Луны или представляют грубообло-
мочный материал, входящий в состав рего-
лита.
Анализ распределения выброшенных кам-
ней и их внешнего вида дает значительные
возможности оценки разреза поверх-
ностных пород Луны и изучения процессов
экзогенного разрушения пород.
Эти обстоятельства привели к тому, что
геолого-морфологические исследования при
анализе панорамных изображений развива-
лись в направлении изучения мелких кра-
теров, камней и верхнего слоя реголита. Ис-
следования по материалам «Лунохода-1» от-
Рис. 1. Вулканогенная лавовая аккумулятивная равнина,
слабо переработанная экзогенными процессами
На заднем плане видны возвышенности — материк в районе Мыса
Гераклид
личаются от других ранее проводившихся
работ такого рода тем, что сопоставление
производилось в одном, достаточно однород-
ном по геологическому строению районе на
довольно протяженном (более 10 км) марш-
руте. Это обеспечило возможность сравни-
тельного анализа, более высокую предста-
вительность фактического материала и воз-
можность выбора наиболее типичных при-
меров.
Однако ввиду выборочностн маршрута
«Лунохода-1» и изменения условий наблю-
дения в зависимости от освещения и расстоя-
ния объекта до места съемки статистические
соотношения могут быть не вполне коррект-
ными и в ряде случаев носят приближенный
характер. Получение точных статистических
параметров в этих случаях не отвечает ус-
ловиям работы.
В то же время ряд сравнительно редких
объектов мог быть выделен как единичные
случаи, представляющие возможность наб-
людать новое явление. К примерам такого
рода относятся описываемые ниже ударные
кратеры, относящиеся к особому морфоло-
гическому типу, или отдельные камни, имею-
щие четко выраженную форму. Детальное
104 ГЛАВА V
описание таких единичных или избранных ны склонов, а также количества и морфоло-
типовых объектов, недоступное для других гических особенностей камней, связанных с
средств исследования Луны, имеет важное данным кратером. В дальнейшем анализ
значение для характеристики поверхности материалов по кренам и дифферентам луно-
и представляет одну из особенностей рабо- хода в процессе движения и учет высоты
ты передвижной лаборатории «Луноход-1». Солнца над горизонтом позволили ввести
в качестве количественных классификаци-
онных признаков крутизну внутренних
1. Методика исследований склонов кратера и внешних склонов вала,
а также относительную глубину кратеров,
При геолого-морфологическом изучении па- выражающуюся в виде отношения глубины
норам в первую очередь производился об- кратера к его диаметру (HID) г. Получен-
щий анализ ситуации. По изображению на ные нами количественные характеристики
панорамах, снимкам МКТВ (малокадровое для кратеров различных классов хорошо
телевидение), полученным при подходе к согласуются с результатами фотограмметри-
месту панорамной съемки, и данным по кре- ческой обработки панорам,
ну и дифференту аппарата в процессе движе- Опыт работы показал, что на нестерео-
ния определялось, на каком крупном эле- скопических панорамах кратеры дешифри-
менте рельефа находится исследуемый учас- руются наиболее надежно при высотах Солн-
ток. На панорамах выявлялись формы релье- ца над горизонтом от 10 до 30°. При этом
фа и геологические образования, характер- наиболее благоприятными для изучения бы-
ные для данного участка, и делалась по- ли те случаи, когда изображения участка
пытка установить их взаимосвязь. В даль- местности получались несколько раз при '
нейшем изучение панорам проводилось в различных высотах Солнца над горизон-
направлении исследования кратеров, кам- том. В этих случаях для выявления слабо
ней и верхнего слоя реголита. Естественно, выраженных в рельефе кратеров наиболее
что изучение каждого из этих объектов про- удобны были изображения, полученные при
изводилось во взаимосвязи с другими, но высоте Солнца 10—20°, а для классифика-
в то же время специфика каждого образова- ции выявленных форм наиболее удобны изо-
ния определяла специфику методов иссле- бражения, полученные при высотах 20—
дования. 30°.
При дешифрировании стереоскопических
изображений высота Солнца над горизон- t
Исследование кратеров том ^^ не столь большое значение. Оп-
После общего анализа геолого-морфологи- тимальными здесь являются высоты Солнца
ческой ситуации проводилось сплошное де- порядка 25—30°. Важное условие надежно-
шифрирование изображений. При этом кра- го дешифрирования стереопанорам — неболь-
теры в зависимости от степени их выражен- шая (не более 5—10°) разница в высоте
ности в рельефе классифицировались по пя- Солнца при получении изображений, со-
тибалльной шкале на основные морфологи- ставляющих стереопару,
ческие классы (А, В и С) и промежуточные Результаты дешифрирования, которые на-
классы (АВ и ВС) [5]. В процессе дешифри- носились на прозрачную «рубашку» к пано-
рования были обнаружены кратеры, не у к- раме или непосредственно стеклографом на
ладывающиеся в эту классификацию, ко- панораму, использовались для составления
торые выделялись в особую морфологиче- геолого-морфологических планов участков
скую группу [1, гл. X; 2]. Отнесение крате- и для статистических подсчетов количества
ра к той или иной морфологической разно- кратеров определенных размеров па едини-
видности производилось на основании ви- це площади поверхности — плотности рас-
зуального анализа с учетом наличия или
отсутствия вала, четкости бровки, крутиз- г См. [1, гл. VII] и раздел 3 данной статьи.
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
105
пределения кратеров. При составлении пла-
нов для перевода перспективных изобра-
жений в плановые использовались транс-
формационные сетки [1, гл. VI].
Погрешность в определении расстояний и
линейных размеров объектов в этом случае
обычно не превышала 10—15%.
При проведении количественных подсче-
тов необходимо было учитывать, что полу-
ченные изображения являются перспектив-
ными и что разрешение на местности и сте-
пень дешифрируемости объектов резко
уменьшаются с удалением от камеры. Было
установлено, что дешифрируемость крате-
ров зависит не только от их расстояния до
камеры, но также от степени выраженности
в рельефе и от их размеров. Крупные, чет-
ко выраженные крутосклонные формы на-
дежно дешифрируются на большом удале-
нии, в то время как небольшие, слабо выра-
женные пологосклонные кратеры хорошо де-
шифрируются только вблизи лунохода.
Для получения надежных оценок распро-
страненности кратеров была поставлена спе-
циальная методическая работа. Суть ее в
том, что на отдешифрированных изображе-
ниях были выделены зоны разной удаленнос-
ти от камер лунохода, в которых подсчиты-
валась плотность распределения кратеров
определенного размера, относящихся к раз-
личным морфологическим классам. Сравне-
ние результатов подсчета для кратеров оп-
ределенного размера и определенного мор-
фологаческого класса, полученных в различ-
ных по удаленности зонах, позволяло вы-
делять границы надежной дешифрируемос-
ти. Границы зон, в которых производились
подсчеты, проходили на удалении 2, 3, 4, 6,
8, 12, 18 м от камер. Кратеры в этих зонах
по дргаметру разбивались на 10 групп: 0,1 —
0,2; 0,2-0,3; 0,3-0,5; 0,5-1; 1-2; 2-3;
3—5; 5—7; 7—10 и более 10 м. Кратеры
разделялись на три морфологических клас-
са А, В и С, Выделенные при дешифрирова-
нии кратеры класса АВ учитывались вмес-
те с кратерами класса А, а кратеры класса
ВС учитывались вместе с кратерами класса
С. Такое объединение применялось и в даль-
нейшем при анализе статистических данных
при массовых подсчетах.
Таблица 14
Морфо-
логи чес-
класс
кратера
А
В
С
см
_|
<=>
4,5
3,0
3,0
ГО
СМ
о
6,5
5,0
4,0
1
~\
СО
«5
8,5
6,0
4,5
♦ияморы 'кратера
1
о
10,5
8,0
5,5
I
1
11,5
8,0
со
1
16,0
11,0
. м*
г
го
22,0
13,0
|
16,0
о
»>-
20,0
* Кратеры более крупных размеров должны рассматриваться
в индивидуальном порядке и по результатам исследований
«Лунохода-1» статистически не представительны. Их изуче-
ние проводилось в нескольких точках и в процессе движения
лунохода.
Рис. 2. Границы надежного дешифрирования кратеров
в зависимости от их морфологических особенностей и размеров
Анализ полученных данных привел к ус-
тановлению зависимости удаленности гра-
ниц надежного дешифрирования кратеров
(R) от морфологических особенностей (клас-
сов) и размеров кратеров. Результаты этого
анализа приведены в табл. 14 и в обобщен-
ном виде на рис. 2. Надежное дешифрирова-
ние обеспечивается на удалениях, но пре-
вышающих соответствующего значения 7?.
Результаты подсчетов плотности распре-
деления кратеров наносились на графики в
виде зависимости плотности кратеров диа-
метром более некоторого D от величины D.
106
ГЛАВА V
D выражалось в метрах. Единица площади
нормирования принята в 106 км2 для со-
поставления с данными плановых съемок
Луны.
При изучении кратеров особое внимание
обращалось на характер пересечений кра-
терных форм различного размера и различ-
ных морфологических классов. В ряде слу-
чаев можно было установить, какой из кра-
теров является секущим, а какой пересе-
каемым, и, анализируя эти данные, опреде-
лить направленность морфологической эво-
люции кратеров. Подобные исследования ра-
нее выполнялись нами для кратеров диамет-
ром 60—600 м по снимкам «Лунар Орбитер»
[6], и установленные ранее закономерности
теперь проверялись для более мелких кра-
терных форм по панорамам лунохода.
Изучение камней
Применение лунохода для изучения камен-
ных выбросов и отдельных камней на по-
верхности Луны особенно эффективно, так
как позволяет получить их изображение в
крупном масштабе и в то же время произ-
вести отбор нужного участка на большой
территории, охватываемой движением лу-
нохода. При плановых площадных съемках
с ИСЛ неизбежно получается недостаточное
разрешение изображения мелких деталей, а
при съемках с неподвижных посадочных
станций отсутствует выбор надлежащего
участка.
При изучении камней по панорамным изо-
бражениям особое внимание обращалось на
выявление закономерностей в изменении
морфологии и плотности распределения кам-
ней в зависимости от геолого-морфологиче-
ских особенностей конкретного участка ис-
следований.
Камни на панорамах «Лунохода-1» хоро-
шо дешифрируются по более высокой по
сравнению с мелкозернистым материалом
реголита отражательной способности. Наи-
более удобны для изучения камней панора-
мы, сделанные при высотах Солнца более
35—40°, когда тени от камней становятся
короткими. Максимально информативными
являются стереопанорамы.
Морфология камней, особенно крупных
(d > 10 см), изучалась на всех имеющихся
панорамах. При этом наибольшее внимание
уделялось форме камней, характеру их по-
верхности, взаимоотношению с мелкозер-
нистым грунтом, а также характеру трещи-
новатости и прочностным характеристикам.
В тех случаях, когда это представлялось
возможным, форма камней аппроксимирова-
лась простыми геометрическими фигурами и
ориентировочно оценивалась частота встре-
чаемости камней разной формы в данной
ситуации. Зависимость формы обломков от
характера отдельности пород использова-
лась для анализа изменчивости петрографи-
ческого состава подстилающих реголит
скальных пород.
Характер изменения камней под воздей-
ствием экзогенных процессов исследовался
путем сравнительного анализа морфологии
камней, связанных с кратерами различной
степени разрушенности. При этом степень
измененное™ камней оценивалась по трех-
балльной шкале — выделялись три морфо-
логических класса камней, В качестве кри-
териев выделения классов использовались
степень округленности камней, характер ше-
роховатости и трещиноватости поверхности,
наличие или отсутствие шлейфа мелкообло-
мочного материала.
Характер и плотность распределения кам-
ней на поверхности изучались на примере
типовых ситуаций. В качестве таковых были
выбраны кратеры диаметром от 20 до 50 м,
относящиеся к морфологическим классам
А, В и С, а также поверхность Луны вне
зоны влияния кратеров такого размера. Вы-
бор таких ситуаций определялся задачей
изучения первичных выбросов камней (кра-
теры должны проникать через реголит в
скальное основание) и задачей изучения ха-
рактера возрастной эволюции каменных вы-
бросов (кратеры должны представлять эво-
люционный ряд от класса А до класса С).
Кроме того, распределение камней изуча-
лось в кратерах, относящихся к особой мор-
фологической группе, независимо от их раз-
меров. Подсчеты плотности распределения
камней на панорамах производились с по-
мощью трансформационных сеток. Мелкие
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
107
камни (d = 2 -г- 10 см) подсчитывались на
удалении до 4—6 м от камер лунохода, бо-
лее крупные — на удалениях до 15—20 м.
Результаты подсчетов наносились на гра-
фики в виде зависимости плотности распре-
деления камней поперечником более некото-
рого d от величины d. Величина поперечни-
ка d выражалась в сантиметрах. Единица
площади нормирования—100 м2.
Изучение реголита
По панорамным изображениям проводилось
изучение структуры поверхности реголита,
его гранулометрического состава и мощно-
сти. Кроме того, анализ материала по строе-
нию кратеров давал возможность получить
сведения о характере вертикального разре-
за реголита в различных геолого-морфоло-
гических ситуациях.
Структуру поверхности реголита наибо-
лее удобно изучать по изображениям, полу-
ченным камерами с горизонтальными осями
панорамирования. Эти изображения отли-
чаются максимальным разрешением на мест-
ности (до 1 мм), и, кроме того, на изобра-
жении видны колеса лунохода и следы взаи-
модействия колес с грунтом. При высоте
Солнца над горизонтом 35—50° структура
поверхности дешифрируется весьма надежно.
При изучении структуры поверхности об-
ращалось внимание на характер и взаимо-
расположение компонентов грунта (комочки,
камни) п микрорельеф поверхности. Про-
изводились выборочные подсчеты плотнос-
ти распределения ямок и мелких камней.
Обязательно учитывался характер геолого-
морфологической ситуации на месте съемки.
Гранулометрический состав реголита оп-
ределялся лишь в отношении крупных фрак-
ций (d > 2 см). Для подсчетов объемного
содержания обломков того или иного раз-
мера использовались данные по распростра-
ненности камней на поверхности (см. разд. 4).
Считалось, что эти данные без особой
ошибки можно распространить на глубину
до 1—2 м, т. е. на 20—50% средней мощнос-
ти реголита (см. с. 129).
Мощность реголита определялась тремя
методами. Первый метод — по распростра-
ненности кратеров — дает возможность рас-
считать глубину переработки скальных
пород процессами кратерообразования и оп-
ределить минимальную мощность реголита.
Второй метод основан на оценке первона-
чальной глубины кратеров, имеющих обиль-
ные каменные выбросы. Он дает возмож-
ность определить мощность реголита на от-
дельных участках, хотя надо учитывать, что
эта оценка иногда может быть ошибочной,
так как в каждом конкретном случае было
невозможно установить, откуда выброшены
наблюдаемые камни: из скального основа-
ния или из возможных грубообломочных
прослоев внутри реголита. Третий метод
основан на оценке степени заполнения кра-
тера обломочным материалом. Этот метод,
примененный к наиболее крупным крате-
рам, дает возможность оценить максималь-
ную мощность реголита в районе исследова-
ний, которая формируется при заполнении
кратеров при их старении.
2. Кратеры
В пределах территории, исследованной «Лу-
иоходом-1», основной формой рельефа явля-
ются многочисленные кратеры. Их диаметр
колеблется от 0,1 до 400—500 м. Наиболее
хорошо изучены кратерные формы диамет-
ром менее 30—50 м. Отрицательные формы
микрорельефа размером менее 0,1 м, мор-
фологически близкие к кратерам, но имею-
щие специфические особенности, выделены
в отдельную группу форм — ямки и будут
охарактеризованы при описании структуры
поверхности реголита.
Морфология кратеров
Все исследованные по панорамам кратеры
в районе работы «Лунохода-1» имеют чаше-
образную форму с различной вогнутостью
склонов (см. с. 109 и 111). По степени
выраженности в рельефе они существенно
различны. Их облик меняется от резкого,
четкого к сглаженному и расплывчатому.
Эта особенность внешнего облика кратеров
используется для их разделения на морфоло-
гические классы [1, гл. X; 3, 5]. В связи с
108
ГЛАВА V
Рис. 3. Кратер класса А диаметром — 15 м на внутреннем рИс. 4. Кратер класса А диаметром 2 м, не выходящий из
склоне кратера класса АВ диаметром 400 м пределов реголита
Камни вокруг кратера выброшены на дневную поверхность в момент его На заднем плане кратер класса Б диаметром 25 м
образования. На переднем плане кратер класса А диаметром -^ 80 см *"~
вскрывает плитчатый камень из выбросов более крупного кратера
- -•'>:—r-
%*'+ >** L ' ^^
W - v
-./
Рис. 5. Группа пересекающихся кратеров класса А диаметром Рнс, 6. Выбросы камней из кратера класса А диаметром 30 м
от ~0,5 до —2,0 м, сформированных в верхней части реголита
тем, что по степени выраженности в рельефе
кратеры образуют непрерывный ряд форм
и четких естественных границ между клас-
сами не существует, разделение на классы
носит до некоторой степени формальный ха-
рактер.
Кратеры, наиболее резко выраженные в
рельефе (рпс. Н), относятся к классу А. Они,
как правило, имеют четко выраженный вал
с узким гребнем. В тех случаях, когда вал
отсутствует, граница с окружающей поверх-
ностью резкая и кратер ограничен четкой
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Ю9
бровкой (рис. 4,5). Ширина вала в его четко верхность были выброшены обломки по дети-
выраженной части колеблется от х/з до 76 лающих скальных пород,
диаметра кратера. Относительная глубина В некоторых случаях обломочный мате-
кратеров класса А наибольшая по сравне- риал в выбросах крупных кратеров класса
яию с кратерами, относящимися к другим А имеет сглаженную форму. Такие ситуа-
морфологическим классам. Отношение глу- ции встречаются, если кратер класса А рас-
бины кратера к диаметру {HID) составляет положен на валу или в зоне переработанных
XU—г1ъ. Крутизна верхней части внутреи- выбросов более древних крупных кратеров—
них склонов 35—45°. Продольный профиль классов В или С. Можно предположить, что
внутреннего склона близок к вогнутому, в этих случаях обломки были выброшены на
Крутизна внешнего склона вала достигает поверхность не из скальных пород, а из тол-
10—20° (о типах кратеров см. также [1, щи реголита1,
гл. VII]). Необходимо отметить, что сильно каме-
G кратерами класса А часто связаны раз- нистые кратеры несколько отличаются по
валы, россыпи крупнообломочного матери- морфологии от кратеров класса А, малока-
ала — камней (рис. 3, 6) — щебнистого и менистых или не содержащих камней, Ка-
глыбового размера (соответственно 2—20 и менистые кратеры класса А всегда имеют
более 20 см). Камни располагаются внутри более четкий и крутой вал, причем его ши-
кратеров, входят в состав вала и образуют рина меньше, чем у бескаменных кратеров,
концентрические зоны вокруг кратеров. При а крутизна внешнего склона больше. Кру-
этом намечаются некоторые закономерности, тизна верхней части внутреннего склона
Чем больше кратер, тем больше с ним свя- кратеров, не содержащих камней, меньше,
зано камней и тем они крупнее. Причем од- чем каменистых кратеров,
повременно изменяется и внешний облик Кратеры класса А встречаются в районе
обломков. В кратерах диаметром менее 3— исследований редко. Их средняя распрост-
5 м, как правило, камней очень мало. По- раненность составляет около 1% от общего
перечник этих камней не превышает 3—5 см, количества кратеров.
среди них мало остроугольных, они имеют Кратеры переходного класса АВ имеют
в основном сглаженные ребра и шерохова- более мягкие очертания (рис. 7) по сравне-
тые грани. Здесь также встречаются коло- ншо с кратерами класса А. Вал у них обыч-
тые камни, когда одна грань свежая и огра- но выражен достаточно четко, но гребневая
ничена острыми ребрами, а другие грани и часть его уже сглажена,
ребра сглажены. Бровка кратера также несколько сглаже-
В кратерах диаметром 5—20 м и камней на. Отношение глубины кратера к диамет-
значителыю больше и они большего разме- ру (HID) составляет ~ 1/6 ч- 1/7. Макси-
ра. Количество крупных остроугольных об- мальная крутизна внутренних склонов в их
ломков несколько увеличивается, но основ- верхней части достигает 30—40°, крутизна
ная масса камней имеет сглаженную форму, внешнего склона вала не превышает 10—
Кратеры класса А диаметром более 20— 15°. Среди них также выделяются каменис-
30 м резко отличаются от кратеров меньше- тые и бескаменные кратеры, причем степень
го размера по каменистости. Их чаша, вал каменистости и размеры обломков тесно свя-
и окружающее пространство на значитель- заны с диаметром кратера. В кратерах клас-
ном удалении от кратера усеяны многочис- са АВ, проникающих сквозь реголит, кам-
ленными крупными (поперечником более ни несут некоторые следы сглаживания ре-
20 см) остроугольными камнями (см. рис. 6). бер и на гранях появляются вторичные не-
Внезапное возрастание каменистости кра- ровности,
теров класса А с определенного диаметра По сравнению с кратерами класса А в кра-
позволяет предположить, что эти кратеры терах класса АВ камни расположены менее
в момент их образования имели глубину
больше мощности реголита и на дневную по- г О строении реголита см. с 122 и 125—129.
но
ГЛАВА V
Рис. 7. Кратер класса АВ диаметром ^-400 м
На его внутреннем склоне виден кратер такого же класса диаметром
около 40 м. Вдоль бровки кратера расположены обломки коренных по-
род, выступающие из реголита. На переднем плане видны крутосклон-
ные (>30°) насыпи материала реголита, оирашшншпиеся при маневрах
лунохода
Рис. 8. Кратер класса В диаметром около 4 м
У подножия внутреннего склона видны скопления наиболее крупных
камней. В правой части снимка расположен камень длиной ~ 20 ем;
заглубленный в реголит. На его передней грани видна присыпка мате-
риала более тонкого состава, чем реголит
Рис, 9. Кратер класса В диаметром около 7 м
Вдоль бровки кратера видны камни, выступающие из реголита
равномерно — значительная их часть как
бы смещена ближе к днищу, причем намеча-
ется некоторая дифференциация по разме-
рам: крупные обломки располагаются ниже
по склону, чем мелкие. На внутренних скло-
нах кратеров часто можно наблюдать не-
глубокие бороздки, ориентированные по па-
Рие. 10. Кратер класса ВС диаметром — 3 м
денпго склона. В конце бороздок иногда ле-
жат мелкие камни. Вероятно, эти бороздки
представляют собой следы от скатившихся
камней.
Кратеры морфологического класса АВ
распространены несколько шире по сравне-
нию с кратерами морфологического класса А.
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ill
Их средняя распространенность близка
к 2% от общего количества кратеров.
Кратеры класса В по сравнению с крате-
рами класса АВ имеют более сглаженные
формы (рис. 8, 9). Относительная глубина
у них уменьшается. Отношение HID обыч-
но составляет ~ V8. Вал, если он есть, вы-
ражен хорошо, но сглажен значительно
сильнее. Ширина вала в его легко дешифри-
руемой части обычно составляет Vs—Vio
от диаметра кратера. Бровка кратера силь-
но сглажена. Благодаря этому поперечный
профиль внутреннего склона приближается к
выпукло-вогнутому. Максимальная его кру-
тизна не превышает 20—25° (очень редко 30°).
В кратерах класса В диаметром менее 10—
20 м обычно камней нет или их очень мало;
камни имеют в среднем меньшие размеры,
чем в таких же по диаметру кратерах клас-
сов А и АВ. В кратерах класса В диамет-
ром более 10—20 м камни обычно есть, но
их количество заметно меньше; они значи-
тельно сильнее округлены в целом и имеют
более шероховатую, «изъеденную» поверх-
ность, чем камни в кратерах классов А и
АВ. В расположении обломочного материа-
ла на склонах кратеров класса В наме-
чается дальнейшая дифференциация: круп-
ные обломки лежат в основном в нижней
части склона, более мелкие — в средней и
верхней (см. рис. 8). Бровки этих кратеров
часто трассируются камнями (см. рис. 9,
а также рис. 24), выступающими из реголи-
та. На склонах кратеров класса В разме-
ром менее 10—20 м много бороздок, окан-
чивающихся мелкими обломками (см. рис. 27i),
указывающими на заметную роль процес-
сов осыпания.
Кратеры класса В встречаются в районе
исследований довольно часто. Средняя рас-
пространенность их составляет около 20%.
Кратеры переходного класса ВС выраже-
ны в рельефе хуже, чем кратеры класса В
(рис. 10). Отношение HID обычно составля-
ет — 710. Вал, как правило, отсутствует
или же очень сильно сглажен. Бровка име-
ет размытые очертания. Поперечный про-
филь внутреннего склона выпукло-вогнутый.
Максимальная крутизна внутреннего скло-
на не превышает 15°.
Камней в кратерах класса ВС мало. Они,
как правило, имеют более округленную об-
щую форму, чем камни в кратерах класса В,
и сильно шероховатую, «изъязвленную» по-
верхность с размером неровностей на грани
разрешения панорамы. Размеры камней в
среднем значительно меньше, чем в соответ-
ствующего диаметра кратерах класса В.
Достаточно крупные камни в этих кратерах
расположены или в нижней части внутрен-
него склона, или на валу и вне чаши крате-
ра в непосредственной близости к бро-
вке.
Причем необходимо отметить, что камней,
свободно лежащих на дневной поверхности,
здесь относительно мало. Камни в большин-
стве случаев частично заглублены в рего-
лит. В кратерах класса ВС бороздок, ори-
ентированных по склону и указывающих на
осыпание (качение) отдельных частиц, мало,
вероятно, за счет уменьшения крутизны внут-
ренних склонов кратера. Кратеры класса
ВС по распространенности превосходят кра-
теры класса В, составляя в среднем около
30—40% от общего количества кратеров в
районе исследований.
Наиболее слабой морфологической выра-
женностью обладают кратеры класса С (рис. 11,
12). Они имеют наименьшую относительную
глубину. Отношение глубины кратера к диа-
метру не превышает 1/14. Вал, за редким
исключением, отсутствует. В тех случаях,
когда вал удается выделить (у наиболее круп-
ных кратеров класса С), он выражен очень
плохо. Бровка у кратеров класса С фактиче-
ски отсутствует, поэтому в плане они не имеют
четких границ. Поперечный профиль внут*-
реннего склона кратеров класса С прямой
или слабо выпукло-вогнутый.. Его максималь-
ная крутизна достигает 8—10°. Камней в
большинстве кратеров класса С очень мало.
Единичные камни встречаются в прибровоч-
ной части, отмечая следы остатков вала кра-
тера. В большинстве случаев камни частично
заглублены в реголит, имеют очень сильно
округлышую форму и наиболее шерохова-
тую поверхность (см. рис. 12). Как прави-
ло, камни, наблюдаемые в кратерах класса С,
связаны с более молодыми, наложенными на
них кратерами.
112
ГЛАВА V
Рис. 11. Группа кратеров класса С диаметром от — 1 до -5 м Рис. 12. Кратер класса G диаметром ^4 м
На его бровке видны сильно сглаженные камни, выступающие из рего-
Кратеры класса С по распространенности
очень близки к кратерам класса ВС. Сред-
няя распространенность их в районе иссле-
дований тоже оценивается величиной поряд-
ка 30—40%.
По результатам движения «Лунохода-1»
на 7,3 км, пройденных за первые пять лун-
ных дней, распространенность кратеров
класса ВС оценивается в 32%, а кратеров
класса С — в 48% [1, гл. VII], что прибли-
жается к подсчетам, сделанным по изучению
панорам. Некоторое завышение распростра-
ненности кратеров класса С, преодолен-
ных «Луноходом-1», по сравнению с нашими
данными может объясняться как частичной
потерей слабо выраженных кратеров при
дешифровке панорам с высоким стоянием
Солнца, так и особенностями выбора трас-
сы движения «Лунохода-1», которая изби-
рательно проходила по более ровным участ-
кам, где наиболее слабо выраженные крате-
ры преобладают.
Из приведенного описания морфологиче-
ских классов достаточно четко видно, что
совокупность кратеров представляет непре-
рывный ряд форм от четко выраженных кра-
теров класса А до очень сильно сглаженных
кратеров класса С. Причем намечается чет-
кая связь выраженности кратеров в рельефе
с количеством и морфологией связанных с
ними камней. Это наводит на мысль, что
кратеры всех описанных морфологических
классов имеют единый генезис, а их морфо-
логические различия являются следствием
эволюции кратеров во времени в направле-
нии от класса А к классу С,
Анализ пересечений кратеров диаметром
0,1—10 м подтвердил, что, как и в случае
более крупных кратеров [6], среди кратеров
равных размеров четко выраженные в релье-
фе формы класса А являются наиболее мо-
лодыми, а наиболее сглаженные (класса С)—
самыми древними, причем абсолютная ско-
рость эволюции зависит от размеров крате-
ров, т. е. среди кратеров, относящихся к од-
ному морфологическому классу, крупные
кратеры древнее, а мелкие моложе.
Интересно отметить, что относительная
распространенность кратеров различных
морфологических классов в изученном ин-
тервале размеров (рис. 13) близка к относи-
тельной распространенности кратеров раз-
ных классов диаметром 60—600 м и в эк-
ваториальной зоне Океана Бурь, Моря Спо-
койствия и Заливе Центральном [5]. От-
ношение (А + АВ) : В : (ВС + С) в обоих
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
113
случаях близко к 1 : 7 : 25. Это, по-видимо-
му, означает, что в широком интервале раз-
меров (от десятков сантиметров до сотен
метров) эволюция морфологии кратеров во
времени происходит аналогичным образом.
Менее 1 % времени своего существования
кратер проводит в форме, характерной для
класса А, а затем около 2% времени — в
форме, характерной для класса АВ, потом
около 20% времени кратер существует в
форме В и, наконец, по 30—40% времени —
в форме ВС и С.
В связи с тем, что кратеры класса А яв-
ляются наиболее молодыми и хорошо со-
хранившимися, они представляются удоб-
ными объектами для выяснения генезиса
кратерных форм.
Кратеры исследуемых здесь размеров (от
0,1 до 15—20 м) расположены на поверх-
ности лунных морей случайным образом,
что не характерно для форм рельефа эндо-
генного происхождения. Чашеобразной фор-
мой, наличием кольцевого вала и концент-
рической зоны остроугольных обломков
скальных пород (камней), распределением
обломков по размерам исследуемые кратеры
класса А сходны с искусственными взрыв-
ными воронками (рис. 14, а, б) и очень похо-
жи на встречающиеся на Земле метеоритные
кратеры. Необходимо учесть, что на Луне
практически отсутствует атмосфера, поэтому
все метеориты независимо от размеров дос-
тигают ее поверхности без торможения, имея
скорости порядка нескольких километров
в секунду и более. При ударе твердого тела,
движущегося с такой скоростью, о мишень
происходит взрыв и образование кратера,
причем часть обломков, выброшенных при
этом взрыве, с достаточной скоростью может
образовать вторичные кратеры. Поэтому
ввиду изложенного представляется естест-
венным вывод об ударно-взрывном проис-
хождении малых лунных кратеров, связан-
ных с бомбардировкой поверхности Луны
метеоритами х.
U
70
II
1
N
—л-
^-
—A-
СЧ
К
F
t
V
-o
0,2 0,3 0,5 /
Z J J 7 ff?
1 Результаты исследований материала реголита,
доставленного на Землю, в настоящее время прак-
тически однозначно указывают на ударно-взрыв-
ной генезис малых кратеров.
Рис. 13. Процентные соотношения кратеров разных морфо-
логических классов в интервале диаметров 0,15—10 м
Светлые кружки — кратеры класса С, темные кружки — класса В,
треугольники — класса А
Изредка на исследуемой территории встре-
чаются кратеры необычного облика, отлич-
ные от описанных выше (рис. 15; [1, рис. 62]).
В известных нам случаях они имеют неболь-
шие размеры, от 0,5 до 2 м. Их относитель-
ная глубина соответствует таковой для кра-
теров класса С. Так же как у кратеров это-
го класса, у описываемых нет кольцевого
вала или он очень плохо выражен. Но их
склоны и днища покрывает большое коли-
чество остроугольных камней неправильной
формы поперечником до нескольких санти-
метров. В некоторых случаях удается вблизи
них определить мощность реголита, кото-
рая оказывается несравненно больше глу-
бины этих редких кратеров. Поэтому при-
сутствие камней в них нельзя объяснить
проникновением в скальное основание. Ве-
роятно, эти кратеры являются не ударно-
взрывными, а вторичными, ударными, обра-
зованными при падении обломков малой
прочности с невысокой скоростью. Такие
обломки могут образовываться при взрыв-
ном формировании первичных кратеров. Па-
дая на поверхность Луны со скоростью по-
рядка нескольких сотен метров в секунду,
эти обломки образуют неглубокие кратеры
и разваливаются на мелкие камни, которые
выстилают склоны и днище образовавшейся
формы.
8 Луноход-1
114
ГЛАВА V
>-
Рис. 14. Искусственные взрывные кратеры, образовавшиеся
в аллювиальной толще (Южный Казахстан)
а — кратеры диаметром 4 и 5 м; б — кратер диаметром 3,6 м
Рис. 15. Сильно каменистый кратер ударного происхождения
диаметром около 1 м
Распределение кратеров по размеру
Статистика распределения кратеров по раз-
мерам изучалась на 15 участках. Для 5 из
этих участков имеются стереопанорамы, для
10 остальшых — нестереоскопические па-
норамы, В связи с различной информатив-
ностью стереоскопических и одиночных па-
норам статистическая обработка получен-
ных данных велась по ним раздельно.
Площадь каждого исследованного участ-
ка составляет около 1000 м2. Количество
изученных кратеров на участке в среднем
близко к 60. Всего было отдешифрировано
около 1000 кратеров.
Участки исследований были расположены
в кратерах класса G диаметром 100—200 м,
на валу кратера класса В диаметром 200 м,
на валу кратера АВ, диаметром около 400 м
и на территории, свободной от влияния кра-
терных форм, диаметром более 30—40 м.
Результаты подсчетов плотности распре-
деления кратеров диаметром от 0,1 до 10 м
в графической форме приведены на рис. 16,17.
Как видно из этих графиков, количество
кратеров N определенного размера на еди-
нице площади поверхности на разных участ-
ках может различаться почти на порядок.
Однако следует отметить, что для кратеров
диаметром от 0,2 до 1 м различия в плотнос-
ти распределения не превышают трехкрат-
ных. Подсчеты для этих кратеров наиболее
достоверны, так как в этом интервале разме-
ров наблюдается оптимальное соотношение
между дешифрпруемостью и представитель-
ностью кратерных форм. Кратеры меньшего
размера дешифрируются менее надежно, осо-
бенно при высоком положении Солнца над
горизонтом. Кратеры крупнее 1 м, как пра-
вило, дешифрируются надежно, но количе-
ство их в пределах каждого участка невели-
ко, и здесь возможны случайные флуктуа-
ции. Поэтому, вероятно, трехкратные коле-
бания в плотности распределения кратеров
можно признать характерными для всего
последующего интервала размеров.
Средняя плотность распределения крате-
ров, определяемая по стереоскопическим и
одиночным панорамам, оказалась очень близ-
кой к так называемой равновесной функции,
ранее установленной для более крупных
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
115
0,1
Рис. 16. Плотность распределения малых кратеров на пяти
участках, изученных по стереопанорамам
кратеров по снимкам КА «Рейнджер» и «Лу-
нар Орбитер» [7, 8]. Эта функция имеет вид
где N — количество кратеров диаметром бо-
лее D на площади 106 км2; D — диаметр,
выражаемый в метрах.
Считается, что равновесная функция пред-
ставляет собой некоторый предел насыще-
ния лунной поверхности кратерами и с уве-
личением возраста поверхности ей начинает
подчиняться распределение все более круп-
ных кратерных форм. В лунных морях функ-
ff, м
Рис. 17. Плотность распределения малых кратеров на 10
участках, изученных по одиночным панорамам
ция N (D) для кратеров обычно состоит из
двух ветвей. Распределение малых крате-
ров подчиняется равновесной функции. Рас-
пределение более крупных кратеров также
имеет вид показательной функции, но по-
казатель степени для нее близок к —3. По-
ложение точки перегиба на кривой распре-
деления N (D) рассматривается как функ-
ция возраста поверхности.
Для района исследований «Лунохода-1»
положение точки перегиба на графике N (D)
определялось путем экстраполяции графика
функции равновесного распределения в сто-
116
ГЛАВА V
w
w6
to'
W
ff,0f 0,f t
ffff? Ш0 fffffffff
Рис. 18. Средняя плотность распределения кратеров в районе
исследований «Лунохода-1»
рону больших диаметров pi экстраполяции
графика функции распределения кратеров
диаметром более 500 м в сторону малых диа-
метров. Распределение крупных кратеров
изучалось по фотографиям «Лунар Орби-
тер-4» (рис. 18). Точка пересечения этих
графиков показывает ориентировочное по-
ложение перегиба кривой функции N (D).
Для района исследований «Лунохода-1» оно
соответствует значению около 100 м. Таким
образом, по степени переработки поверхности
кратерами и, видимо, по возрасту поверхно-
сти район исследований «Лунохода-1» зани-
мает промежуточное положение между местом
посадки «Аиоллона-11» и местом посадки
«Аполлона-12» [9, 10J, что отвечает интер-
валу абсолютного возраста кристаллизации
коренных горных пород в 3,2-109 — 3,7-10°
лет соответственно [11].
3. Крупиообломочный материал (камни)
Камни (обломки горных пород) являются ха-
рактерными элементами ландшафта лунной
поверхности. Камни разного размера —
обычная составная часть лунного реголита.
Могут быть отмечены три причины появле-
ния камней на поверхности. Во-первых, это
более или менее крупные обломки, прине-
сенные издалека или многократно переот-
ложенные в процессе формирования реголи-
та и входящие в его усредненный состав, ха-
рактерный для межкратерного пространства
или сильно разрушенных кратеров. Вторым
случаем можно считать свежие выбросы ка-
менистых кратеров молодого возраста, имею-
щие локальное значение. Третьим случаем
следует считать непосредственные выходы
на поверхность более или менее разрушен-
ных пород скального основания, в результате
чего образуются каменные россыпи (элю-
вий) или скальные выходы, не связанные
с кратерами непосредственно и не имеющие
существенных перемещений по поверхности
Луны.
Поскольку появление камней, их распре-
деление и размеры в основном связаны с кра-
терообразующими процессами и с процес-
сом экзогенного разрушения камней, ос-
новное внимание в исследованиях уделялось
изучению крупнообломочного (d > 10 см)
материала в выбросах из свежих кратеров,
а также выявлению тех изменений в мор-
фологии и распределении камней, которые
происходят с ними в процессе эволюции
кратеров.
Морфология камней
Анализ материалов фототелевизионной съем-
ки «Лунохода-1» позволил установить, что
в исследованном районе морфология кам-
ней характеризуется большим многообра-
зием, на фоне которого четко проявляются
определенные закономерности.
Основную массу камней в зонах выброса
всех исследованных молодых кратеров со-
ставляет обломки угловатой, неправильной
формы. Среди них преобладают камни ост-
роугольных очертаний, которые трудно ап-
проксимировать какой-либо простой геомет-
рической фигурой (рис. 19, /). Исключение
составляет постоянно встречающийся в вы-
бросах кратеров тип остроугольных камней
пирамидального облика (рис. 19, //). Фор-
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
117
му этих камней трудно связать с характером не превышают по размеру 0,3—0,4 м, что
первичной отдельности коренных пород, свидетельствует о различиях либо в проч-
Можно предположить, что камни подобной ности, либо в трещиноватости этих пород,
формы могут возникать в результате дроб- На основании этих наблюдений можно
ления скальных пород при ударно-взрыв- полагать, что в верхней части вертикального
ном процессе кратерообразования. разреза района под рыхлым реголитом на
Кроме того, в обломочном материале вы- глубине более 10—20 м залегают плотные
бросов из молодых кратеров постоянно ветре- породы, характеризующиеся плоскопарал-
чаются камни более правильной формы, ко- лельной отдельностью. Они могут быть пред-
торую трудно объяснить особенностями дроб- ставлены брекчиями того же состава, что и
ления однородного материала. Среди этих подстилающие материнские породы. Ниж-
камней четко выделяются два морфологиче- няя часть стратиграфического разреза райо-
ских типа. К первому типу относятся камни на, вероятно, представлена породами со
призматической формы — разнообразные столбчатой отдельностью, характерной для
призмы, параллелепипеды и кубы (рис. земных вулканических пород базальтоид-
19,///), ко второму—камни сильно упло- ного состава, что соответствует ранее из-
щенной, плитчатой формы (рис. 19,/F). Обра- вестным данным о базальтовом характере
зование выделенных типов камней правиль- материала, заполняющего лунные моря, и
ной формы правомерно связать с различны- полностью подтверждается результатами ис-
ми типами отдельности коренных горных по- следований химического состава пород с по-
род: столбчатой (камни 1-го типа), матраце- мощью аппаратуры РИФМА (см. гл. IV).
видной и плитчатой отдельности (камни 2-го Таким образом, все морфологическое раз-
типа), характерной для некоторых земных нообразие первичной формы камней в вы-
эффузивных пород. Наличие трещин отдель- бросах из свежих кратеров можно свести к
ности и расколов по ним неоднократно наб- четырем основным типам: камни неправиль-
людалось у камней всех типов, как остро- ной, пирамидальной, призматической и уп-
угольной, так и правильной формы (рис. 20). лощенной (плитчатой) формы.
Установление различных типов обломков Выделенные основные морфологические
правильной формы и соответствующих им ти- типы камней характеризуют первичный об-
пов отдельности коренных пород позволяет лик обломочного материала, связанного с
сделать предположение о наличии в районе выбросами наиболее молодых кратеров мор-
исследований лунохода пород разного типа, фологических классов А, АВ и реже В
О возможном распределении этих пород в (для крупных камней).
вертикальном разрезе позволяют судить еле- Изучение морфологии камней в кратерах
дующие наблюдения. В мелких кратерах разной степени разрушенности и в межкра-
диаметром до нескольких десятков метров терном пространстве показало, что первич-
среди камней, форма которых определяется ная форма камней претерпевает существенные
отдельностью пород, преобладают уплощен- изменения под воздействием поверхностных
ные камни. Камни призматической формы процессов, которые сводятся к разруше-
гораздо чаще встречаются в выбросах более нию их поверхностного слоя, в результате
крупных кратеров (D > 50 м) и имеют боль- чего камни теряют остроуголыгость, приобре-
шие размеры (поперечник не менее 10 см), тая округлую форму с шероховатой поверх-
Так, например, в одном из кратеров проме- ностью. Полученный фактический материал
шуточного класса АВ диаметром около 400 м свидетельствует о том, что процессы эрозии
было обнаружено все разнообразие камней поверхностного обломочного материала вызы-
правильной формы на относительно иеболь- вают сглаживание первично угловатых кам-
шом по площади участке поверхности ней, приводят к появлению камней округ-
(—0,1 км2). Причем камни призматической ленной формы и частично захороненных в
формы в этом кратере достигают размера реголит, производят постепенное разруше-
1—2 м, тогда как камни уплощенной формы ние камней и формирование вокруг них
118
ГЛАВА V
Рис. 19. Морфология камней в районе исследований «Лунохо-
да- 1»
I—IV — морфологические типы камней; неправильной (1); пирамидаль-
ной (II); призматической (111); уплощенной (/V) формы. I—з — морфо-
логические классы камней: первично угловатой (1); угловато-округлен-
ной (2); округленной (3) формы
1'^^.
#***
f-^i
]7i '
'JLA
!1-г>~
Рис. 20. Характер трещиноватости в камнях различных мор-
фологических типов в районе исследований «Лунохода-1»
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
119
шлейфа мелкообломочного материала. Срав-
нительное изучение камней на различных
участках показало, что степень эрозионно-
го изменения камней (сглаженность, округ-
ленность и т. д.) коррелирует прежде всего
с морфологическим классом кратера, кото-
рому они принадлежат, т. е. связана с вре-
менем пребывания камней на поверхности.
Таким образом, эволюция общей формы
камней на поверхности идет параллельно с
эволюцией кратера, но скорость ее развития
различна в зависимости от размеров рас-
сматриваемых элементов рельефа.
В морфологическом отношении камни вы-
деленных типов можно подразделить до сте-
пени деструкции на три основных класса
(см. рис. 19,1—Л), соответствующих в первом
приближении трем основным морфологиче-
ским классам кратеров исследованных раз-
меров. К первому классу относятся камни
четкой, первично угловатой формы, связан-
ные преимущественно с кратерами класса
А; ко второму классу — камни угловато-
округленной формы, приуроченные чаще
всего к кратерам класса В; третий класс со-
ставляют камни округленной формы, рас-
пространенные в основном в кратерах клас-
са С и в межкратерном пространстве-
Такая корреляция морфологических
классов камней и кратеров четко проявля-
ется лишь для кратеров определенного ин-
тервала размеров (от 10 до 50 м). Кратеры
меньшего диаметра обычно не проникают че-
рез рыхлый реголит в горизонты плотных
пород, и поэтому с ними связано мало све-
жих камней. Для более крупных форм не-
редко наблюдается ассоциация камней ок-
ругленных очертаний с довольно свежими
кратерами (класс АВ и В).
Проведенные исследования дают основа-
ние считать, что выделенные классы камней,
так же как и морфологические классы крате-
ров, представляют непрерывный ряд эво-
люционного изменения морфологии камней
первично угловатой формы под воздействием
лунных денудационных процессов.
С морфологическим классом камней тес-
но связаны характер (структура) их поверх-
ности и прочностные свойства. Камни пер-
вого класса (угловатые) имеют относительно
ровные, гладкие поверхности, местами ос-
ложненные мелкими расколами, уступами,
тонкими трещинами отдельности. На по-
верхности камней этого класса лишь изред-
ка можно заметить мелкие ямочки — луноч-
ки, вероятно образованные ударами микро-
метеоритов. В процессе экспериментов «Лу-
нохода-1» было установлено, что свежие кам-
ни характеризуются высокой прочностью.
В ряде случаев, когда колеса лунохода на-
езжали на камни этого класса (поперечни-
ком 10—20 см), максимальное давление дос-
тигало нескольких десятков килограммов
на один квадратный сантиметр. Однако сле-
дов разрушения свежих камней в большин-
стве случаев не наблюдалось, за исключени-
ем некоторых камней уплощенной формы.
Камни второго класса (угловато-округ-
ленные) характеризуются более шерохова-
той, изрытой поверхностью, покрытой мно-
гочисленными лунками поперечником до 1—
3 см. У камней этого класса по сравнению со
свежими угловатыми камнями гораздо чаще
наблюдаются следы расколов по вторичным
трещинам. Прочностные свойства камней
второго класса также сравнительно высоки,
однако многие из них раскалывались по
трещинам отдельности на крупные обломки
при наезде на них колес лунохода. Так, на-
пример, на валу 400-метрового кратера пе-
реходного класса АВ луноход одной из свя-
зок колес наехал на угловатый, слабо ок-
ругленный камень длиной —50, высотой
—20 см. Этот камень, морфологически близ-
кий к камням второго класса, был пронизан
трещинками. При наезде лунохода от него
откололся брусковидный обломок длиной
—20 и поперечником ~5 см [1, с. 86,
рис. 52]•
Камни третьего класса (округленные)
отличаются от рассмотренных сильной шеро-
ховатостью поверхности в масштабе уже не-
скольких миллиметров, на пределе разреше-
ния панорам сплошь покрытой ямками, бу-
горками, бороздками и многочисленными
мелкими трещинками. Причем система их
трещиноватости настолько хаотична и не-
равномерна, что выделить первичные тре-
щины отдельности не представляется воз-
можным.
120 ГЛАВА V
Следует иметь в виду, что трещины, оп- морфологическим обликом этих кратеров,
ределяющие первичную форму отколовше- Именно это несоответствие и позволило вы-
гося камня, мы называем здесь первичными, делить кратеры ударного типа среди подав-
а трещины, проявившиеся уже на лежащем ляющего большинства кратеров ударно-
отдельно камне независимо от трещины от- взрывного происхождения, развитых в рай-
кола,— вторичными. Незаметная система оне исследований «Лунохода-1» (рис. 15, а
трещиноватости, которая может иметься на также рис. 26, [1, рис. 62]).
только что упавшем камне, должна отно-
ситься к первичной, но выделение ее часто Стат|1СТИКа распределения камней
затруднительно. Иногда наблюдались приз-
наки слабой скорлуповатости камней, осо- Как уже указывалось в разделе 1, статис-
бенно заметной на поверхности расколов, тика распределения камней изучалась на
возникших при естественном разрушении примере типовых ситуаций — кратеров диа-
камней. При попадании под колеса лунохо- метром 20—50 м, относящихся к классам
да камни этого класса обычно разваливались А, В и С, и межкратерного пространства,
на более мелкие обломки остроугольной Результаты статистических подсчетов в гра-
формы. Для крупных камней третьего клас- фической форме представлены на рис, 21.
са (более 20 см) очень характерны сильная Как видно из приведенных графиков, зави-
захороненность в грунте, а также наличие симость количества камней поперечником
около них шлейфа мелкообломочного ма- более d от величины d может быть аппрокси-
териала. мирована функцией вида
В случаях наложения более молодых кра- п = 1ир^
теров на более древние, особенно при значи-
тельной разнице классов и диаметров секу- гДе п ~ плотность распределения камней;
щего и пересекаемого кратеров, морфологи- £ — поперечник камней; к ну — константы,
ческая зрелость камней может не соответ- & > U, у \ О.
ствовать морфологическому классу кратеров, Идеализированные графики функции п (d)
в которых они встречаются. При этом в от- для различных типовых ситуаций приведе-
носителыю свежих кратерах (класса А и ны на рис. 22.
АВ) нередко встречались крупные обломки Наиболее каменистой (см. рис. 26) явля-
зрелого морфологического облика, т. е. кам- ется поверхность (внутренние склоны и вал)
ни, прошедшие определенный цикл измене- ударных кратеров, относящихся к особой
ний при деструкции поверхностного мате- морфологической группе (с. Мл, [1, с. 107]).
риала в более древнем, пересекаемом крате- В них на 1 м2 поверхности приходится при-
ре. Так, например, в обломочном материале мерно 1—2 камня поперечником более 5 см
кратеров класса А и АВ диаметром около и около 20 камней поперечником более 2 см.
20—30 м, расположенных на склоне 200- Следует отметить, что в этих кратерах кам-
метрового кратера класса В и 400-метрово- ни поперечником более 15—20 см не ветре-
го кратера класса АВ, попадались как угло- чались. График функции п (d) для ударных
ватые камни первого класса, так и камни каменистых кратеров имеет наклон, соот-
того же размера, принадлежащие ко второ- ветствующий значению у - —1,8. Интерес-
му и третьему морфологическим классам, но отметить, что такой же наклон функции
Другим примером несоответствия мор- п (d) получался в экспериментах по просто-
фологического облика камней морфологиче- му однократному дроблению горных пород
скому классу кратера являются выделен- [12], что подтверждает ударный генезис
ные на панорамных снимках лунохода кра- кратеров особой морфологической группы,
теры ударного происхождения. Свежий уг- Выбросы из кратеров класса А обычно не-
ловатый характер обломочного материала, сколько менее каменисты, чем поверхность
особенно крупных обломков, находится в ударных кратеров. В их пределах па 1 м2
резком противоречии с кажущимся зрелым поверхности может в среднем находиться 1
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
121
' п (/га /ffffrr2)
Рис. 21. Плотность распределения обломков п (на 100 м2) в
зависимости от размера d на различных типовых участках
поверхности в районе исследований «Лунохода-1»
J — на поверхности кратеров класса А; 2 — класса В, з — класса С и
в межкратерном пространстве, 4 — ударного типа
камень поперечником более 10 см, до 3 кам-
ней поперечником более 5 см и до 20 камней
поперечником более 2 см. В отличие от удар-
ных кратеров в выбросах из кратеров клас-
са А встречались обломки пород поперечни-
ком до 1—2 м. Наклон графика функции
п (d) для выбросов из кратеров класса А
соответствует значению у ~ —2.
Вал и внутренние склоны кратеров клас-
са В еще менее каменисты. Здесь в среднем
на 100 м2 находится 30—40 камней попереч-
/J7
J .
/0
/О'
-f
\
\
л
\
-
-
л
■>
V
.._
\\\
\\\\
\\\
\ \
\ \
\ \
\ \
\ >
\
\
\
\
\
\
\
--
J
V
\
\
>
\
\
\
\
\
\
\
\
1
i.
/
\
\
\
V \
\
\
\
\
\
\
\
". j
- .- ■ --,"
y
\
\\
\ \
\ \
\
\ \
\ \
\ 1
-
:
■■' ''>
\
v \
\
\
■
\
\
\
\
IV,
/0
о
if, CM
Рис. 22. Распределение плотности обломков п в зависимости
от их размера d на типовых участках поверхности, аппрокси-
мированное функцией вида п -- kd'e
1 — ударные кратеры, пл = 7,0 х 103 cf-1^; 2 — кратеры А, п2 =: 8,0 х
X 10* d-20; 3 — кратеры В, пя = 1,0 X 10* d~2>b; 4 — кратеры С и меж-
кратернос пространство, ти = 2,0 X 10* d-*>*
ником более 10 см. Камней поперечником
более 5 см в этой ситуации примерно 1—2
на 1 м2, камней поперечником более 2 см,
так же как в рассмотренных выше ситуа-
циях, около 20 на 1м2. Наклон графика
функции п (d) соответствует значению Y ~
« -2,5,
Поверхность внутри кратеров класса С и
межкратерное пространство являются наиме-
нее каменистыми из всех исследованных си-
туаций. На 100 м2 поверхности камней по-
122
ГЛАВА V
перечником более 10 см здесь в среднем
меньше 8—10, а камней поперечником бо-
лее 5 см — около 50, Камни поперечником
более 2 см имеются здесь примерно в тех
же количествах, что и в других изученных
ситуациях,— около 20 на 1 м2. Наклон гра-
фика функции п (d) соответствует значению
Y * ~3,5.
Из приведенных данных следует, что во
всех изученных ситуациях количество кам-
ней поперечником более 2 см (в основном
это камни d = 2 ч- 3 см) остается примерно
одинаковым, хотя в плотности распределе-
ния более крупных камней различия выра-
жены очень ярко.
При дешифрировании панорамных изоб-
ражений определялась также ширина зоны
выбросов каменного материала около крате-
ров размером от 1 до 50 м, относящихся к
различным морфологическим классам. За
граничное значение плотности в зоне выб-
роса была принята величина плотности кам-
ней поперечником более 5 см, равная 100
на 100 м2. Результаты этих определений при-
ведены в табл.15.
Таблица 15
Диаметр
кратера, м
1 — 10
10-30
30-50
Класс
А
0,1-0,5
0,5-1,5
1,5-2,5
В
<0,1
0,1 — 1,0
1,0-2,0
С
<0,1
0,1—0,2
0,2—0,5
Примечание. В узкой зоне вдоль бровки кратера клас-
са С плотность камней выше средней плотности внутри кра-
теров класса G и в их ближайших окрестностях.
Как видно из данных табл. 15, ширина зоны
выбросов (и долях диаметра кратеров) в све-
жих кратерах (класса А) приведенных здесь
размеров резко возрастает с увеличением
диаметра кратера. Это связано с тем, что
кратеры диаметром менее 10 м, как правило,
не выходят из верхней, наиболее перерабо-
танной, измельченной части реголита. Кра-
теры диаметром 10—30 м вскрывают нижние,
вероятно, более грубообломочные слои ре-
голита и частично захватывают скальное
основание. Кратеры диаметром более 30 м,
по-видимому, в большинстве случаев вскрын
вают скальное основание.
Из табл. 15 также видно, что по мере раз-1
рушения кратера и перехода его последова-1
телыю в стадии, соответствующие морфоло-1
гическим классам В и С, ширина зоны каме-|
нистых выбросов сокращается вследствие!
переизмельчения обломочного материала на]
поверхности.
4. Реголит
Реголит в районе исследований «Лунохо-1
да-1» характеризуется изменчивостью
свойств, таких, как структура поверхности,
гранулометрический состав, характер вер-
тикального разреза и мощность. При этом
вариации в структуре поверхности и грану-
лометрическом составе в пределах, опре-
деляемых разрешением фототелевизионных
камер, видны непосредственно на панора-
мах. Изменчивость вертикального разреза
и мощности реголита устанавливается в ре-
зультате анализа имеющихся данных, а так-
же в какой-то степени умозрительных тео-
ретических заключений.
Вариации свойств реголита носят непре-
рывный характер, и даже в пределах зоны
хорошего обзора единичной панорамы (око-
ло 1000 м2) каждое из свойств реголита ха-
рактеризуется рядом значений, В этих ус-
ловиях особую роль приобретают средние
характеристики.
Структура поверхности
Детальные изображения поверхности реголи-
та в районе исследований «Лунохода-1» по-
казывают, что ее структура весьма разно-
образна. Характер структуры определяется
соотношениями между тремя основными эле-
ментами микрорельефа поверхности: мик-
рократерами (ямками), комками и камнями.
В зависимости от относительной роли того
или иного элемента можно выделять ячеис-
то-комковатую, комковатую, щебнисто-ком-
коватую и щебнистую структуры.
Ячеисто-комковатая структура наиболее
распространена в районе исследований (рис,
23). Она характерна для межкратерного
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
123
.*.*-
Рис. 23. Ячеисто-комковатая структура поверхности в меж- Рис. 24. Комковатая структура поверхности на внутреннем
кратерном пространстве склоне кратера класса В диаметром около 4 м
Видны ямки поперечником менее 10 см. Поверхность ямок и простран- Видны многочисленные прерывистые бороздки шириной до 1—2 и дли-
ство между ними осложнены комочками, состоящими из мелкозернистых ной до 10—30 см, ориентированные преимущественно вкрест простира-
частиц грунта, и мелкими обломками камней ния склона. В нижней части снимка видна трещина отрыва небольшого
' оползня
Suit-wfiiciirffen
Рис, 25. Щебнисто-комковатая структура поверхности в зоне Рис. 26. Щебнистая структура поверхности в ударном камс-
выбросов кратера класса А диаметром около 3Q м листом кратере поперечником около 0,7 м (правый нижний
Камень в правом верхнем углу снимка имеет высоту около 20 см угол снимка)
Этот кратер находится аа валу кратера класса ВС диаметром 2,5 м
124
ГЛАВА V
пространства, а также для валов и внутрен-
них склонов кратеров, относящихся к мор-
фологическим классам В, BG и С. На поверх-
ности реголита здесь наблюдаются ямки
кратерообразной формы диаметром от 1
до 10 см, плотность распределения которых
примерно соответствует «равновесной» функ-
ции лунных кратеров. От кратеров более
Рис. 27 ♦ Пересекающиеся борозды и а поверхности реголи-
та в пределах гребневой части вала кратера класса АВ диа-
метром 400 м
крупного размера ямки отличаются значи-
тельно большими отступлениями от правиль-
ной круговой формы в плане и меньшей
крутизной внутренних склонов. Четко вы-
раженная бровка правильной кольцевой
формы у ямок встречается очень редко. По-
видимому, неправильная в плане форма ямок
связана с тем, что их размеры сравнимы с
размерами частиц и их агрегатов, входящих
в состав материала реголита, а пологосклон-
ность ямок определяется тем, что они почти
не выходят из пределов самой верхней ча-
сти реголита, отличающейся наиболее низ-
кими прочностными свойствами.
Поверхность ямок и пространство между
ними осложнены бугорками и комочками,
поперечник которых колеблется от несколь-
ких миллиметров до 1—2 см. В качестве
зторостепенного, но обязательного компо-
зита наблюдаются мелкие обломки камени-
стого материала — дресва и щебенка. Бу-
орки и комочки сминаются под колесами
1унохода, и в колее поверхность реголита
выглядит гораздо более ровной. По-види-
юму, бугорки и комочки состоят из агрега-
ов мелкозернистого материала и являются
отражением связности и комковатости луи-
юго грунта.
Комковатая структура поверхности наб-
людается па валах и внутренних склонах
кратеров класса А и АВ, не выходящих из
пределов рыхлого реголита (рис. 24). В этих
местах основным структурным элементом
поверхности реголита являются комки и
бугорки поперечником от нескольких мил-
лиметров до 1—2 см. Дресва и щебенка при-
сутствуют почти всегда, но в подчиненных
количествах. Ямки для этого типа струк-
туры поверхности не характерны.
Щебнисто-комковапьая структура поверх-
ности наблюдается в зонах выбросов и на
внутренних склонах кратеров класса А и
АВ, проникающих через рыхлую часть ре-
голита в скальное основание (рис. 25). Для
этой структуры типично, что основными эле-
ментами микрорельефа поверхности рего-
лита являются положительные формы —дре-
сва, щебенка, бугорки и комочки. Ямок
мало. Понижения между положительными
формами микрорельефа имеют неправиль-
ную форму. Бугорки п комочки, являющие-
ся агрегатами мелкозернистой составляющей
реголита, преобладают среди частиц попе-
речником 1—3 см. Более крупные формы
представлены главным образом камнями уг-
ловатой формы.
Щебнистая структура поверхности наб-
людается в каменистых кратерах, относя-
щихся к особой морфологической группе
(рис. 26). Основные элементы микрорельефа
поверхности здесь представлены дресвой
и щебенкой. Расположение крупнообломоч-
ного материала определяет форму углуб-
лений, разделяющих отдельные обломки.
Па участках, характеризующихся ячеис-
то-комковатой, комковатой и щебнисто-ком-
коватой структурой поверхности, нередко
наблюдаются линейные образования — бо-
розды, уступы и линеаменты неясной формы.
Борозды в плане почти прямолинейны
(рис. 24, 27). Края их мягкие, нечетко вы-
раженные. Ширина их может достигать 5—
10 см при глубине 1—3 см и длине до не-
скольких метров. Большая часть борозд
обычно имеет ширину до 1—2 см, глубину
менее 1 см и длину от 10 см до 1 м. Количе-
ство борозд на единице площади поверх-
ности существенно различно на разных
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
125
участках и может достигать 10—15 на 1м2'
поверхности.
В расположении борозд, находящихся на
горизонтальной поверхности, обычно не за-
метно какой-либо предпочтительной ориен-
тировки. Борозды на склонах кратеров,
как правило, ориентированы приблизитель-
i но по склону. Нередки случаи взаимного
пересечения борозд. На окончании борозд в
ряде случаев наблюдаются небольшие кам-
г ни, что вместе с другими перечисленными
1 признаками дает основание считать их сле-
;: дами качения камней по поверхности.
i Уступы имеют довольно мягкие очерта-
! ния. Они уверенно выявляются только на
стереопанорамах. Высота их не превышает
нескольких сантиметров. Протяженность
может достигать нескольких метров. С кра-
терами уступы находятся в неопределенных
соотношениях. Иногда создается впечатле-
ние, что уступ как бы обрезает часть не-
большого кратера, но не исключено, что он
просто заслоняет эту часть.
Линейные формы неясной морфологии,
как это следует из их названия, представ-
ляют собой трудно дешифрируемые образо-
вания, похожие на плохо выраженные гря-
дообразные повышения, цепочки комочков
грунта, камней или углублений.
Гранулометрический состав
На детальных изображениях поверхности,
обладающей ячеисто-комковатой, комковатой
и щебнисто-комковатой структурами, вид-
но, что большая часть частиц, слагающих
верхний слой реголита, имеет размер мень-
ший, чем разрешение камеры (1 мм на рас-
стоянии 1 м).
При разворотах лунохода на краях колеи
образуется тонкая скульптурная штрихов-
ка, возникающая при сдвиге кромки колеса
по поверхности реголита (рис. 28). Штрихи
выражены очень четко. Ширина их состав-
ляет около 5 мм. Такое явление возможно
только в связном грунте с эффективным раз-
мером частиц, существенно меньшим 1 мм.
По-видимому, в пределах большинства ис-
следованных участков Моря Дождей мел-
козернистая составляющая грунта анало-
Рш\ 28. Скульптурная штриховка на краю колеи, образовав-
шаяся при развороте лунохода
Насыпи грунта справа от колеи имеют комковатую структуру
гична образцам, доставленным на Землю
[12—16], и имеет медианный размер, близ-
кий к ОД мм.
Содержание крупнообломочного материа-
ла в составе реголита можно оценить по
распространенности камней, наблюдающих-
ся на его поверхности. На некоторых па-
норамах видны внутренние склоны мелких
свежих кратеров, вскрывающих верхнюю
часть реголита. Анализ этих изображений
показывает, что поверхностная плотность
распределения камней может без большой
ошибки служить оценкой распространенно-
сти крупнообломочного материала на глу-
бину до 1—2 м, т. е. на 20—50% средней
мощности реголита (см. с. 129), Результа-
ты (в вес.%) такой оценки для типичных
геолого-морфологических ситуаций района
исследований «Лунохода-1» приведены в
табл. 16. Рассматриваются следующие си-
туации: 1) выбросы из свежих кратеров
класса А; 2) выбросы из кратеров, достиг-
ших морфологической стадии В; 3) поверх-
ность внутри кратеров класса G и межкра-
терное пространство. Распространенность
крупнообломочного материала на внутрен-
них склонах и днищах кратеров класса А и
В из-за ограниченности данных сейчас не
рассматривается.
Для оценки были взяты данные из раздела
по статистике камней. Было принято, что
126
ГЛАВА V
Таблица 16
Фракция, см
1-2
2-4
4-8
8-16
16-32
Ситуация
Выбросы из
кратеров
класса А
to to to to to
Выбросы из
кратеров
класса В
2,7
1,8
1,3
0,9
0,6
Поверхность внутри
кратеров класса С
и межкратерное
пространство
5,5
1,7
0,9
0,25
0,08
площадь единичного обломка равна 0,9 D 2,
где D — средний поперечник обломка. Ес-
ли распространенность камней на поверх-
ности реголита подчиняется выражению
N (D) = cDY, то площадь, которую зани-
мают обломки поперечником от D\ до Z>
равна
При оценке содержания крупнообломоч-
ного материала в реголите считалось, что
площадная распространенность обломков
на поверхности пропорциональна их объем-
ному содержанию, что верно, если порис-
тость может быть принята постоянной.
Из сравнения данных, приведенных в
табл. 16, с результатами исследования дос-
тавленных на Землю образцов лунного
грунта [12—16] следует, что, по-видимому,
оценка распространенности фракции 1—2
см для поверхности внутри кратеров клас-
са С и межкратерного пространства сильно
завышена. Вероятно, часть образований
этого размера, учтенных при статистических
подсчетах, представляет собой не индиви-
дуальные обломки, а легко разрушаемые
агрегаты мелких частиц.
Данные для частиц размером более 2 см,
по-видимому, можно признать достоверны-
ми. Из анализа этих данных следует, что
при пористости грунта в 50% щебнистый
материал (D = 2 -=- 20 см) в выбросах из
кратеров класса А составляет около 7% ске-
лета грунта, в выбросах из кратеров клас-
са В — около 4%, в пределах кратеров
класса Сив межкратерном пространстве —
около 3%. Глыбовый материал (D > 20 см)
в выбросах из кратеров класса А может
составлять более 2%, в выбросах из крате-
ров класса В — около 0,5% и в кратерах
класса С и межкратерном пространстве —
ие более сотых долей процента. Поскольку
три рассмотренные ситуации соответствуют
последовательным этапам эволюции мате-
риала, из приведенных данных следует, что
материал реголита с течением времени су-
щественно измельчается с поверхности. По
мере увеличения глубины следует ожидать
повышения грубозернистости реголита.
Характер вертикального разреза реголита
Четкая корреляция структуры поверхности
реголита и его гранулометрического состава
с морфологическими особенностями и раз-
мерами кратеров указывает на то, что ре-
голит лунных морей образуется и эволю-
ционирует под воздействием экзогенной,
преимущественно ударно-взрывной, пере-
работки поверхности. Более мощные удар-
но-взрывные явления формируют совокуп-
ность кратеров, которые проникали через
существовавший в момент их образования
слой реголита, что приводило к смещению
нижней границы реголита на более глубо-
кий уровень и выбросу на поверхность ре-
голита крупнообломочного каменного ма-
териала. Менее мощные ударно-взрывные
явления формировали совокупность кра-
теров, которые в момент их образования не
выходили из пределов реголита. Эти явления
приводят к переизмельчению и перемешива-
нию материала реголита.
Этот вывод дает возможность представить
разрез реголита в типовых геолого-морфо-
логических ситуациях, характерных для
района исследований «Лунохода-1». В ка-
честве таких ситуаций рассматриваются
кратеры морфологических классов А, В и
С, которые при своем образовании прони-
кали через существующий в тот момент
слой реголита. Кроме того, в качестве ти-
повой ситуации рассматривается межкра-
терное пространство. Эта последователь-
ность ситуаций соответствует эволюцион-
ному ряду развития кратерных форм релье-
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
127
фа и позволяет рассматривать особенности
разреза реголита в историческом аспекте*
Кратерные формы, проникающие сквозь
реголит (существующие ныне и ранее суще-
ствовавшие), определяют характер разреза
реголита и для расположенных в их преде-
лах более мелких кратерных форм.
Кратеры класса А. Предполагаемое строе-
ние реголита в крупных кратерах класса А
и в зонах выброса из них иллюстрируется
рис. 29, а.
На дне кратеров реголит имеет однослой-
ное г строение и состоит из обломочного
материала с высоким содержанием крупных
фракций. Этот материал лежит на поверх-
ности раздробленных скальных пород, раз-
битых многочисленными трещинами на мел-
кие блоки. От вышележащего реголита этот
слой раздробленных пород отличается преж-
де всего тем, что дробление в момент обра-
зования кратера происходило здесь без су-
щественного смещения обломков от места
их первоначального залегания. На валу в
зоне выбросов крупных кратеров класса А
реголит имеет двухслойное строение- Свер-
ху располагается слой выбросов из кратера,
характеризующийся высоким содержанием
крупных фракций. В наиболее высокой час-
ти вала мощность этого слоя может дости-
гать 0,05—0,1 диаметра кратера. При уда-
лении от кратера мощность покрова выбро-
сов уменьшается. Этот слой подстилается
древним, вероятно, более мелкозернистым,
захороненным реголитом, который лежит
на слое раздробленных скальных пород.
Особенности слоя захороненного реголита
определяются историей его формирования.
В большинстве случаев, вероятно, для него
характерен переход от сильно раздроблен-
ного, относительно мелкозернистого мате-
риала в верхней части слоя до грубообло-
мочного материала в нижней части слоя.
Строение реголита на внутренних склонах
крупных кратеров класса А носит переход-
ный характер. В верхней части склона оно
в общих чертах аналогично строению рего-
лита на валу и в зоне выбросов. В нижней
viv^il^^
jiijj*! •. * : •. * .'л\-_л_.'»'.У * .'.•,•;.' •*. • •
1 Имеется в виду слоистоить типа градационной
(graded bedding). . . .
Рис. 29. Предположительный рдзрез реголита в типовых гео-
лого-морфологических ситуациях
а — кратер класса А; б — кратер класса В; в — кратер класса С;
г — межкратерное пространство — полностью захороненный кратер
части склона реголит близок к реголиту
днища. Особенностью реголита верхней
части склона является то обстоятельство,
что это зона сноса и транзита обломочного
материала при его движении от бровки кра-
тера к днищу, и поэтому мощность реголита
в кратере здесь минимальна, а материал
непрерывно обновляется.
Кратеры класса В. Предполагаемое строе-
ние реголита в крупных кратерах класса В
и в зонах выброса из них показано на рис.
29, б.
На дне кратеров реголит имеет однослой-
ное строение, но в пределах этого слоя, ве-
роятно, уже проявляется постепенное умень-
шение содержания грубообломочного мате-
риала вверх по разрезу. По сравнению с
днищем кратеров класса А реголит днищ
кратеров класса В характеризуется большей
мощностью за счет постепенного засыпания
кратера.
На валу и в зоне выбросов из крупных
кратеров класса В реголит имеет также
двухслойное строение, однако слой выбро-
128
ГЛАВА V
сов из кратера на стадии В в своей
приповерхностной части уже подвергся
существенному переизмельчению, что на-
мечает формирование третьего слоя, и по-
этому грубообломочный материал выбросов
сохранился лишь на некоторой глубине.
Денудация наиболее высокой части вала
приводит к тому, что максимальная мощ-
ность слоя выбросов из кратеров класса В
меньше, чем мощность выбросов из крате-
ров класса А соответствующего размера.
Нижний слой этого разреза — «захоронен-
ный реголит» — в принципе не имеет от-
личий от аналогичного слоя древнего рего-
лита зоны выбросов из кратеров класса А.
Строение реголита на внутренних склонах
крупных кратеров класса В, так же как и
в случае кратеров класса А, носит переход-
ный характер между реголитом вала и
реголитом днища.
Кратеры класса С. Предполагаемое строе-
ние реголита в крупных кратерах класса
С и в их ближайших окрестностях представ-
лено на рис. 29, в.
На дне кратеров строение реголита одно-
слойно, но связано с постепенным измене-
нием свойств, так что верхняя часть слоя со-
стоит преимущественно из мелкозернистого
материала. Книзу материал реголита гру-
беет. Нижняя и средняя части реголита кра-
теров класса С, по сути дела, представляют
собой захороненный реголит днища на ста-
диях , соответствующих морфологическим
классам А и В.
В ближайших окрестностях крупных кра-
теров класса С — в пределах реликтов вала
и зоны выбросов — строение реголита двух-
слойное. Верхний слой — реликты выбро-
сов — подвергся интенсивной переработке по-
верхностными процессами и переизмельче-
нию. Грубообломочиый материал в пределах
этого слоя сохранился преимущественно в
самой нижней его части. Максимальная
мощность слоя выбросов по сравнению со
стадией класса В здесь еще меньше. Нижний
слой этого разреза (захороненный реголит),
вероятно, такой же, как в случае кратеров
класса А и В.
Реголит внутренних склонов крупных
кратеров класса С, так же как и в случае
кратеров классов А и В, имеет переход-
ный характер от реголита вала к реголиту
днища.
Как видно из изложенного выше, авторы
настоящей работы однозначно поддерживают
ударно-взрывную гипотезу образования
преобладающего количества лунных кра-
теров описываемых размеров и преоблада-
ния того же процесса в формировании ос-
новной массы реголита. При этом возникает
необходимость уточнения понятия «лунный
реголит» как обломочной рыхлой породы,
частицы которой существенно сдвинуты с
места первоначального залегания и переме-
шаны между собой. Это целесообразно сде-
лать для выделения зоны трещиноватых по-
род, которые окаймляют образовавшийся
кратер снизу, но обломки которых остаются
на месте своего первоначального залегания,
а не разбрасываются в процессе кратерооб-
разования. Такие фрагментированные поро-
ды рассматриваются нами как скальное ос-
нование, подстилающее реголит, независимо
от степени их трещиноватости, установить
которую в ряде случаев затруднительно, но
которая может иметь значение при повтор-
ном кратерообразовашш.
Межкратерное пространство понимается
нами как участки поверхности, покрытой в
настоящее время лишь мелкими кратерами,
глубина которых пренебрежимо меньше
средней мощности реголита. Время сущест-
вования таких кратеров также существенно
менее времени существования реголита на
данном участке поверхности, что позволяет
рассматривать реголит межкратерного про-
странства как результат многократной пе-
реработки его на известную глубину серией
отдельных процессов, потерявших индиви-
дуальность за счет статистического множе-
ства. Предполагаемое строение реголита в
межкратериом пространстве, образовавшем-
ся на месте древнего, полностью захоронен-
ного кратера, показано на рис. 29, г.
Реголит здесь имеет строение, близкое к
однослойному. В пределах этого слоя коли-
чество грубообломочиого материала макси-
мально в нижней части его и минимально в
верхней, как это имеет место, например, в
колонке грунта, доставленного из Моря Изо-
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕПКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 129
билия автоматической станцией «Луна-16» выбросы становятся наиболее обильными у
[13, 17]. Как видно из рис. 29, г, на этой кратеров диаметром более 20—30 м. Следо-
стадии эволюции отдельные прослои гру- вательно, мощность реголита в районе ис-
бообломочного материала встречаются и в следований в среднем составляет около
верхней части реголита, трассируя реликты 4—6 м. Отдельные камни наблюдались и в
грубообломочных фракций кратерных отло- выбросах из кратеров меньшего размера,
жений. Максимальная мощность реголита но, по-видимому, эти кратеры вскрывали
в этом случае имеет место в центральной не скальное основание, а прослой грубооб-
части захороненного кратера и составляет ломочного материала в толще реголита,
около ОД5 от его диаметра. Оценка минимальной мощности реголита
Рассмотренные ситуации представляют со- получена из распределения крупных кра-
бой относительно простые случаи, однако теров, которое в районе исследований может
они являются ключом к расшифровке строе- быть аппроксимировано выражением
ния реголита в более сложной геолого-мор-
фологической обстановке, когда в резуль- N ~ 10|2л'/)~3,
тате множественного пересечения кратеров
возможно многослойное строение реголита. гДе Л^ - количество кратеров, диаметр ко-
Так, например, в северной части района ™рых превышает D на площади 10е км2;
исследований «Луиохода-1» при пересече- D ~ Диаметр кратеров в метрах,
нии 500-метрового кратера морфологическо- Есть основание считать, что продолже-
го класса ВС 200-метровым кратером клас- ние этой функции в область, где кратеры,
са АВ, несомненно, имеет место сложное наблюдаемые на поверхности, подчиняются
сочетание покровов выбросов из этих кра- равновесному распределению, дает оценку
теров, что должно приводить к возникнове- общего количества кратеров, образовавших-
нию многослойного разреза реголита на этом ся за все время существования поверхности,
участке. Считая, что переработка реголита на глу-
Для большей части территории, исследо- бину // достигается тогда, когда поверх-
ванной «Луноходом-1», строение реголита ность дважды перекроется кратерами, диа~
одно- и двухслойное (в зависимости от гео- метр которых больше D = 5#\ можно оце-
лого-морфологической ситуации) с умень- нить величину Н. Для района исследований
шением содержания грубообломочного ма- оценка минимальной мощности реголита
териала от подошвы к кровле слоя. Из-за приводит к значениям 2—3 м.
влияния малых кратерных форм, не выходя- Максимальной величины мощность рего-
щих за пределы реголита, и ранее существо- лита, вероятно, достигает в центральных
вавших более крупных кратеров эта законо- частях наиболее крупных кратеров классов
мерность изменения гранулометрического ВС и С. В районе исследований таким кра-
состава реголита не является абсолютной, тером является кратер класса ВС диаметром
а носит характер тенденции. около 500 м. Считая, что в момент образова-
ния этот кратер имел относительную глу-
м бину, характерную для ныне существующих
ощность реголита кратеров класса А, а впоследствии был час-
Мощность реголита в районе исследований тично заполнен материалом реголита, при-
«Лунохода-1» определялась тремя методами, ходим к выводу, что мощность реголита в
которые давали возможность оценить ее зна- центральной части этого кратера, вероятно,
чения в конкретных ситуациях и в среднем достигает 50 м.
на территории работы, а также рассчитать Таким образом, можно считать, что в
минимально и максимально возможные зна- районе исследований «Лунохода-1» мощность
чения мощности. реголита колеблется от 2 до 50 м, составляя
При описании кратеров и связанных с ни- в среднем 4—6 м.
ми каменистых выбросов указывалось, что
9 Луноход-i
130 ГЛАВА V
5. Процессы, преобразующие поверхность
в районе исследований «Лунохода-1»
Склоновые процессы
Проведенное изучение кратеров, камней и На крутых внутренних склонах кратеров
реголита привело к выводу, что эти образо- классов А, АВ и В, сформированных в ре-
вания в районе исследований имеют пре- голите или проникших сквозь него на не-
имущественно ударно-взрывное происхож- значительную глубину, отмечается множест-
дение. Одновременно было показано, что во ориентированных вкрест склона бороз-
кратеры во времени эволюционируют, из- док, кончающихся камнями, Очевидно, они
меняясь от форм, четко выраженных в являются следами скатывания обломков по
рельефе, до сильно сглаженных, а камни с склонам. Иногда некоторые бороздки мес-
течением времени теряют свою первоначаль- тами прерываются и приобретают вид пунк-
ную форму, округляются, их поверхность тирных линий. Создается впечатление, что
становится сильно шероховатой и изъязв- скатывавшийся камень подпрыгнул и про-
ленной, и, наконец, они дробятся на более летел некоторое расстояние над поверхно-
мелкие обломки. В то же самое время рего- стыо склона. Одновременно в кратерах
лит (камни — его составная часть) приоб- классов АВ и В отмечается достаточно чет-
ретает все более тонкую структуру поверх- кая дифференциация в пространственном
ности, и его материал становится тоньше, распределении обломков по размерам —
Таким образом, было установлено, что в крупные камни, как правило, расположены
районе исследований «Лунохода-1» дейст- ниже по склону, чем мелкие (см. рис. 7, 8).
вуют мощные процессы, которые можно на- Перемещение обломков по склонам скаты-
звать денудационными, имея в виду специ- ванием и «прыжками» и отмеченная выше
фичность их развития на Луне. дифференциация камней по размеру внутри
Изучение морфологии кратеров и камней, кратеров характерны для осыпных и обвалъ-
структуры микрорельефа поверхности и гра- но-осыпных процессов. Учитывая морфологию
нулометрического состава реголита, а так- кратеров, можно предположить, что наибо-
же результаты статистических исследований лее интенсивно эти процессы развиваются
этих образований и знание физических ус- на наиболее крутых склонах в кратерах
ловий на поверхности Луны позволяют в классов А и АВ.
ряде случаев выяснить, а в некоторых с Иногда в некоторых кратерах классов
достаточной степенью достоверности пред- АВ и В (см. рис. 24) наблюдаются трещины
положить, под воздействием каких частных в реголите, ориентированные по простира-
процессов в основном они изменяются. Это, шло склонов. Они напоминают трещины,
вероятно, прежде всего ударно-взрывные образующиеся в начальной стадии форми-
процессы, играющие одновременно созида- рования оползней. Поэтому не исключено,
ющую и разрушающую роль, склоновые что на склонах этих кратеров могут разви-
процессы, слипание мелких частиц реголи- ваться оползневые процессы.
та, воздействие солнечного ветра и из луче- Одной из характерных деталей микро-
ний. Последние, возможно, вызывают тер- рельефа внутренних склонов кратеров клас-
мическое выветривание как частный случай, сов АВ и В являются камни, выступающие
По-видимому, на лунной поверхности дей- из толщи реголита, трассирующие бровки
ствуют и иные процессы преобразования кратеров (см. рис. 7, 9, 24). Особенно хоро-
рельефа, но они не были выявлены по ре- шо это видно в кратерах класса В. Крутизна
зультатам дешифрирования панорам «Луно- внутренних склонов в них в прибровочной
хода-1». Описание начинается со склоновых части меньше 20°, поэтому здесь не могут
процессов, чтобы обратить внимание селе- развиваться осыпные или обвально-осыпные
но логов на этот важный, но часто недооце- процессы. Вероятно, это явление свидетель-
ниваемый фактор преобразования лунной ствует о развитии площадного перемещения
поверхности. материала на склонах.
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 131
Плотность наложенных малых кратеров что с увеличением крутизны склонов крате-
(ямок) на внутренних склонах кратеров ров закономерно уменьшаются прочностные
классов А, АВ и В значительно меньше, чем свойства реголита (см. гл. II, разд. 1 наст,
на более пологих участках поверхности, что сб.).
также говорит о развитии на внутренних Таким образом, на склонах кратеров раз-
склонах кратеров классов А, АВ и В пло- вивается ряд процессов обвально-осыпного,
щадного перемещения массы обломочного оползневого и десерпционного характера,
материала. которые постепенно приводят к нивелирова-
Если сравнить внутренние склоны кра- нию и заполнению кратеров материалом
теров и внешние склоны их валов по плот- реголита. л - : V .
ности расположенных на них ямок и нало- • - -
женных малых кратеров, то можно заметить, ударно.ВЗрЫВНЬ1е процессы J
что в кратерах классов АВ и В они резко
отличаются. На значительно более поло- Само существование огромного количества
гих внешних склонах плотность наложенных ударно-взрывных кратеров самых разнооб-
форм существенно выше. Вероятно, это свя- разных размеров, находящихся в сложных
зано с меньшей скоростью перемещения ма- взаимоотношениях друг с другом, говорит
териала на слабо наклонных поверхностях, о том, что ударно-взрывные процессы явля-
что подтверждается относительной распро- ются мощнейшим денудационным агентом,
страиенностью кратеров класса С. В кра- вызывающим образование и разрушение ос-
терах же классов ВС и С внутренние склоны новных элементов микрорельефа в лунных
практически не отличаются от внешних морях.
склонов валов (очень плохо выраженных в В ряде случаев видно, что выбросы из од-
рельефе) и окружающих горизонтальных ного кратера перекрывают другой. В пре-
поверхностей по этому показателю. Таким делах зон выбросов свежих кратеров клас-
образом, можно предположить, что в этих сов А и АВ обычно ямок и мелких кратеров
кратерах процесс перемещения материала меньше, чем на окружающей территории,
практически замирает. причем среди кратеров больше сглажен-
Весьма вероятно, что по своему механиз- ных.
му этот процесс перемещения материала на Вероятно, на этих участках ямки и многие
склонах кратеров отчасти близок к извест- мелкие кратеры захоронены материалом,
ному на Земле процессу десерпции, или выброшенным из более крупного кратера,
температурного крипа [17, 18]. Самые верх- Необходимо отметить, что чем старее кратер,
ние горизонты реголита регулярно при вое- тем больше на его поверхности наложенных
ходе и заходе Солнца, а также при попада- малых кратеров, которые как бы изъедают
нии в тень или выходе из нее испытывают его, делают очертания более расплывчатыми
изменения объема, связанные с нагреванием (см. рис. 10—12).
до 150° С и остыванием до —120° С. Это при- Весьма часто на горизонтальных межкра-
водит к тому, что под воздействием силы тя- терных пространствах и в кратерах классов
жести и возникающих в грунте неравномер- ВС и С, где не происходят осыпные и об-
ных напряжений материал на склонах мед- вально-осыпные процессы, встречаются бо-
ленно перемещается вниз. роздки, оканчивающиеся камнями, которые
Другим возможным активатором этого берут начало от расположенных рядом све-
процесса следует признать сотрясения от уда- жих кратеров. Они образованы выброшен-
ров микрометеоритов, вызывающих преиму- ными из них обломками. Причем в ряде слу-
щественное движение материала вниз по чаев, камни выброшены на расстояние, зна-
склону. чительно превосходящее размеры «материн-
В пользу развития на склонах кратеров ского» кратера,
массового перемещения материала, подоб- Определение размеров зон каменных
ного процессу десерпции, говорит также то, выбросов из кратеров показало, что они
132
ГЛАВА V
могут достигать нескольких радиусов этих
кратеров (см. табл. 15). Таким образом,
ударно-взрывные процессы являются мощ-
ным агентом, способствующим перемещению
обломочного материала по поверхности
района исследований.
На камнях очень часто видны мелкие кра-
терочки, образовавшиеся при ударах мик-
рочастиц. Они встречаются не только на гра-
нях, но и на ребрах обломков (см. рис. 19).
Причем отмечено, что чем дольше камень
лежал на поверхности, тем округленнее его
очертания и он более изъеден микрократе-
рами, в связи с чем его поверхность стано-
вится все более и более шероховатой. Оче-
видно, что при этом камни одновременно
уменьшаются в размерах.
Часто в выбросах кратеров класса А, не
проникающих сквозь реголит, видны кам-
ни, у которых одни грани имеют сильно ше-
роховатую поверхность, а другие имеют
свежий облик. При этом некоторые ребра
округлены, а некоторые нет. Вероятно, это
обломки расколотых более крупных кам-
ней. Можно предположить, что эти камни
когда-то находились на поверхности, а за-
тем были захоронены. При образовании мо-
лодого кратера они, очевидно, были выбро-
шены на дневную поверхность и расколоты.
Приведенные выше факты являются доказа-
тельством того, что при ударно-взрывных
процессах кратерообразоваыия происходит
переизмельчение обломочного материала ре-
голита и значительный горизонтальный
перенос его, способствующий усреднению
материала реголита и засыпанию имеющих-
ся кратеров.
Термическое выветривание
В ряде случаев на камнях видны трещины и
неровности, которые трудно связать с мик-
рометеоритными кратерочками на их поверх-
ности (см. рис. 20, б, в7 д). Трещины часто
параллельны или почти параллельны гра-
ням обломков, имеющих или имевших пра-
вильную форму (см. рис. 20, б, д). Иногда
они расположены хаотически. Неровности
имеют вид бугорочков, реже — резко вы-
раженных выступов (см. рис. 19, ///, 2\ 30),
У основания некоторых камней можно наб-
людать небольшие шлейфы мелкообломочного :
материала, по внешнему виду отличного
от окружающего реголита. Изредка видны
небольшие обломки пластинчатой формы, ,
лежащие рядом с более крупным камнем
и как бы от него отскочившие (рис. 31).
Кроме того, на поверхности некоторых дос-
таточно крупных камней иногда можно ви-
деть присыпку очень мелкого материала,
внешне отличающегося от материала рего-
лита. Это особенно хорошо видно в тех слу-
чаях, когда часть камня покрыта мелкой
присыпкой, а часть— реголитом (см. рис. 8). j
И, наконец, в ряде случаев видны об-
ломки пород, расколовшиеся по сложной
системе трещин, причем этот раскол вряд ли
возможно связать с микрометеоритным уда-
ром.
Представляется весьма вероятным, что
указанные трещины и детали микрорельефа
поверхности камней, а также их расколы
обязаны своим происхождением термическо-
му выветриванию.
Обломочный материал на поверхности
Луны находится в сфере воздействия рез-
ких температурных колебаний амплитудой
до 270° С. Под влиянием этих перепадов тем-
пературы в обломках возникают значитель-
ные динамические напряжения, приводящие
в конечном счете к их разрушению. Напря-
жения, возникающие между минералами,
имеющими различные коэффициенты объем-
ного расширения или же по-разному нагре-
вающимися из-за отличий в цвете и теплоем-
кости, могут привести к зернистому терми-
ческому выветриванию. Возможно, присып-
ки мелкообломочного материала и выступы
на поверхности камней образовались имен-
но таким образом.
Напряжения, связанные с большими тем-
пературными градиентами между поверх-
ностью и внутренней частью камней, могут
привести к десквамации (послойному шелу- ,
шению). Указанием на этот процесс могут
служить округленные камни со шлейфом
мелких обломков у основания.
Многократные изменения объема всего
обломка при нагревании и остывании, а
также напряжения, возникающие между
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
133
Рис. 30. Камень высотой —20, длиной —50 см
На передней грани видны кратерочки и бугорки, не связанные с ними
Рис. 31. Группа сильно сглаженных обломков
На их поверхности много микрократеров. От одного из камней отделил-
ся обломок пластинчатой формы. На снимке видно, что трещина раско-
лола микрократер, осложнявший поверхность камня
его освещенной и затемненной частями, воз-
можно, приводят к раскрытию содержащей-
ся в камнях тектонической, прототектони-
ческой и взрывной трещиноватости. В ко-
нечном счете обломок по этим трещинам
раскалывается на более мелкие части. Не
исключено, что в некоторых случаях раска-
лывание камней происходит в связи с на-
ложением дополнительных напряжений,
возникающих под воздействием температур-
ных колебаний, на обломки, находящиеся в
состоянии динамического стресса.
Все сказанное позволяет считать, что
термическое выветривание может относиться
к важным процессам, измельчающим обло-
мочный материал на поверхности Луны.
Слипание мелких частиц реголита
При изучении панорам на поверхности
реголита видны многочисленные комочки
поперечником от нескольких миллиметров
до 2—3 см, которые под воздействием колес
лунохода легко разрушаются на составляю-
щий их более тонкий материал. Это явление,
а также большая крутизна краев колеи от
колес (до 50°) и стенок насыпей грунта, ко-
торые образуются при разворотах (> 30°),
свидетельствуют о том, что тонкий материал
реголита на лунной поверхности слипается
и обладает определенной связностью.
В ряде случаев при изучении следов колес
наблюдалось явление «разламывания» уп-
лотненного под тяжестью лунохода грунта
на сравнительно крупные (3—5 см) куски
угловатой формы. Создается впечатление, что
ирн уплотнении грунта связность его рез-
ко возрастает.
Эти данные позволяют предполагать, что
под воздействием различного рода уплот-
няющих напряжений тонкий материал ре-
голита с течением времени приобретает связ-
ность. В нижних горизонтах реголита, где
уплотнение его максимально, вероятно раз-
витие процессов экзогенной литификации
обломочного материала с образованием гор-
ных пород типа брекчий, на что указывают
также часто встречающиеся обломки плит-
чатой формы, имеющие существенно пони-
женную прочность по сравнению с базаль-
тами столбчатой отдельности (см. с. 119).
Выводы
1. Время кристаллизации пород, слагающих
исследованный участок Моря Дождей с по-
верхности, относится к периоду 3,7-109—
3,2-10й лет.
2. Кратеры всех морфологических клас-
сов изученных размеров имеют единый ге-
незис. Морфологические различия кратеров
являются следствием их эволюции во вре-
мени в направлении от класса А к классу С.
3. Морфология молодых кратеров клас-
сов А и АВ, особенности распределения
связанных с ними камней, случайное распо-
ложение на поверхности кратеров всех клас-
134
ГЛАВА V
сов говорят о том, что они имеют в основнои
своей массе ударно-взрывное происхожде-
ние.
4. Причиной появления крупнообломоч-
ного материала (камней) является дробле-
ние скального основания при ударно-взрыв-
ном формировании кратеров и выброс об-
разовавшихся обломков на дневную поверх-
ность.
5. Характерная особенность выделенных
малых вторичных ударных кратеров — их
большая каменистость за счет остатков
упавшего тела при внешне сглаженной
форме и малой глубине, заведомо меньшей
мощности реголита в данном месте.
6. Под воздействием экзогенных агентов
обломки пород, залегающие на поверхности,
разрушаются, а их форма изменяется от уг-
ловатой к округленной, одновременно по-
верхность камней становится все более ше-
роховатой, что может служить мерой оценки
времени экспозиции обломков пород на
лунной поверхности.
7. В изученном районе под реголитом за-
легают два типа пород- Непосредственно под
реголитом, возможно, залегают породы
типа брекчий базальтового состава, ниже —
базальты.
8. Мощность реголита в районе исследо-
ваний колеблется от 2—3 до 4—6 м, дости-
гая порядка 50 м в отдельных крупных ста-
рых кратерах.
9. От кратеров класса А к кратерам клас-
са С закономерно изменяется микрострук-
тура поверхности реголита от грубой —
щебнистой и щебыисто-комковатой к тон-
кой — комковатой и ячеисто-комковатой,
одновременно гранулометрический состав
реголита также становится более тонким.
10. Кратеры нивелируются под воздейст-
вием ударно-взрывных, обвально-осыпных,
осыпных, оползневых процессов и процесса
десерпции, или температурного крипа, при-
чем можно предположить, что роль склоно-
вых процессов в эволюции кратеров очень
велика. Склоновые процессы закономерно
сменяют друг друга при переходе кратеров
из класса в класс (из одной стадии эволю-
ции в другую). На стадиях А и АВ ведущую
роль, вероятно, играют обвально-осыпные,
осыпные и, возможно, оползневые процессы
при подчиненной роли крипа. На стадии В
прекращаются обвально-осыпные процессы,
по-видимому, падает роль оползневых и
осыпных процессов и резко возрастает роль
крипа. Наконец, на стадии ВС единствен-
ным склоновым процессом, очевидно, явля-
ется температурный крип. На стадии С
можно предположить прекращение действия
всех склоновых процессов. В этот период
кратеры уже нивелируются только под
воздействием ударно-взрывных процессов.
11. Обломочный материал измельчается и
дробится ударно-взрывными процессами при
метеоритной бомбардировке, а также терми-
ческим выветриванием. Одновременно в ус-
ловиях лунного вакуума под воздействием
различных уплотняющих факторов тонкий
материал реголита с течением времени сое-
диняется в агрегаты. В нижних горизонтах
реголита под воздействием литостатического
и динамического давлений возможно разви-
тие процессов экзогенной сухой литифика-
ции обломочного материала с образованием
горных пород типа брекчий.
12. Процессы образования и эволюции
малых лунных кратеров и реголита нераз-
рывно связаны друг с другом, образуя еди-
ный морфолитогенетический цикл, что поз-
воляет выделить, учитывая его специфику
и ведущую роль ударно-взрывных процессов,
ударно-взрывной тип морфолптогенеза.
ЛИТЕРАТУРА
1. Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1, т. I, M.,
«Наука», 1971.
2. Florensky К, P.t Basilevsky А. Г., Gurslein A. A,t Za~
setsky V. V,, Zezin Ii. B.t Pronin A. A., Popova Z, V. Geo-
morphological analysis of the area of Mare Iinbrium
explored by automatic roving vehicle «Lunokhod-1».— In:
«Space Res.», XII. Berlin, Akad.-VerL, 1972, p. 107—121.
3. Флоренский Я. Л,, Гурштеип Л, Л., Базилевский А. Т.,
Засецкий В. В. Предварительный геолого-морфологи-
ческий анализ района посадки космического аппарата
«Луна-17».^- Докл. АН СССР, 1971, 196, № 6, 1294—1297.
4. Schaber G. G. Geologic map of the Sinus Iridum
quadrangle of the Moon. Geologic Atlas of the Moon.
1-602 (LAC-24). Washington, D. C, Publ. U. S. Geol.
Surv., 1969.
5. Флоренский К. ll.f Базилевскии А, 7\, Гурштейи A, Atf
Зезин Р. />., Пронин А. А,, Полосухин В. 77., Попова
3, В., Таборпо И. М. К проблеме строения поверхности
лунных морей.— В кн.: Современные представления о
Луне. М#, «Наука», 1972, с. 21—45,
(>. Флоренский. К, П., Базилевский А, Г., Гребенник И. П.
Морфологическая зрелость мелких лунных кратеров как
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
135
функция их возраста и размеров.— «Космнч. исслед.»,
1971, 9, вып. 3, 459—464.
7. Тгаак N. С. Size and spatial distribution of craters estima-
ted from Ranger photographs. Ranger VII and IX, Techn,
Rept 32-800. California, Pasadena, 1966, p. 249—338.
8. Morris E. C, Shoemaker E. M. Craters.— In: Surveyor
Project Final Report. Pt II. Science Results. Tech. Rept
32-1265. Calif, Inst, Technol. Pasadena, 1968.
9. Shoemaker E. M.f Batson R. M., Bean А, В., Conrad C.
e.a. Geology of the Apollo-!2 landing site. Apollo-12 pre-
liminary Sci. Rept, Pt A., NASA SP-235, 1970.
10. Shoemaker E. M.y Halt M. #., Swan G. A., Schlelchcr D. L.
e. a. Origin of the lunar regolith at tranquility base. —
«Geochim. et cosmochim. acta», Suppl. 1, 1970, 3, 2399—
2412.
11. Wctherill G. W. Of the time and the Moon.—«Science»,
1971, 177, N 3995, 383-392.
12. Hartman W. A\ Terrestrial, lunar and interplanetary rock
fragmentation.— «Icarus», 1969, 10, N 2, 201—213.
13. Виноградов А. П. Предварительные данные о лунном грун-
те, доставленном автоматической станцией «Луна-16».—
«Геохимия», 1971, № 3.
14. Виноградов А. П. Предварительные данные о лунном грун
те, доставленном автоматической станцией «Луна-20».—
«Геохимия», 1972, № 7, 763—774. Щ
15. Summary of Apollo-11. Lunar Conference, prepared by
Lunar Sample Analysis Planning Team.— «Science», 1970,
167, N 3918.
16. Preliminary examination of lunar samples from Apollo-12,
prepared by LSAPT.— «Science», 1970, 167, N 3923.
17. Cmaxeee 10. И., Вульфсоп Е. К., Иванов А. В., Тарасов
Л. 6\, Флоренский К. II. Гранулометрический состав лун-
ного грунта из Моря Изобилия.— «Изв. АН СССР, серия
геол.», 1972, № 1.
18. Воскресенский С. С. Динамическая геоморфология (фор-
мирование склонов). Изд-во МГУ, 1971.
19. Sharpe C.F.S. Landslides and related phenomena. N. YM
Columbia Univ. Press, 1938.
■ . Г ~ '
г 'г
Глава шестая ' ~-
ИССЛЕДОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО
И КОРПУСКУЛЯРНОГО ИЗЛУЧЕНИЙ
1. Коллиматорный рентгеновский
телескоп РТ-1
И. Л, Бейгман, Л. А. Вайнштейн,
Б. Н, Васильев, В. Д. Иванов,
С. Л. Мандельштам, В. А. Савельев,
И. П. Тиндо, Е. К. Шеффер, А. И. Шурыгин
Введение
На «Луиоходе-1» был установлен коллима-
торный рентгеновский телескоп для иссле-
дования космического рентгеновского излу-
чения. Физические условия на Луне благо-
приятны для проведения подобных иссле-
дований.
Космическое рентгеновское излучение
состоит из двух компонент: излучения дис-
кретных источников (галактических и вне-
галактических) и диффузного изотропного
фона. Последний, скорее всего, имеет внега-
лактическое происхождение. Природа его
до настоящего времена до конца не выяс-
нена. В одном из вариантов теории предпо-
лагается, что диффузный фон образуется за
счет комптоиовского рассеяния реликтового
длинноволнового излучения на электронах
космических лучей. Природа дискретных
источников космического излучения также
во многих случаях неизвестна. В частности,
остается неясным вопрос о числе и распре-
делении слабых источников и их роли в об-
разовании диффузного фона. Ие исключено,
что он частично или даже полностью обус-
ловлей излучением большого числа удален-
ных (внегалактических) объектов. В этом
случае должны иметь место пространствен-
ные флуктуации интенсивности фонового
излучения. До настоящего времени обна
ружить такие флуктуации не удалось, при
чем наилучшее угловое разрешение колли
маторного рентгеновского телескопа состав
ляло 240 [1] и 20кв. град. [2]. Очевидно, еслг
флуктуации существуют, то их масштаб
меньше указанных пределов. Это дает ниж-
ний предел плотности дискретных источни-
ков, вносящих вклад в диффузный рентге-
новский фон.
Из сказанного видно, что исследование
степени изотропности фона при малых уг-
ловых апертурах телескопа и поиск слабых
(рентгеновских источников представляют
существенный интерес. То и другое требует
повышения чувствительности аппаратуры.
Эксперимент на Луне предоставляет новые
возможности в решении указанных задач.
Действительно, неподвижный рентгеновский
телескоп на поверхности Луны осуществля-
! ет за счет вращения Луны медленный скан
j неба со скоростью 0,5°/ч. Это позволяет да-
(же при малой апертуре иметь достаточно
большие экспозиции.
Для отработки аппаратуры такого рода
и проведения измерений фона и слабых
дискретных источников на станции «Луно-
ход-1» был установлен коллиматорный рент-
геновский телескоп РТ-1 с угловой аперту-
рой 3,3° (длительность экспозиции 6 ч).
Описание аппаратуры
Прибор состоит из блока датчиков РТ-1Д,
неподвижно установленного на луноходе
вне гермоотсека, и блока регистрирующей
электроники РТ-1Э, установленного в гер-
моотсеке (рис. 1).
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
137
В блоке датчиков РТ-1Д размещены при-
емники излучения — два пропорциональ-
ных счетчика фотонов, входные усилители,
схемы аитисовпадешш и дискриминации по
амплитуде, узел высоковольтного стабилизи-
рованного питания. Перед окнами счетчи-
ков установлены коллиматоры «сотового»
типа и поворотный фильтр. Входные отвер-
стия коллиматоров закрываются откидной
крышкой с электроспуском. Для сниже-
ния уровня помех от проникающей ра-
диации боковые и нижние поверхности счет-
чиков закрыты экраном из свинца* Основ-
ные узлы блока датчиков показаны в левой
части рис. 1. Применены счетчики тина
СРПО-30, специально разработанные для
данного эксперимента. Счетчики двухсек-
ционные с корпусом из алюминия; окно из
Be толщиной 100 мкм с эффективной пло-
щадью 6,5 см2; наполнение — гасящая
смесь Кг + СН4 при давлении около 1 ата;
рабочее напряжение около 2 кВ. Импульсы
от верхней и нижней секций после усиления
поступают на схемы антисовпадения и дис-
криминации но амплитуде для снижения
уровня счета от космического фона. Схема
дискриминации в данном эксперименте слу-
жила лишь для отсечки импульсов с ампли-
тудой, выходящей за пределы амплитуд от
фотонов с X = 2,1 -г-12,6 А, и не давала
дальнейшего спектрального разложения.
Для измерения остающегося уровня счета
от космического фона служит один из счет-
чиков, окно которого закрыто фильтром
(Fe 10 мкм), поглощающим ~90% рентге-
новского излучения. По радиокоманде
фильтр может быть переставлен на другой
счетчик, чтобы учесть возможные различия
в эффективности счетчиков. Кроме того, во
время 1-го сеанса измерений оба счетчика
были закрыты крышкой. Следует отметить,
что для надежного вычитания космического
фона необходимо, чтобы эффективность счет-
чиков и уровень фона оставались неизмен-
ными в течение измерений с двумя положе-
ниями фильтра.
В блоке электроники РТ-1Э смонтированы
счетные схемы измерительных каналов,
коммутатор смены экспозиций и коммутатор
опроса, программно-временное устройство,
узел стабилизированного питания, матрица
дешифрации команд. Основные узлы блока
РТ-1Э показаны на блок-схеме в правой
части рис. 1.
Счетные схемы рабочего и контрольного
каналов собраны на гибридных двоичных
триггерах. Емкость счета рабочих каналов
220—1 импульсов (20 двоичных ячеек). На
телеметрическую систему выводятся пока-
зания 8—14-го, 19-го и 20-го триггеров. Ем-
кость контрольного канала 214—1 импуль-
сов с выводом показаний 8—14-го триггеров.
Управление работой прибора производит-
ся от программно-временного устройства,
содержащего генератор одноминутных им-
пульсов, собранный на основе часового ка-
мертонного механизма и счетной схемы, за-
дающей три последовательные экспозиции
по 6 ч каждая. Во время сеанса связи комму-
татором опроса, управляемого синхроимпуль-
сами от бортового передатчика, состояния оп-
росных ячеек последовательно регистрируют-
ся по одному телеметрическому каналу.
С помощью диодной матрицы дешифрации
команд обеспечивается восемь исполнитель-
ных команд на основе комбинаций четырех
независимых радиокоманд:
включение прибора РТ-1;
выключение прибора РТ-1;
подключение счетчика 2 к счетной схеме
контрольного канала, установка фильтра
у этого счетчика;
подключение счетчика 1 к счетной схеме
контрольного канала, установка фильтра
у этого счетчика;
перевод коммутатора экспозиций и времен-
ного устройства в исходное положение,
сброс показаний измерительных каналов;
открытие защитной крышки;
пуск камертонного генератора временного
устройства; •■_.-■■ ■■-..*■
сброс дешифратора команд.
Работа прибора и эффективность датчика
\
Измерение интенсивности рентгеновского
излучения производилось в течение лунного
дня во время длительных (—18—20 ч) оста-
новок лунохода между сеансами связи. Ось
телескопа направлена вдоль вертикальной
138
ГЛАВА VI
i\
i
1
1
ZZ
ZJ
i
1—**■
-*-
J/
\
I
JJ
I
л» ■
.I. ^
I
1
\JJ
ALA
J
Рис. 1. Блок-схема рентгеновского телескопа
l — откидная крышка, 2 — коллиматоры, з — электроспуск, 4 — по-
воротный фильтр, $ и 6 — счетчики фотонов, 7—10 — входные усилите-
ли, 11 —привод фильтра, 12 — источник стабилизированного высоко-
вольтного питания, 13, 14 — схемы дискриминации и антисоппадсния,
IS — узел управления фильтром и переключением каналов, J6, J7 —
счетные схемы предварительного пересчета, 18, lu — коммутатор смены
экспозиций, 29 ■— привод коммутатора, 23—23 и 31—33 — onjj€niiraBae-
мые ячейки счетных схем рабочего канала, 24—26 — опрашиваемые ячей-
ки контрольного канала, 27 — камертонный генератор и лересчетная
схема временного устройства, 28—30 — иеоирашиваемые ячейки рабо-
чего канала, 34, 35 ~~ коммутатор опроса и выход на ТМ-канал
ffj -
Рис. 2. Спектральная эффективность счетчиков рентгеновско-
го телескопа
j — без фильтра, 2 — с фильтром
$ А,Я
оси лунохода. Как правило, она отклоня-
ется от местного зенита на несколько гра-
дусов из-за крена и дифферента лунохода.
|3а счет вращения Луны вокруг оси конус
поля зрения телескопа медленно сканирует
I полосу на небесной сфере со скоростью 0,5°/ч.
( На следующий лунный день скан проходит
в пределах той же полосы на 2h западнее, но
наблюдения перекрываются редко из-за
иных значений крена и дифферента. Время
каждой экспозиции равно 6 ч, что примерно
соответствует полю зрения телескопа 3°,3«
Перед началом сеанса измерений в конце
сеанса связи по командам с Земли осуществ-
ляется сброс запоминающего устройства,
установка в исходное положение програм-
мно-временного устройства и установка
фильтра на данный счетчик. После этого ав-
томатически начинается счет импульсов в
трех последовательных экспозициях по 6 ч.
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
139
Полученная информация вчитывается ©-на-
чале следующего сеанса связи.
Спектральная эффективность счетчика
х] (Е) показана на рис*. 2, Скорость .снета_от_
рентгеновского излучения зависит от его
спектра. Здесь и далее все оценки делаются
для типичного степенного спектра сЕ~2 фо-
тон/см • с-кэВ. Используя данные рис. 2,
эффективную площадь счетчика Sx = 6,5 см2,
получаем соотношение
F (> 2 кэВ) = 1,4-10~5 Nx [фотон/см2- с], (31)
где Nx — число импульсов за счет рентгенов-
ского излучения за экспозицию 6 ч;
F(> 2кэВ) — поток от дискретного источника
при £>2 кэВ.
Полагая поток диффузного рентгеновского
излучения F (Е) = 12,4 E~U1 см2- с"1- сте-
рад"1, находим ожидаемое число импульсов
от диффузного фона при апертуре 3°,3 Nx^ =
= 2,5-103. Чувствительность аппаратуры
зависит от уровня счета, от величины кос-
мического фона и эффективности его вычи-
тания.
Определение координат наблюдаемой точки
на небесной сфере
Как уже отмечалось, ось телескопа направ-
лена вдоль вертикальной оси лунохода.
Отклонения ее от лунной вертикали за счет
крена и дифферента лунохода можно счи-
тать малыми. При этом селеноцентрические
координаты точки наблюдения даются вы-
ражениями
Ь = 6о + Y1 siJ1 9 — Y2 cos 9»
I cos h = IqQos h — Yicos 0 — Y2 sin 6-
Здесь h и bo — долгота и широта местопо-
ложения лунохода, Y1» Y2 и 9 — крен, диф-
ферент и азимут лунохода в момент наблю-
дения.
Правила знаков следующие: Y1 отсчиты-
вается по часовой стрелке, если смотреть
спереди; Y2 — положительно, если передняя
часть поднимается вверх; азимут G отсчиты-
вается от направления на север к востоку.
Далее переходим от селеноцентрических
координат к экваториальным а, б:
sin 8 = sin b cos i + cos b sin b sin /',
i ■-+-■ cos b x
x cos i sin ^,
cos (a +Q') cos 6
cos b cos
I.
Значения i (наклон среднего лунного эква-
тора к истинному экватору Земли), ^ (сред-
няя геоцентрическая долгота Луны), Q
(средняя долгота узла лунной орбиты на
эклиптике), А (расстояние от восходящего
узла среднего лунного экватора на истин-
ном экваторе Земли до восходящего узла
среднего лунного экватора на эклиптике),
£У (прямое восхождение восходящего узла
среднего лунного экватора на истинном эк-
ваторе Земли) брались из Астрономичес-
кого Ежегодника. Для удобства расчетов на
ЭВМ временная зависимость О!', i1 V аппро-
ксимировалась линейными функциями
i = a2 + Ы, аз - 22°,21848, Ы = 9,4 .КИ,
V = аз + hi, аз= 130°,421, Ьз= 13,1731.
Программа была проверена сопоставлением
с приближенными ручными вычислениями,
проведенными ранее, и по данным для се-
леноцентрических координат Солнца.
Результаты наблюдений
Как уже отмечалось, в каждом сеансе из-
мерений осуществляются три последователь-
ные экспозиции по 6 ч, смещенные друг
относительно друга на 3°. На рис. 3 показа-
ны просмотренные за второй — четвертый
лунные дни участки неба, причем каждый
значок соответствует центру поля зрения в
середине экспозиции. На рис. 3 показаны
также известные источникрг рентгеновского
излучения.
Анализ полученных данных показал, что
число импульсов за счет космического фона
составляло Nc ~ 2-105. Это соответствует
0,4 имп/см2- с, что близко к ожидаемой ве-
личине. Для такого фона тройное стандарт-
ное отклонение За=1,3.1(Р. Используя
данные, приведенные в конце предыдущего
раздела, находим, что За вдвое меньше ожи-
даемого числа импульсов от диффузного
140
ГЛАВА VI
щ Сед /J
/fff'
Css Л
1
Сед XZ
ф
о
Sff'
tyfXt \
I
JtJ
^\
X/
? о о о
\ • •
\ 9JerXf
г Л
—о-о-о—"""""""
1
\\
1
1
J
\
I
г
ч
У
л»
о
X
vJ
>
/i7 // // fj
fJ ft /7
J S 7
/S Zff Zf \
8 $9 Ш
ft
fZ
J
fj f4
9 /3
& 7
/7
tf
Zff Zf. I
У fff
Рис. 3. Участко^неба, про-
смотренные телескопом
« Лунохода-f»
Сплошная линия — эклиптика,
крестики — сеансы 2-го лунно.
го дня, кружки — сеансы 3-го
дня, квадратики — сеансы 4-го
ДНЯ
Рис. 4. Скорости счета ра
бочего и контрольного рент-
геновских счетчиков аа вто-
рой и третий лунные дни
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
141
Г0 /S 20 2/ ZZ9Xff
/3 /7 /0 /S 201 f
Рис. 5, Разность показа-
ний счетчиков телескопа
за второй и третий лун-
ные дни
рентгеновского фона iVXB и соответствует
дискретному рентгеновскому источнику с
потоком F (> 2 кэВ) = 0,02 фотон/см2-с.
Эти возможности, однако, не удалось реа-
лизовать вследствие систематического ухода
скорости счета в течение лунного дня. На
рис. 4 приведены показания рабочего и кон-
трольного счетчиков за второй и третий лун-
ные дни. На оси абсцисс показаны даты
декабря 1970 г. и января 1971 г. соответ-
ственно. Наблюдавишеся изменения скорости
счета нельзя отнести за счет вариаций
космического фона. Их причина остается
неясной. Возможно, она связана с темпера-
турными изменениями чувствительности.
Наибольшая чувствительность наблюдалась
во время максимальной температуры
(—40° С). Лабораторные исследования пока-
зали, что при увеличении температуры имеет
место небольшое уменьшение амплитуды
импульсов. Указанное увеличение скорости
счета можно тогда объяснить, принимая
растущий спектр амплитуд от космического
фона.
На рис. 5 приведены значения разностей
AN показаний рабочего и контрольного
счетчиков по экспозициям второго и третье-J*
/0
го лунных дней. Вертикальными штрихами
показаны моменты подачи команды пере-
броса фильтра с одного счетчика на другой.
Монотонный ход разности AN показывает,
что она не сводится просто к различию в
изменении чувствительности счетчиков.
По-видимому, здесь начинает сказываться
«усталость» счетчиков, которая, однако,
снимается в течение лунной ночи, когда
аппаратура не работает. Начиная с четвер-
того лунного дня нерегулярности в ходе
AN в течение лунного дня возрастали,
К концу девятого дня ресурс аппаратуры, по-
видимому, в основном был исчерпан.
Систематическое отсутствие изменения
разности AN на 5-103 импульсов за счет
диффузного фона показывает, что переброс
фильтра не осуществлялся.
Как видно из рис. 5, отступление наблю-
давшихся значений Л Л7' от прямой линия,
как правило, сравнительно невелико. Су-
щественным исключением являются вторая
экспозиция 10.ХП a»13h,5 и все три экс-
позиции 22.XII а»21\
Выделяется точка 10.XII. Здесь единст-
венный раз наблюдался сигнал в рабочем
канале, выходящий за пределы старших
142 ГЛАВА VI
неопрашиваемых разрядов (см. выше). Пре- времени необходимо обеспечить автомати-
вышение сигнала над космическим фоном ческую перестановку фильтра с 1-го счет-
составило 5-104 импульсов. Если это пре- чика на 2-й с периодом в несколько минут,
вышение отнести за счет излучения рентге- Нужно увеличить опросность аппаратуры
новского источника, то поток должен быть за счет большего объема запоминающего
F (> 2 кэВ) = 0,8 фотон см2-с. Координаты устройства, причем в пределах поля зрения
точки наблюдения в этой экспозиции были должно быть не менее двух экспозиций.
а = 13h18m ± 10'»; б = 32°,5 +2°. В этой
области нет каких-либо пекулярных объек- Авторы выражают признательность
тов. К сожалению, повторно наблюдать дан- Н. А. Шацкому, В. Ф. Суханову, В. PL Ka-
ный участок неба не удалось. Увеличение реву и А. И. Паршину, принимавшим уча-
сигнала в трех экспозициях 22.XII было стие в изготовлении аппаратуры, а также
значительно меньше: —8 • 103 импульсов, Б. В. Непоклонову и Е. И. Москаленко за
что соответствует рентгеновскому потоку помощь в приеме и обработке телеметрии
F (> 2 кэВ) = 0,1 фотон/см2-с. Эта область и в управлении прибором,
также наблюдалась только один раз. Еди-
ничный характер наблюдения в обоих слу- литература
чаях, а также ряд косвенных соображений
(В ЧаСТНОСТИ большая ПрОТЯЖеННОСТЬ Обла- 1* ScJ)™artz D- «Astrophys. J;», 1970, 162, 439.
no vtt\ ^- Fabian Л. t\, Sanjord R. «Nature Phys.», 19/1, 231,
CTii 22. X 11) заставляют полагать весьма 52.
3 G
)
ВерОЯТНЫМ, ЧТО В обоИХ СЛучаЯХ, 10.XII И 3' GAZ*-yi?<i* £ГУ**%1П Р" Giacconi M* «Astrophys. J,»,
22.XII, имели место сбои аппаратуры.
Просмотренная за время сканов область
на небесной сфере включала лишь два из- £. Особенности всплеска
вестных источника. рентгеновского излучения Солнца,
1. Начало первой экспозиции 22.XII за- зарегистрированного
хватывает край Vii I (Cyj Loop) — мягкий спектрометрической аппаратурой
источник, излучение от которого в области РИФМА 10 декабря 1970 г.
2—8 А не наблюдалось.
2. В первой экспозиции 14.1 наблюдалась Г. Е. Кочаров, Ю. Е. Чариков
область центра поля зрения эксперимента
[31 в момент наблюдения источника GX резко возросший в последние годы интерес
48,7. Согласно^] галактические координаты к исследованиям рентгеновского излучения
источника Z — 48 ,7 + 0 ,2; о — 0 + 15 . Солнца обусловлен реальными возможнос-
Отсутствие наблюдаемого сигнала в настоя- тями определения основных физических
щем эксперименте показывает, что | Ъ\ >2. параметров области генерации рентгенов-
На основе настоящего эксперимента, по- СКИх лучей и механизма ускорения быстрых
видимому, можно утверждать, что в про- электронов, ответственных за возникновение
смотренной полосе небесной сферы (см. рис.3) рентгеновских квантов. В настоящее время
нет источников с потоком в области 2—8 А рассматриваются две возможности инжек-
болыпе 0,7 фотон/см2- с. . ции быстрых электронов в область генера-
Проведенный эксперимент с коллиматор- ции рентгеновских лучей: импульсная и
ным рентгеновским телескопом РТ-1 под- непрерывная [1, 2]. Для выбора конкретной
тверждает перспективность проведения на модели инжекции необходимо изучение ди-
Луне экспериментов по рентгеновской астро- намики генерации рентгеновских всплесков,
номии. Получен важный материал о харак- Временная зависимость спада интенсивности
тере работы аппаратуры на Луне и необхо- рентгеновского излучения в модели импульс-
димых модификациях аппаратуры. В част- ной инжекции определяется процессом взаи-
ности, для реализации большой постоянной модействия нетепловых электронов с окру-
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
143
жающей плазмой (уход электронов из об-
ласти генерации не эффективен [3]) и не
зависит от механизма ускорения, в то время
как в модели непрерывной инжекции вре-
менной спад полиостью объясняется меха-
низмом ускорения. За исключением рентге-
новского всплеска 10.XII 1970 г. [4], все
зарегистрированные случаи импульсного
возрастания обусловлены непрерывной ин-
жекцией электронов 15]. Уникальное собы-
тие 10,XII 1970 г., которое было зарегистри-
ровано аппаратурой РИФМА, установлен-
ной на «Луноходе-1», мы и предполагаем
рассмотреть в настоящем разделе.
Отсылая читателей к [6], где подробно
рассмотрены характеристики спектрометри-
ческой аппаратуры РИФМА, мы здесь
отметим лишь некоторые методические осо-
бенности, необходимые для полноты обсуж-
дения. Прежде всего напомним, что основ-
ное назначение аппаратуры РИФМА — из-
мерение химического состава лунного грунта
по трассе движения лунохода с целью
выяснения типа породы. С помощью много-
канального анализатора определяется диф-
ференциальный энергетический спектр ха-
рактеристического излучения атомов грунта
в пропорциональных счетчиках. Положение
линий указывает на наличие в образце тех
или иных химических элементов, а по ин-
тенсивности этих линий можно определить
относительное содержание соответствующих
элементов.
Хорошо известно, что пропорциональный
счетчик дает лишь сведения о том, какая
энергия выделена в его рабочем объеме.
В лунных условиях формирование импульса
напряжения в детекторе может быть выз-
вано рентгеновским излучением элементов
грунта, солнечными и галактическими лу-
чами, рентгеновскими излучениями Солнца
и других звезд, наводкой от различных сис-
тем лунохода и др. Поэтому при разработ-
ке аппаратуры [6] стремились (с учетом
ограничений по весу, мощности, каналу связи
и т. д.) по возможности добиться макси-
мальной надежности и достоверности резуль-
татов. Кроме счетчиков с тонкими, обращен-
ными к грунту окнами, в аппаратуре име-
лись счетчики, которые не «смотрели» на грунт
и, следовательно, практически не регистри-
ровали низкоэнергичные рентгеновские
кванты основных породообразующих эле-
ментов. Геометрия счетчиков и всего вы-
носного блока была выбрана такой, чтобы
амплитуда импульсов от галактических и
солнечных космических лучей отличалась
от амплитуды импульсов характеристиче-
ских квантов. Эффективность регистрации
рентгеновского излучения с энергией менее
10 кэВ в счетчиках с тонкими, обращенными
к грунту окнами (энергия рентгеновских
квантов основных породообразующих эле-
ментов находится в интервале 1—6 кэВ)
практически равна нулю во всех направле-
ниях, за исключением направления от лун-
ного грунта. Таким образом, «фоновое» рент-
геновское излучение в диапазоне 1 — 10 кэВ
могло быть зарегистрировано только после
рассеяния от лунного грунта непосредственно
под выносным блоком в телесном угле, оп-
ределяемом окном счетчика и расстоянием
до точки рассеяния. Каждый отдельный им-
пульс передавался па Землю, где определя-
лась амплитуда импульса и время его при-
хода.
Таким образом, в аппаратуре РИФМА
определяется дифференциальное распреде-
ление как по энергии, так и по времени.
Существенно также отметить, что вся по-
ступившая на Землю информация записана
на магнитофонную ленту и может быть
многократно обработана.
В сеансе связи 10.XII 1970 г. при работе
счетчика 2, который не «смотрел» на грунт,
было обнаружено кратковременное возрас-
тание интенсивности импульсов за предела-
ми диапазона энергии характеристических
рентгеновских лучей от атомов грунта.
Форма дифференциального спектра и дли-
тельность (~ 1 мин) всплеска позволили
предположить, что счетчик зарегистрировал
вспышку рентгеновского излучения Солнца.
Но в то же время, естественно, не исключа-
лась возможность того, что всплеск обуслов-
лен наводками от каких-либо систем «Луно-
хода-1». Однако, после того как стало из-
вестно, что точно в это же время ряд обсер-
ваторий обнаружил солнечную вспышку в
оптическом (табл. 17) и радио диапазоне
144
ГЛАВА VI
Таблица 17
Обсервато-
рия
GRP 35487
HUAN
МСМА
Оптические наблюдения
Начало
15.43
15.42
15.44
Конец
16.08
10.05
16.10
Макси-
мальная
фаза
15.50
15.50
15.49
Положение
N17 Е15
N15 Е 14
N18 Е16
Цен-
тральное
расстоя-
ние
0,383
0,352
0,408
Таблица 18
Часто-
та,
МГц
606
1415
2 695
4995
8800
15400
960
2 700
10 700
930
2 800
4995
9400
Станция
SGMR
SGMR
SGMR
SGMR
SGMR
SGMR
P1NN
P1NN
P1NN
BORD
OTTA
CANR
FWAN
Тип
21
3
4
4
3
3
3
20
3
45
45
41
45
Начало
15.38,9
15.39,5
15.39,4
15.39,4
15.40,1
15.39,5
15.39,2
15.37,5
15.39,5
15.40,0
15.40,0
15.39,5
15.39,3
чпах
15.41,4
15.41,5
15.41,5
15.41,5
15.41,5
15.41,5
15.42
15.41,0
15.41,6
15,42
15.41,7
15.42
15.41,6
Дли-
тель-
ность,
мин
5,1
7,9
12,6
6,8
8,5
4,5
5
23,1
16,9
3
4,5
4
3
Плотность
потока,
хГц-1
макси-
маль-
ная
4,6
8,1
15,1
29,5
34,2
23,5
10,2
22,2
41,7
20,0
13,0
41,5
сред-
няя
2,3
3,5
6Д
10,0
13,8
9,0
2,6
5,6
6,9
4,0
5,0
18,9
(табл. 18), а аппаратура на спутнике «Эксп-
лорер-37» зарегистрировала резкое возрас-
тание интенсивности рентгеновских лучей
в диапазоне от 0,6 до 24 кэВ, возможность
наводки была полностью исключена. Рас-
смотрение телеметрических данных, посту-
пивших с борта лунохода, также показало,
что в интересующий интервал времени ни-
каких «особых» событий не произошло. К со-
жалению, наши результаты не могут быть
непосредственно сравнены с данными аме-
риканских ученых, поскольку мы не рас-
полагаем детальными дифференциальными
спектрами по энергии и времени, получен-
ными в аппаратуре, установленной на «Экс-
плорере-37» (может быть, такие спектры и
не получены?).
На рис. 1 представлена зависимость ско-
рости счета рентгеновских квантов в детек-
торе от времени, позволяющая определить
временные характеристики всплеска: нача-
ло 15h44m16sUT, максимум интенсивности
достигается через 8 с; характерное время
уменьшения интенсивности в е раз состав-
ляет 15 с; полная длительность ~1 мин.
Диапазон энергии для обсуждаемого слу-
чая 15—30 кэВ.
На рис. 2 представлена блок-схема анали-
за записанной на запоминающее устройство
(ЗУ) информации о рентгеновском всплеске.
В одном из каналов происходит поимдульс-
ная обработка (измеряется амплитуда и время
прихода импульса) данных (ПОД) с после-
дующим выводом их на ЭВМ. Во втором ка-
нале производится интегральный набор во
времени энергетического спектра, осуществ-
ляется визуальный анализ и контроль ин-
тересующих нас временных участков. Имеет-
ся возможность вывода дифференциального
спектра на цифропечатающее устройство
(ЦПУ). Ошибка привязывания начала ре-
гистрируемого явления к мировому времени
не более 1 с. Временная точность в определе-
нии динамики развитии регистрируемых яв-
лений не хуже 5 % .
В результате обработки эксперименталь-
ных данных получены временной и диф-
ференциальные энергетические спектры за
каждую секунду. Некоторые из них пред-
ставлены на рис. 3.
Для получения физических характерис-
тик области генерации рентгеновских лу-
чей необходимо рассмотреть задачу о транс-
формации энергетических спектров. При-
чины трансформации следующие: 1) раз-
личная вероятность прохождения квантов
через слой вещества, окружающего рабочий
глаз счетчика; 2) влияние стеночного эф-
фекта. Первая причина зависит от геомет-
рии задачи, которая определяется положе-
нием Солнца и конструктивными особеннос-
тями аппаратуры РИФМА (рис. 4). Детектор
представляет собой цилиндр длиной S = 90
и диаметром 14 мм, наполненный аргоном.
Толщина стенок d = 1 мм. Кривая зависи-
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
145
dN/dt, с
-I
\ zoo
1
ш
I
V
ч
го
JO
т
*,*
Рис, 1. Зависимость скорости счета рентгеновских квантов
в детекторе от времени
Нуль времени соответствует 15h44m05s UT
Z \р=74
N
-^ f
tf3ffyV£/fl/# ff/П £1?ЛЩй
Рис. 4. Геометрия эксперимента 10.XII i970 г.
3 — пропорциональный счетчик, 2 и .3 — части конструкции выносного
•лока
Фил»тр
сад
Jff/i
Рис. 2, Блок-схема анализа записанной на ЗУ информации
«Фильтр» — фильтр низких частот, СОД — система обработки данных
0,Jff
л
/
/
/
/
Рис. 5, Зависимость эффективности регистрацииХрентгенов-
ских квантов от энергии
X
JU £f
Рис, 3, Зависимость скорости счета от анергии рентгеновских
квантов
2 — 4—б с после начала всплеска; в — 9—10; 3 — 17—20; 4 — 25—27;
5 — 34—39; 6 — 41—48 с
10 Луноход-1
К
3fc
/
/
/
\
\
It I
/Л
f
Ящ (77-1
t
\
\
\
V
Рис. 6. Вероятности Ще, R) для Е - 17 и 25 кэВ
146
ГЛАВА VI
мости эффективности регистрации (учиты-
вается прохождение рентгеновских квантов
через стенки прибора и поглощение в рабо-
чем газе) от энергии рентгеновских лучей
приведена на рис. 5.
Исходя из общепринятых представлений
(см., например, [1—31) о степенном спектре
рентгеновских квантов и учитывая геомет-
рию задачи, на быстродействующей электрон-
но-вычислительной машине БЭСМ-4 были
рассчитаны трансформированные дифферен-
циальные энергетические спектры для раз-
личных значений показателя у. Расчет
трансформации спектра проводился следую-
щим образом: в спектре рентгеновского из-
лучения выделялись линии с энергиями фото-
нов е = 15, 17, 20, 25, 30 и 40 кэВ (этот диа-
пазон энергий совпадает с измеряемым ап-
паратурой) и рассчитывалась вероятность
И7 (е, R) того, что фотоэлектрон, образован-
ный фотоном с энергией 8, проходит в нап-
равлении вылета расстояние R до стенки
счетчика. Затем осуществлялся переход от
вероятности W (8, R) к вероятности реги-
страции W (г, Е) детектором энергии фото-
электрона Е при энергии рентгеновского
кванта 8. При расчете вероятности W (8, R)
рассматривался бесконечный цилиндриче-
ский детектор (как показывают оценки,
влияние торцов счетчика незначительно).
При такой геометрии было получено следу-
дующее выражение для W (e, R):
ты поглощения фотонов в А1 и в Ar, I —
толщина стенок корпуса аппаратуры (см.
рис. 4), ч|? — угол падения рентгеновских
лучей, г — радиус детектора, d — толщина
стенок детектора, х, z — текущие цилиндри-
ческие координаты, 0i, Э2 — углы, задающие
направления, вдоль которых расстояние от
точки образования фотоэлектрона до стенки
больше заданного R:
Г 2
arccos —5-» если
0,
если ■ ~ " > 1;
(33)
ва =
г + z\
arccos ( jj- , если
если
W (e, R) -■ — и at (e) exp (— \iM (e) -^
r
\ exp ( —ijl^i —^—^—!—
j \ cos
X
X
X
X
dx X
зт9-Ф(в, /?, x,z)dB,
(32)
где ^ = j Q (9» ф) ^й ~ нормировочный
житель (общее число фотоэлектронов, об-
разовавшихся внутри цилиндра в точке X,
Z), о (0, ф) ■— сечение фотоэффекта (см., на-
пример, [8]), [хА1 (в) и[хАг (в) — коэффициен-
Ф (0, /?, х, z) определяет число фотоэлектро-
нов с пробегом до стенки менее R.
По формуле (32) на ЭВМ БЭСМ-4 про-
водился расчет W (e, R) для заданного угла
я|) = 74°, конкретных / и d и энергии фотона
е = 15, 17, 20, 25 и 40 кэВ. Результаты
расчета для е = 17 и 25 кэВ показаны на
рис. 6.
Рассмотрим теперь вопрос о переходе от
вероятности W (в, R) к вероятности W (е,
Е). На рис. 7 изображена кривая потерь
электронов при прохождении через аргон.
По этой кривой видно, что даже при неболь-
шой толщине слоя газа существует конечная
вероятность полного поглощения электрона,
т.е. для перехода к W (е, Е) необходимо
решить задачу о распределении потерь энер-
гии электроном при прохождении им слоя
газа толщиной Л- Рассмотрим фотоэлектро-
ны, образованные рентгеновскими квантами
с энергией е. Кинетическая энергия фото-
электронов Т = е — ек, где ек — энергия
связи электрона на ЛГ-оболочке атома Аг.
При заполнении Z-оболочки с вероятностью
90% образуются Оже-электроны и кванты
с энергией 2,96 кэВ с вероятностью 10%
[9]. Низкоэнергичные Оже-электроны и
рентгеновские кванты практически пол-
ностью поглощаются в рабочем газе детек-
тора. В результате в счетчике выделяется
вся энергия ек. Если электрон имеет в на-
правлении вылета из атома расстояние до
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
147
стенки детектора большее, чем Rm — макси-
мальный пробег электронов в аргоне, то
он будет полностью замедлен, и при этом в
детекторе будет зарегистрирована энергия
Е = ек + Т = е. (34)
Однако электрон может быть полностью за-
медлен и при R < Rm. Учитывая вероятность
поглощения электрона при прохождении слоя
вещества толщиной Я, получим следующие
значения отношения г = W (e, s)/W (e), где
W (е,е) — вероятность регистрации детек-
тором энергии Е = е, a W (£) — вероят-
ность регистрации рентгеновского излуче-
ния с энергией е:
93 84 68 48' ;
г,
%
в, кэВ
17 20 25 30
Видно, что для малых энергий большин-
ство фотонов с энергией е попадает в канал
счета той же энергии. Остальные (100 — г)%
электронов попадают в каналы с энергией
£<8. Будем считать, что все они равно-
мерно распределены по оставляемой в счет-
чике энергии. К существенным ошибкам та-
кое приближение не приводит, поскольку
для степенного спектра рентгеновских кван-
тов вклад фотонов г > Е в число счетов в ка-
нале энергии Е составляет 10% для Е =
= 20 кэВ и уменьшается с увеличением энер-
гии Е.
Окончательное выражение для числа фото-
электронов, потерявших в счетчике энер-
гию, в диапазоне от Е до Е + dE представим
в виде
W(B,E)I(e)dE,
(35)
где / (е) — интенсивность рентгеновского из-
лучения с энергией г. Первый член учиты-
вает вклад рентгеновских квантов с энер-
гией в = Е, а второй — вклад квантов с
энергиями в > Е.
Рассчитанные зависимости для у = 5 и 6,
наилучшим образом согласующиеся с экспе-
риментальными данными в момент времени,
соответствующий максимальной интенсив-
ности, представлены на рис. 8. Отметим
(см. рис. 3), что с течением времени энер-
гетический спектр становится более жестким
\
\
\
# &,J /f0
Рис. 7. Зависимость вероятности прохождения рентгеновских
лучей от толщины проходимого слоя R
/
/
/
/
' Т 1
V
vi
яг
JO
го —
0 ?/? ? f 7/7 f
Рис. 8. Дифференциальный энергетический спектр импуль-
сов в момент максимума интенсивности
и через 44 с после максимума показатель у
становится меньше 2. Как известно (см.,
например, [1—3]), в настоящее время об-
суждаются два возможных механизма гене-
рации рентгеновского излучения Солнца:
квазитепловое излучение плазмы и нетепло-
вое излучение быстрых электронов. Сово-
купность приведенных выше результатов
(малые времена подъема и спада, степенной
энергетический спектр, малая длительность
всплеска) свидетельствует в пользу второго
механизма генерации. Природа нетеплового
излучения рентгеновских лучей может быть
объяснена следующими процессами: тормоз-
ным излучением быстрых электронов в куло-
1Э*
148
ГЛЛВЛ VI
новском поле ионов плазмы, синхротронным
и комптоновским излучением. Как показано
в [10], для рассматриваемого диапазона
энергий Ю < Е < 40 кэВ тормозное излуче-
ние является основным источником рентге-
новских лучей.
Уменьшение показателя спектра во вре-
мени можно объяснить, если считать, что
спад спектра определяется процессом столк-
новения электронов с окружающей плазмой
(модель импульсной инжекции). В то же
время мы не исключаем возможность не-
прерывного ускорения электронов до момен-
та времени, соответствующего максимуму
интенсивности.
Приведем оценки физических параметров,
характеризующих область генерации рент-
геновских лучей на Солнце, считая, что наб-
людаемое рентгеновское излучение объяс-
няется нетепловым механизмом (тормозное
излучение) с импульсной инжекцией. В дан-
ной модели спектр электронов в области ус-
корения и в области генерации рентгенов-
ских квантов имеет один и тот же вид, а
именно: dIJdE = кгЕ~ъ. Время жизни элек-
тронов относительно столкновений опреде-
ляется формулой
п l J
где щ — плотность ионов в окружающей
плазме в см"3, Е — кинетическая энергия
электронов в кэВ. Для Е — 20 кэВ и t =
= 15 с получим щ ^ 5 • 109 с\г\
Общее количество быстрых электронов
дается выражением
где С (6) — коэффициент, зависящий от по-
казателя б спектра электронов, г — энер-
гия рентгеновского излучения, dl/d& —диф-
ференциальный энергетический спектр рент-
геновских квантов. Согласно [1,3] 8 = у —
— (0,5 -г- 0,7), т. е. для момента времени,
соответствующего максимуму интенсивнос-
ти, значение б находится в интервале
4 < б < 5. Считая 6 = 4,5, получаем
С (4,5) = 2- 10м см2 • с и Ne ~ 8- 10м
электрон/вспышка. Полную энергию быст-
рых электронов в области вспышки можно
представить в виде
Ео = Ес + Ет + Еу + Ек,
где Ес и Ет — потери энергии на столкно-
вения и тормозное излучение в области
вспышки; Еу — полная энергия электронов,
покидающих область вспышки; Еи — поте-
ри энергии на столкновения в короне. Оце-
ним 2?т, используя выражение, полученное
в работе 13]:
Ят (е > 0) = Алг-G (б) J / (15 < е < 30) dU
t
где г — расстояние от Солнца до Земли,
1,5-1013 см, G (б) — коэффициент, зависящий
от показателя б спектра электронов, / (15 <
< е < 30) — интенсивность рентгеновского
излучения в регистрируемом диапазоне.
Для б = 4,5 получим £ (4,5) = 135, величи-
на тормозных потерь равна Ет = 8-1024 эрг.
Используя соотношение между тормоз-
ными и столкновительными потерями энер-
гии (см. [3]), определим, что Ес ^ 5-1028 эрг.
Энергия электронов, покидающих область
генерации рентгеновских лучей, может быть
определена следующим образом: Еу = NyEy
где Е— средняя энергия уходящих элек-
тронов (Е ^ 20 кэВ), а число уходящих
электронов Ny определено из наблюдений
ряда вспышек [31 и равно
Ny = Ne
Подставляя значение Е и Ne для рассмат-
риваемого случая, получим Еу ~ (2-1026 -г-
-:- 2-1027) эрг. Общая энергия быстрых элек-
тронов, определяемая из выражения Еовщ =
= J N (Еи) EJEK, равна Еот ж 10* эрг,
и, следовательно, Ек ^ 1028 эрг.
В заключение нам хотелось бы отметить,
что в разработке аппаратуры РИФМА,
в проведении экспериментов на «Луноходе-1»
и в обсуждении результатов принимал учас-
тие ряд сотрудников ФТИ АН СССР и дру-
гих учреждений, которым мы выражаем ис-
креннюю благодарность.
ЛИТЕРАТУРА :
1. Brown J. С. «Solar Phys.», 1961, 18, 489.
2. Syrovatskil S. /., Shmeleva O. P. Preprint N 158, P. N.
Lebedev Physical Institute, 1971.
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
149
3. Lin R. P., Hudson H. S. «Solar Phys.», 1971, 17, 412.
4. Кочаров Г. Е.% Чариков /О. E.f Харченпо А. Л,, Гусев
Г. Б., Баскаков А. В, «Письма ЖЭТФ», 1972, 15, № 3,
153.
5. Anderson К. A.r Kane S.R. and Lin R. Р. Труды междуна-
родного семинара по проблеме «Генерация космических
лучей на Солнце». Л., 1970, с. 269.
6. Кочаров Г. Е,9 Бороду лип II. Ф., Викторов СВ., Воропа-
ев О. Л/., Дзевановская А. Ю.> Иванов О. F.f Кирьян Г. В.,
Петров В. В., Сакульский В. А. Передвижная лаборато-
рия на Луне Луноход-1. М., «Наука», 1971, с. 89.
7. Solar Geophysical Data, 1971.
8. Бэтэ С» и Солпитер Э. Квантовая механика атомов с од-
ним и двумя электронами. М., ГИФМЛ, 1960.
9. Пауль B.j Штейнведелъ X. Бета- и гамма-спектроскошш.
М., ГИФМЛ, 1959.
10. Корчак А. А. «Астроном, ж.», 1968, № 5, 1185.
3. Космические лучи малых энергий
на спаде 20-го цикла
солнечной активности
Г. П. Любимов, Е. А. Чучков,
Н. В. Переслегина, О. Г. Мягченкова
Введение
Аппаратура, установленная па «Луноходе-1»
[ 1 ], регистрировала интенсивность солнеч-
ных и галактических космических лучей
малых энергий. Эти данные позволяют изу-
чать временные и пространственные вариа-
ции космических лучей солнечного и галак-
тического происхождения за 11 месяцев,
с ноября 1970 г. по октярбь 1971 г., во вре-
мя перелета станции «Луна-17» от Земли к
Луне и во время И лунных дней работы
«Лунохода-1» на поверхности Луны.
В последующих разделах будут исследо-
ваны крупномасштабные (порядка суток и
более) вариации интенсивности протонов с
энергией 1—5 МэВ и больше 30 МэВ и аль-
фа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ за каж-
дый лунный день (л. д.).
Наблюдаемые вариации интенсивности
космических лучей сопоставлены с сол-
нечными и геофизическими данными из
[2—4]. Одни возрастания интейсивности
протонов и альфа-частиц связываются с
определенными солнечными вспышками,
другие — с квазистациоиарными потоками
солнечных космических лучей из активных
областей (А. О.) Солнца, третьи — с уско-
рением и возрастанием плотности частиц
между движущимися магнитными неодно-
родностями солнечной плазмы. Понижения
интенсивности космических лучей связыва-
ются с модуляцией потока космических лу-
чей движущимися магнитными неоднородно-
стями типа ударных волн, слоев и струй
солнечной плазмы.
Рассмотрение конкретных событий ил-
люстрируется рис. 1—11.
На этих рисунках, кроме протонов с
энергией 1—5 МэВ, больше 30 МэВ и аль-
фа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ, изме-
ренных «Луноходом-1», представлены часо-
вые данные нейтронного монитора в Дип
Ривер, трехчасовые значения .йГр~индекса
геомагнитной возмущениости, среднесуточ-
ные потоки солнечного радиоизлучения на
частоте 2800 МГц, среднесуточные числа
солнечных пятен. В левой части каждого
рисунка окружность схематически изобра-
жает проекцию орбиты Луны на плоскость
эклиптики, на которой жирными дугами
отмечены участки измерения (с указанием
времени и азимута начала и конца участ-
ка); на орбите Луны с ночной стороны
Земли и на временной шкале рисунков от-
мечены моменты пересечения Луной хвоста
магнитосферы Земли (согласно данным о
средних размерах невозмущенной магнито-
сферы [5]). Данные счетчика протонов с энер-
гией больше 30 МэВ, полученные на «Луно-
ходе-1», были приведены к свободному про-
странству при помощи методики, которая
была применена ранее [10].
В последнем разделе исследуются вариа-
ции интенсивности космических лучей от
одного л- д. к другому за весь период рабо-
ты «Лунохода-!» (см. рис. 12). Эти вариа-
ции обусловлены 11-летним ходом солнеч-
ной активности.
Сопоставляется ход средних за каждый
л. д. значений интенсивности протонов с
энергией 1—5 МэВ и больше 30 МэВ с хо-
дом числа солнечных пятен и потока солнеч-
ного радиоизлучения на частоте 2800 МГц.
Анализируется зависимость глобального по-
тока солнечных и галактических космиче-
ских лучей на расстоянии 1 а. е. от Солнца,
от уровня солнечной активности на спаде
20-го цикла (см. рис. 13).
150
ГЛАВА VI
44 /Z
/0
a
fffff
А 00. tffi
i 1 i
#
/0
/z
/4
+
A /2.25
' ' ' L
"I
in" ?
n-l
\
6200 \
/3D
/30
/&0 ,,.
, >i*
/&
/M
20.1I/S70Ur
Рис. 1. Интенсивность космических лучей, измеренная аппара-
турой «Лунохода-1» во время перелета «Луны-17» к Лупе
и во время первого лунного дня на поверхности Луны
Сверху вниз изображены: интенсивность протонов с энергией 1 — 5 МэВ;
интенсивность альфа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ; счет гейгеровско-
го счетчика (протоны с энергией больше 30 МэВ и электроны с энергией
больше 2 МэВ); среднечасовые данные нейтронного монитора в Дип
Ривер; трехчасовые данные Кр-инр&кса геомагнитной возмущепности;
среднесуточные значения потока радиоизлучения на частоте 2800 МГц
Sa; среднесуточные цюрихские числа солнечных пятен R , в левом верх-
нем углу окружность схематически изображает проекцию орбиты Луны
на плоскость эклиптики, на которой жирными дугами отмечены участки
измерения с указанием времени и азимута начала и конца участка; на
орбите Луны с ночной стороны Земли (и на временно"й шкале рисунка)
отмечены моменты пересечения Луной хвоста магнитосферы Земли. Вни-
зу треугольниками отмечены внезапные начала магнитных бурь SG
Перелет и первый лунный день (рис, 1)
Во время перелета станции «Луна-17» от
Земли к Луне регистрировался участок спа-
да интенсивности солнечных космических
лучей (с.к.л.) значительного (как по ве-
личине потока, так и по продолжительности)
возрастания с.к.л., начавшегося, по дан-
ным других космических аппаратов 12, 6, 7],
5.ХI 1970 г. Причиной этого события, как
показано в [б, 7], была мощная солнечная
вспышка балла ЗВ, происшедшая 5.XI в
03 ч 23 мин (максимум) в восточной части
диска (12° S, 34° Е), в А. О, 11019. На Солнце
эта вспышка продолжалась около 4 ч и со-
провождалась I, II, III и IV типами радио-
всплесков и вспышкой рентгена с пиковой
энергией 0,23 эрг- см"2- с"1 в диапазоне 1—8 А
[2]. Подробный анализ, сделанный в [6, 7],
показал, что возрастание интенсивностие,к.л.
для протонов с энергией больше 1 МэВ, боль-
ше к МэВ и больше 30 МэВ имело два макси-
мума (диффузионный и конвективный). Рас-
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
151
пад второго, конвективного, максимума
(частицы, переносимые за ударной волной
во вспышечном газе [8]) наблюдался (для
протонов с энергией 1—5 МэВ) с 7.XI по
14.XI 1970 г., причем до 9.XI спад аппрокси-
мировался экспонентой с постоянной време-
ни 30 ч [6]; далее падение интенсивности по-
степенно замедляется. Эта последняя фаза
спада интенсивности с. к. л. после вспышки
5.XI и регистрировалась станцией «Лу-
на-17». Поток протонов с энергией 1—5 МэВ
вначале составлял примерно 10 см"2- с1- сте-
рад"1, т. е. превышал фон детектора на два
порядка. Интенсивность медленно уменьша-
лась в течение всего периода перелета к Лу-
не. За четыре дня полета интенсивность по-
низилась примерно в 5 раз; если этот учас-
ток аппроксимировать экспонентой, то
постоянная времени составит примерно
60 ч.
В конце дня 13.ХI 1970 г. на фоне моно-
тонного падения интенсивности заметна мо-
дуляция потока протонов; в течение несколь-
ких часов происходит более резкое уменьше-
ние интенсивности. Эта особенность более
четко видна по данным «Венеры-7» [7]. Весь
рассматриваемый период соответствует
уменьшению средней возмущенности меж-
планетного пространства в районе Земли
после прохождения ударной волны и плазмы
от вспышки 5.ХI. Наблюдается уменьшение
^-индекса после магнитной бури 7.XI и
восстановление интенсивности галактиче-
ских космических лучей (г. к. л.) (нейтрон-
ный монитор) после форбуш-понижения
(Ф. П.). Отмеченная выше модуляция может
соответствовать выходу «Луны-17» и «Вене-
ры-7» из корпускулярного потока активной
области 11019 и попаданию в новый поток
А. О. 11023. Это предположение подтвер-
ждается вначале повышением, а затем по-
нижением уровня г. к. л. по данным ней-
тронного монитора и счетчика протонов с
энергией больше 30 МэВ «Луны-17». Этот
счетчик может регистрировать частицы как
галактического, так и солнечного происхож-
дения. Мы считаем, что с 12.XI по 14.XI
1970 г. ход интенсивности, измеренный этим
счетчиком,отражает в основном изменение
потока г. к. л. Несколько повышенный уро-
вень интенсивности протонов с энергией
больше 30 МэВ 10.XI и И.XI,по-видимому,
соответствует последней фазе спада про-
тонов после вспышки 5.XI 1970 г.
Интенсивность альфа-частиц с энергией
4,5—8,5 МэВ в среднем примерно в 5 раз
превышает фон детектора, но подвержена
значительной модуляции 11.XI и 13.XI
1970 г.
К началу первого лунного дня интенсив-
ность протонов с энергией 1—5 Мэв не умень-
шилась до уровня фона в связи с тем, что
в этот период вновь наблюдается повышение
солнечной активности, увеличивается чис-
ло и мощность солнечных вспышек, возрас-
тает частота радио- и рентгеновских всплес-
ков. 18.XI 1970 г. в 12 ч 25 мин на Земле
зарегистрировано внезапное начало магнит-
ной бури. 19.XI 1970 г. «Луноход-1» отметил
возрастание интенсивности протонов с энер-
гией!—5 МэВ в 3 раза (среднее значение за
сутки) от уровня предшествующего фона. Это
возрастание совпадает с минимумом Ф. П.
г. к. л. по данным нейтронного монитора и
регистрировалось также «Венерой-7».
Счетчик протонов с энергией больше
30 МэВ регистрирует непродолжительное,
но значительное возрастание интенсивнос-
ти, переходящее в глубокое Ф. П. Начало
всплеска протонов с энергией больше 30 МэВ
примерно совпадает с внезапным началом
магнитной бури и первым скачком Кр-шп~
декса, а максимум всплеска протонов сов-
падает со вторым скачком Кр-индекса. Зад-
ний фронт всплеска круче переднего. Ха-
рактерные особенности этого события соот-
ветствуют наблюдению случая ускорения
космических лучей между двумя движущи-
мися и сближающимися магнитными неодно-
родностями [8, 9]. Такими неоднородностя-
ми могут быть две ударные волны, если вто-
рая догоняет первую, либо ударная волна
и поршень газа. Понижение интенсивности
протонов с энергией больше 30 МэВ с 11
(до всплеска) до 9 с"1 (после всплеска) следует
рассматривать как Ф. П. глубиной около
18% галактического компонента космиче-
ских лучей с энергией больше 30 МэВ.
Нейтронный монитор регистрировал Ф. П.
глубиной около 4%.
152
ГЛАВА VI
,J
/z
tzo
so
AOtSS
I I
М-1-
Рис. 2. То же, что на рис. 1, для второго лунного дня
Таким образом, во время первого лунного
дня наблюдалось интересное и сложное яв-
ление: 1) ускорение или уплотнение про-
тонов с энергией больше 30 МэВ двумя дви-
жущимися от Солнца магнитными неодио-
родностями; 2) Ф. П. г. к. л.; 3) перенос
протонов с энергией 1—5 МэВ за ударными
волнами. Всплеск протонов с энергией больше
30 МэВ, по-видимому, состоит из частиц как
солнечного, так и галактического происхож-
дения. Причиной, вызвавшей эти явления,
могли быть серии вспышек в А. О. 11029
(с 15.XInol8.XI 1970 г.). Наиболее значи-
тельные из них произошли 16.Х1вО1ч 12 мин
(16° N, 21° W) 2B - ЗВ; в 09 ч 52 мин
(17° N, 27° W) 2N — 2В.
Второй луиный день (рис. 2)
Во время второго лунного дня началось и
почти полностью закончилось одно из самых
to"
fffff
wo
Zff
больших возрастаний интенсивности с. к. лм
зарегистрированных в период с августа
1970 г. по сентябрь 1971 г. за время ра-
боты «Венеры-7» и «Лунохода-1». Возраста-
ние протонов с энергией 1—5 МэВ имеет
сложную ступенчатую форму. Его регистра-
ция на «Луноходе-1» началась в интервале
с 15 ч 11.XII по 15 ч 12.XII 1970 г. и достиг-
ло максимума 13.XII в 18 + 2 ч, превысив
фон детектора примерно в 104 раз. Интен-
сивность в максимуме составляла 1,3 х
х 103 см~*2- с"1- стерад"1 для протонов с энер-
гией 1—5 МэВ. В конце 14.XII интенсив-
ность резко уменьшилась, примерно на два
порядка, после чего медленно убывала в те-
чение последующих восьми дней. Этот спад
(с 15.XII по 22.XII) можно аппроксимиро-
вать экспонентой с постоянной времени око-
ло 45—50 ч.
Относительное изменение интенсивности
альфа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ в
пределах точности измерений как во в ре-
РЕНТГЕНОВСКОЕ II КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
153
меии, так и по величине совпадает с изме-
нением интенсивности протонов с энергией
1—5 МэВ. Максимальная интенсивность
альфа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ рав-
на 16 см2- с"1- стерад1, что составляет при-
мерно 1,2% от интенсивности протонов с
энергией 1—5 МэВ.
Интенсивность протонов с энергией боль-
ше 30 МэВ в основном меняется в со-
ответствии с вариациями интенсивности
г. к. л. по данным нейтронного монитора.
Однако 12-ХПп в конце дня 13.XII 1970 i\
наблюдаются локальные возрастания интен-
сивности. Первое из них совпадает с нача-
лом возрастания протонов с энергией 1 —
5 МэВ, а второе — с их максимумом.
Подробный анализ, сделанный на основа-
нии данных «Венеры-7» [G], «Пионера-6» и
«Пионера-8» [2], солнечных и геофизических
данных [2—4], показал, что наблюдаемое
возрастание с. к. л. и его форма, а также
модуляция г. к. л. были обусловлены воз-
росшей активностью А. О. 11070, 11073 и
11077 в период с 8.XII по 13.ХП 1970 г.
Эти области были источниками мощных
корпускулярных потоков, модулирующих
потоки с. к. л. и г. к. л., и в этих А. О.
(главным образом в А. О. 11073) наблюда-
лись наиболее мощные солнечные вспышки,
инжектировавшие с. к. л. Из всех вспышек,
происшедших перед наблюдаемым возрас-
танием интенсивности с. к. л., по характе-
ристикам наиболее подходящими являются
следующие: 1) И.XII в 22 ч 30 мин, 2N
(16° N, 01° W, А. О. 11073); 2) 12.XII в
09 ч 06 мин 1В (10° N, 23° Е, А. О. 11077);
3) 12.XII в 14 ч 50 мин, IN (12° N, 28° Е,
А. О. 11077); 4) 12.XII в 18 ч 41 мин, IN
(15° N, 11° W, А. О. 11073). Самой мощной
из этих вспышек по наличию II и IV типов
радиоизлучения и по наибольшему всплеску
рентгена была первая из них. Эта же вспыш-
ка имела наименьшее гелиодолготное рас-
стояние относительно Луны. Поток с. к. л.
от первой вспышки, диффундируя через гра-
ницы корпускулярных потоков А. О. 11073,
обусловил первое малое возрастание ин-
тенсивности протонов с энергией 1—5 и
больше 30 МэВ 12.XII 1970 г. (более высо-
кое временное разрешение на «Венере-7»
позволяет наблюдать этот первый диффузи-
онный максимум [6]).
Последующее нарастание интенсивности
протонов с энергией 1—5 МэВ может быть
связано с несколькими факторами: 1) даль-
нейшая инжекцпя с. к. л. вспышками вто-
рой, третьей и четвертой; 2) приближение
к точке наблюдения областей межпланетной
среды, населенных с. к. л., и 3) уплотнение
с. к. л. перед фронтами ударных волн и
корпускулярных потоков. 14.XII 1970 г.
в 01 ч 55 мин на Земле зарегистрировано
внезапное начало магнитной бури с после-
дующим возрастанием Ар-индекса до 8+.
Одновременно нейтронными мониторами от-
мечается Ф. П. глубиной 5%. Эти события
следует связать с первой солнечной вспыш-
кой, происшедшей 11.ХП в 22 ч 30 мин.
Ударная волна от этой вспышки уплотнила
на своем фронте с. к. л., образовав главный
максимум всего возрастания протонов с энер-
гией 1—5 МэВ и всплеск протонов с энер-
гией больше 30 МэВ. 13.XII эта структура
хорошо заметна на «Венере-7» [6], но наб-
людается примерно на 17 ч раньше, чем на
«Луноходе-1», в соответствии с меньшим рас-
стоянием между «Венерой-7» и Солнцем.
Вторая солнечная вспышка, происшедшая
12.ХII в09 ч 06 мин, может быть связана со
вторым возрастанием ЛГр-индекса до значе-
ния 5+ и соответственно со вторичным уве-
личением крутизны фазы спада Ф. П. от
15 до 18 ч 14.XIL Этот момент хорошо кор-
релирует с резким падением интенсивности
протонов с энергией 1—5 и более 30 МэВ
на «Луноходе-1». Такая сильная модуляция
потока с. к. л. обусловлена потоками высо-
коскоростной плазмы, инжектированной из i
А. О. 11077 происшедшими в них вспыш-
ками.
По данным спутников «Вела-3», «Вела-5»
[2], скорость плазмы 14,XII возросла с <
345 до 635 км/с. Дальнейшее медленное убы- !
вание интенсивности протонов с энергией
1—5 МэВ обусловлено обратной диффузией
с. к. л. из области их локализации к Солнцу ,
и конвекцией вместе с плазмой от Солнца
[8]. На спаде интенсивности протонов с
энергией 1 — 5и больше 30 МэВ 18.XII 1970 г.
заметна модуляция потока космических лу- .
154 глава vr
чей. На Земле в этот период времени наблю- IV типом радиоизлучения, однако наблю-
дается возрастание /£р-индекса, внезапное дался радиовсплеск в сантиметровом диапа-
начало магнитной бури (18-ХII в 21 ч зоне длин волн, и рентгеновская яркость
44 мин) и слабое Ф. П. по данным нейтрон- А. О. была более 20- 10~ti эрг-см~2- с"1; по-
ного монитора. Эти явления связаны с не- этому возможна малая пижекция с. к. л.,
которой активизацией Солнца и с прохож- а оптимальное расположение вспышки по
дением через район Земли квазистационар- долготе облегчило приход с. к. л. в точку
ного корпускулярного потока А. О. 11077. наблюдения.
В предыдущем обороте Солнца этому пото- Начало возрастания совпадает с начав-
ку соответствовало внезапное начало маг- шимся 13.1 понижением интенсивности
нитной бури 21.XI в 06 ч 22 мин от А. О. г. к. л. с энергией больше 30 МэВ и по
11035. Пониженный уровень интенсивно- данным нейтронного монитора. Это пони-
сти протонов с энергией больше 30 МэВ с жение вызвано прохождением кориускуляр-
20*ХП и до конца этого л. д. связан с до- ного потока от А. О. 11111 и 11112, распо-
полнительной экранировкой детектора мест- ложенных в южном и северном полушариях
ным рельефом в районе движения «Луио- Солнца.
хода-1», 17.1 1971 г. начинается второе медленное,
но более значительное возрастание интен-
Третий лунный день (рис. 3) - сивности с к л., которое достигает своего
максимума 19.1. Интенсивность протонов с
На протяжении третьего лунного дня уро- энергией больше 30 МэВ возрастает в начале
вень интенсивности протонов с энергией дня 19.1 примерно на 20% от предшествую-
1—5 МэВ достигал лишь 10 см"2 • с"1- сте- щего уровня, после чего быстро переходит
рад^1. В течение первой половины дня в глубокое (около 13%) Ф. П. На Земле
наблюдался очень медленный спад интен- с 18 до 20.1 наблюдается двойное Ф. П.
сивности (от уровня 0,5 см~2- с"1- стерад"1) г. к. л. глубиной около 3%, два возрастания
с постоянной времени 150—160 ч. Интен- Кр-тщекса и внезапное начало магнитной
сивность г. к. л. с энергией больше 30 МэВ, бури 18Л в 09 ч. Эти события связаны с про-
по данным нейтронного монитора, возраста- хождением корпускулярного потока от А. О.
ла. (Пониженный уровень интенсивности с 11119. Учитывая смену знака фотосферного
начала этого л. д. и до 9.1 1971 г., так же как магнитного поля в этой области Солнца [2],
и в предыдущем л. д., связан с местным рель- можно предположить прохождение грани-
ефом.) Во второй половине л. д. наблю- цы сектора. Как известно [11], внутри не-
даются два возрастания интенсивности которых секторов межпланетного магнитного
с. к. л. Первое из них началось 14.1 и за- поля наблюдаются потоки с. к. л. и моду-
кончилось 15Л. ляция г. к. л. Возможно, что события с 18
Несмотря на суточные усреднения, фор- ио 20Л 1971 г, имеют ту же причину,
ма изменения интенсивности протонов с энер- >
гией 1-5 МэВ во время этого события (ма- Четвертый иый ( 4)
лая продолжительность и быстрое нараста-
ние) соответствует быстрому приходу с. к. л. Во время этого лунного дня, так же как и в
вдоль межпланетного магнитного поля. предыдущий день, наблюдаются потоки про-
В первых сутках интенсивность составила тонов с энергией 1—5 МэВ, не превышающие
1 см~2- с"1 • стерад"1. На Солнце 14.1 1971 г. 10 см~2- с"1- стерад"1. В течение первых 11 дней
была зарегистрирована вспышка балла 1В регистрировался спад интенсивности со сред-
(08° S, 56° W, А. О. 11111) в 10 ч 45 мин. ней постоянной времени около 90 ч. Крутиз-
Эта хромосферная вспышка, по-видимому, на спада увеличивается 15 и 16.11 1971 г.,
могла быть причиной наблюдаемого возрас- а 17.11 начинается новое постепенное возрас-
тания интенсивности протонов с энергией тание интенсивности. Интенсивность прото-
1—5 МэВ. Вспышка не сопровождалась нов с энергией больше 30 МэВ меняется в
РЕНТГЕНОВСКОЕ II КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
155
/7
/5
/J
4
0
00
J0
J_
J_
I
^ 0 l /0 //
Рис. 3. To же, что на рис. 1, для третьего лунного дня
основном подобным же образом. На фоне
спада интенсивности протонов с энергией
1—5 МэВ имеются два небольших возраста-
ния: 7—8 и 11 —12.11, Первое из них со-
провождается также возрастанием интенсив-
ности протонов с энергией больше 30 МэВ
примерно на 3%. Задний фронт первого воз-
растания совпадает с внезапным началом
магнитной бури на Земле 8.II в 20 ч 36 мин.
Вероятно, что повышенная интенсивность
протонов с энергией 1—5 МэВ 7—8. II обус-
ловлена вспышкой 5.11 в 22 ч 23 мин балла
2В (09° S, 02° Е, А. О. 11145), а модуляция
интенсивности протонов с энергией больше
30 МэВ, малое Ф. П. по данным нейтронных
мониторов и внезапное начало магнитной
бури вызваны ударной волной от этой
вспышки. Однако известный вклад в возрас-
тание интенсивности протонов с энергией
1—5 и больше 30 МэВ могла дать вспышка
8.II в И ч 08 мин балла In (21° N, 66° W,
А 09.00
!
7~f
0000
Ш0
/Г0
/50
А. О. 11153). Второе возрастание протонов
с энергией 1—5 МэВ 11—12. II обусловле-
но вспышкой 11.11 в 04 ч 28 мин балла
2F (28° N,60° W, А. О. 11146). Быстрое па-
дение интенсивности протонов с энергией
1—5 и больше 30 МэВ 16ЛI вызвано про»
хождением корпускулярного потока от А. О.
11150, а небольшое (около 3%) предваритель-
ное повышение интенсивности протонов с
энергией больше 30 МэВ 15. II может быть
либо модуляционным эффектом возрастания
интенсивности перед фронтом корпускуляр-
ного потока, либо с. к. л., инжектирован-
ными вспышкой 15.11 в 15 ч 34 мин балла
IN (18° N, 09° Е, А. О. 11162). Новое
постепенное возрастание интенсивности
с. к, л., начавшееся 17.11, может быть обус-
ловлено солнечными вспышками, происшед-
шими с 15 по 20.11. Резкий спад интенсивно-
сти протонов с энергией 1—5 МэВ 19.11
обусловлен закрытием детектора в соответ-
ствии с программой работы,
156
ГЛАВА VJ
у
^
ft
m
-| 1 1.1 1 Г I
120.36
__5 И . x
I I 1 П I 1 1 I I I L
|
dJffff
tfff
fff
Zi/ ЛШ1/Г
Puc, 4. To же, что на рис. 1, для четвертого лунного дня
Рис. 5. To же, что на рис. 1, для пятого лунного дня
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 157
Пятый лунный день (рис. 5) 30 МэВ можно считать уплотнением частиц
на фронте этого квазистационарного кор~
Пятый лунный день принадлежит к числу пуску л яркого потока,
дней наиболее низкой интенсивности с. к.л.
В течение всего ДНЯ интенсивность прОТОИОВ Шестой лунный день (рис. 6)
с энергией 1—5 МэВ близка к фону детекто- Во время первой половины шестого лунного
ра. Отдельные всплески интенсивности дли- дня вновь наблюдалась высокая интенсив-
тельностыо от одного до четырех часов у ка- ность протонов с энергией 1—5 МэВ. Реги-
зывают на наличие вариаций интенсивности, стрировался спад интенсивности со значе-
отождествление которых с отдельными со- ний порядка 103 см~2-с"1 • стерад"1 до фона,
бытиями па Солнце весьма затруднительно Средняя постоянная времени спада с 7 по
ввиду недостаточного и неоднородного вре- 9.IV 1971 г. около 16 ч. За 9.IV интенсив-
менного разрепления при измерениях. Де- ность протонов с энергией 1—5 МэВ резко
тектор протонов с энергией больше 30 МэВ уменьшилась (более чем в 10 раз), после чего
отмечает Ф. П. с 10 но 12.III 1971 г. с по- до 14.IV была близка к фону. На последнем
следующим длительным (до конца л. д.) вое- участке этого л. д. интенсивность вновь по-
становлением интенсивности. Нейтронные высилась до] значения 10 см"2- с"1- стерад"1.
мониторы регистрируют малые Ф. П. Интенсивность альфа-частиц с энергией 4,5—
г. к. л. в соответствии с периодами возрас- 8,5 МэВ, так же как и во время второго
тания Яр-индекса геомагнитной возмущен- л. д. (рис. 2), примерно в 100 раз ниже ин-
ности. тенсивности протонов с энергией 1—5 МэВ,
Первый участок возмущенности 10— но претерпевает аналогичные временные из-
ИЛИ можно отождествить с прохождением менения. Максимальное значение интенсив-
корпускулярного потока от группы южных ности альфа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ
А. О. 11178, 11179, 11180, сосредоточенных 6.IV составило 30 см~2- с1- стерад"1. Ин-
примерно на одной долготе, и от А. О. тенсивность протонов с энергией больше
11176, расположенной несколько западнее их 30 МэВ не обнаруживает заметного возрас-
в северном полушарии Солнца. По-видимо- тания, аналогичного протонам и альфа-час-
му, наиболее эффективной в силу своей ши- тицаммалых энергий, но подвержена сильной
роты и устойчивости во время прохождения модуляции в виде кратковременных по-
по диску Солнца следует считать А. О. 11180. иижений глубиной 10—15% и восстанов-
Кроме того, 10.111 могло наблюдаться воз- лений, особенно 9 и 12.IV. Нейтронные мо-
мущение от вспышки балла IN, происшед- ниторы отмечают малое (около 1,5%) Ф. П.
шей 7.1Пв10ч23 мин (13° S, 05° Е, А. О. 9—10 .IV, но не показывают модуляции
11181). Таким образом, некоторое возрас- 12.IV, а Ф. П. глубиной около 3%, начав-
таниеинтенсивности протонов с энергией 1—5 шееся на Земле 14.IV, произошло после окон-
и больше 30 МэВ и последующее понижение чання этого л. д. На Земле 9 и 14.IV отме-
протонов с энергией больше 30 МэВ с 9 по чаются магнитные бури с внезапным началом
11 ЛИ могли быть связаны с перечислен- в 04 ч 28 мин и в 12 ч 43 мин соответственно,
ными выше процессами солнечной активно- Причиной, вызвавшей возрастание про-
сти. Следующее значительное по величине и тонов с энергией 1—5 МэВ и альфа-частиц
продолжительности возрастание ii^-индек- с энергией 4,5—8,5 МэВ в начале л. д., была
са с 12 по 16ЛII связано с прохождением вспышка балла 1В, происшедшая 6ЛV в
корпускулярного потока от южной А. О. 09 ч 36 мин (19° S, 80° W, А. О. 11221).
11181. Последнее геомагнитное возмущение Ударная волна от этой вспышки вызвала
19—20ЛП с внезапным началом 19ЛП в внезапное начало магнитной бури 9ЛV и
11 ч 50 мин, по-видимому, связано с кор- Ф. П. г. к. лм которое наблюдалось ней-
пускулярным потоком также южной А. О. тронными мониторами и в интенсивности
11191. Наблюдаемое 19ЛП повышение ин- протонов с энергией 1—5 и больше 30 МэВ
тенсивности протонов с энергией больше на Луне. Сравнительно быстрое падение ин-
158
ГЛАВА VI
Рис. 6. To же, что на рис. 1, для шестого лунного дня
тенсивности с. к. л. после вспышки, малая
глубина (нейтронный монитор) и длителтэ-
ность Ф. П. объясняются далеким западным
расположением солнечной вспышки [11].
Вторая, более мощная магнитная буря
14.IV 1971 г., Ф. П. г, к. л. по данным ней-
тронного монитора и начавшееся возраста-
ние протонов с энергией 1—5 МэВ на Луне
могут быть следствием квазистационарных
и вспышечных процессов солнечной актив-
ности. С 9.IV по 11 .IV через центральный
меридиан Солнца проходили группы А. О.
11234, 11233 и 11238, самой мощной из ко-
торых была А. О. 11234. Корпускулярные
•V.
потоки из этих А. О. могли вызвать наблю-
даемые геомагнитные возмущения, Ф. П.
г. к. л. и поток с. к. л. Кроме того, 10.IV
и особенно 11 .IV наблюдалась серия радио-
всплесков IV типа без оптических вспышек.
Оптические вспышки могли произойти в
мощных А. О. 11249, 11250, 11253 и главным
образом в А. О. 11256 и 11257, которые в это
время были за восточным лимбом Солнца
[4], С. к. л. и ударные волны от этих вспы-
шек могли достигнуть района Земли 14.
IV, как было в апреле 1969 г. [12]. Значитель-
ные понижения интенсивности протонов с
энергией больше 30 МэВ 7, 9, 12, 13. IV
обусловлены дополнительной экранировкой
детектора, связанной с местным рельефом.
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
159
Седьмой лунный день (рис. 7)
В первой половине этого лунного дня, т. е.
с 6.V по 11.V 1971 г., интенсивность протонов
с энергией 1—5 МэВ либо в несколько раз
(около 5 раз) превышает уровень фона (6—
8.V), либо равна фону (10—И.V). С 12 по
15.V наблюдается внезапное повышение ин-
тенсивности. Наиболее высокое значение ин-
тенсивности протонов с энергией 1—5 МэВ
регистрируется 12, 13.V, оно составляет
около 1С)2 см^-с^.стерад"1- В последующие
два дня интенсивность снижается примерно
до 10 см"2-с~1-стерад"1. Интенсивность аль-
фа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ претер-
певает изменения, аналогичные вариациям
интенсивности протонов с энергией 1—5 МэВ,
однако во время возрастания 13—15.V (в
соответствии с результатами предыдущих
л. д.) их уровень примерно в 102 раз ниже
уровня интенсивности протонов. Малая ин-
тенсивность протонов в первой половине
л. д. соответствует убыванию геомагнитных
возмущений по данным /£р-иидекса и мед-
ленному восстановлению интенсивности
г. к. л. по данным нейтронных мониторов.
Интенсивность галактических протонов с
энергией больше 30 МэВ, измеренная на Лу-
не, также возрастает до 12.V. Этот спад воз-
мущенности пространства обусловлен уда-
лением корпускулярных потоков А. О.
11281, 11282 и 11286 от Земли и Луны. На-
чиная с 12.V интенсивность протонов с энер-
гией больше 30 МэВ подвержена модуляции.
В это время на Земле наблюдаются гео-
магнитные возмущения и падение интен-
сивности г. к. л. Эти явления связаны с про-
хождением корпускулярных потоков из
А. О. 11294, 11296 и 11297, образующих на
Солнце активную широтно-долготную груп-
пу. Эта группа А. О., кроме того, выде-
ляется на диске Солнца очень высокой рент-
геновской яркостью особенно 13.V, в ней
происходят вспышки и радиовсплески. Кро-
ме этой группы, которая располагалась в
это время на западе солнечного диска, 12.V
начала проходить центральный меридиан
Солнца другая большая группа А. О.
(11299—11313), в которой также происходи-
ли вспышки. Возрастание интенсивности
с. к. л. (протоны с энергией 1—5 и больше
30 МэВ и альфа-частицы с энергией 4,5—
8,5 МэВ) 12—13.V можно связать со вспыш-
ками, происшедшими в А. О. 11294: 12.V
в 01 ч 31 мин балла IN (12° N, 70° W) п
13.V в 17 ч 52 мин балла IN (08° N, 90° W);
возрастание интенсивности с. к. л. 14—
15.V — со вспышкой 14.V в 14 ч 14 мин
балла 1В в А. О. 11312 (04°N, 11° Е).
Восьмой лунный день (рис. 8)
Восьмой, девятый и десятый лунные дни
являются периодами самой низкой интен-
сивности с. к. л, во всех диапазонах энер-
гий.
Во время восьмого дня интенсивность про-
тонов с энергией 1—5 МэВ и альфа-частиц
с энергией 4,5—8,5 МэВ соответствовала фо-
ну этих детекторов. Интенсивность г. к. л., по
наземным данным, непрерывно увеличивает-
ся. Эта картина соответствует малой возму-
щенности межпланетной среды и уменьше-
нию солнечной активности. Средний уровень
интенсивности галактических протонов с
энергией больше 30 МэВ также непрерывно
увеличивается. Пониженный уровень 10 и
11.VI 1971 г. связан с местным рельефом.
Слабые геомагнитные возмущения, наблю-
даемые 8, 10 и 13.VI, хорошо связываются с
прохождением корпускулярных потоков
от А. О. 11344, 11352 и 11358 соответствен-
но. Эти А. О. расположены вблизи видимого
центра (ЧЬ 10°) и экватора Солнца (наклон
оси Солнца в это время равен 0°). Однако
возмущения, создаваемые этими А. О., очень
слабые, и наиболее слабое возмущение соз-
дает самая мощная из них А. О. 11352,
расположенная на экваторе. Этот эффект,
по-видимому, связан с существованием эк-
ваториальной «зоны избегания» [13]. Воз-
мущение 13.VI, сопровождаемое внезапным
началом магнитной бури в 13 ч 25 мин, может
соответствовать прохождению границы сек-
тора межпланетного магнитного поля.
Девятый лунный день (рис. 9)
Во время этого лунного дня интенсивность
протонов с энергией 1—5 МэВ и альфа-час-
тиц с энергией 4,5—8,5 МэВ не превышает
160
ГЛАВА VT
Рис. 7. To же, что на рис. 1, для седьмого лунного дня
tff
ч
/8
ЧЧ
Ч*
40
20
I | I 1 | [ t
LJ L
/0
A /J. 25
I | I
I f I I
//
/4
/ff
Рис. 8. То же, что на рис. 1, для восьмого лунного дня
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 161
значения фона этих детекторов. Интенсив- 11455, 11456 и 11457). Первая и третья из
ность г. к. л., измеренная на Земле (ней- них расположены в северном, а остальные —
тронные мониторы) и на Луне (протоны с в южном полушариях Солнца. Первая А. О.
энергией больше 30 МэВ), медленно возрас- 11447 была расположена на видимом центре
тает в течение всего л. д. в связи с оконча- Солнца и, следовательно, внесла наиболь-
нием возмущения, начавшегося еще 28,VI пшй вклад в понижение интенсивности
[2]. Геомагнитное возмущение с внезапным г. к. л. [14, 15]. Второе понижение (8.VIII),
началом 8.VII 1971 г. в 17 ч 28 мин могло по-видимому, вызвано вспышечным возму-
быть вызвано прохождением корпускуляр- щением от солнечной вспышки балла 2N,
ных потоков большой группы А. О. 11401— происшедшей 6.VIII в И ч 08 мин (07° S,
11408, наиболее мощной из них была А. О. 05° Е) в А. О. 11455, расположенной в это
11402 в южном полушарии Солнца. Другое время вблизи центрального меридиана Солн-
геомагнитиое возмущение, начавшееся 11— ца.
12.VII, можно сопоставить также с южной Возрастание интенсивности протонов с
А. О. 11414, Однако, как и в восьмом л. д., энергией 1—-5 МэВ с 13 по 16.VIII хорошо
эффективность всех А. О. невелика, и ос- соответствует инжекции с. к. л. после
новной причиной геомагнитных возмуще- вспышки балла IN, происшедшей 13.VIII
ний может быть смена знака межпланетного в 07 ч 03 мин (09° S, 50° W) в А. О. 11457,
магнитного поля. Солнечные вспышки, про- вдоль силовых линий межпланетного маг-
исходнвшие в этой А. О., видимо, были нитного поля,
неэффективны.
Одиннадцатый лунный день (рис. 11)
Десятый лунный день (рис. 10) Последний, одиннадцатый, лунный день при-
Во время первой половины этого лунного надлежит к трем л. д. (второй, шестой и
дня интенсивность протонов с энергией 1— одиннадцатый) наиболее высокой интенсив-
5 МэВ и альфа-частиц с энергией 4,5— ности протонов с энергией 1—5 МэВ pi аль-
8,5 МэВ соответствует фону детекторов; во фа-частиц с энергией 4,5—8,5 МэВ, но вы-
второй половине (с 13 по 16.VIII 1971 г.) деляется среди всех л. д. самым большим
интенсивность протонов с энергией 1—5 МэВ возрастанием интенсивности солнечных про-
увеличивается до 1 см~2-с"1* стерад"1. С 7 тонов с энергией больше 30 МэВ. Основное
по 14.VIII на Земле регистрируется малое, возрастание с. к. л. происходит в первой
но продолжительное геомагнитное возмуще- половине л. д. Начало этого события не бы-
ние. Этому возмущению соответствует по- л о зарегистрировано на «Луноходе-1». Мак-
степенное, но глубокое (до 4%) и продолжи- симальная зарегистрированная интенсив-
тельное (около 7 дней) Ф. П. г. к. л., по ность (3.IX 1971 г. в 18 ч 35 мин) протонов
данным нейтронных мониторов в Алерт и с энергией 1—5 МэВ составляла 3-102 см~2х
Дип Ривер [2]. Изменение интенсивности х с"1 • стерад'1, альфа-частиц с энергией 4,5—
г. к. л. с энергией больше 30 МэВ на Луне 8,5 МэВ 10 см~2- с"1- стерад"1 и протонов
также соответствует участку этого Ф. П. с энергией больше 30 МэВ 4,6 см^-с^-сте-
С 9 по 14.VIII падение интенсивности прото- рад"1. Исходя из этих данных показатель
нов с энергией больше 30 МэВ составляет степенного интегрального энергетического
примерно 9,5%. Это крупномасштабное спектра для энергий больше 1 и больше
Ф. П. г. к. л., по данным нейтронного мони- 30 МэВ ЗЛХ в 18 ч 35 мин был равен 1,2.
тора в Алерт [2], состоит из пяти отдель- Спад интенсивности протонов с энергией
ных, следующих одно за другим пониже- 1—5 МэВ и альфа-частиц с энергией 4,5—
ний (7, 8, 11, 12, 14.VIII). Четыре из них, 8,5 МэВ продолжался до 7.IX. Средняя
кроме второго, начавшегося 8—9.VIII, мож- постоянная спада для протонов с энергией
но сопоставить с прохождением корпуску- 1—5 МэВ равна примерно 20. На участке
лярных потоков от четырех А. О. (11447, между 4 и 5.IX можно увидеть увеличение
Уз 11 Луноход-1
162
ГЛАВА V!
J I
3 J 7
Рис, 9. То же, что на рис, 1, для девятого лунного дня
2/
Z0
70
S0
1 I
! I
" _ 0 $ /0
Рис. 10. To же, что на рис. 1, для десятого лунного дня
f
7W0
0000
1
/7. шт/ит
I I I I I i
S
///7
00
. Ш
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
163
fff
fff
'«•» tff
20
/У
Jff
Jff
fff -
X
1
?fff ■.
/ff N
fff~/K^
7Ш
Wff
ffff
fff
rz
/4. UfST/l/r
Рис. 1 i. To же, что на рлс. 1, для одиннадцатого лунного дня
крутизны спада интенсивности для всех час-
тиц.
Во второй половине л. д. с 8 по 14ЛX ин-
тенсивность протонов с энергией 1—5 МэВ
варьирует около значения 1 см~2- с"1* сте-
рад"1, а интенсивность протонов с энергией
больше 30 МэВ соответствует уровню
г. к. л. этой энергии. Согласно данным [2],
наблюдаемый в одиннадцатом л. д. спад воз-
растания интенсивности с. к. л. обусловлен
солнечной протонной вспышкой, а начало
возрастания регистрировалось на Земле и в
космосе 1.IX. По данным нейтронных мо-
ниторов [2], интенсивность во время вспыш-
ки увеличилась на 10—15%. На Солнце
1.IX в 11) ч 35 мин были зарегистрированы
мощные радиовсплески II и IV типов в ши-
роком диапазоне длин волн. Эти радио-
всплески и вспышки произошли в южной,
самой мощной за предшествующий период
А. О. 11482, которая проходила централь-
ный меридиан Солнца 23.VIП. Следователь-
но, в момент вспышки она находилась за
западным лимбом Солнца примерно на 30°.
В пользу такого утверждения свидетельст-
вует ряд фактов: 1) в это время за восточным
лимбом не было мощной А. О.; 2) с. к. л.
пришли с малым запаздыванием после ра-
диовсплесков; 3) с. к. л. быстро нарастали
до максимума; 4) энергетический спектр
с. к. л. был жесткий даже через два дня пос-
ле вспышки; 5) достаточно быстрый спад
с. к. л.; 6) возмущение от вспышки не вы-
звало значительной модуляции г. к. л., что,
164
ГЛАВА VI
по-видимому, связано с неблагоприятными
условиями прихода ударной волны и вспы-
шечного газа с западного лимба. Внезапное
начало магнитной бури наблюдалось 4.IX
в 16 ч 46 мин. Максимальное значение Кр-ът-
декса было равно лишь 4+. Средняя ско-
рость ударной волны, исходя из моментов
радиовсплеска и внезапного начала, равна
примерно 600 км/с. Вспышечное возмущение,
как уже было отмечено выше, слабо модули-
ровало г. к. л. (по данным нейтронных мони-
торов). Однако модуляция (увеличение кру-
тизны спада интенсивности) рассеянных
с. к. л. хорошо видна 4—5.IX по данным
«Лунохода-1» для протонов с энергией 1—5,
больше 30 МэВ и альфа-частиц с энергией
4,5—8,5 МэВ и по данным «Эксплорера-41»
для протонов больше 10, 30 и 60 МэВ [2].
Из этих данных легко видеть, что глубина
модуляции для протонов растет с увеличе-
нием энергии частиц.
Слабое геомагнитное возмущение 3.IX перед
магнитной бурей связано с прохождением кор-
пускулярного потока от А. О. 11484. Дли-
тельное возмущение после магнитной бури,
глубокое ипродолжительное Ф. П. г. к. л., по
данным нейтронных мониторов, начавшееся
6.IX, вызваны прохождением корпуску-
лярных потоков от цепочки южных А. О.
11490, 11496 и 11492, которые проходили
центральный меридиан Солнца со 2 по 5. IX.
На Земле 13.IX Ар-индекс внезапно воз-
растает с 2 до 5", а нейтронные мониторы
отмечают Ф. П. г. к. л. глубиной 1,5—2%.
Для объяснения этого возмущения на Солн-
це нет подходящих А. О., однако 12.IX в
16 ч 16 мин регистрируются мощные радио-
всплески II и IV типов в широком диапазо-
не длин волн и вспышка рентгена. В это
время из-за восточного лимба Солнца
(13° S, 85° Е) выходит самая мощная А. О.
11516. Можно предположить, что радио-
всплески, отмеченные 12.IX, произошли в
этой А. О., а оптическая вспышка либо не бы-
ла зарегистрирована, либо была за лимбом
Солнца. Если считать эту залимбовую
вспышку причиной геомагнитного возмуще-
ния 13.IX, то скорость ударной волны будет
более 2000 км/с. Плотность плазмы, по дан-
ным спутника «Вела-5» [2], 13.IX в 05 ч
00 мин достигла 23,3 см3 при скорости
365 км/с. Следует отметить, что обе большие
вспышки 1 и 12.IX произошли в одной и
той же А. О., но в двух ее последовательных
прохождениях по диску Солнца. Эта А. О.
проходила центральный меридиан Солнца
23.VIII под номером 11482 и (через 27 дней)
19.IX под номером 11516. Обе указанные
выше солнечные вспышки произошли в этой
А. О. один раз за западным, а второй — за
восточным лимбом Солнца. На этом примере
можно заметить значительные различия, т. е.
восточно-западную асимметрию, в потоке
с. к. л. и характере возмущений, приходя-
щих с противоположных точек солнечного
лимба: большой поток с. к. л, с запада и
почти полное отсутствие с востока; малая
скорость ударной волны с запада (600 км/с)
и большая с востока (2000 км/с); отсутствие
Ф. П. г. к. л. с запада и значительное Ф. П.
с востока.
Вариации средней интенсивности
солнечных и галактических космических лучей
ото дня ко дню (рис, 12)
В предшествующих разделах были рассмот-
рены вариации интенсивности солнечных и
галактических космических лучей во время
каждого л.д. в зависимости от различных
спорадических и квазистационарных прояв-
лений солнечной активности. Сравнивая
между собой отдельные л.д., можно заме-
тить (см. рис. 1—И), что средний уровень
интенсивности г.к.л. с энергией больше
30 МэВ, несмотря на значительные вариации
в отдельных л.д., неуклонно растет от пер-
вого дня к последнему, Средний уровень
интенсивности г.к.л. с энергией больше
1 БэВ, измеренный на Земле нейтронными
мониторами, изменяется аналогично, но эти
изменения меньше в процентном отношении.
Иначе изменяется интенсивность с.к.л.,
а именно протонов с энергией 1—5 МэВ.
Диапазон изменения интенсивности с.к.л.
в отдельных л.д. очень велик. Во втором,
шестом и одиннадцатом л.д. интенсивность
изменяется в 104 раз и достигает значений
примерно 103 см""2 • с-1 • стерад"1. В других
же л.д., например в восьмом, девятом
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
165
/Г*
I
I \
I I
61
. о
I—
о
о
о
о
О
о
о
о
о
о°
о
о
I II 1
о
Q)
о
о
о
о
о
Q
О)
Л
ш
и
Ш
IX
/Шг.
2$
ZZ
/Z
ffff
ш
f/ff
ffff
Рис. i2, Зависимость интенсивности космических лучей и средние значения за лунный день); 2) среднее за лунный день значение
солнечной активности от времени с ноября 1970 г. по сентябрь счета гейгеровского счетчика (протоны с энергией больше 30 мэВ);
1У71 г, среднемесячные и средние за лунный день (штриховые отрезки): 3) дан-
Сверху вниз изображены: 1) интенсивность протонов с энергией] 1— ные нейтронного монитора в Дип Ривер; 4) значения потока радиоизлу-
5 МэВ (кружки — отдельные измерения, горизонтальные отрезки — чения на частоте 2800 МГц; цюрихские числа солнечных пятен
166
ГЛАВА VI
и десятом, интенсивность изменяется при-
мерно лишь в 10 раз и не превосходит 1 см2 х
хс"1 ■ стерад"1. Однако все же можно сказать,
что частота регистрации значительных но
интенсивности потоков с.к.л. уменьшается
от первого л.д. к последнему. Индексы сол-
нечной активности за время каждого л. д.
значительно флуктуируют (в связи с враще-
нием Солнца и динамикой А. О.), однако
также уменьшаются от начала исследуемого
периода к его концу.
Для выявления крупномасштабных изме-
нений интенсивности солнечных и галакти-
ческих космических лучей в зависимости от
солнечной активности построен рис. 12, на
котором в зависимости от времени для всех
л.д. показаны: 1) интенсивности протонов с
энергией 1—5 МэВ, измеренные во время
каждого л.д. (кружки), и средние значения
за л.д. (горизонтальные отрезки); 2) сред-
ние за каждый л.д. интенсивности протонов
с энергией больше 30 МэВ; далее приведены
среднемесячные (сплошные линии) и средние
за л.д. (штриховые): 3) значения интенсив-
ности г.к.л. по данным нейтронного мони-
тора в Дип Ривер; 4) поток радиоизлучения
на частоте 2860 МГц и 5) цюрихские числа
солнечных пятен. Прежде чем перейти к
подробному рассмотрению связей между ве-
личинами, приведенными на рис. 12, и изу-
чить их временной ход, следует отметить,
что проведенные на «Луноходе-1» длитель-
ные измерения интенсивности космических
лучей позволили получить новый важный
материал для изучения 11-летней модуляции
космических лучей на спаде 20-го цикла
солнечной активности.
Вопрос об 11-летней модуляции космиче-
ских лучей является фундаментальным во-
просом космической физики. Эксперимен-
тальное изучение 11-летнего хода интенсив-
ности космических лучей может дать ответы
на следующие вопросы: 1) каков механизм
11-летней модуляции космических лучей;
2) каковы размеры области модуляции;
3) какова форма области модуляции; 4) каков
спектр первичных г.к.л.; 5) существует ли
асимметрия (гелиоширотная) солнечного вет-
ра. Решение почти всех этих вопросов может
быть также получено путем измерения гра-
диента (радиального и вертикального, т. е.
гелиоширотного) интенсивности космических
лучей на разных фазах цикла солнечной ак-
тивности. Однако нахождение градиента кос-
мических лучей требует одновременных из-
мерений интенсивности космических лучей
идентичной аппаратурой по крайней мере в
двух достаточно удаленных друг от друга
точках космического пространства.
11-летняя модуляция интенсивности г.к.л.
изучается наземными станциями космиче-
ских лучей (нейтронные мониторы), в стра-
тосфере (шары-зонды) и в космическом про-
странстве (спутники, межпланетные и лун-
ные станции). Такие комплексные измерения
позволяют определять спектр г.к.л. в ши-
роком диапаз не энергий на разных фазах
цикла солнечной активности. Измерения в
космическом пространстве весьма перспек-
тивны, благодаря высокой чувствительности
космических лучей малой энергии к изме-
нению солнечной активности [16, 17]. Назем-
ные и стратосферные измерения ценны своей
непрерывностью и возможностью определе-
ния спектра г.к.л. (за счет широтного и ат-
мосферного обрезания).
11-летний ход интенсивности космических
лучей изучается в зависимости от изменения
различных индексов солнечной активности.
Одним из основных индексов солнечной ак-
тивности, который определяется уже в тече-
ние очень длительного периода времени,
является число солнечных пятен. Этот ин-
декс показывает достаточно хорошую связь
интенсивности космических лучей с солнеч-
ной активностью, однако для более точного
соответствия (как амплитудного, так и вре-
менного), по-видимому, можно найти другие
индексы солнечной активности (например,
комбинация площади, яркости и широты
флоккул).
Все, что говорилось выше, относилось
главным образом к г.к.л. Тем не менее изу-
чение 11-летнего хода интенсивности с.к.л.
также решает (или, во всяком случае, помо-
гает решать) почти все поставленные выше
вопросы. Кроме того, изучение крупномас-
штабного изменения глобального потока
с.к.л. представляет самостоятельный интерес
для выяснения закономерностей 11-летней
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
167
активности Солнца как источника косми-
ческих лучей.
Систематическое изучение 11-летнего
хода интенсивности г.к.л. малых энергий,
а именно протонов с энергией, большей
30 МэВ, при помощи идентичных гейгеров-
ских счетчиков было начато в 1959 г. [16].
В 1965 г. систематически начал изучаться
11-летний ход интенсивности с.к.л. — про-
тонов с энергией 1—5 МэВ, идентичными
полупроводниковыми счетчиками [17]. На
рис. 13 показан 11-летний ход солнечной ак-
тивности (среднемесячные цюрихские числа
солнечных пятен 20-го цикла) и космических
лучей малых энергий, построенный по дан-
ным советских космических станций.
Для нахождения точного соответствия
между ходом солнечной активности и пото-
ком космических лучей необходимы непре-
рывные измерения. Это связано с тем, что,
как видно на рис. 13, ход солнечной актив-
ности подвержен весьма сильным флуктуа-
циям (даже для среднемесячных значений
числа солнечных пятен). Еще более значи-
тельные изменения от месяца к месяцу
испытывает поток с.к.л. [17]. Плавность
11-летнего хода г.к.л. нарушают Ф. П. Однако
для выяснения основных закономерностей
И-летней модуляции космических лучей
малых энергий вполне пригодны редкие, но
усредненные за достаточный отрезок време-
ни систематические и однородные измерения.
Данные, представленные на рис. 13, по-
казывают сильную связь солнечной актив-
ности с интенсивностью космических лучей:
1) интенсивность г.к.л. изменяется в про-
тивофазе с ходом солнечной активности, во
время спада солнечной активности интен-
сивность г.к.л. возрастает, а при росте
солнечной активности интенсивность г.к.л.
падает; 2) фаза нарастания интенсивности
г.к.л. от 1959 к 1966 г. не симметрична с
фазой спада от 1966 к 1970 г., что также свя-
зано с асимметрией ветвей нарастания и спа-
да солнечной активности (медленный спад
солнечной активности и быстрый рост); 3) на-
блюдается запаздывание кривой хода ин-
тенсивности г. к. л. относительно кривой
хода солнечной активности на 1 —1,5 года.
Однако, как было показано в [18, 19], такое
i
N
fffBS
Pne. 13. 11-летний ход интенсивности космических лучей
и солнечной активности с 1962 по 1971 г.
Горизонталытыми отрезками, соединенными ломаной линией, в верх-
ней части рисунка показана средняя за полет интенсивность протонов
с энергией 1 — 5 МэВ (с.к.л.) и в нижней части рисунка — протонов с
энергией больше 30 МэВ (г.к.л.) по данным советских автоматических
станций (кружками с точкой показаны интервалы около одного месяца).
Ступенчатая кривая изображает ход числа солнечных пятен (конец
10-го и 20-Й цикл). Буквы с цифрой обозначают названия автоматиче-
ских станций: hi—«Марс», В—«Венера», 3—«Зонд», л — «Луна»,
Лу — «Луноход-1»; число означает номер станции
большое запаздывание не связано с физиче-
ской природой явления, а обусловлено ши-
ротной зависимостью эффективности солнеч-
ных пятен; 4) интенсивность с.к.л. изменя-
ется в фазе с ходом солнечной активности,
при нарастании солнечной активности ин-
тенсивность с.к.л. растет; 5) рост интенсив-
ности с.ч.л. от 1965 к 1969 г. экспо-
ненциальный с постоянной времени около
0,7 года; 6) интенсивность с.к.л. от 1969 к
1970 г. уменьшилась незначительно, что
соответствует плоскому максимуму 20-го цик-
ла солнечной активности.
Новые данные о солнечной активности в
1971 г. [2, 4] показали, что необычайно затя-
нувшаяся высокая активность 20-го цикла
168
ГЛАВА VI
начала резко уменьшаться примерно с де-
кабря 1970 г. Данные об интенсивности
г.к.л., полученные с «Лунохода-1» и AMG
«Марс-2», «Марс-3» (рис. 13), показывают
необычайно быстрое восстановление интен-
сивности г.к.л. Как следует из рис. 13,
внезапное и быстрое уменьшение числа сол-
нечных пятен прекрасно коррелирует также
с внезапным и быстрым ростом интенсив-
ности г.к.л. и спадом с.к.л. Подобные
случаи скачкообразного изменения солнеч-
ной активности и интенсивности космических
лучей наблюдались ранее по измерениям
в стратосфере и описаны в [20]. В работе [20]
запаздывание хода интенсивности г.к.л,
по сравнению с изменением числа солнечных
пятен составляло от 40 до 80 дней. Наличие
запаздывания между ходом интенсивности
г. к. л. и солнечной активности обычно свя-
зывается с размерами области модуляции
космических лучей. Большому запаздыва-
нию соответствует далекая граница области
модуляции, малому — близкая, В послед-
нее время ряд новых эффектов указывает
на еще более близкое (к Солнцу) расположе-
ние границы области модуляции [21, 22]. Мы
склонны считать, что при объяснении пере-
ходных характеристик интенсивности г. к.л.
следует различать два механизма модуля-
ции г, к. л.
Первый состоит в том, что после погасания
одной или нескольких А. О. на Солнце воз-
растание интенсивности г. к. л. в точке на-
блюдения, т. е. на данном расстоянии от
Солнца, наступает одновременно с прохож-
дением через точку наблюдения последней
порции намагниченной плазмы, выброшен-
ной погасшей А. О. Величина эффекта будет
определяться плотностью и скоростью маг-
нитных неоднородностей этой плазмы и про-
странственным угловым удалением уходяще-
го объема газа (широтный и долготный эф-
фект). На разных фазах цикла этот эффект
будет разный в силу различной «фокуси-
ровки» корпускулярных потоков из А, О.
в разные периоды солнечной активности
[14, 15]. Второй механизм связан с измене-
нием глобального потока солнечного ветра.
Вернемся к рис. 12 и будем анализировать
представленные данные более подробно.
В самом начале этого раздела было показано,
что с течением времени от первого л. д. к
последнему: 1) растет уровень г. к. л. малых
и больших энергий и 2) уменьшаются пото-
ки с. к. л., радиоизлучения и число солнеч-
ных пятен. Следовательно, и на участке
спада 11-летнего цикла солнечной активно-
сти продолжительностью около 11 месяцев
выполняются закономерности, найденные на
других фазах цикла на протяжении несколь-
ких лет и перечисленные выше. Вместе с тем
изменения средних уровней (от одного л. д.
к другому) г. к. л. с энергией больше 30
МэВ, измеренные на «Луноходе-1» и взятые
за те же интервалы времени, уровни г. к. л,
с энергией больше 1 БэВ, измеренные на
Земле, оказываются не всегда синфазны.
То же самое можно отметить, сравнивая
значения потока радиоизлучения и числа
солнечных пятен. Также имеются наруше-
ния антифазности между солнечной актив-
ностью (поток радиоизлучения и число сол-
нечных пятен) и уровнем г. к. л.
Некоторое несоответствие между ходом
г.к.л. малых и больших энергий легко объ-
ясняется тремя причинами. Первая, глав-
ная причина состоит в том, что в спектре про-
тонов с энергией больше 30 МэВ присутст-
вуют как г.к*лм так и с.к.л. Компонент
солнечного происхождения, связанный с от-
дельными солнечными вспышками и квази-
стационарным истечением с.к.л. из А.О.
[15, 23], частично присутствует в каж-
дом л.д.
Явное присутствие с.к.л. с энергией более
30 МэВ во втором и шестом л. д. отмечалось
в соответствующих разделах, и особенно
большой вклад виден в одиннадцатом л, д.
Для выявления малых потоков необходимо
более высокое временное разрешение. Вто-
рая причина состоит в изменении спектра
г.к.л. с ходом солнечной активности [16,
17, 24]. Более быстрое по сравнению с
нейтронным монитором возрастание интен-
сивности г.к.л. малых энергий указывает
на смягчение энергетического спектра г.к.л.
с уменьшением солнечной активности. Тре-
тья причина вызвана изменением уровня
г.к.л. на «Луноходе-1» при его пере-
движении по поверхности Луны за счет из-
РЕНТГЕНОВСКОЕ И КОРПУСКУЛЯРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
169
менения экранировки детектора, связанной
с окружающим рельефом.
Нарушение антифазности между ходом
г.к.л. и индексами солнечной активности
во время их (т. е. индексов) флуктуации
(главным образом, в конце изучаемого пе-
риода) в основном ликвидируется, если при
сопоставлении ввести запаздывание уровней
интенсивности г.к.л. по отношению к ин-
дексам солнечной активности на 1 месяц,
т. е. сравнивать значения индексов солнеч-
ной активности со значениями интенсивно-
сти г.к.л., взятыми в следующем меся-
це. Этот результат совпадает с данными рабо-
ты [20].
В заключение остановимся на рассмотре-
нии зависимости интенсивности с.к,л. от
солнечной активности♦ Поскольку интен-
сивность с.к.л, в основном определяется
вспышечной активностью Солнца и скорость
распространения с.к.л. высока по сравне-
нию со скоростью солнечного ветра, по-
стольку корреляция интенсивности с.к,л.
за короткие интервалы времени с числом
солнечных пятен отсутствует. Однако за
большие промежутки времени ввиду того,
что вспышечная активность изменяется в
фазе с циклом солнечных пятен и с,к.л.
(особенно малых энергий) эффективно пере-
носятся солнечным ветром и за ударными
волнами, корреляция между интенсивно-
стью с. к. л. и солнечной активностью высо-
кая (см. рис. 13). По-видимому, индекс ра-
диояркости Солнца несколько лучше, чем
число солнечных пятен, отражает связь с
интенсивностью с. к. л. Данные «Лунохода~1»
в силу прерывистости не годятся для
выяснения корреляции интенсивности с. к. л.
с солнечной активностью. Однако, как было
сказано в начале этого раздела, можно от-
метить некоторое уменьшение частоты воз-
растаний и потока с.к. л. со временем, кро-
ме того, данные «Марса-2», «Марса-3» (см.
рис. 13) подтверждают эту связь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Верпов С. Я., Любимое Г. Я., Чуйков Е. А.% Контор Я. Я.
Передвижная лаборатория на Луне Луноход-1. Мм «Нау-
ка», 1971, с. 116.
2. Solar Geophysical Data, ESSA, Colorado Boulder, 1970—
1971.
3. МЦД-Б2. Данные нейтронных мониторов, 1970—1971,
4. Map of the Sun. Fraunhofer Institute, 1970—1971,
5. Куликов К. А., Сидоренков II. С. Планета Земля. М.,
«Наука», 1972.
6. Vernov S. N.t Kontor N. JVM Lyubimov G. P., Pereslegina
N. V., Chuchkov E. A. «Space Res.», XII. Berlin, 1972,
p. 1535.
7. Верпов С. II.r Вакулов П. В., Гецелев И. #., Горчаков Е. В.г
Григоров Я. Л"., Игнатьев Я. Я., Контор Я. Я., Кузне-
цов В. А.у Логачев 10. Я., Любимов Г* Я., Николаев А. Г.,
Лереслегина II, В., Писаренко Я. Ф., Савенко Я. Л.,
Ткаченко В. Я., Чучков Е. A.t Яковлев В. А. «Косммч.
исслед.», 1972, № 4.
8. Любимов Г. П., Переслегина Я. В., Контор Н. Н. О рас-
пространении солнечных космических лучей в межпланет-
ной среде.— «Изв. АН СССР», 1972, 36, № 11, 2297,
9. Лереслегипа II. В., Любимов /\ Я. Возрастание интенсив-
ности солнечных протонов в июле 1970 г.— «Космич.
исслед.», 1973, 11, № 2, 236.
10. Верное С. Я., ВакуловЛ. В., Горчаков Е. В., Логачев Ю, И.,
Любимов Г. Ям Николаев А. Г., Лереслегина И. В.
Докл. АН СССР, 1966, 169, № 5, 1044,
11. Любимов Г. Я. Диссертация. НИИЯФ МГУ, 1969.
12. Vernov S. N., Chuchkov E. Л., Kontor N. iV., Lyubimov
G. i\t Nikolaev A. C, Pereslegina N. V. «Space Res.»,
XL Berlin, 1971, p. 1213.
13. Левицкий Л. С. Диссертация. КАО АН СССР, 1971.
14. Верпов С Я., Логачев Ю. И., Любимов Г. Я., Лереслегипа
Я. В. Солнечно-земная физика, т. 1, 1969, с. 81,
15. Верпов С Я., Лереслегина Я. В., Контор II. Я., Любимов
Г. П., Чучков Е. А. Сопоставление активных областей на
Солнце с вариациями галактических космических лучей
за период с января по май 1969 г. Препринт НИИЯФ МГУ,
1970.
16. Верное С. II., Чучков А. Е.> Вакулов Я. Z?., Логачев Ю. H.f
Любимов Г. Я., Лереслегина Я. В. «Изв. АН СССР»,
1967, 31, №8, 1255.
17. Vernov 8. N,, Lyubimow G. P. Solar Terrestrial Physics,
Pt II. P. C. D. Reidel (Ed.). Dordrecht — Holland, 1972,
p. 92
18. Стожков 10. Ям Чарахчъяп Г. Я. «Р1зв, АН СССР», 1970,
34, №11, 2439,
19. Базилевская Г. А. и др. 11-летняя солнечная модуляция
интенсивности космических лучей в стратосфере. Пре-
принт, № 164, ФИАН СССР, 1970.
20. Чарахчьян А. Я., Чарахчьян Г. Я. «Изв. АН СССР»,
34, №11, 2396.
21. Верное С. Я., Логачев 10, И., Любимов Г, Я., Лереслегипа
Я. В. Солнечно-земная физика, ч. 1, 1969, с. 124.
22. Лаврухипа А. К., Устинова Г. К. «Изв. АН СССР», 1970,
34, № 11, 2401.
23. Верпов С. Я., Чучков Е. А,, Вакулов Л. В., Горча-
ков Е. В., Контор Я. Я., Логачев 10. И., Любимов Г. Я.,
Переслегина Н.В., Тимофеев Г, А. Распространение сол-
нечных и галактических космических лучей малых энер-
гий в межпланетной среде. Препринт НИИЯФ МГУ, 1969.
24. Urch I. Я., Gleeson L. /. Galactic Cosmic Ray Modulation
from 1965—1979. Preprint (submitted to «Astrophysics
and Space Science»).
12 Луноход-1
Глава седьмая
ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ
УГОЛКОВОГО ОТРАЖАТЕЛЯ,
УСТАНОВЛЕННОГО НА «ЛУНОХОДЕ 1»
Ю. Л. Кокурин, В. В. Курбасов, В. Ф. Лобанов,
А. П. Сухановский, Н. С. Черных
В состав научного оборудования самоходно-
го аппарата «Луноход-1» входит призменный
отражатель, предназначенный для экспери-
ментов по лазерной локации Луны. Этот
прибор изготовлен во Франции по соглаше-
нию с Советским Союзом о сотрудничестве
в области исследования и использования кос-
мического пространства в мирных целях.
В первую лунную ночь после доставки
отражателя на Луну советские и француз-
ские ученые провели одновременные сеансы
лазерной локации и с высокой точностью
измерили расстояния до отражателя из
Крымской астрофизической обсерватории и
из обсерватории Пик-дю-Миди.
Можно надеяться, что эти одновременные
измерения положат начало осуществлению
обширной совместной программы лазерно-
локационных исследований системы Земля—
Луна,
В настоящей главе излагаются результа-
ты советского эксперимента.
1. Научная программа эксперимента
Научную программу эксперимента можно
разделить на две взаимосвязанные части.
Это задачи астрометрии системы Земля—Лу-
на и задачи геодезии и геодинамики.
Земля и Луна находятся в сложном взаим-
ном движении, основными составляющими
которого являются движение Луны по орби-
те и вращение Земли и Луны вокруг соб-
ственных осей. Движение центра масс Луны
по орбите описывается теорией, в которую
основные параметры системы Земля —Луна
(точнее, их комбинации) входят в качестве
констант интегрирования. Численные зна-
чения этих констант определены с точностью
порядка 10~6 на основании длительных уг-
ломерных наблюдений Луны. По-видимому,
угломерный метод не может дать дальней-
шего повышения точности этих констант.
Точность самой теории, которая определяет-
ся степенью учета различного рода возму-
щений в движении Луны, того же порядка.
Очевидно, что построение более совершен-
ной теории имеет смысл только в том случае,
если окажется возможным уточнить значе-
ния указанных констант. Существующая те-
ория, которой в настоящее время пользуются
для вычисления эфемерид Луны, позволяет
рассчитать расстояние до Луны с погрешно-
стью порядка нескольких километров.
С развитием космических исследований
появилась потребность уточнения законов
движения небесных тел, и в первую очередь
Луны. Из сказанного следует, что работа
должна вестись в двух направлениях. С од-
ной стороны, необходимо построение новой
или усовершенствование старых теорий дви-
жения Луны. В этой области работают не-
сколько теоретических групп [1, 2]. С другой
стороны, необходимо экспериментальное
уточнение геометрических и физических ха-
рактеристик системы Земля — Луна, вхо-
дящих в эти теории в качестве констант.
В этом отношении представляет интерес рас-
смотреть, что могут дать эксперименты, ос-
нованные не на измерении углов, как ранее,
а на измерешш расстояний. Из рассмотре-
ния геометрической схемы системы Земля <—
Луна нетрудно понять, что расстояние меж-
ду двумя произвольными точками Земли и
Луны в каждый данный момент связано с
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ
171
Таблица 19
Точность
В настоящее время
Ожидаемая в результа-
те локационных измере-
ний с ошибкой измере-
ния расстояния, равной
ОД 5 см
Средний
радиус
лунной
орбиты До, м
500-1000
15-30
Постоянная
эксцентри-
ситета е
(1-5-2). 10~7
10 s—10"9
Ради ус-
пек тор
топки
поверх-
ности
Луны
г, м
—1000
15-30
Селеногра-
фические
координаты
точки по-
верхности
Луны
~г
Параметры
филипеской
либрации
Луны
J
—10"
1
—0,01
—0,001
Проекция раднуса-
пектора точки поверх-
ности Демлп на
:>к»аторпальную
плоскость и ось
вращения
w.nnv м
—10
0,5-1
Z, М
—10
0,5—1
Часовой
угол
точки
Луны Н
—0,001s
параметрами этой системы некоторыми
соотношениями [3, 4]. К числу таких пара-
метров мы можем отнести прежде всего
средний радиус и эксцентриситет лунной
орбиты, а также селеноцентрические коор-
динаты точки Луны и геоцентрические ко-
ординаты точки Земли.
Математическое рассмотрение показывает,
что определение этих параметров, и в первую
очередь параметров, характеризующих ор-
битальное движение Луны, может быть сде-
лано на основании продолжительной серии
одновременных измерений расстояния до не-
скольких точек лунной поверхности. При
этом попутно решается задача исследования
собственного вращения Луны, и в частности
физической либрации [5]. Это представляет
самостоятельный интерес, так как дает воз-
можность изучить распределение масс внут-
ри Луны, что связано с вопросом происхож-
дения Луны. Оценки показывают, что для
уточнения интересующих нас констант ор-
битального и вращательного движения Лу-
ны, например, на два порядка по сравнению
с известными их значениями необходимо из-
мерять расстояния до поверхности Луны с
точностью не хуже чем в несколько децимет-
ров.
Есть и другой круг научных задач, кото-
рые могут быть решены путем измерений рас-
стояний до Луны. Если измерение расстоя-
ния до некоторой точки лунной поверхности
производится из нескольких точек Земли,
то оказывается возможным, измерив гео-
центрические координаты этих точек, опре-
делить их взаимное расположение. Помимо
того, что эти измерения имеют большое при-
кладное значение для геодезии, они откры-
вают возможность исследовать такие фунда-
ментальные геодинамические явления, как
дрейф континентов и движение полюсов Зем-
ли [6, 7]. Табл. 19, составленная на основа-
нии данных, приведенных в работах [4—7],
иллюстрирует возможности лазерно-лока-
ционных измерений (в таблице приведены
ожидаемые точности определения парамет-
ров системы Земля — Луна).
Итак, мы видим, что измерение расстоя-
ний из нескольких точек Земли до системы
точек на лунной поверхности может явиться
методом решения ряда задач геофизики и аст-
рометрии. Выполнение всей изложенной вы-
ше научной программы потребует участия в
измерениях целого ряда обсерваторий и зай-
мет значительное время как потому, что во
взаимном движении Земли и Луны имеются
длиннопериодные компоненты, так и в силу
медленного протекания некоторых из ис-
следуемых геофизических явлений (дрейф
континентов).
2. Ранние опыты : : ч
но лазерной локации Луны.
Вопросы повышения точности
измерений
Лазерная локация, по-видимому, является
сейчас единственным методом, способным
обеспечить измерение расстояний до Луны
с необходимой точностью. Как метод астро-
12*
172
ГЛАВА VII
метрии и геодезии эти работы стали разви-
ваться только в последние годы.
Первые эксперименты по лазерной ло-
кации Луны были осуществлены американ-
скими, а затем советскими учеными в 1962—
1963 гг. [8,9]. В этих опытах луч лазера при
помощи телескопа направлялся на заранее
выбранную точку Луны. Отраженный (точ-
нее, рассеянный поверхностью Луны) сиг-
нал попадал в тот же (или, в американском
варианте, расположенный рядом другой) те-
лескоп и регистрировался фотоумножите-
лем. В опытах использовались рубиновые
лазеры с длительностью импульса порядка
10~3 с, что соответствует погрешности в рас-
стоянии —150 км. Поэтому в этих первых
опытах не ставилась задача измерения рас-
стояний. Основной их целью была регистра-
ция отраженных Луной лазерных световых
импульсов.
Измерение расстояния до Луны лазерно-
локациоиным методом с точностью, доста-
точной для научного использования, было
впервые проведено советскими учеными в
1965 г. [10]. Измерялось расстояние до уча-
стка лунной поверхности внутри кратера
Фламмарион. В этих опытах применялся ла-
зер с модулированной добротностью, кото-
рый генерирует импульсы длительностью
порядка 5 • 10~8 с. Примерно с такой же точ-
ностью измерялось время распространения
лазерного импульса до Луны и обратно.
Суммарная аппаратурная ошибка в расстоя-
нии составляла —15 м. Б^сстояние до по-
верхности Луны удалось измерить с точно-
стью около +200 м. Ошибка в этом опыте
определялась не несовершенством аппарату-
ры, а пространственной глубиной участка
поверхности Луны, на который направлял-
ся луч лазера.
Трудности дальнейшего повышения точ-
ности связаны с тем, что лазерный пучок не
может быть сделан идеально параллельным.
Это обусловлено не только свойствами ла-
зера, но, что более принципиально, рассея-
нием лазерного света на неоднородностях
атмосферы. При средних атмосферных усло-
виях лазерный пучок по выходе из атмо-
сферы имеет расходимость порядка 2—3',
т. е* освещает на Луне площадку диаметром
3,5—5,0 км. Неровности рельефа в пределах
площадки такого размера и наклон ее отно-
сительно луча лазера приводят к размытию
лазерного сигнала по времени. Связанная с
этим ошибка в расстоянии может достигать
многих сотен метров.
Существенного повышения точности из-
мерений можно добиться, если установить
на Луне искусственную мишень малых раз-
меров, которая эффективно отражает свет в
направлении на наблюдателя. В этом слу-
чае ошибка в расстоянии будет определяться
длительностью импульса лазера, точностью
измерения времени распространения свето-
вого сигнала до мишени и обратно и разме-
рами самой мишени. С современными лазе-
рами рт счетчиками времени эта ошибка
может быть доведена до долей метра.
В качестве такой мишени можно исполь-
зовать призменный отражатель. При весьма
малых размерах и весе он может не только
служить почти точечной мишенью, но и дать
значительный выигрыш в величине отражен-
ного сигнала за счет направленного отраже-
ния лазерного излучения на Землю. Это
позволит значительно улучшить энергети-
ческие условия опыта, которые без отража-
теля весьма неблагоприятны. Действительно,
в этом последнем случае лазерный сигнал
диффузно рассеивается поверхностью Луны
в полупространство. Потери энергии при
этом таковы, что даже при использовании
крупных телескопов ответный сигнал в 1019—
—1020 меньше излученного лазером. В итоге
даже наиболее мощные современные лазеры
могут обеспечить ответный сигнал, содержа-
щий лишь десятки или в лучшем случае сот-
ни фотонов. Регистрация такого слабого
сигнала на фоне различного рода засветок
возможна только путем его статистического
накопления и при недостаточной статистике
является ненадежной. Первый уголковый
светоотражатель был доставлен на Луну
экипажем космического корабля «Апол-
лон-11». В опытах по измерению расстояния
до этого отражателя, проводимых амери-
канскими учеными, была достигнута точ-
ность сначала около ±6 м, а в настоящее
время —порядка 30 см [11].
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ
I1
3. Светоотражатель
Советские специалисты разработали защи-
ту изготовленного во Франции отражателя
от пыли во время посадки на Луну и обес-
печили его ориентацию на Землю. Ориен-
тация по углу места осуществлена за счет
установки отражателя под определенным уг-
лом к горизонтальной плоскости лунохо-
да, соответствующим заранее выбранным
координатам места посадки. Ориента-
ция по азимуту обеспечивается разворотом
всего лунохода вокруг его вертикальной
оси.
Отражатель (рис. 1) состоит из 14 трип-
пель-призм, каждая из которых представля-
ет собой уголок, отрезанный от куба. Вход-
ной гранью является плоскость среза,
остальные три грани металлизированы. Ес-
ли на входную грань послать луч света, то
после трехкратного внутреннего отражения
в призме он выйдет из нее по направлению
падающего луча. Это свойство сохраняется
независимо от ориентации отражателя отно-
сительно луча. Отклонение луча от нормали
к входной грани приводит лишь к уменьше-
нию эффективной площади отражателя. Сов-
падение направлений падающего и отражен-
ного лучей тем лучше, чем с большей точ-
ностью выдержаны плоскости граней призм
и прямые углы между ними и чем выше одно-
родность материала призм.
Призмы французского отражателя изго-
товлены из специального высокооднородно-
го стекла типа «Гомосил», углы их выдержа-
ны с точностью 0",2, плоскости граней —
с точностью 0,07 мкм. Призмы установле-
ны на общем основании — панели, закрытой
снизу и с боков кожухом, стенки которого
выполнены из многослойного теплоизоля-
ционного материала. Диаграмма отражения
всей системы имеет ширину около 6",0.
Площадь отражателя 640 см2, габариты
45 X 20 X 8 см, вес приблизительно
3,5 кг.
Несмотря на совершенную технологию,
высокое качество материала и большую точ-
ность изготовления, французский отража-
тель способен работать только в условиях
Рис. [.Французский светоотражатель
Рис, 2. Лазерно-локационная установка в фокусе телесно
лунной ночи. Нагревание Солнцем вызыв
ет тепловые деформации призм, и эффекта
ность отражателя резко падает. Это сущее
174
ГЛАВА VII
Рис. 3. Оптическая схема лазерно-локационной установки
венно ограничивает программу наблюдений,
а значит, и круг возможных научных иссле-
дований.
4. Лазерно-локационная аппаратура
Наземная лазерио-локациониая аппаратура
разработана и изготовлена в Физическом
институте им. П. Н. Лебедева АН СССР. Эта
аппаратура установлена на телескопе диа-
метром 2,6 м Крымской астрофизической
обсерватории АН СССР (рис. 2). Оптическая
схема установки показана на рис. 3. Основ-
ными ее элементами являются:
оптический квантовый передатчик, со-
стоящий из генератора ОКГМ и усилителя
ОКУ. В качестве рабочего тела в них исполь-
зуются рубиновые элементы диаметром 15 и
длиной 240 мм. Для оптической накачки
применяются прямые импульсные лампы
ИФП-5000. Кристаллы и лампы заключены
в герметичные осветители с квазиэллипти-
ческими отражателями и охлаждаются дис-
тиллированной водой. Модуляция доброт-
ности осуществляется вращающейся приз-
мой П1 в совокупности с просветляющимся
красным фильтром Ф2;
фотоприемник ФЭУ с настраивающимся
интерференционным фильтром Ф2 и согла-
сующей линзой JIt. В приемнике применен
фотоэлектронный умножитель типа ФЭУ-77.
Для увеличения квантового выхода ис-
пользована специальная призменная насад-
ка, обеспечивающая многократное прохож-
дение света через фотокатод. Диафрагма
Д\ определяет поле зрения приемника;
поворачивающаяся призма i74 осуществ-
ляет переключение установки с передачи на
прием и обратно;
гид О, 3\ служит для наведения телескопа;
делительная пластина П3 обеспечивает от-
вод части энергии лазера на калориметр К
для измерения и записи энергии каждого
импульса, а также на !фотодиод ФЭН\ им-
пульсы с которого используются для син-
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ
175
хронного с лазером запуска измерителя вре-
мени распространения светового сигнала;
линза JIS служит для согласования лазера
ОКГМ, ОКУ с телескопом 32, 33, 34 по апер-
туре;
газовый лазер ЛГ с коллиматором 7\
подвижным зеркалом 35, линзой Лъ и экра-
ном Э образуют вспомогательную систему,
служащую для юстировки всей системы в це-
лом, т. е. для совмещения осей и фокусов
лазера, телескопа и фотоприемника. Эти
операции осуществляются плоскопарал-
лельными перемещениями и поворотами ла-
зера и фотоприемника при помощи микромет-
рических винтов.
Блок-схема системы питания, управления
и охлаждения лазера приведена на рис. 4.
На рис. 5 дана блок-схема аппаратуры для
регистрации отраженного сигнала и изме-
рения времени его распространения. Изме-
ритель временных интервалов ИВИ пред-
ставляет собой набор десятичных декад,
включенных последовательно. Измерение
времени распространения сигнала произво-
дится путем счета числа периодов стандарта
частоты. Запуск измерителя производится
импульсом лазера, остановка — импульсом
ФЭУ . Регистрация импульсов остановки
производится только в течение строб-им-
пульса, середина которого совмещена с рас-
четным временем прихода отраженного сиг-
нала. При таком способе остановка, естест-
венно, может производиться и шумовыми
импульсами, что будет приводить к потере
полезного сигнала. И это тем вероятнее, чем
выше уровень светового фона. Для того что-
бы избежать этих потерь, параллельно с
ИВИ включен осциллографический регист-
ратор, фиксирующий в течение всего строб-
импульса как шумовой, так и полезный сиг-
нал. Однако точность измерения времени
осциллографом на порядок ниже, чем при
помощи ИВИ.
В схеме предусмотрено непрерывное сли-
чение частоты стандарта с опорной стандарт-
ной частотой, передаваемой по радио, а так-
же привязка работы всей системы к сигна-
лам точного времени. Предусмотрена так-
же непрерывная регистрация фона во время
измерений.
Параметры аппаратуры
Длина волны лазера Я = 6943 А; энергия
в импульсе W -■= 4 Дж; длительность им-
пульса х=2 • 10~3 с; частота повторения
импульсов v = 1/13 Гц; диаметр светового
пучка а =^ 15 мм; диаметр главного зеркала
телескопа D = 2,6 м; фокусное расстояние
телескопа F = 42,5 м; угловое поле зре-
ния телескопа Q = 15'; расходимость свето-
вого пучка на выходе телескопа 9 = 5";
полоса пропускания интерференционного
фильтра ДА, = 10 А; коэффициент пропуска-
ния Кф = 0,4; квантовая эффективность
ФЭУ КФЭУ = 8 -=- 9 % ; относительная ста-
бильность стандарта частоты 10~9; точность
измерения интервалов времени на ИВИ
AtK = +10'8 с, на осциллографическом ре-
гистраторе Д£о = ±10~7 с; длительность
строб-импульса Т = 150 мкс.
Наведение телескопа
Как указывалось выше, светоотражатель со-
храняет работоспособность только в усло-
виях лунной ночи. Наведение телескопа на
отражатель, находящийся на неосвещенной
стороне Луны, вызывает серьезные затруд-
нения. Для наведения на дневной стороне
Луны выбирается опорная точка (кратер)
с известными координатами. На эту точку
наводится гид телескопа. Для того чтобы
направить сам телескоп, по оси которого
проходит лазерный луч, на отражатель, не-
обходимо развести гид и телескоп на угол,
равный угловому расстоянию между отра-
жателем и опорной точкой.
Использование отдельного гида в этом слу-
чае недопустимо из-за трудноконтролируе-
мых и плоховоспроизводимых дифференци-
альных деформаций системы гид — телескоп.
Поэтому необходимо проводить гидирова-
ние путем наблюдения опорной точки в том
же поле зрения телескопа, в котором распо-
ложен и фокус лазера. Это требует достаточ-
но широкого поля зрения, чтобы в нем
умещалась база отражатель—опорная точка.
Этому условно удовлетворяют только пря-
мой фокус и фокус Кассегрена. Но размеще-
ние аппаратуры в этих фокусах вызывает
серьезные технические трудности, так как в
176
ГЛАВА VII
этом случае она будет перемещаться вместе
с трубой телескопа.
Для решения проблемы наведения нами
было выбрано необычное место установки
аппаратуры — центр полярной платформы
(см. рис. 2), По оптической схеме (ходу лу-
чей) это укороченный фокус Куде, свобод-
ный, однако, от двух основных недостатков
классического фокуса Куде — малого поля
зрения и его вращения относительно эква-
ториальной системы координат при поворотах
телескопа.
В фокальной плоскости установлена ко-
ординатная площадка, состоящая из двух
литл/гил
Управляющие
лазера
am
Илак
tfjtcu
ламп
jnepzuu
питания
Система
J
Рис, 4. Блок-схема систем питания, управления и охлажде-
ния лазерного передатчика
Pezi/cmpamap
п
кай регистра тар
Схема
t, acma/raff-
Сеяекгпар
от ПКМ
Геяерагляр
f/змеритель
Злак /са/гл/раля
яашияа
приепник сигнаяаЗ
то ¥т za tfpe/ietru a
зталояа чае таты
Рис. 5. Блок-схема приемно-регистрирующей аппаратуры
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ 177
взаимно перпендикулярных линеек (X, У), где tit — экспериментальное, a tr — теоре-
по которым при помощи микрометрических тичсски рассчитанное * время распростра-
винтов перемещается местный гид. Точность нения сигнала до отражателя и обратно,
отсчета взаимного положения фокусов гида На этих гистограммах показана только
и лазера порядка 0,1 мм, или 0",5. Перед часть строб-импульса (интервал +20 мкс
сеансами наблюдений по парам звезд про- от его середины), поскольку оказалось, что
изводится калибровка масштаба линеек и их отраженный сигнал находится вблизи его
положения (угла) относительно сетки эква- середины и7 следовательно, величина строб-
ториальных координат а, б. импульса выбрана с большим запасом.
Как видно из рис. 7, пики, соответствую-
5п « щие отраженному сигналу, смещены отно-
. Результаты измерении сительно его расчетных положений на
Астрономические условия, благоприятные +5^-6 мкс.
для наблюдений, в течение первой лунной Для окончательного выделения сигналь-
ночи после посадки «Луны-17» сложились ных точек и исследования изменения изме-
5—8.XII. За этот период удалось провести ряемого расстояния со временем отдельно
два сеанса измерений — 5 и 6. XII, 7 и 8. рассмотрены участки строб-импульсов, со-
XII работы не проводились из-за плохих ответствующие отраженному сигналу. На
метеорологических условий. рис. 8 все зарегистрированные импульсы
На рис. 6 представлена схема участка ФЭУ, в том числе и шумовые, показаны в
лунной поверхности в районе посадки «Лу- функции времени (или, что то же, номера
ны-17». Штриховой линией указаны ориен- лазерного импульса). Как видно, сигналь-
тировочная форма и размер лазерного пятна, ные точки сгруппированы в обоих случаях в
Была разработана программа поиска от- интервалах шириной —0,3 мкс и имеют
ражателя путем последовательного обстрела плавный временной ход в течение сеанса.
25 точек, равномерно распределенных в квад- Если принять ширину сигнала 0,3 мкс, то
рате размером 25 X 25 км. Поиск был на- отношение сигнала к шуму получается для
чат с центральной точки этого квадрата с сеанса 5.XII порядка 27 и для 6. XII (точка
координатами 34°53' з. д. и 38°17' с. ш. (в 2) порядка 21.
нашей нумерации точка 1), локация кото- Средний фон показан на рис. 7 горизон-
рой производилась в течение всего сеанса тальными штриховыми линиями.
5. XII. В результате этого сеанса, продол- Для определения расстояний до отража-
жавшегося около 40 мин (170 импульсов), теля используются только сигнальные точки,
был обнаружен достаточно отчетливый от- полученные с помощью ИВИ, т. е. с точно-
раженный сигнал, хотя и меньший расчет- стью +10~8с(точки с крестиками на рис. 8).
ного. Если аппроксимировать ход этих точек в те-
Во время сеанса 6. XII центр лазерного чение сеансов плавными кривыми, то откло-
пучка направлялся последовательно на точ- нение экспериментальных точек от этих кри-
ки 2,3 и 4, каждая из которых обстреливалась вых не превышает +2 • 10~8 с, что совпада-
в течение 1 ч (250 импульсов на точку), ет с аппаратурной ошибкой и соответствует
При наведении в точку 2 зарегистрирован ошибке в расстоянии +3 м.
отраженный сигнал приблизительно той же
величины, ЧТО И ДЛЯ ТОЧКИ 1. В точке 3 СИГ- Оценка эффективности отражателя
нал очень слаб, в точке 4 практически от- расчет я отраженного сигнала может
сутствует. Обследование точек к северу, за- быть пр^3веден по формуле
паду и югу от 2 не проводилось из-за огра- iws s я.
ничейной длительности сеансов. „ = -^дж уКпех>КпрКФЭУКок1тк,
Для предварительного выделения отра-
женного сигнала построены гистограммы i Расчеты выполнены в Институте теоретической
(рис. 7) распределения величин t3 — tT, астрономии АН СССР.
178
ГЛАВА VII
i
j
/ 3 KM
i
i j
i '
\
\ /y
\ ^
\
\
4
4
-■. !.-.
" -iIlJLX- ^
4
\
4
\
/ J \
I jiff
*
\
\
1
1.
§
i л
LI v
* *
/fffCff
....
-*
*
- .• ■ ■ l.
Рис. 6. Схема участка лунной поверхности в районе посадки
К А «Луна-17»
-■«-'4.' fc '.".;t
11-
а
■' ■ V:. ; it ■ , ■ i
■ ■,Ti '• *.
Рис, 7* Распределение величин <э — ет
а — за 5.XII 1970 г., JV = 170 имп; б — за 6.XII 1970 r.t
= 250 имп.
-20
-/0
г:
.'Ул../-.-.;;'.
.., .^
T"
ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ
179
tfff -
fffff -
1 Г
- %
\
1
4
А
: 1 ■ .
l t 1 i i l i i i t
-
i
!
■ *
-■
1
ZJff
Zffff
/Jff
fffff
-
* ■
О
о
-
-
о
-
*
•
0
•
i , . . 1 г 1 , 1 !
1
♦
1
\
1
\
1
1
1
1
!
д
® 1
1
1®
г
1
1
л^
1
1
1
1
1
1
Т-
1
1
i
1
\
. , . t 1. , ,
о
1 1 1 1 1 1
о
о
о
J 1
Рис. 8. Распределение зарегистрированных импульсов ФЭУ
на участке строб-импульса, соответствующего отраженному
сигналу
а — за 5.XII 1970 г., б — за 6.XII 1970 г.
где п — отраженный сигнал (число фото-
электронов); W — энергия импульса лазера
в джоулях, Sq — площадь отражателя,
ST — площадь телескопа, Я — длина волны
передатчика, h — постоянная Планка, с—
скорость света, R — расстояние до Луны,
9 — расходимость лазерного пучка после
атмосферы, 0'— ширина диаграммы отра-
жателя, у — коэффициент ослабления сиг-
нала за счет скоростной аберрации, Kn»v и
/Гпр — коэффициенты потерь в передающей и
приемной установках соответственно, Кф-лу —
квантовый выход ФЭУ, К() — коэффи-
циент отражения отражателя, Клтк — про-
пускание атмосферы.
При расчете принято: W = 4Дж; SQ =
= 640 см2; ST = 5,3 м3; A
= 380 000 км; 6 « 10";
Кие9 » 0,6; Кп» » 0,25;
» 0,9; #ат, « 0,7.
Тогда лг ж 0,5.
Экспериментально получено: при наводке
в точку 1 /г = 0,065; при наводке в точку 2
Д; Q
К = 6943 A; R =
0' = 6"; у « 0,6;
«0,09; Ко »
180
ГЛАВА VII
д=0,076, т. е. сигнал почти на порядок ниже
расчетного. Следует, однако, подчеркнуть,
что расчет является сугубо ориентировоч-
ным по следующим причинам. Программа по-
иска проведена не полностью, и нет уверен-
ности в точной наводке телескопа на отража-
тель. Кроме того, во время измерений на-
блюдалась сильная турбулентность атмос-
феры, и оценка связанного с этим уширения
лазерного пучка может быть не вполне кор-
ректной. Наконец, формула не учитывает
неизвестного нам распределения яркости в
световом пятне на Луне.
Заключение
Основным результатом первых эксперимен-
тов по лазерной локации отражателя, до-
ставленного на Луну, явилось измерение рас-
стояния до него с точностью + 3 м.
Обращает на себя внимание тот факт, что
измеренные расстояния отличаются от рас-
считанных на 800—900 м (5,5—6,0 мкс) и
что эта разница во время измерений меня-
ется со скоростью приблизительно 50 м/ч.
Предварительные грубые оценки показыва-
ют, что величина и характер этого измене-
ния, по-видимому, являются результатом
неточности принятого значения разности
эфемеридного и всемирного времени А У =
ЕТ — UT и, может быть, ошибки в долготе
точки наблюдения, хотя последнее значи-
тельно менее вероятно. Детальная обработка
полученных данных позволит оценить эту
суммарную ошибку.
Итак, мы можем заключить, что метод ла-
зерной локации Луны прошел эксперимен-
те л ьную проверку* Дальнейшая работа дол-
жна заключаться в продолжительном накоп-
лении результатов все более точных измере-
ний расстояний из возможно большего числа
обсерваторий Земли до системы точек на
Луне, Совместная переработка такого мате-
риала по мере его накопления позволит по-
степенно достичь расчетных точностей и в
конечном итоге осуществить намеченную на-
учную программу.
Авторы выражают глубокую благодар-
ность академику Н. Г. Басову за повседнев-
ную помощь и постоянное внимание к рабо-
те, академику А. Б. Северному за большую
помощь и полезные дискуссии, сотрудникам
Крымской научной станции ФИ АН В. Аля-
бьеву, Г. Курбасовой, Ф. Нигматуллину,
Ю. Русинову, Е-. Сметаниной, активно
участвовавшим в подготовке аппаратуры,
сотруднику Крымской астрофизической об-
серватории АН СССР В. М. Можжерину за
помощь в наблюдениях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кокурин 10. Л. «Коемич. нсслед.», 1966, 4, JV: 3, 414.
2. GarthicaUe К., Holdridge D. В., Мulholland J. D. «Astron.
J.», 1970, 75, 10.
3. Кокурин Ю. Л.у КурбасовВ. В., Лобанов В. Ф,, Можже-
pun В. М., Сухановский А. П., Черных II. С. «Коемич.
нсслед.», 1966, 4, № 3, 414.
4. Кокурип Ю, Л., Курбасов В. В., Лобанов В. Ф., Суханов-
ский А. II., Черных II. С. «Коемич. исслед.», 1907, 5,
№ 2, 219.
5. Кокурин Ю. //., Лобанов В. Ф. «Коемич. исслед.», 1968, 6,
№ 2, 247.
6. Calame O.f Guinot В., Kovalevsky /., Orszag A. «Astron.
and Astrophys.», 1970, 4, 18.
7. Alley C. O. e. a. Apollo-11, Preliminary Sci. Kept. NASA
SP-214, 1969, p. 163.
8. Smullin L. I)., Fiocco G. Proc, IRE, 1962, 50, 1703.
9. Грасюп A. 3., Зуев В. 6\, Кокурин /О. Л., Крюков Л. /\,
Курбасов В. В., Лобанов В. Ф., Можжерин В. Л/., Суха-
новский А. II. f Черных П. С\, ЧуваевК. К. Докл. АН СССР,
1964, 154, № 6, 1303.
10. Кокурин /О. Л., Курбасов В. В., Лобанов В. Ф., Можже-
рин В. Л/., Сухановский А. //., Черных II. С. ЖЭТФ —
письма в редакцию, 1966, 3, вып. 5, 219.
11. Fatter J. W,r WamplerE.J. «Scient. American», 1970,
222 (3), 38.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ . 5
Глава первая
РАБОТА «ЛУНОХОДА-1» НА ЛУНЕ В ФЕВРАЛЕ - СЕНТЯБРЕ 1971 г. 7
1. Функционирование «Лунохода-1» на Луне
(О. Г, Иванов, В. А. Рывкина, Б. В. Непоклонов) 7
2. Психологические проблемы дистанционного управления
(Ю. А. Петров) 20
Глава вторая
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ САМОХОДНОГО АППАРАТА В ЛУННЫХ
УСЛОВИЯХ 25
1. Самоходное шасси «Лунохода-1» как инструмент для ис-
следования лунной поверхности 25
(А. К. Леонович, О. Г. Иванов, П. С. Павлов, В. В. Громов, П. Н. Нау-
мов, В. Н. Петров, Ф. П. Яковлев, И. С. Гарии, О. В. Володин, А. Ф. Гра-
чев, В, П. Комаров, Б, М. Борисов, В, Н. Теплов, И. Н. Грашшк,
А, Д. Дмитриев, В. В. Шварев) .
2. Исследование подвижности «Лунохода-1» при дистанцион-
ном управлении 43
(А. К. Александров, О. Г. Иванов, Ф. И. Бабков, 10. П. Котлов,
Р. М. Михайлов, Ф. П. Павлов, Л. Т. Панова, Л. Н. Поленов, П. С. Се-
менов, 10. А. Петров, В. Б, Георгиев, В. П, Бурцев, В, К. Мишкин, Г, Н.
Гарин)
3. Исследование работоспособности самоходного шасси на Луне 47
(Е. В. Авотинып, Б. В. Бородачев, Ю. И. Васин, Л. О. Вайсберг, В. П*
Великанов, М. Н. Владимиров, А. Ф. Грачев, М, И. Исаков, М. Б.
Колесов, А. Ф. Кулешов, В. Е. Папиряи, В. EL Петров, И. И. Розов,
А* В. Рыбаков, С. Ф. Федорова, Г. Н. Шестернев, С. А. Шевцов)
Глава третья
ИЗУЧЕНИЕ ТОПОГРАФИИ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ «ЛУНОХОДАМ» 67
1. Топографо-навигационный комплекс исследований «Луно-
хода-1» 67
(М. В. Абрамова, В. М. Говоров, К. К. Давидовский, В. В. Засецкий,
Р. М. Михайлов, Б. В. Непоклоиов, В. А. Полозников, Б. Н» Родионов,
А. С. Селиванов, В. Г. Сомаль, В. А. Тимохин)
182 ОГЛАВЛЕНИЕ
2. Система условных знаков для лунных топографических
планов, разработанная по материалам съемки «Лунохода-1» 80
(К. Б. Шингарева, Г. А. Бурба)
Глава четвертая
ИССЛЕДОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ЛУННОГО ГРУНТА
НА «ЛУНОХОДЕ-1» 92
(Г. Е. Кочаров, С. В. Викторов)
1. Обработка спектральной информации аппаратуры РИФМА 92
2. Интерпретация экспериментальных результатов 94
Глава пятая
ГЕОЛОГО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛУННОЙ ПОВЕРХ-
НОСТИ 102
(К. П. Флоренский, А. Т. Базилевский, Р. В. Зезин, В. П. Полосухин,
3. В. Попова)
1. Методика исследований ; 104
2. Кратеры , 107
3. Крупнообломочный материал (камни) 116
4. Реголит . * 122
5. Процессы, преобразующие поверхность в районе исследова-
ний « Лунохода-1» 130
Выводы t л 133
-\
Глава шестая
ИССЛЕДОВАНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО И КОРПУСКУЛЯРНОГО
ИЗЛУЧЕНИЙ 136
1. Коллиматорньтй рентгеновский телескоп РТ-1 136
(И. Л. Бейгман, Л. А. Вайнгатейи, В. Н. Васильев, В. Д. Иванов,
С. Л. Мандельштам, В. А, Савельев, И. П. Тиндо, Е. К. Шеффер,
А. И. Шурыгин)
2. Особенности всплеска рентгеновского излучения Солнца,
зарегистрированного спектрометри ческой аппаратурой
РИФМА 10 декабря 1970 г. 142
(Г. Е. Кочаров, Ю. Е. Чариков) , ,:
3. Космические лучи малых энергий на спаде 20-го цикла
солнечной активности 149
(Г. IL Любимов, Е. А. Чучков, Н, В. Пересдегина, О. Г, Мягченкова)
ОГЛАВЛЕНИЕ
183
Глава седьмая
ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ УГОЛКОВОГО ОТРА-
ЖАТЕЛЯ, УСТАНОВЛЕННОГО НА «ЛУНОХОДЕ-1» 170
(Ю. Л. Кокурин, В. В. Курбасов, В. Ф. Лобанов, А. Н. Сухановский,
И, С. Черных)
1. Научная программа эксперимента 170
2. Ранние опыты по лазерной локации Луны, Вопросы повы-
шения точности измерений 171
?). Светоотражатель 173
4. Лазерно-локационная аппаратура 174
5. Результаты измерений "' 177
Заключение 180
. ■ ■ * . \,.
ПЕРЕДВИЖНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ НА ЛУНЕ
«ЛУНОХОД-1»
Утверждепо к печати
Ордена Ленина Институтом
геохимии и аналитической химии
имени В. И. Вернадского
Академии наук СССР
ИБ № 6570
Редактор Ю. II. Ефремов
Редактор издательства Э. С. Павлииова
Художественный редактор Н. Я. Власик
Технические редакторы О, М. Гусьпова, Т. С. Жарикова
Корректор В. А. Шварцер
Сдано в набор 9.8.77 г.
Подписано к печати 30,12.77 г.
Т-2ШЗ Формат onvnoi'e Бумага глуб. печ. финская.
Гарнитура обыкновенная. Печать высокая
Усл. печ. л. 28,04. Уч.-изд. л. 21,3 Тираж 1300 окз.
Тип. зак. 2806. Цена 3 р. 60 коп.
Издательство «Наука»
117485, Москва, В-485, Профсоюзная ул., 94а
2-я типография издательства «Наука»,
121099, Москва, Г-99, ШубинскиЙ пер., 10