Луна-1

2 января 1959 осуществлён пуск ракеты-носителя «Восток-Л», которая вывела на траекторию полёта к Луне АМС «Луна-1». Это была траектория сближения, без использования старта с орбиты[2]^:201. В массовой советской печати того времени эта АМС называлась «первая советская космическая ракета»[3]. Станция также имела названия «Луна-1Д» и «Мечта».

Ракета стартовала вертикально. Во время полета программный механизм автоматически изменял направление тяги двигателя таким образом, что в конце участка разгона направление скорости имело с горизонтом заданный угол.

Для достижения второй космической скорости ракета была снабжена третьей ступенью (блок «Е»), с двигателем РД-0105, созданным в Воронеже на предприятии «Конструкторское бюро химавтоматики» (КБХА)[4][5].

В целях полёта ставилась задача достижения станцией поверхности Луны. Попадания не произошло, так как в циклограмму полёта закралась ошибка: при выдаче команды на отсечку двигателя третьей ступени (блока «Е»), которая выдавалась с Земли, не было учтено (уже довольно значительное) время прохождения сигнала от командного пункта до станции. Носитель и вся бортовая аппаратура станции отработали правильно. На выполнении бортовых экспериментов указанная наземная ошибка не сказалась. Среди выдающихся научных результатов, полученных в ходе полёта «Луны-1», можно отметить следующие:

• При помощи бортового магнитометра впервые был зарегистрирован внешний радиационный пояс Земли.
• При помощи ионных ловушек и счётчиков частиц были осуществлены первые прямые измерения параметров солнечного ветра. Был обнаружен ионизованный газ в межпланетном пространстве. На расстояниях 20-25 тыс. км от поверхности Земли измеренная концентрация его составила ок. 700 частиц в см³, а на расстояниях 100—150 тыс. км — ок. 300—400 частиц в см³.
• Астрономы Иосиф Самуилович Шкловский и Владимир Гдалевич Курт предложили использовать «оптическое» доказательство, что ракета летит к Луне, взрывом испарив на борту аппарата 1 кг натрия и создав искусственную комету. Был успешно выполнен эксперимент по созданию искусственной кометы. 3 января в 3:56:20 по московскому времени, на расстоянии в 119500 км от Земли из станции было выпущено облако паров натрия (1 кг); рассеиваясь в вакууме, облако светилось оранжевым светом в течение нескольких минут и наблюдалось с Земли как слабая звезда 6-й величины в созвездии Девы, примерно в середине треугольника, образованного звездами Арктуром, Спикой и Весов. Искусственная комета была сфотографирована на Горной станции Главной астрономической обсерватории АН СССР вблизи Кисловодска Мстиславом Николаевичем Гневышевым.
• Было установлено отсутствие у Луны значительного магнитного поля[6].
• Исследование магнитного поля с помощью космической ракеты показало, что замеренная напряженность поля убывает с высотой быстрее расчетной, достигая минимума 400 γ (I γ = 10^-5 эрстеда) на расстоянии 20 800 км от центра Земли; затем она возрастает до 800 γ на расстоянии 22 000 км и далее медленно убывает. Наличие максимума напряженности приводит к важному выводу о том, что даже при спокойном состоянии Солнца на расстоянии 21000—22000 км находится внеионосферная токовая система.

Представитель разработчика системы радиоуправления, выставляя 1 января плоскость антенн РУП-А, ошибся по углу места на 2°, выставив 44° вместо 42. Его никто не проконтролировал — влияние праздника. Во время полета данные от пеленгатора в счетно-решающее устройство поступали исправно, но параметр по углу места все время шел с ошибкой, воспринимаясь как отклонение ракеты вниз от расчетной траектории. Поэтому счетно-решающее устройство не выключало двигатель центрального блока, ожидая, пока данные по углу места не придут в пределы допуска. Из-за ошибки по углу места в 2°, допущенной при работе наземных радиотехнических средств пеленгации и управления ракетой, двигатель блока «Е» выключился позже назначенного момента, что и послужило причиной промаха.

Конечная масса блока «Е» вместе с космическим аппаратом «Луна-1» составляла 1472 кг. Полезный груз (361,3 кг) включал научную и измерительную аппаратуру, четыре радиопередатчика и источники электропитания, размещенные в отделяемом аппарате и на блоке «Е».

«Луна-1» несла вымпелы: сферический из стальных пятиугольных элементов с зарядом взрывчатого вещества внутри шара для их разброса и в виде капсулы, заполненной жидкостью, в которой размещались алюминиевые полоски. Оба имели обозначение, указывающее государственную принадлежность аппарата, месяц и год его запуска.

После выключения двигателя произошло отделение контейнера с научной аппаратурой. На высоте 1500 км скорость ракеты относительно центра Земли несколько превышала 10 км/сек, на высоте 100 000 км она равнялась примерно 3,5 км/сек.

Расчёт траектории «Луны-1» осуществлялся на ЭВМ «БЭСМ-2»[7].

4 января в 5:57 по московскому времени «Луна-1» прошла на расстоянии 6000 километров от поверхности Луны и вышла на гелиоцентрическую орбиту. В период наибольшего сближения ракета находилась на небесной сфере выше Луны и несколько правее ее, если смотреть с Северного полушария Земли. В этот момент ракета находилась на небесной сфере между звездами Спика и Весов. После прохождения около Луны космическая ракета продолжала удаляться от Земли, скорость ее относительно центра Земли продолжала убывать, приближаясь к 2,1 км/сек. Гравитационное поле Луны изменило траекторию АМС, но не смогло её притянуть к себе.

7—8 января 1959 года и позже, когда ракета находилась на расстояниях порядка 1 млн. км и более, влияние Земли на ракету стало настолько слабым, что движение ракеты стало в основном определяться силой тяготения Солнца. Несмотря на то, что станция в Луну не попала, АМС «Луна-1» стала первым в мире космическим аппаратом, достигшим второй космической скорости, преодолевшим притяжение Земли и ставшим искусственным спутником Солнца. Таким образом, в целом полёт можно охарактеризовать как частично успешный, рекордный для своего времени и весьма плодотворный с научной точки зрения. Наклон орбиты искусственной двойной планеты (блок «Е» и отделившаяся от неё «Луна-1») к плоскости эклиптики составляет ок. 1°, эксцентриситет 0,148, минимальное и максимальное расстояние от Солнца соответственно 146,4 млн. км и 197,2 млн. км. Период обращения искусственной планеты — примерно 450 суток. Относительные скорости отделения были невелики и поэтому блок «Е» и отделившаяся от неё «Луна-1» находятся на близких орбитах.

Поначалу американцы усомнились в существовании АМС, поскольку даже крупнейшая радиообсерватория в Джодрелл-Бэнк (Чешир, Англия) не «слышала» его. Однако антенна диаметром 26 м лаборатории реактивного движения (JPL) (Пасадина, Калифорния, США) нашла «Луну-1», приняв слабый сигнал через восемь часов после того, как аппарат пролетел мимо Луны.

В начале сентября 1959 года, когда ракета была в афелии, она приблизилась к орбите Марса на расстояние порядка 15 млн. км, т. е. примерно в 4 раза ближе, чем Земля в периоды великих противостояний.

Ари Абрамович Штернфельд оценил, что станция должна вернуться к Земле в 2109 году, если за это время притяжение планет не изменит период её обращения.

«Луна-1» была оснащена следующим научным оборудованием: магнитометр; счётчик Гейгера; сцинтилляционный счётчик; детектор микрометеоритов; радиопередатчик, работавший на частоте 183,6 МГц; радиопередатчик, работавший на частоте 19,993 МГц; блок приемников, служивший для радиоконтроля траектории движения.

Для контроля траектории и определения координат использовали автоматизированную систему, разработанную для определения траектории баллистических ракет[8].

Развертка на поверхность Земли выглядела так (из сообщений ТАСС ):

• 3 января
  • в 3 часа: 3 градуса 12 минут ю.ш. и 108 градусов в.д., 100 000 км от Земли
  • в 6 часов: 4 градуса 30 минут ю.ш. и 63.5 градуса в.д., 137 000 км от Земли
  • в 13 часов: 7 градусов 33 минуты ю.ш. и 40 градусов з.д., 209 000 км от Земли
  • в 16 часов: 8 градусов 20 минут ю.ш. и 86(85) градусов з.д., 237 000 км от Земли
  • в 19 часов 8 градусов 57 минут ю.ш. и 131(130) градус з.д., 265 000 км от Земли
  • в 21 час 9 градусов 18 минут ю.ш. и 160 градусов з.д., 284 000 км от Земли
• 4 января
  • в 0 часов: 9 градусов 45 минут ю.ш. и 155 градусов в.д., 311 000 км от Земли
  • в 3 часа: 10 градусов 7 минут ю.ш. и 110 градусов в.д., 336 600 км от Земли
  • в 5 часов 57 минут ракета прошла на минимальном расстоянии от Луны (5—6 тыс. км.) и стала спутником Солнца. После чего ТАСС стал публиковать ее координаты в астрономических координатах.
• 5 января в 10 часов аккумуляторы сели и связь с АМС прекратилась.

• 
  Схема ком­по­нов­ки АМС «Луна-1»
• 
  Макет АМС «Луна-1»
• 
  Макет «Луна-1»
• 
  Авто­мати­ческая меж­планет­ная станция «Луна-1»
• 
  Авто­мати­ческая меж­планет­ная станция «Луна-1»
• 
  Павильон «Космос» на ВДНХ
• 
  Павильон «Космос» на ВДНХ
• 
  Почтовая марка СССР 1959 года — Схема трассы полёта
• 
  Почтовая марка СССР 1959 года — Траектория сближения ракеты с Луной
• 
  Почтовая марка СССР 1989 года — 30 лет запуска
• 
  Советские радио­люби­тели принимают радио­сиг­налы «Луны-1»

• Искусственный спутник Солнца

• The First Man-Made Planet: Russian Rocket Launched into Solar Orbit. // Flight International. — 9 January 1959. — Vol. 75 — No. 2607 — P. 56.

• Документальный фильм о конструкции и запуске АМС Е-1 (Луна-1)