Химия лунного грунта

Характерной особенностью использованного метода и созданного на его основе прибора является очень большая длительность анализа лунного грунта. При заданной конструкцией геометрии прибора и использовании источников, в которых происходит 10¹¹ распадов радиоактивных ядер в минуту, за это время можно было зафиксировать примерно 60 альфа-частиц и всего 5 протонов. Поэтому для достаточно полного анализа требовались целые сутки непрерывной работы прибора.

Блок детекторов был соединен кабелем с электронным блоком, который находился внутри станции «Сервейер». На поверхность грунта блок детекторов опускался с помощью зубчатого механизма на нейлоновой нити. Общая масса аппаратуры 11 кг.

Впервые описанный прибор был установлен на аппарате «Сервейер-5», совершившем мягкую посадку в южной части Моря Спокойствия 11 сентября 1967 г. Через 2 ч после посадки прибор был включен, и началась калибровка с помощью эталонного образца. Полученный спектр совпадал с тем, который был получен на Земле еще до запуска.

После окончания калибровки блок детекторов был опущен на нейлоновой нити до высоты около 0,5 м от грунта, и в течение 3 ч проводились измерения фона космических лучей. Затем прибор полностью был опущен на грунт, и телевизионные изображения подтвердили, что прибор занял правильное положение. С этого момента собственно и начался эксперимент. Его продолжительность составляла около 17 ч.

13 сентября 1967 г. «Сервейер-5» совершил «подскок» после специального включения реактивных двигателей. При этом он немного сполз вниз по склону кратера и занял несколько другое положение на грунте. Анализ нового участка продолжался еще 66 ч.

Первая обработка полученных спектров с помощью ЭВМ позволила определить процентное содержание в лунном грунте кислорода (58 ± 3 %), алюминия (6,5 ± 2 %) и группы из 16 элементов «от фосфора до цинка» (13 ± 3 %). Сделаны были также оценки наличия углерода (менее 3 %), натрия (менее 2 %), группы «железо, кобальт, никель» (более 3 %) и группы «тяжелее цинка» (менее 0,5 %).

Таким образом, в результате анализа поверхностного слоя лунного грунта (глубиной около 20 мкм) впервые удалось установить общность характера распространенности породообразующих элементов — кислорода, кремния и алюминия — на Земле и на исследованном участке лунной поверхности площадью в несколько квадратных сантиметров. Однако насколько типичен такой состав грунта для всей поверхности Луны было неясно, поскольку исследования проводились практически в «точке». Необходимо было продолжить исследования в других районах Луны.

«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 висеть в полуметре над лунной поверхностью. Сначала пытались немного встряхнуть блок (для этого стали включать электромоторы антенны и солнечной батареи), надеясь, что их вращение создаст какие-то вибрации корпуса станции «Сервейер-7». Но этого не произошло.

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.