Стыковка грузового корабля «Прогресс МС-16» в условиях прямого солнечного освещения и в нескольких режимах камеры. NASA
Другие условия возникают, если съемка идет на теневой стороне Земли. Тогда наоборот: светочувствительность камеры высока, но элементы корабля все равно едва видны из-за слабого освещения, зато можно наблюдать бледно светящуюся струю ракетных газов.
Стыковка корабля ATV-3 с российским сегментом МКС. Видна работа двигателей ориентации корабля и служебного модуля «Звезда». Роскосмос
Третий режим съемки, наиболее удобный для наблюдения ракетного выхлопа, – когда корабль на теневой стороне Земли, но освещается отраженным от нашей планеты солнечным светом.
Наиболее близкий из доступных съемок аналог старта Apollo с Луны – это моменты включения орбитальных двигателей кораблей Space Shuttle. Двигатели коррекции шаттлов, или Orbital Maneuvering System (OMS) модели AJ-10, имели тягу около 3 т каждый, что довольно близко к тяге главного двигателя стартовой ступени лунного модуля Apollo – 1,6 т. Топливные компоненты также схожи: у шаттла это топливная пара монометилгидразин/тетраоксид азота, у Apollo – аэрозин/тетраоксид азота. Включение двигателей OMS можно наблюдать в записях стартов шаттлов в моменты отделения внешнего топливного бака – большой оранжевой цистерны, которая питала стартовые кислород- водородные двигатели. Многократно записанный момент разделения бака и корабля позволяет увидеть один и тот же процесс в разных условиях освещения. Шаттлы стартовали и днем, и ночью, потоки реактивных газов OMS освещались солнцем под всевозможными углами.
Включение двигателей коррекции Space Shuttle в отраженном от Земли свете. NASA
Если пересмотреть старты шаттлов, то можно сделать вывод, что выбросы реактивных газов из AJ-10 лучше всего видны в ночное время, когда светочувствительность камеры высокая, а ярких источников света в поле видимости камеры нет. Дневной солнечный свет заставляет камеру снижать светочувствительность, но если борта корабля и топливного бака засвечены, т. е. светочувствительность камеры выше нормы, то бледные полосы от двигателей еще можно рассмотреть. Если же светочувствительность камеры соответствует нормальным условиям съемки – когда мы можем хорошо и без засветки рассмотреть и топливный бак, и корабль, то ракетных струй не видно, что полностью соответствует условиям съемки подъема стартовой ступени лунного модуля Apollo.
Кадры трансляции запуска четырех Space Shuttle в момент отделения внешнего топливного бака и включения двигателей коррекции. Видимость ракетной струи зависит от условий освещения и настройки камеры. NASA
Последовательность кадров старта лунного модуля Apollo 17 в записи телетрансляции. NASA
Возвращаясь к старту лунного модуля и заручившись сравнительным опытом других орбитальных двигателей, мы можем суммировать наблюдения. Во всех случаях мы видим корабль, ярко освещенный солнцем, которое находится позади камеры. При этом практически все поверхности корабля, даже покрытые светлой отражающей теплозащитой, не засвечены, за исключением бликующих поверхностей, т. е. мы видим съемку с низкой светочувствительностью. В момент включения двигателя мы видим облако газа, выходящее из-под верхней ступени модуля. В первые секунды работы двигателя мы видим и узкую струю горячего газа, которая «соединяет» взлетающую ступень и оставшуюся на поверхности Луны. Через пару секунд заметная струя исчезает, хотя по разлетающейся теплозащите нижней ступени и потокам пыли очевиден сильный поток невидимого для камеры газа.
Любопытна причина появления и исчезновения заметной струи ракетных газов в первые секунды старта. Вероятно, это происходит из-за отражения части ракетных газов двигателя стартовой ступени от поверхности нижней ступени. При запуске маршевого двигателя верхней ступени лунного модуля у ракетных газов есть для выхода лишь небольшой промежуток между соплом и нижней ступенью. Хотя основной поток газов из двигателя разлетается в разные стороны, часть поднимается вверх. Отскакивая от корпуса, молекулы газа, которые еще недостаточно остыли после вылета из сопла, сталкиваются со свежим газом из двигателя, нагреваются в соударениях и повышают плотность газа у самой поверхности. В результате более активная часть ракетной струи, которая и так наиболее плотная у сопла, взаимодействует с отскакивающим от нижней ступени газом и нагревается сильнее до такой степени, что это видит камера даже в условиях дневного света.
Посадка ракеты New Shepard с кислород-водородным двигателем после испытательного суборбитального полета. Blue Origin
Кроме того, струе могут придавать свечение не только сами ракетные газы из двигателя, но и частички мусора от корпуса корабля и пыль, которые разогреваются пламенем двигателя и начинают светиться. Когда корабль поднимается на несколько метров и плотности газа и пыли уже недостаточно для свечения, видимая струя исчезает. Тот же эффект можно заметить на испытаниях ракетных систем вертикальной посадки, например New Shepard компании Blue Origin, но уже в обратном порядке.
Наконец, благодаря космонавтике Китая, мы можем посмотреть на работу ракетного двигателя спускаемой ступени у самой поверхности Луны. Записи прилунения автоматических межпланетных станций Chang'e 3 и Chang'e 4 опубликованы на сайте Китайской академии наук. Посадочная масса спускаемых аппаратов составляла около 1400 кг, что примерно в три с половиной раза меньше стартовой ступени лунного модуля Apollo. Зато посадку снимала камера с расстояния около метра, расположенная на самом аппарате и направленная туда же, куда и сопло главного двигателя. Мы можем наблюдать полет от низкой окололунной орбиты до посадки на Луну и несколько секунд после выключения двигателя. У поверхности видна пыль, которая разлетается от действия ракетного двигателя, но сами реактивные газы остаются невидимыми, так как камера ведет съемку ярко освещенной солнцем Луны и ее светочувствительность снижена, как и во всех вышеприведенных примерах дневной съемки.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Изучение лунного «климата» приборами ALSEP Apollo
Пример того, как Луна используется для калибровки камеры околоземного спутника Pléiades
Техническое описание научных камер Chang'e 3
Подробная история лунного флага
Подробности программы «Луноход»
Глобальная температура поверхности Луны по данным прибора Diviner LRO
Температура Луны по данным Apollo 11
Температура Луны и накопление лунной пыли по данным Chang'e 3
Открытие пылевого облака, окружающего Луну
Стенограмма репортажа Юрия Гагарина в космическом полете
Лунный грунт
Где хранится лунный грунт?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Бóльшая часть лунного грунта, доставленного в ходе программы Apollo, находится в Хьюстоне, в Лаборатории лунных образцов (Lunar Sample Laboratory). Около 80 % сохраняется в азотной атмосфере, 20 % выдается для научных исследований по официальному запросу. Небольшая часть грунта и образцов хранится в крупных музеях разных стран.
Сегодня нам, Олегу Скрипочке и мне, выпала удивительная возможность попасть в хранилище лунного грунта, расположенное на территории Космического центра Линдона Джонсона.
Внутри здания № 31 находится лаборатория, которая занимается хранением и изучением материалов, прибывших на Землю из космоса. Здесь хранится практически весь лунный грунт, привезенный экипажами «Аполлонов» с Луны.
Публикуем фоторепортаж российского космонавта-испытателя отряда космонавтов Роскосмоса Сергея Кудь-Сверчкова, который побывал на экскурсии в Лаборатории лунных образцов в Хьюстоне. Текст был опубликован в блоге Сергея, и мы размещаем материал с его любезного согласия и согласия пресс-службы NASA.
Часть фотографий добавлена сотрудниками лаборатории – это фотографии тех образцов, которые во время экскурсии Сергея были завернуты в полиэтилен
(слева направо) Андреа Мози, Олег Скрипочка, я, Райан Зейглер. Андреа – самый опытный научный сотрудник этой лаборатории, работает здесь больше 30 лет. Райан – старший куратор хранилища
Вход в лабораторию осуществляется через череду небольших шлюзов, предотвращающих попадание загрязняющих веществ в лабораторию. Самое чистое помещение имеет класс чистоты 1000. Телефоны и фотоаппараты протирают спиртом и кладут в шлюз.
Сами мы облачаемся в халаты, бахилы, шапочки и проходим в шлюз. Для полной картины не хватает только масок. Весь этот комплект имеет довольно забавное название – bunny suit [ «костюм кролика». – Прим. ред.].
Вообще-то, изначально лунные камни хранились в совсем другом здании, здесь же, на территории Центра им. Джонсона. Там предусматривалась многозонная защита: большое количество шлюзов, сменные комбинезоны и душевые комнаты. Тогда никто не знал, содержат ли внеземные артефакты опасные вирусы или бактерии. Ученые старались соблюдать планетарный карантин, а сами образцы содержались в вакуумных боксах, что, в свою очередь, предотвращало их загрязнение.
Вскоре выяснилось, что никакой жизни на Луне нет. Вдобавок вакуумные боксы постоянно протекали, все-таки всасывая воздух и загрязняя образцы. Тогда весь лунный грунт перенесли в новое хранилище, без столь сурового карантинного режима, а вакуум заменили на атмосферу из сухого азота под избыточным давлением.
В каждой последующей комнате давление чуть выше, чем в предыдущей, чтобы избежать попадания грязной атмосферы извне. На стенах установлены вот такие манометры:
Обратил внимание на странные единицы измерения давления – дюймы водяного столба (не миллиметры водяного столба, не паскали и не бары). Райан же сказал, что сам не помнит, как быстро переводить это давление в понятные единицы.
Кстати, сейчас старое здание все еще работает и служит лабораторией для изучения свежих образцов внеземных материалов – метеоритов, комет, космической пыли.