Місячний корабель — ЛК ()Радянський місячний корабельОписПризначення: Місячний посадковий модульІндекс 11Ф94Екіпаж: 1 LK pilotГабаритні розміриВисота: 5.20 мДіаметр: 4.50 мОб'єм: 5 м ³МасаЗагальна: 5560 кгДвигунна установкаДвигуни орієнтації (N2O4/UDMH) x 4: 390 НДвигуни гострої орієнтації (N2O4/UDMH+C2H8N2) x 4: 98 НПитомий імпульс 245 кг/сГоловний двигун РД-858 (N2O4+C2H8N2) x 1: 20100 НРезервний двигун РД-859 (N2O4+C2H8N2) x 2: 20100 НΔV 2700 м/сЕнергетична системаДжерело живлення 30.00 кВт-годЕнергоспоживання 0.5 кВтРесурс Тривалість автономного функціонування:: 30 діб Місячний корабель (11Ф94) — радянський космічний апарат, призначений для доставки космонавта на місячну поверхню і його вдалого повернення на орбіту й зістикування з місячним орбітальним кораблем. Був першим і єдиним пілотованим апаратом, реально сконструйованим і побудованим в СРСР для польотів за межами атмосфери.
Створення подібного апарата було необхідним в рамках радянської програми висадки на Місяць Н1-Л3 і був її невід'ємним й навіть ключовим елементом. Його вдалі льотні випробування показали високу надійність усіх систем, однак за цільовим призначенням він не використовувався. Технологічно та функціонально радянський місячний корабель поступався американському LM. Одним з основних недоліків була менша місткість апарата, менша вантажопідйомність. В процесі розробки усі системи пройшли повне відпрацювання і мали надзвичайно високий рівень надійності.
Історія створення Проект Н1-Л3 був занадто великим для одного підприємства (у США на «Аполлон» працювало понад 20000 організацій). ОКБ-1 Корольова призначили головним по Н1-Л3. Сам місячний корабель доручили розробити ОКБ-586 (КБ «Південне» у Дніпропетровську), а керівником цього напрямку призначили Янгеля.
У загальному вигляді проект Н1-Л3 закінчили 30 грудня 1964 року, тоді ж визначили попередні терміни виконання всіх етапів. Перший запуск Н1 мав відбутися 1966 року, а перший космонавт на Місяці зміг би висадиться 1967-68 року, що дозволяло б випередити американців, які призначили висадку на 1969 рік.
Коли в «Південному» почали детальну розробку місячного корабля, виявилося, що попередні оцінки маси МК були значно заниженими, і вкластися у встановлену раніше масу було неможливо. Причиною був занадто грубий ескізний підхід до конструкції МК. Наприклад, горизонтальна швидкість апарата при посадці не дозволяла радару-висотоміру, який планували встановити на МК, визначити реальну висоту. Швидкість апарата, оцінена на одній з ділянок польоту в 30-40 м/с, насправді становила б 200–300 м/с. У першому варіанті МК важив лише 2,2 т, причому був розрахований на двох осіб. Для усунення цих та інших недоліків довелося збільшувати масу апарата до 5,5 т, а екіпаж зменшити до одного космонавта.
Спочатку Янгель хотів залишити місце для другого космонавта у місячній кабіні, але це було неможливим. Зменшення маси стало головним завданням для конструкторів — за кожне нововведення, яке зменшувало б масу місячного корабля на один кілограм, призначалася премія 60 радянських рублів. Покращенням деяких систем орбітальної частини вдалося полегшити апарат на 500 кг.
Визначення поточної швидкості і висоти після відокремлення блоку Д також було проблематичним. Від ефективності роботи цієї системи залежала маса необхідного палива і всі пов'язані з цим параметри, такі як розташування і форма паливних баків.
Створена радарна система отримала назву «Планета». Вона мала чотири антени. Перші три створювали промені, віддалені один від одного на 120 градусів, і за зміною частоти сигналу внаслідок ефекту Доплера можна було точно визначити горизонтальну швидкість корабля. Четверта антена була спрямована перпендикулярно до поверхні і визначала висоту. Така система була порівняно простою і надійною, і хоча вона не попрацювала за своїм прямим призначенням, «Планета» показала свою надійність під час польотів АМС серії Е-8 (автоматична доставка місячного ґрунту на Землю).
При випробуванні радара на борту «МіГа-17» вдалось вирішити деякі виявлені проблеми. Через обмеження Мішин (який продовжував роботу померлого Корольова) дозволяв розмістити тільки 280 кг резервного палива, що теж затримувало створення радара-висотоміра, який тепер мав дуже точно проводити вимірювання для уникнення перевитрати палива.
1967 року Янгель повідомив Мішину що місячний корабель буде готовий не раніше 1971 року (тобто з запізненням на три роки). 1968 року програму знову змінили. Спочатку передбачалося здійснити посадку на місячному екваторі, тобто місячний орбітальний корабель мав перебувати на екваторіальній орбіті і щогодини пролітати над місцем посадки місячної кабіни. Це істотно полегшувало зближення і стикування апаратів, але водночас найцікавіші місця для посадки не завжди розташовані саме на екваторі. При виборі іншого місця ускладнювалась процедура зближення місячного відсіку після його старту з Місяця і місячного орбітального корабля, який міг з'являтися над місцем посадки удвічі-втричі рідше.
У такому випадку було три варіанти:
Місячний корабель обладнувався точною інерційною навігаційною системою, що дозволяла здійснювати складні маневри на навколомісячній орбіті для стикування з орбітальним кораблем. Місячний корабель після старту з поверхні поступово змінював свою орбіту до поєднання з орбітою орбітального корабля. У цьому випадку не було потрібне складне навігаційне обладнання. Місячний корабель прораховував траєкторію зближення до старту з Місяця, і здійснював стикування за прорахованою схемою.
Американці обрали перший варіант, в радянській програмі віддали перевагу другому. Стикування мало відбуватись на висоті 25-30 км. Оскільки цифрова ЕОМ для цього використовуватись не могла (через її відсутність), розробили дуже ефективну аналогову систему, яка прораховувала необхідні елементи орбіти і моменти включення рушійної установки.
На відміну від цих завдань збереження центру мас було дуже складним. Центр мас не мав зміщуватися більш ніж на 3 см (!). Це вимагало особливої конструкції паливних баків блоку Е і двигунів точної орієнтації. Космонавт у місячній кабіні був значно обмежений у діях. Все обладнання МК довелось розробляти та розміщувати згідно з цими вимогами. Для компенсації зміщення під час посадки і злету, коли маса місячного модуля зменшувалась при витраті палива для роботи двигуна, такі важкі елементи апарата, як батареї, постійно переміщувались.
Частина апарата, яка безпосередньо контактувала з поверхнею, називалась абревіатурою ЛПУ ( — місячний посадковий пристрій). Крім забезпечення посадки цей модуль був стартовим майданчиком для блоку Е, за допомогою якого місячний корабель злітав з Місяця. На ЛПУ також розміщувалось устаткування, яке використовувалось тільки при спуску або працювало на поверхні Місяця і використовувалось до зльоту з поверхні. Це були радар-висотомір, параболічні антени, хімічні джерела струму, три баки (згодом додали четвертий) з водою для випаровувальної системи охолодження і відеокамера для зйомки роботи космонавта на поверхні. ЛПУ важило 1440 кг при повній масі місячного корабля 5560 кг. Як говорилося вище, через обмеження маси апарата рушійна установка могла перемістити корабель не далі, ніж на 100 метрів від заздалегідь обраного місця. У цьому місці могли перебувати досить великі кратери, тому місячний посадковий пристрій мав забезпечувати нормальну посадку на поверхню і подальший зліт так, щоб апарат міг нормально функціонувати і при утворенні з поверхнею досить великих кутів (до 30 градусів). Це було необхідно і для забезпечення «сліпої» посадки апарата в безпілотному варіанті.
Перед конструкторами постало питання: як саме апарат повинен торкатися Місяця? Мінімальним варіантом було використання трьох посадкових опор, саме така схема використовувалась для посадки на Місяць американських «Сервеєрів» — автоматичних апаратів для дослідження і фотографування поверхні. Для радянського місячного корабля такий варіант не підходив, оскільки він не забезпечував необхідну стійкість і не гарантував збереження центру мас. ЛПУ почали розробляти одразу кілька КБ, і з'явилось багато різних проектів: від кількох опор до особливого посадкового кільця. Врешті-решт, залишились дві можливі схеми: пасивна та активна. У першому випадку апарат сідав на кілька пасивних опор, для чого слід було забезпечити дуже плавний підліт до поверхні. У другому випадку посадкові опори мали власні коригувальні двигуни, які включалися безпосередньо в момент контакту для точного позиціонування апарата.
Для остаточного вибору створили комплекс імітації посадки на місячний ґрунт: велике приміщення заповнене вулканічним туфом з Вірменії (за своїми фізичними властивостями він схожий на реголіт), і в ньому імітували торкання Місяця. Випробування показали, що найкращою є активна схема з використанням твердопаливних двигунів, яку й обрали для місячного корабля.
Формування вигляду корабля Зовнішній вигляд корабля формувався складно. У будь-якому питанні потрібна була творча знахідка, винахід, оригінальність рішення.
До того часу вже відпрацювали стикування космічних апаратів на орбіті Землі. Корабель мав зістикуватися на орбіті Місяця з орбітальним кораблем. Потрібний був новий стикувальний пристрій, бо існуючі, так звані «штир-конус», не вписувалися у схему через великі лінійні розміри і значну масу. При стикуванні на орбіті Місяця помилок могло бути більше, ніж на орбіті Землі. Все це призвело до висновку, що для Місячної експедиції потрібна була своя стикувальна система. Дефіцит маси позначався на всьому. В американців «Аполлон» і Місячний модуль могли незалежно один від одного здійснювати активне стикування, тобто виконувати динамічні операції по зближенню і причалюванню. Радянська схема передбачала, що Місячний корабель буде «пасивним», тобто МК підтримуватиме тільки положення своїх осей у просторі, а зближення і стикування здійснюватиме Місячний орбітальний корабель. Тому стикувальний агрегат на МК зробили «пасивним».
Він мав сотенну конструкцією з поперечними лінійними розмірами, більшими ніж у агрегату стикувального пристрою «штир-конус» у кілька разів. Це істотно полегшувало стикування кораблів, адже кожна клітинка була мініатюрним «конусом». Визначили місце встановлення стикувального агрегату — на блоці двигунів керування.
Проектування будь-якого космічного апарата передбачає забезпечення його температурних умов. Для Місячного корабля справа ускладнювалася тим, що, крім тепловиділення апаратури, радіаційного нагріву від Сонця, необхідно було враховувати і зовнішні температурні умови Місяця. Відомо, що на Місяці в тіні температура поверхні досягає −200 ° С, а на освітленій частині доходить до +130 ° С. Це враховувалося при виборі місця посадки — поблизу кордону знаходження тіні. Радіатор системи терморегулювання розташували на кільці вздовж стикувального вузла. Його основною функцією було скидання надлишків тепла у космос завдяки підбору відповідних коефіцієнтів випромінювання забарвлення.
Істотний вплив на зовнішність корабля зробили вибір і розміщення елементів електроживлення. Вибір залежав від необхідної енергії і часу споживання. З урахуванням обмеженої (до двох діб) активної роботи корабля, обрали хімічні джерела струму — акумуляторні батареї. Їх слід було розташувати як на злітній, так і на посадковій частині. Для цього зробили спеціальний каркас. Повісили три батареї на каркас ЛПУ і дві зовні на приладовий відсік. Зовнішнє розташування дозволяло встановлювати їх в останній момент перед стартом, адже розробники гарантували працездатність акумуляторів без підзарядки близько трьох місяців.