In september 1958 deed de Sovjet-Unie de eerste poging om het automatische interplanetaire station E-1 naar de maan te sturen. Om een dergelijk probleem, dat bijzonder moeilijk was, op te lossen, moest de ruimtevaartindustrie veel nieuwe producten en systemen creëren. Er was met name een speciaal controle- en meetcomplex nodig dat in staat was om de voortgang van de vlucht van het station te volgen, zowel onafhankelijk als door er gegevens van te ontvangen. Onlangs werd een zeer merkwaardig document gepubliceerd, waarin de belangrijkste kenmerken van de grondcomponenten van het E-1-project werden onthuld.
Op 10 april publiceerde het Russische bedrijf Space Systems, onderdeel van Roscosmos, een elektronische versie van het historische document. Iedereen die dat wil, kan nu kennis maken met het conceptontwerp van het E-1 Object Orbit Radio Monitoring System. Het document werd in mei 1958 opgesteld door onderzoeksinstituut nr. 885 (nu het NA Pilyugin Research and Production Center for Automation and Instrumentation). De 184 originele getypte pagina's geven informatie over de doelen en doelstellingen van het project, hoe deze te bereiken, enz. Het grootste deel van het document is gewijd aan de technische beschrijving van het grondcomplex en de principes van zijn werking.
Een van de antennes die op de Krim zijn ingezet
Al in de inleiding merkten de auteurs van het document de uitzonderlijke complexiteit van de taken op. De raket en het E-1-apparaat moesten worden gevolgd op afstanden die twee orden van grootte hoger waren dan de voor die tijd gebruikelijke afstanden. Bovendien kan het werk van de ontwerpers worden bemoeilijkt door de korte termijnen die aan het werk worden toegekend. Er zijn echter methoden gevonden om de vlucht van de raket en het automatische station vanaf de aarde te volgen, evenals methoden om het traject te schatten en telemetriesignalen te ontvangen.
Als onderdeel van radio-elektronische grondinstallaties moesten een radarstation, een systeem voor het ontvangen van gegevens van een ruimtevaartuig en een apparaat voor afstandsbediening aanwezig zijn. Bij het vormen van het uiterlijk van het nieuwe systeem moesten NII-885-specialisten het optimale bereik voor de werking van radioapparatuur vinden, de samenstelling van het complex en de functies van de afzonderlijke componenten bepalen, en ook de meest winstgevende plaatsen vinden voor hun inzet.
De berekeningen gepresenteerd in het conceptontwerp toonden de noodzakelijke kenmerken van antenne-apparaten, waarvan de constructie een zeer moeilijke taak was. Het bleek dat de vereiste kenmerken van verzending en ontvangst van een radiosignaal worden weergegeven door terrestrische antennes met een oppervlakte van minimaal 400 vierkante meter of een diameter van minimaal 30 m. Er waren geen bestaande producten van dit soort in ons land; er was geen manier om ze snel helemaal opnieuw te maken. In dit verband werd voorgesteld om geschikte antenneplaten te gebruiken of nieuwe soortgelijke producten te maken. Het was de bedoeling ze te monteren op de bestaande roterende apparaten, die eerder samen met de Amerikaanse SCR-627-radar en met de gevangengenomen Duitse "Big Würzburg" waren ontvangen.
Er zijn verschillende soorten antennes ontwikkeld om de werking van de E-1-faciliteit te bewaken. De oplossing van verschillende problemen werd uitgevoerd met behulp van een grote afgeknotte parabolische reflector en met behulp van rechthoekige doeken met geschikte afmetingen. Montage op verplaatsbare steunen maakte het mogelijk om een maximale dekking van de ruimte te garanderen en daarmee de algehele mogelijkheden van het complex te vergroten.
Verschillende instrumentcomplexen moesten samenwerken met de antennes. Dus werd op verschillende ZIL-131-voertuigen met standaard bestelwagens voorgesteld om de radio-elektronische apparatuur van de zender te installeren. Met behulp van kabels moest hij worden aangesloten op de bijbehorende antenne. Het ontvangende deel van het complex zou permanent worden ingezet, in een apart gebouw bij de antennepost. Om de gewenste resultaten te krijgen en de metingen correct uit te voeren, moesten de twee antennes enkele kilometers van elkaar verwijderd zijn.
Nog een antennepost
Er werd voorgesteld om ontvangstantennes uit te rusten met een automatisch volgsysteem voor een ruimteobject. Bij het analyseren van het signaal van de zender aan boord, moest dergelijke apparatuur de positie van de antenne veranderen, waardoor de beste ontvangst werd verkregen met maximaal vermogen en minimale interferentie. Het richten van de antennes zou automatisch gebeuren.
Als onderdeel van het meetcomplex was het noodzakelijk om te voorzien in meerdere afzonderlijke communicatiesystemen. Sommige kanalen zijn ontworpen om gegevens van de ene component naar de andere over te dragen, terwijl andere nodig waren voor mensen. Volgens berekeningen ging alleen de overdracht van spraakgegevens gepaard met bekende problemen en kon de correcte werking van het hele complex in de weg staan.
De structuur van het grondsysteem moest middelen voor signaalregistratie bevatten. Er werd voorgesteld om alle telemetriegegevens en radarindicatoren op een magnetisch medium te registreren. De set apparatuur bevatte ook een fotobijlage voor het vastleggen van gegevens die op de schermen worden weergegeven.
Een van de hoofdstukken van het gepubliceerde document is gewijd aan de selectie van een locatie voor de inzet van nieuwe radarfaciliteiten. Berekeningen toonden aan dat het E-1-product ongeveer 36 uur naar de maan zal vliegen. Tegelijkertijd moest het apparaat slechts een paar keer boven de horizon komen (ten opzichte van elk punt in de USSR met een breedtegraad onder 65 °). Het bleek dat het meest geschikte gebied voor het station het zuiden van het Europese deel van het land is. Er werd besloten een meetpunt te bouwen nabij de Krim-stad Simeiz, waar op dat moment al de radioastronomische faciliteit van het Natuurkundig Instituut van de Academie van Wetenschappen functioneerde. Zijn technische middelen zouden in een nieuw project kunnen worden ingezet.
Het conceptontwerp voorzag in de inzet van meetpuntsystemen op de berg Koshka. Bovendien moesten de afzonderlijke componenten zich op een afstand van maximaal 5-6 km van elkaar bevinden. In overeenstemming met de voorstellen van het project, zou een deel van de elektronische apparatuur in stilstaande gebouwen moeten worden geplaatst, terwijl andere apparaten op een autochassis zouden kunnen worden gemonteerd.
Stationstype E-1A
Met behulp van veldtesten met simulatoren van het E-1 product werden de optimale eigenschappen van radioapparatuur bepaald. Dus voor de aarde-naar-boord-radioverbinding bleek de optimale frequentie 102 MHz te zijn. Het apparaat moest gegevens naar de aarde verzenden met een frequentie van 183,6 MHz. Een verhoging van de gevoeligheid van op de grond gebaseerde ontvangstapparatuur maakte het mogelijk om het zendvermogen aan boord van de E-1 te verminderen tot 100 W.
De voorgestelde werkingsprincipes van het "systeem van radiobewaking van de baan van het object" E-1 "voor hun tijd waren zeer vooruitstrevend en gewaagd. Met behulp van een aantal radiotechnische systemen was het nodig om de azimut en elevatiehoek te bepalen, die de richting naar het interplanetaire station bepalen. Bovendien was het noodzakelijk om de afstand tussen de aarde en het object te bepalen, evenals de afstand van het object tot de maan. Ten slotte was het nodig om de bewegingssnelheid van E-1 te meten. Telemetriesignalen zouden vanuit een baan om de aarde moeten komen.
In de beginfase van de vlucht moest telemetrie-overdracht worden uitgevoerd met behulp van de standaarduitrusting van het 8K72 Vostok-L-draagraket. Het RTS-12-A-telemetriesysteem zou de communicatie met de aarde kunnen onderhouden met behulp van de radiozender van de derde trap van de raket. Na de scheiding ervan moest het E-1-station zijn eigen radioapparatuur bevatten. Voordat het station het dekkingsgebied van grondgebonden faciliteiten betreedt, kan het enige tijd "onzichtbaar" blijven. Na een paar minuten nam het grondmeetpunt haar echter mee als escorte.
Er werd voorgesteld om de afstand tot het ruimtevaartuig en de vliegsnelheid te bepalen met behulp van gepulseerde straling en een ingebouwde transponder. Met een frequentie van 10 Hz moest het grondmeetstation pulsen naar het station sturen. Nadat ze het signaal had ontvangen, moest ze er op haar eigen frequentie op reageren. Tegen de tijd dat twee seinen voorbij waren, konden de automaten de afstand tot het station berekenen. Deze techniek gaf een acceptabele nauwkeurigheid en vereiste bovendien geen onaanvaardbaar hoog zendvermogen, zoals het geval zou kunnen zijn bij het gebruik van standaardradar met een retoursignaal.
Meting van de afstand tussen E-1 en de maan werd toegewezen aan de apparatuur aan boord. De signalen van de zender aan boord, gereflecteerd door de aardsatelliet, kunnen terugkeren naar het automatische station. Op afstanden van minder dan 3-4 duizend km kon het ze al vol vertrouwen ontvangen en doorgeven aan het grondcomplex. Verderop op aarde werden de nodige gegevens berekend.
Plaatsing van grondvoorzieningen van het complex
Om de vliegsnelheid te meten, werd voorgesteld om het Doppler-effect te gebruiken. Toen de E-1 bepaalde delen van het traject passeerde, moesten het grondsysteem en het ruimtevaartuig relatief lange radiopulsen uitwisselen. Door de frequentie van het ontvangen signaal te veranderen, kon het meetpunt de vliegsnelheid van het station bepalen.
Door de inzet van het meetpunt nabij de stad Simeiz konden zeer hoge resultaten worden behaald. Tijdens de 36 uur durende vlucht zou het E-1-station drie keer in de zichtzone van dit object vallen. De eerste fase van controle was gerelateerd aan het eerste deel van het passieve gedeelte van het traject. Tegelijkertijd was het de bedoeling om radiobesturingsapparatuur te gebruiken. Verder werd de vlucht gevolgd op een afstand van 120-200 duizend km van de aarde. Voor de derde keer keerde het station terug naar de zichtzone toen het op een afstand van 320-400 duizend km vloog. De doorgang van het apparaat door de laatste twee secties werd gecontroleerd door radar- en telemetriemiddelen.
“Het conceptontwerp van het radiobewakingssysteem van het E-1-object werd op de laatste dag van mei 1958 goedgekeurd. Al snel begon de ontwikkeling van ontwerpdocumentatie, waarna de voorbereiding van bestaande faciliteiten voor gebruik in een nieuw project begon. Opgemerkt moet worden dat niet alle beschikbare antennes op de Krim geschikt zijn bevonden voor gebruik in het Luna-programma. Sommige antennepalen moesten worden voorzien van geheel nieuwe overmaatse doeken. Dit bemoeilijkte het project tot op zekere hoogte en verschoof de timing van de uitvoering ervan, maar maakte het niettemin mogelijk om de gewenste resultaten te behalen.
De eerste lancering van de 8K72 Vostok-L draagraket met het E-1 nr. 1 ruimtevaartuig aan boord vond plaats op 23 september 1958. Op de 87e seconde van de vlucht, nog voor de voltooiing van de eerste trap, stortte de raket in. Ook de lanceringen op 11 oktober en 4 december eindigden in een ongeval. Pas op 4 januari 1959 was het mogelijk om het E-1 No. 4-apparaat met succes te lanceren, dat ook de aanduiding "Luna-1" kreeg. De missie van de vlucht was echter niet volledig voltooid. Door een fout bij het opstellen van het vliegprogramma passeerde het ruimtevaartuig een aanzienlijke afstand van de maan.
Volgens de resultaten van de lancering van het vierde apparaat, werd het project herzien en nu werden E-1A-producten aan de start voorgelegd. In juni 1959 stierf een van deze stations samen met een raket. Begin september werden verschillende mislukte pogingen ondernomen om het volgende draagraket te lanceren met het voertuig uit de Luna-serie. Een aantal lanceringen werd gedurende meerdere dagen geannuleerd en vervolgens werd de raket van het lanceerplatform verwijderd.
Een andere optie voor het inzetten van radarsystemen
Eindelijk, op 12 september 1959, betrad ruimtevaartuig 7, ook bekend als Luna-2, met succes zijn berekende baan. Op de geschatte tijd op de avond van 13 september viel hij op de maan, in het westelijke deel van de Sea of Rains. Al snel kwam de derde trap van het lanceervoertuig in botsing met de natuurlijke satelliet van de aarde. Voor het eerst in de geschiedenis verscheen er een product van aardse oorsprong op de maan. Bovendien werden metalen wimpels met het embleem van de Sovjet-Unie aan het oppervlak van de satelliet afgeleverd. Omdat een zachte landing niet werd verwacht, werd het automatische interplanetaire station vernietigd en werden de fragmenten, samen met metalen wimpels, over het terrein verspreid.
Na een succesvolle harde landing van het station op de maan werden verdere lanceringen van het E-1A-ruimtevaartuig geannuleerd. Door de gewenste resultaten te behalen, kon de Sovjet-ruimtevaartindustrie doorgaan met werken en meer geavanceerde onderzoekssystemen gaan creëren.
“Het systeem van radiobewaking van de baan van het E-1-object, speciaal gebouwd om met automatische stations te werken, kon volgens het personeelsschema slechts twee keer werken als onderdeel van het eerste onderzoeksprogramma. Ze passeerde de voertuigen E-1 nr. 4 en E-1A nr. 7 langs het traject. Tegelijkertijd week de eerste af van het berekende traject en miste de maan, en de tweede raakte met succes het doel. Voor zover bekend waren er geen klachten over de werking van grondcontrolevoorzieningen.
De voltooiing van de werkzaamheden rond het thema E-1 en de lancering van nieuwe onderzoeksprojecten hadden een zekere impact op speciale voorzieningen in Simeiz. In de toekomst werden ze herhaaldelijk gemoderniseerd en verfijnd in overeenstemming met de nieuwste prestaties van de radio-elektronische industrie en rekening houdend met nieuwe vereisten. Het meetpunt heeft gezorgd voor een aantal studies en lanceringen van bepaalde ruimtevaartuigen. Zo leverde hij een belangrijke bijdrage aan de verkenning van de ruimte.
Inmiddels is de vroege geschiedenis van het Sovjet-ruimteprogramma redelijk goed bestudeerd. Er zijn diverse documenten, feiten en memoires gepubliceerd en bekend. Niettemin worden enkele interessante materialen nog steeds geclassificeerd en worden ze van tijd tot tijd openbaar. Deze keer deelde een van de ondernemingen van de ruimtevaartindustrie gegevens over het voorlopige ontwerp van het eerste binnenlandse controle- en meetcomplex, ontworpen om te werken met interplanetaire stations. Hopelijk wordt dit een traditie en zal de industrie binnenkort nieuwe documenten delen.
