Перед стартом к Луне

Напомним основные характеристики орбиты движения Луны относительно Земли.

Луна движется вокруг Земли по орбите, близкой к круговой (среднее значение эксцентриситета составляет 0,05). Продолжительность одного оборота Луны составляет примерно - 27,3 суток. Расстояние ее от Земли равно в среднем 384000 км. За счет имеющейся, хотя и незначительной, эллиптичности орбиты ее наибольшее расстояние от Земли (в апогее) достигает 405500 км и наименьшее (в перигее) 363000 км. Скорость движения Луны по орбите составляет примерно 1,02 км/сек. Совершая полет с такой скоростью, Луна описывает по небесной сфере за каждые сутки дугу около 13°. Плоскость орбиты Луны относительно плоскости экватора Земли беспрерывно изменяется в диапазоне от 18° до 28°. В 1970 г. наклонение плоскости орбиты составляло около 28°. Это означает, что в течение каждого месяца Луна побывает над экватором на высоте 28° и под ним, опустившись тоже на угол 28°.

Луны можно достигнуть различными путями. К настоящему времени реализованы следующие виды полетов к Луне:

- полет вблизи Луны с последующим выходом космического аппарата за пределы сферы действия Земли и превращением его в спутник Солнца - искусственную планету ("Луна-1", "Пионер-4");

- полет с "жестким" попаданием в Луну ("Луна-2", "Рейнджер-7");

- полет с мягкой посадкой на Луну без выхода на промежуточную орбиту ее спутника ("Луна-9", "Сервейор-1");

- полет с выходом на орбиту спутника Луны без посадки и без возвращения на Землю (беспилотные - "Луна-10", "Лу-нар-Орбитар-1");

- полет с выходом на орбиту спутника Луны без посадки на Луну, но с возвращением на Землю ("Апполон-8");

- облет Луны с возвращением на Землю ("Зонд-5");

- полет с выходом на орбиту спутника Луны, посадка на Луну и возвращение на Землю ("Апполон-11", "Луна-16").

Отсюда хорошо видна общая логическая целенаправленность освоения Луны и последовательное усложнение схемы полета. Каждый из указанных видов полета представлял собой самостоятельный интерес и позволил решить определенный круг научных и технических задач.

Теперь посмотрим, каковы те общие принципы, которые положены в основу различных вариантов полета к Луне. Главным критерием, который предопределяет способ расчета и выбора траекторий полета к Луне, является точность расчета при минимальной затрате энергии (т. е. топлива) на осуществление всех маневров и возможность обеспечения полета средствами наземного или автономного комплекса. В соответствии с этим различают приближенные и точные способы расчета орбит.

Приближенные способы основываются на использовании эллиптической теории движения космических аппаратов. Как известно, Луна находится в сфере действия Земли. Поэтому траекторию полета к Луне, целиком лежащую внутри сферы действия Земли, можно приближенно рассчитывать по эллиптической теории, считая, что космический аппарат производит вначале полет только под действием притяжения Земли. Притяжением Луны, Солнца и нецентральностью поля Земли в этом случае пренебрегают. Полученная траектория протягивается в направлении к Луне до тех пор, пока космический аппарат не войдет в сферу действия Луны, т. е. не окажется на расстоянии 66 тыс. км от ее центра. Начиная с этого момента траектория движения рассчитывается только с учетом притяжения Луны, а притяжением Земли и Солнца пренебрегают. Если далее космический аппарат, удаляясь от Луны, снова окажется на расстоянии 66 тыс. км от нее, то снова влияние Луны исключается и в последующем считается, что полет происходит только в поле действия Земли.

Так баллистики приспособили эллиптическую теорию для решения задачи трех тел. Часто этот способ называют разделением движения космического аппарата по сферам действия небесных тел. Конечно, он является приближенным и может годиться только для качественного анализа траекторий полета. Но ввиду его алгоритмической простоты он находит самое широкое применение в массовых исследованиях полетов к Луне. Когда же дело касается реальных пусков, то применяются либо методы численного расчета траекторий, либо как-то поправленная искусственным образом теория эллиптического движения.

При точном расчете траектории, кроме притяжения Земли и Луны, как точечных тел, обычно учитывается влияние Солнца, нецентральность поля Земли и Луны и иной раз даже световое давление. Однако состав сил, которые необходимо учитывать при расчете траектории, каждый раз уточняется в зависимости от требований к точности расчета траектории.