Химия лунного грунта
Шрифт:
«Сервейер-6» (ноябрь 1967 г.), совершивший мягкую посадку в Центральном Заливе, и «Сервейер-7» (январь 1968 г.), прилунившийся на склоне крупного кратера Тихо, были оснащены той же аппаратурой, использующей метод «обратно рассеянных альфа-частиц». Прибор, установленный на «Сервейере-6», провел анализ только одного участка поверхности: после «подскока» лунной станции выяснилось, что блок датчиков прибора для исследования химического состава грунта находился в перевернутом положения и не мог вести анализ поверхности. А работа прибора на «Сервейере-7» заставила изрядно поволноваться его создателей. Дело в том, что произошло «заедание» в механизме опускания блока датчиков на грунт. После подачи команды на опускание блок так и остался
Через несколько дней было принято решение на рискованную операцию — стали давить на блок ковшом маленького «экскаватора» — электрической лопатки, служившей для изучения механических свойств грунта. После нескольких неудачных попыток застрявшую нейлоновую нить удалось, наконец, вытянуть и опустить на грунт. В последующие дни этим же ковшом переставили блок детекторов на два других участка поверхности. Таким образом, удалось сделать анализы трех участков грунта в пределах метровой площадки.
Полученные результаты в силу ограничений самого метода потребовали проведения дополнительных лабораторных экспериментов, моделирующих конкретные условия работы приборов на Луне. Это было связано с уточнением положения блока детекторов на поверхности, с необходимостью учета влияния изменения температуры счетчиков и т. д. Обработка спектров с учетом результатов дополнительных модельных опытов позволила американским ученым сделать окончательные выводы относительно проведенных анализов концентраций в лунном грунте кислорода, магния, алюминия, кремния, кальция, титана и железа. При этом результаты анализов в «морских» районах (Море Спокойствия и Центральный Залив) оказались близки между собой. В «материковом» же районе (кратер Тихо) измерения показали состав, отличающийся от ранее изученных районов (см. далее табл. 1 и 2).
РЕНТГЕНОВСКИЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ МЕТОД: «ЛУНОХОД-1»
Исследования, выполненные аппаратами «Сервейер», так же как и осуществленный позднее анализ образцов грунта, доставленных на Землю из «морских» районов Луны, показали, что хотя лунные породы и относятся к одному и тому же типу (базальтовых), однако имеются некоторые отличия в их составе. Таким образом, оказалось, что ряд проблем строения Луны и происхождения форм лунного рельефа очень трудно разрешить путем анализа химического состава лишь отдельных участков лунной поверхности. К таким проблемам селенологи относят, в частности, вопросы о степени однородности состава поверхности и о связи рельефа с химическим составом.
Для того чтобы сделать какие-либо определенные выводы на сей счет, необходимо было провести сравнительные исследования на больших площадях, изучить состав поверхностного и подповерхностного слоев лунного грунта в пределах характерных районов, где широко представлены разнообразные типы лунных образований: кратеры разных размеров и форм, гряды, разломы, камни и скальные обломки. Единственная возможность для проведения подобных исследований — использование самоходных аппаратов, осуществляющих перемещение по лунной поверхности. Изучение состава поверхности в пределах этих определенных районов кроме самостоятельного интереса способствует осуществлению разнообразной работы по «физическому» картографированию Луны.
Самоходные лунные автоматы, исследуя образцы в местах их естественного залегания, могут осуществлять химические и минералогические анализы лунных пород, определять их физико-механические свойства по маршруту следования, передавая на Землю собранную информацию. С помощью подобных аппаратов можно обследовать обширные территории и получить большой объем информации о строении лунной поверхности, осуществить передачу на Землю телевизионных изображений окружающего ландшафта.
С учетом всех этих требований советская программа космических исследований Луны предусматривала создание мобильных автоматических лабораторий, способных передвигаться по поверхности Луны и производить комплексные научные исследования Луны вдоль своего пути. При этом пришлось решить целый ряд принципиально новых задач. Ведь, например, даже после серии мягких посадок на поверхность Луны и целого ряда последующих исследований оставался невыясненным вопрос о том, каким образом осуществлять передвижение аппарата по покрытой слоем пыли лунной поверхности при наличии кратеров и камней различных размеров, в условиях космического вакуума и силы тяжести, составляющей лишь одну шестую земной.
В связи с этим необходимо сказать несколько слов о лунной пыли. В земных условиях мы привыкли, что пыль — это мелко измельченный материал, который ведет себя почти как жидкость. Пыль (песок) течет так же, как вода; ее поверхность так же, как и у жидкости, находящейся в равновесии, — плоская и ровная. Эти свойства пыли объясняются тем, что в пылинках и на ее поверхности находится воздух, который вместе с воздухом, содержащимся между пылинками, «смазывает» частицы, и они легко скользят относительно друг друга.
Лунная поверхность находится в условиях, коренным образом отличных от земных: постоянное облучение солнечным ветром (т. е. частицами, испускаемыми Солнцем) и метеоритная бомбардировка, воздействие ультрафиолетового излучения и глубокий космический вакуум. Длительное ее пребывание в вакууме привело к тому, что на ней произошло обезгаживание не только пространства между частицами, но и самих частиц. В результате пылевые частицы лунного грунта примыкают непосредственно одна к другой или к нижележащей поверхности, «склеиваясь» в единое целое или налипая на поверхность других тел при соприкосновении. Эти контактные силы (так называемые силы Ван-дер-Ваальса) обратно пропорциональны седьмой степени расстояния между частицами, и, поскольку это расстояние порядка размеров атомов, контактные силы более значительны, чем гравитационные.
Частицы лунной пыли соединяются в одно целое, другими словами, — пылевые частицы склеиваются друг с другом, образуя легкий, но твердый неоднородный материал. Слипшиеся таким путем образования при механическом воздействии рассыпаются на мелкие части, а под действием газовых струй тормозных двигателей при посадке космических аппаратов на поверхность Луны пыль легко поднимается кверху. Все это надо было учитывать советским конструкторам.
В результате тщательных расчетов и многочисленных наземных испытаний ими было создано самоходное шасси на восьми колесах ажурной конструкции с грунтозацепами, с независимой подвеской и приводом колес. Впервые была сконструирована машина — «Луноход-1», способная передвигаться в сложнейших условиях лунной поверхности и оснащенная комплексом аппаратуры для научных исследований уже не в одной точке, а в целом районе лунной поверхности.
Выбранный район для работы «Лунохода-1» — Море Дождей — является одним из крупнейших лунных «морей» с четко выраженной кольцевой структурой, окаймленный береговыми горными массивами. Лишь на юго-западе Море Дождей не имеет горного обрамления, и его поверхность смыкается там с Океаном Бурь. Равнины лунных «морей» представляют собой обширные излияния базальтовых лав. Коренные скальные породы перекрыты с поверхности слоем мелкораздробленных пород, так называемым реголитом, имеющим незначительную толщину (менее 10 м). Поверхность Моря Дождей более или менее равномерно покрывают кратеры диаметром до нескольких километров. Плотность их распределения примерно такая же, как и в «морях» экваториальной зоны видимого с Земли полушария Луны. Иногда выделяются участки протяженностью в десятки километров, в которых плотность распределения мелких кратеров на порядок выше средней.