Ана­лиз си­сте­мы ра­дио­свя­зи Земля-​Луна при по­ле­те "Аполлона-​11"

В ра­бо­те про­ве­дён ана­лиз ор­га­ни­за­ции си­сте­мы ра­дио­свя­зи между Цен­тром управ­ле­ния по­лё­та­ми в Хью­стоне и лун­ным ор­би­таль­ным мо­ду­лем кос­ми­че­ско­го ап­па­ра­та «Апол­лон 11» при за­кры­тии его Луной. По­ка­за­но на­ли­чие ано­ма­лий в се­ан­сах связи, тре­бу­ю­щих объ­яс­не­ний.

(До­пол­не­ние вдо­гон­ку)

Вни­ма­ние!

Ста­тья, судя по всему, со­дер­жит ошиб­ки сво­дя­щие ее вы­во­ды на нет.

см. таб­ли­цу в "ком­мен­та­рии ав­то­ра".

 

 

УДК 621.396.946.2; ГРНТИ 49.43.31

АНА­ЛИЗ СИ­СТЕ­МЫ РА­ДИО­СВЯ­ЗИ ЗЕМЛЯ-​ЛУНА ПРИ ПО­ЛЁ­ТЕ «АПОЛЛОНА-​11»

И. Ва­си­льев

Спе­ци­аль­ное конструкторско-​технологическое бюро «Гра­нит»,

Рес­пуб­ли­ка Ка­зах­стан, Ал­ма­ты, iv@granit.kz

Ан­но­та­ция. В ра­бо­те про­ве­дён ана­лиз ор­га­ни­за­ции си­сте­мы ра­дио­свя­зи между Цен­тром управ­ле­ния по­лё­та­ми в Хью­стоне и лун­ным ор­би­таль­ным мо­ду­лем кос­ми­че­ско­го ап­па­ра­та «Апол­лон 11» при за­кры­тии его Луной. По­ка­за­но на­ли­чие ано­ма­лий в се­ан­сах связи, тре­бу­ю­щих объ­яс­не­ний.

Клю­че­вые слова: кос­ми­че­ская ра­дио­связь, Ап­по­лон 11, ано­ма­лия

ANALYSIS OF THE RADIO COMMUNICATION SYSTEM THE EARTH - MOONDURING THE “APOLLO - 11” FLIGHT

I. Vassilyev

JSC Special Design and technology Bureau “Granite ”,

Almaty, Kazakhstan, iv@granit.kz

Abstract. This paper deals with the analysis of organization of radio communication system between Mission Control Center in Houston and the lunar orbital module of the space vehicle «Apollo - 11» at closing of the module by the moon. It is shown the presence of anomalies in the communication sessions demanding explanations.

Keywords: space radio communication, Appolo - 11, anomaly

 

    21 июля 1969 года про­изо­шло важ­ное со­бы­тие для всего че­ло­ве­че­ства. Пер­вый че­ло­век сту­пил на по­верх­ность Луны. Этим че­ло­ве­ком стал аме­ри­кан­ский аст­ро­навт Нил Арм­стронг, ко­ман­дир кос­ми­че­ско­го ко­раб­ля «Апол­лон 11». Почти сутки спус­ка­е­мый лун­ный мо­дуль про­был на по­верх­но­сти Луны. С лун­ным и с ор­би­таль­ным мо­ду­ля­ми ве­лись се­ан­сы ра­дио­свя­зи, шла пря­мая те­ле­ви­зи­он­ная транс­ля­ция с по­верх­но­сти зем­но­го спут­ни­ка.

    В про­цес­се этого по­лё­та была ис­пы­та­на уни­каль­ная си­сте­ма ра­дио­свя­зи. Её уни­каль­ность за­клю­ча­лась в том, что ра­дио­связь необ­хо­ди­мо было под­дер­жи­вать не с одним объ­ек­том, как это было, на­при­мер с со­вет­ским ап­па­ра­том «Луна-3», ещё в ок­тяб­ре 1959 года пе­ре­дав­шим сним­ки об­рат­ной сто­ро­ны Луны, а с двумя од­но­вре­мен­но. Лун­ный по­са­доч­ный мо­дуль и лун­ный ор­би­таль­ный мо­дуль дви­га­лись друг от­но­си­тель­но друга и обес­пе­чить од­но­вре­мен­ную и устой­чи­вую связь с ними было не про­сто. По­доб­ную за­да­чу ре­шать рос­сий­ским спе­ци­а­ли­стам пока не при­хо­ди­лось, по­это­му ана­лиз опыта ис­поль­зо­ва­ния си­стем связи при по­лё­тах к Луне ко­раб­лей серии «Апол­лон», пред­став­ля­ет­ся ак­ту­аль­ным.

    По­дроб­ное опи­са­ние по­стро­е­ния си­сте­мы ра­дио­свя­зи, ре­а­ли­зо­ван­ной в про­грам­ме «Апол­лон» для по­лё­тов на Луну при­ве­де­но в до­ку­мен­те НАСА [1]. В более по­пу­ляр­ной форме опи­са­ние си­сте­мы связи при­во­ди­лось в жур­на­лах [2, 3]. Опи­са­ние по­стро­е­ния и раз­ви­тия те­ле­ви­зи­он­ной си­сте­мы при­ве­де­но в до­ку­мен­те [4]. В со­от­вет­ствие с этими до­ку­мен­та­ми для связи с кос­ми­че­ским ко­раб­лём, на­прав­ля­ю­щим­ся к Луне необ­хо­ди­мы были очень боль­шие ан­тен­ны, име­ю­щие боль­шое уси­ле­ние. После уда­ле­ния кос­ми­че­ских ко­раб­лей от Земли на рас­сто­я­ние более 18000 ки­ло­мет­ров, связь ними обес­пе­чи­ва­лась ан­тен­ны­ми «та­рел­ка­ми» диа­мет­ром 46 мет­ров, уста­нов­лен­ных вбли­зи Мад­ри­да (Ис­па­ния), в Гол­дсто­уне (Ка­ли­фор­ния) и Кан­бер­ре (Ав­стра­лия).

Рис. 1. 64-​хметровая ан­тен­на DSS-14 (Гол­дсто­ун)

    При таком рас­по­ло­же­нии, хотя бы у одной из ан­тенн, в поле об­зо­ра все­гда долж­на быть Луна. Сле­ди­ла за по­лё­том, по офи­ци­аль­ным дан­ным, и со­вет­ская стан­ция, на­хо­дя­ща­я­ся под Сим­фе­ро­по­лем, более из­вест­ная как «На­зем­ный из­ме­ри­тель­ный пункт №10 (НИП-10)», пред­на­зна­чен­ный для обес­пе­че­ния связи с кос­ми­че­ски­ми ап­па­ра­та­ми, по­сы­ла­е­мы­ми на дру­гие пла­не­ты, на свою ан­тен­ну диа­мет­ром 32 метра. При этом, участ­ник этих со­бы­тий Мо­ло­тов, опи­сав­ший их в своей ста­тье [5], се­то­вал на то, что уров­ня сиг­на­ла не хва­та­ло, так как у 32-​хметровой ан­тен­ны ко­эф­фи­ци­ент уси­ле­ния в 4 раза мень­ше, чем у 64-​тиметровой.

Рис. 2. Изоб­ра­же­ние Земли, при­ня­тое по те­ле­ви­зи­он­но­му ка­на­лу с од­но­го из «Апол­ло­нов» [5]

    Дру­гой от­ме­ча­е­мой им труд­но­стью была необ­хо­ди­мость от­сле­жи­ва­ния по­ло­же­ния кос­ми­че­ско­го ко­раб­ля над Луной, так как ан­тен­на, из-за уз­ко­го сво­е­го луча, могла охва­тить лишь по­ло­ви­ну диска Луны. Но луч 64-​тиметровой ан­тен­ны дол­жен быть ещё уже! Зна­чит ра­дио­связь между Зем­лёй и обо­и­ми кос­ми­че­ски­ми ап­па­ра­та­ми (лун­ным и ор­би­таль­ным) после их раз­де­ле­ния од­но­вре­мен­но могла осу­ществ­лять­ся лишь в огра­ни­чен­ные про­ме­жут­ки вре­ме­ни.

    Ин­фор­ма­ция между Зем­лёй и кос­ми­че­ским ко­раб­лём (и об­рат­но) пе­ре­да­ва­лась на ча­сто­тах около 2000 МГ ц в груп­по­вом ка­на­ле (как на ра­дио­ре­лей­ных или спут­ни­ко­вых стан­ци­ях) с по­сле­ду­ю­щим раз­де­ле­ни­ем на го­ло­со­вые, те­ле­ви­зи­он­ные и циф­ро­вые сиг­на­лы. При этом с Земли пе­ре­да­ва­лись сиг­на­лы на одной ча­сто­те, а на Землю - на двух, так как спус­ка­е­мый ап­па­рат дол­жен был от­де­лить­ся от ос­нов­но­го, оста­вав­ше­го­ся на ор­би­те Луны. Эта си­сте­ма связи на­зы­ва­лась «Apollo Unified S-​band System». Между око­ло­лун­ным ко­раб­лём и спус­ка­е­мым ап­па­ра­том связь осу­ществ­ля­лась на ча­сто­тах около 260 МГ ц. Все эти ра­дио­вол­ны яв­ля­ют­ся уль­тра­ко­рот­ки­ми и ра­дио­связь воз­мож­на толь­ко при пря­мой ви­ди­мо­сти между ан­тен­на­ми ра­дио­стан­ций.

    При ра­бо­чей ча­сто­те си­сте­мы связи 2000 МГц длина ра­дио­вол­ны со­став­ля­ет 15 сан­ти­мет­ров. А это легко поз­во­ля­ет по­счи­тать ши­ри­ну луча ан­тен­ны и зону её охва­та на ор­би­те Луны. Ши­ри­на луча в ра­ди­а­нах равна от­но­ше­нию длины волны к диа­мет­ру ан­тен­ны. Раз­де­лив 0,15 мет­ров на 64 метра - по­лу­чим 0,0033 ра­ди­а­на, или 0,13 гра­ду­са, или 7,9 уг­ло­вых се­кунд. При­няв рас­сто­я­ние до Луны рав­ным 380 тысяч ки­ло­мет­ров, диа­метр зоны, в ко­то­рую дол­жен по­пасть кос­ми­че­ский ко­рабль для обес­пе­че­ния устой­чи­вой связи с ним будет 0,0023*380000 км = 874 ки­ло­мет­ра. Так как диа­метр Луны 3476 км (сред­ний уг­ло­вой диа­метр около 31 уг­ло­вой се­кун­ды), то связь од­но­вре­мен­ная с обо­и­ми ко­раб­ля­ми ста­но­вит­ся невоз­мож­ной при раз­ни­це в их уг­ло­вых ко­ор­ди­на­тах более 8 се­кунд. На прак­ти­ке же эта цифра долж­на быть вдвое мень­ше, ведь при на­ве­де­нии на один из ко­раб­лей ан­тен­ны она на­прав­ле­на на него цен­тром сво­е­го луча, зна­чит нужно брать не диа­метр, а толь­ко ра­ди­ус зоны охва­та зем­ной ан­тен­ны.

    По­про­бу­ем оце­нить, сколь­ко вре­ме­ни дол­жен на­хо­дить­ся ор­би­таль­ный ко­манд­ный отсек в зоне ви­ди­мо­сти с Земли. Пока без учёта огра­ни­че­ний зем­ных ан­тенн. Нам из­вест­но, что он был на ор­би­те близ­кой к кру­го­вой на вы­со­те около 100 ки­ло­мет­ров над по­верх­но­стью Луны. Ор­би­та ле­жа­ла прак­ти­че­ски в плос­ко­сти лун­но­го эк­ва­то­ра, чтобы за сутки, про­ве­дён­ные на по­верх­но­сти луны, спус­ка­е­мый мо­дуль, при своём стар­те, не слиш­ком да­ле­ко от­кло­нил­ся от неё. Зна­чит, ско­рость ко­раб­ля долж­на быть близ­ка к пер­вой кос­ми­че­ской ско­ро­сти. А это за­дач­ка из школь­но­го учеб­ни­ка. Ра­ди­ус Луны 1700 км, её масса 7*10²² кг. Зная гра­ви­та­ци­он­ную по­сто­ян­ную, по­лу­ча­ем

    Так как ор­би­та ап­па­ра­та была на 100 км выше по­верх­но­сти Луны, за один обо­рот он дол­жен про­ле­тать 2*Pi*(1700+100) км = 11304 км. На это необ­хо­ди­мо время (пе­ри­од об­ра­ще­ния) 11304/1,7 = 6649 сек = 110,8 мин = 1 час 50 мин 48 сек. Ре­аль­но долж­но быть немно­го боль­ше, так как ор­би­та была не со­всем кру­го­вая.

    А что го­во­рит рас­шиф­ров­ка пе­ре­го­во­ров, в ко­то­рой ука­за­ны вре­ме­на на­ча­ла каж­до­го витка? Об­ра­тим­ся к до­ку­мен­ту «APOLLO 11    - AIR-​TO-GROUND VOICE

TRANSCRIPTION (Апол­лон 11 - рас­шиф­ров­ка пе­ре­го­во­ров воздух-​Земля)» [6]. Для при­ме­ра возь­мём несколь­ко вит­ков пя­то­го дня по­лё­тов:

Номер витка	Время с на­ча­ла стар­та (день, час, мин.)	Время об­ра­ще­ния (час, мин.)
26	5 05 30
27	5 07 27	1 59
28	5 09 26	1 59
29	5 11 25	1 59
30	5 13 23	1 58

    Пе­ри­од об­ра­ще­ния - 119 минут, почти два часа. Ор­би­таль­ный мо­дуль дол­жен на­хо­дить­ся в зоне ви­ди­мо­сти с Земли несколь­ко боль­ше по­ло­ви­ны этого вре­ме­ни, так как ра­ди­ус его ор­би­ты боль­ше ра­ди­у­са Луны на 100 км. Это зна­чит, что, уходя за Луну, его ещё неко­то­рое время будет видно. Ко­си­нус угла, ко­то­рый прой­дёт ко­раб­ли по своей ор­би­те за это время, равен 1700/(1700+100)=0,9444, а это со­от­вет­ству­ет 19 гра­ду­сам. На столь­ко же рань­ше он дол­жен по­яв­лять­ся из-за Луны. Из 360 гра­ду­сов своей ор­би­ты ор­би­таль­ный ко­рабль дол­жен быть виден на 180+19+19=218 гра­ду­сах, и не виден на 142 гра­ду­сах. Это зна­чит, что из 119 минут ор­би­таль­но­го вре­ме­ни связь с Зем­лёй будет воз­мож­на в те­че­ние 72 минут (1 час 12 минут) и 47 минут её не долж­но быть (пе­ре­рыв).

    Точно неиз­вест­но в каком месте ор­би­ты на­чи­на­ет­ся от­счёт вре­ме­ни на­ча­ла вит­ков, но это долж­на быть одна и та же точка. И время по­яв­ле­ния в зоне ра­дио­ви­ди­мо­сти ко­раб­ля, при вы­хо­де его из-за Луны, долж­но быть оди­на­ко­вым. Было бы есте­ствен­ным, если де­жур­ные Цен­тра управ­ле­ния по­лё­том в Хью­стоне вол­но­ва­лись за аст­ро­нав­тов, ко­то­рых не было на связи 47 минут и пы­та­лись услы­шать их голос. Осо­бен­но это долж­но быть ха­рак­тер­но для пер­вых обо­ро­тов и от­вет­ствен­ных участ­ков мис­сии. Од­на­ко этого не про­ис­хо­дит.

Таб­ли­ца 2 - Время на­ча­ла связи от­но­си­тель­но на­ча­ла витка

Номер витка	Время с на­ча­ла стар­та (день, час, мин.)	Время вы­хо­да на связь (день, час, мин., сек.)	За­держ­ка (мин.)
1	03 04 02	03 04 16 59	12
2	03 06 03	03 06 24 09	18
3	03 08 12	03 08 35 58	23
4	03 10 10	03 10 32 43	22
5	03 12 08	03 12 31 20	23

    Про­сле­див все витки, можно от­ме­тить, что на пер­вом витке Хью­стон начал вызов ко­раб­ля на 7 ми­ну­те от на­ча­ла витка, а по­лу­чил ответ на 12-ой. В даль­ней­шем связи на­чи­на­лась в сред­нем на 25 ми­ну­те. На 27 витке, перед от­вет­ствен­ной сты­ков­кой с взле­тев­шей уже с Луны лун­ной ка­би­ной, связь была уста­нов­ле­на на 30 ми­ну­те. Все­гда, кроме 15 витка ини­ци­а­ти­ва на­ча­ла связи была за Хью­сто­ном. Ве­ро­ят­но, после пер­во­го витка успо­ко­и­лись, но можно утвер­ждать, что в зону ра­дио­ви­ди­мо­сти ор­би­таль­ный мо­дуль дол­жен по­па­дать через 12 минут после на­ча­ла витка, и дол­жен пе­ре­ста­вать от­ве­чать за 47-12=35 минут перед на­ча­лом каж­до­го витка. Это можно про­ве­рить...

Таб­ли­ца 3 - Время окон­ча­ния связи от­но­си­тель­но на­ча­ла витка

Номер витка	Время с на­ча­ла стар­та (день, час, мин.)	Время по­след­ней связи (день, час, мин., сек.)	Раз­ни­ца (мин.)
1	03 04 02	03 03 40 49	22
2	03 06 03	03 05 38 50	28
3	03 08 12	03 07 46 56	15
4	03 10 10	03 09 41 40	28
5	03 12 08	03 11 38 01	30

    Как видно, связь про­дол­жа­лась доль­ше, чем долж­но быть. В на­ча­ле пер­во­го витка её не было толь­ко 34 ми­ну­ты вме­сто 47. Три­на­дцать минут - это очень боль­шая раз­ни­ца. В боль­шин­стве же вит­ков во­круг Луны пе­ре­рыв связи был около 50 минут, од­на­ко, на каж­дом витке на­ча­ло связи и её окон­ча­ние от­но­си­тель­но на­ча­ла витка - раз­ные. Ошиб­ка рас­шиф­ров­ки сте­но­грам­мы, или ано­маль­ность про­хож­де­ния ра­дио­волн?

    И самый от­вет­ствен­ный мо­мент - про­гул­ка по Луне. Она про­дол­жа­лась 2 часа, шла те­ле­ви­зи­он­ная транс­ля­ция. В это время ан­тен­на зем­ной стан­ции, несо­мнен­но, долж­на быть стро­го на­прав­лен­ной на точку по­сад­ки, в район Моря Спо­кой­ствия. Связь с ор­би­таль­но­го мо­ду­ля с Зем­лёй воз­мож­на не более 15 минут про­лё­та над лун­ным мо­ду­лем, а связь мо­ду­лей между собой, огра­ни­чи­ва­ю­ща­я­ся лун­ным го­ри­зон­том - толь­ко в те­че­ние 12 минут. Шёл сем­на­дца­тый виток пре­бы­ва­ния ко­раб­ля Ко­лум­бия на лун­ной ор­би­те. Он дол­жен был за­кон­чить­ся в 13 часов 44 ми­ну­ты пятых суток по­лё­та Апол­ло­на 11. Связь с лун­ным мо­ду­лем была прак­ти­че­ски бес­пре­рыв­ной. А с ор­би­таль­ным мо­ду­лем?

    Ан­тен­на, на­прав­лен­ная на точку по­сад­ки (23 гра­ду­са во­сточ­ной дол­го­ты на лун­ном эк­ва­то­ре) могла охва­ты­вать толь­ко треть лун­но­го диска. Она не могла обес­пе­чи­вать связь в за­пад­ном по­лу­ша­рии и на краю во­сточ­но­го по­лу­ша­рия. Уста­нов­ле­ние связи долж­но про­изой­ти по край­ней мере, на 15 минут позже, чем обыч­но. Но связь с ор­би­таль­ным мо­ду­лем, как и на мно­гих дру­гих вит­ках, была обыч­ной. По­след­няя фраза Кол­лин­за, перед тем, как он уле­тел на неви­ди­мую сто­ро­ну Луны, была за­фик­си­ро­ва­на в 13 часов 19 минут 46 се­кунд, за 24 ми­ну­ты до окон­ча­ния витка. Но это край­ний за­пад­ный край лун­но­го диска. Связи не долж­но быть! Уже 12 минут как на­ча­лась «про­гул­ка» Арм­строн­га по Луне! Неве­ро­ят­ная ано­ма­лия.

    Кол­линз вновь вы­хо­дит на связь в 14 часов 8 минут 53 се­кун­ды. Через 24 ми­ну­ты после на­ча­ла во­сем­на­дца­то­го витка. Как и на мно­гих дру­гих вит­ках, но этого не долж­но быть. Связь с ор­би­таль­ным мо­ду­лем про­дол­жа­ет­ся па­рал­лель­но со свя­зью с на­хо­дя­щи­ми­ся на Луне аст­ро­нав­та­ми с пе­ре­ры­ва­ми не более чем на 15 минут до 15 часов 18 минут, пока ор­би­таль­ный мо­дуль вновь не ухо­дит за край лун­но­го диска.

    В 14 часов 27 минут опе­ра­тор из Хью­сто­на го­во­рит Кол­лин­зу: «Roger. You should have VHF AOS with the LM right about now. VHF LOS will be about 40 minutes 15 seconds. Over.» Это озна­ча­ет в воль­ном пе­ре­во­де: «Сей­час Вы смо­же­те по­об­щать­ся с лун­ным мо­ду­лем по ка­на­лу УКВ связи. Связь будет воз­мож­на до 40 минут 15 се­кунд». Это озна­ча­ет, что лун­ный мо­дуль дол­жен был про­ле­теть над ме­стом при­лу­не­ния при­бли­зи­тель­но в 14 часов 33 ми­ну­ты и аст­ро­нав­ты обя­за­ны были ви­деть свой ор­би­таль­ный мо­дуль как очень яркую звез­ду. Жаль, что они об этом не рас­ска­зы­ва­ли или не до­га­да­лись по­смот­реть на небо в этот мо­мент.

 

Биб­лио­гра­фи­че­ский спи­сок

1.    . Proceedings of the Apollo unified S-​band technical conference// Held at Goddart Spece Flight Center, Juli 14-15, 1965.

2.    W. Kelley, The Voice of Apollo-​8// «CQ», March 1969.

3.    W. Kelley, Said the Spider in the Sky// «CQ», June 1969.

4.    Paul P. Coan, Apollo experience report - television system// National Aeronautics and Space Administration, Washington DC, November 1973.

5.    Е. Мо­ло­тов, Мы «ви­де­ли», как аме­ри­кан­цы са­ди­лись на Луну...// «Но­во­сти кос­мо­нав­ти­ки», №8, 2005г.

6.    APOLLO 11 - AIR-​TO-GROUND VOICE TRANSCRIPTION// Manned Spacecraft Center, Houston, Texas, July 1969.

 

Ис­точ­ник: ФГБОУ ВО "Ря­зан­ский го­су­дар­ствен­ный ра­дио­тех­ни­че­ский уни­вер­си­тет им. В.Ф. Ут­ки­на"

СТНО 2017 Том 3 стр 138.