Строение Луны - [17]

В 1970–1973 гг. были проведены эксперименты с участием самоходных научных лабораторий «Луноход-1 и -2». Путешествие «Лунохода-1» началось 17 ноября 1970 г. и продолжалось 332 дня. За это время «Луноход-1» прошел свыше 10 км. По всей трассе движения «Лунохода-1» проводились систематические исследования покрова Луны. На Землю было передано около 25 тыс. снимков поверхности и более 200 панорам. В результате сфотографировано 500 тыс. м² лунной поверхности, а 80 тыс. м² детально обследовано.

На «Луноходе-1» был установлен комплекс научной аппаратуры, в том числе прибор для прямого измерения механических свойств лунного грунта. Эти измерения проводились по всей трассе движения через каждые 15–30 м пути. Непрерывно измерялись и использовались для оценки свойства покрова Луны параметры взаимодействия ходовой части «Лунохода-1» с грунтом Луны.

16 января 1973 г. началось путешествие «Лунохода-2» в восточной окраине Моря Ясности, в районе кратера Лемонье. В этой экспедиции в течение 4 месяцев исследовалась переходная зона от лунного моря к материку. В условиях сложного рельефа были проведены исследования по трассе протяженностью 37 км.

Следует напомнить, что «Луноход» представляет собой автоматический аппарат, управляемый с Земли и рассчитанный на длительный срок работы в условиях лунной среды и пересеченной местности.

Ширина колеи «Лунохода» 160 см, колесная база 170 см, диаметр колеса по грунтозацепам 51 см, ширина обода 20 см, масса «Лунохода» 576 кг. Давление на грунт при глубине колеи 3 см составляет 0,05 кгс/см².

Физико-механические свойства грунта определялись независимо тремя методами.

Первый метод — это прямое определение механических характеристик грунта с помощью пенетрометра (рис. 16). Этот прибор смонтирован на ходовой части «Лунохода». Рабочей частью пенетрометра «Лунохода» служит конус с крестообразными лопастями. Под действием специального механизма конус автоматически вдавливался в грунт и затем поворачивался вокруг своей продольной оси, что позволяло измерять сопротивление лунного грунта сжатию и сдвигу.

Рис. 16. Общий вид автоматического прибора ПРОП, с помощью которого проведено более 1000 измерений механических характеристик реголита по трассе движения «Луноходов»

Другим методом определения механических свойств грунта являлась непрерывная регистрация во время движения «Лунохода» так называемых тягово-сцепных характеристик. Для этого на «Луноходе» установлена система датчиков, позволявших измерять угол наклона поверхности, величину крутящего момента для каждого колеса, скорость его вращения, величину пробуксования.

Оценка свойств грунта производилась также путем изучения следов «Лунохода», что позволяло судить о структуре грунта и его прочности.

По всей трассе движения «Луноходов» верхний слой покрова Луны был сложен мелкозернистым грунтом. Под колесами «Лунохода» обычно происходило уплотнение грунта, иногда с выпиранием его в стороны, с образованием трещин, сколов и комков. Обычно следы «Луноходов» имели крутые неосыпающиеся стенки, что указывало на наличие заметных сил сцепления. Девятое ненагруженное колесо, служившее для измерения пройденного пути, образовывало колею глубиной 0,5–1 см без выпирания грунта в стороны, что свидетельствовало о наличии на поверхности рыхлого слоя пылевидного, легко деформируемого рыхлого грунта.

По результатам работы пенетрометра была определена несущая способность верхнего слоя покрова Луны толщиной от 5,0 до 10 см (несущая способность определялась как удельное давление на конус при глубине внедрения, равной высоте конуса). Сопротивление вращательному срезу измерялось как отношение максимального крутящего момента на крыльчатке к моменту сопротивления суммы площадей среза. Кроме того, несущая способность оценивалась по следам девятого колеса.

При уплотнении грунта повторным вдавливанием несущая способность и сопротивление сдвигу значительно увеличивались. Следует отметить, что всего по трассе движения «Луноходов-1 и -2» было проведено свыше 1000 прямых измерений механических свойств покрова Луны, что позволило выявить его неоднородность, прежде всего связанную с характером местности и рельефа.

Рис. 17. Кривые зависимости нагрузки и глубины погружения в реголит конусно-лопастного штампа, установленного на «Луноходе-1»:

1 — на горизонтальном участке; 2 — на кольцевом валу кратера; 3 — на склоне кратера; 4 — на поверхности, усеянной мелкими камнями

На рис. 17 показаны типичные кривые внедрения пенетрометра, соответствующие горизонтальному участку, склону и валу кратера, а также участку, покрытому мелкими камнями. Во всех случаях несущая способность на валу кратера была заметно ниже, чем на склоне и горизонтальном участке кратера.

Были встречены участки, где наблюдалось не обычное увеличение несущей способности с глубиной, а ее снижение, что свидетельствовало о залегании более рыхлых слоев под плотными. Такие участки обладали повышенной просадочностью.

Рис. 18. Характер статистического распределения несущей способности реголита на одном из участков трассы «Лунохода-1»

Наиболее вероятное значение несущей способности по трассе движения «Лунохода-1» составило 0,34 кгс/см