Теория вероятности рисует новую картину «высадки американцев на Луну»

Теория вероятности рисует новую картину «высадки американцев на Луну»

20 июля 2019

Фото: NASA/Neil A. Armstrong

Оригинал статьи

Пятьдесят лет назад американцы, как считается, совершили величайший космический подвиг – человек впервые высадился на Луне. Уже в тот момент у скептиков возникли подозрения, что вся программа американской высадки на Луну была одной огромной мистификацией. Почему же версия о «лунном заговоре» столь же живуча, как и версия о «лунной победе»?

История освоения человечеством Луны, как ни странно, наиболее грустный сюжет в исследованиях космического пространства. После взрывного развития советской и американской лунных программ в 1950–1960-х, когда ежегодно к Луне отправлялся добрый десяток миссий, уже следующее десятилетие принесло заметное охлаждение интереса к Луне. Последний полёт советского аппарата к Луне, миссия «Луна-24», завершился в августе 1976 года. Последний американский пилотируемый аппарат, «Аполлон-17», и вовсе покинул Луну 14 декабря 1972 года.

После этого о Луне просто… забыли. За всю вторую половину 1970-х и за все 1980-е ни СССР, ни США не отправили к Луне ни одного автоматического аппарата. А возобновление программ пилотируемых полётов к нашему естественному спутнику и вовсе как бы исчезло из публичного обсуждения. Мол, что там ловить, ведь американцы там были, ничего удивительного не нашли, зачем нам Луна?

А ведь как раз в это время на Луне были найдены первые признаки наличия воды, а в поверхностном слое лунной пыли нашлось уникальное термоядерное топливо – гелий-3, недоступный на Земле. Кроме того, именно конец 1970-х годов и 1980-е годы ознаменовались стремительным прогрессом в микроэлектронике, что сделало космические аппараты гораздо более надёжными, функциональными и легкими. Однако на Луне в это время, казалось, было «нечего исследовать», не говоря уже о бывших вполне реальными ещё в конце 1960-х годов планах по созданию постоянной обитаемой лунной базы.

Как сказал в конце 1980-х годов мой отец, лично принимавший участие в программе «Союз-Аполлон» и во многих других космических проектах СССР, именно тогда «лунный заговор» получил вторую жизнь. «Главное теперь уже не то, были ли или нет американцы на Луне, – запомнилась мне его фраза, – главное в том, что их там нет сегодня».

Удивительным образом такой загадочный «заговор молчания» впервые нарушили японцы, которые в 1990 году отправили к Луне свою первую миссию Hiten. Крошечный 140-килограммовый японский аппарат стал первой автоматической станцией, посетившей окрестности Луны после 14-летнего перерыва. А вот американцы вернулись к Луне лишь четырьмя годами позже, но больше на поверхность нашего спутника не высаживались, лишь запустив за 25 лет шесть аппаратов на окололунные орбиты.

Что же пошло не так с лунной базой человечества?

Вероятности перемножаются

Схема полёта миссии «Аполлон» к Луне, для изображения которой требуется обычно два листа объяснений, возникла не от хорошей жизни.

Всё дело в том, что ни советская сверхтяжёлая ракета Н1, ни американский монстр «Сатурн V» не могли отправить людей на Луну по самой простой, прямой траектории. В таком варианте перелётный корабль был и посадочным лунным модулем, а на поверхности Луны побывали бы все запущенные с Земли космонавты.

Конструкция аппарата для добычи гелия-3 (фото: University of Wisconsin Fusion Technology Institute)

В реальности же и для советской, и для американской пилотируемых лунных программ была использована сложная схема с двумя блоками – орбитальным и посадочным лунным. Ее предложил для таких случаев ещё в 1919 году советский учёный Юрий Кондратюк.

Эта схема позволяла и советской, и американской лунным программам «втиснуться» в ограничение 100-140 тонн полезного груза на старте с околоземной орбиты. Разница была лишь в том, что у СССР к Луне должны были лететь два космонавта, а у США – трое. А вот «прямая» схема даже с двумя космонавтами тут же обязывала выводить на орбиту минимум 200-250 тонн груза, что определяло даже для «Сатурна V» по два запуска на каждую лунную миссию.

От двухпусковой схемы, как и от сверхмощной ракеты, способной вывести на околоземную орбиту такой сверхтяжёлый корабль, в итоге отказались. Проекты американской ракеты «Нова» и советского гиганта УР-700 так и остались лишь в эскизах. Официальное объяснение такого выбора – стыковка двух блоков на орбите занятие весьма рискованное, поэтому будем стараться сделать всё одним пуском, хоть и по сложной схеме Кондратюка. Однако при более пристальном рассмотрении схема Кондратюка оказывается гораздо более рискованной! Ведь хотя для единичной миссии и хватает одного пуска с Земли, на орбитах Земли и Луны приходится проделывать ещё те кульбиты…

Если перечислить все операции по схеме Кондратюка, то получится следующее. Ракета выводит весь груз на околоземную орбиту. Орбитальный модуль отстыковывается от последней ступени ракеты-носителя, поворачивается – и пристыковывается передним концом к лунному модулю. Затем последняя ступень сообщает обеим модулям импульс для полёта к Луне, а сама падает на Луну по баллистической траектории. Модули тормозятся возле Луны и выходят на окололунную орбиту. Лунный модуль отстыковывается от орбитального, тормозится и садится на Луну. Затем, после лунной посадочной миссии, поверхность Луны покидает взлётная ступень, которая снова пристыковывается к орбитальному модулю. Взлётную ступень отстыковывают, а орбитальный модуль включает свой двигатель и переходит на траекторию обратного полёта к Земле. И наконец, возле Земли, перед входом в атмосферу, орбитальный модуль разделяется на служебный отсек и спускаемый аппарат, после чего последний производит мягкую посадку на Землю.

Итого, если просто посчитать все операции стыковок-расстыковок и импульсов ускорения и торможения, в схеме Кондратюка мы будем иметь 13 различных этапов. Для сравнения, в различных «прямых» схемах таких этапов будет лишь шесть-семь – то есть вдвое меньше.

Сатурн V (фото: NASA)

Но основная проблема, которую прекрасно знают все инженеры, знакомые с теорией надёжности, говорит о простом факте: вероятности отказов в таких случаях не складываются и не вычитаются – а перемножаются. Если каждый из этапов лунной миссии будет иметь надёжность даже 99%, то 13 этапов дадут 87% надёжности. Если надёжность составит 98%, то вероятность полностью успешной миссии составит и того меньше – 76%! Что означает уже очевидное: каждый четвёртый полёт «Аполлонов» к Луне должен был происходить с массой неприятных сюрпризов, возможно – смертельно опасных.

Кстати, целый ряд независимых исследований оценивает надёжность американских лунных космических систем 1960-х годов ещё более скептически, присваивая ключевым этапам миссии «Аполлон» лишь чуть более 60% надежности. А это и вовсе создаёт ситуацию, когда итоговая успешность единичной миссии с посадкой на Луну выражается смехотворной цифрой в… 5%!

При этом стоит сказать, что исследования космоса в СССР и США всегда шли буквально «нога в ногу», в том числе – и в вопросе надёжности используемых ракет и космических аппаратов. А вот на лунной программе – буквально какое-то чудо. У СССР из четырёх запусков ракеты Н1 – все четыре откровенно неудачных. А у США из 13 запусков их лунной ракеты «Сатурн-V» – все 13 успешные.

Как говорил мой дядя, один из создателей лунного посадочного модуля, работавший в ОКБ-586 (нынешнее КБ «Южное» – вся моя семья волею судеб связана с космосом): «Можно поверить, что американцы десять раз были в окрестностях Луны. Но вот поверить в то, что они шесть раз без единой проблемы садились на её поверхность – гораздо труднее». За всё время работы программы «Аполлон» в ней был зафиксирован лишь один «космический» отказ – авария во время миссии «Аполлон-13». Ещё одна катастрофа произошла на Земле, когда 27 января 1967 года во время наземных испытаний на стартовом комплексе № 34 космического Центра им. Кеннеди во время пожара на корабле «Аполлон-1» погибли астронавты Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи.

Тогда до запуска «Аполлон-11» оставалось чуть более двух с половиной лет. И в этот момент оказалось, что касательно лунной программы США впору говорить: «Хьюстон, у нас проблемы». Так как у Америки по факту не было в тот момент надёжного средства для доставки астронавтов на Луну.

И вот тут мы начинаем вступать на тонкий лёд догадок и допущений. Которые, однако, наглядно иллюстрируются массой известных фактов, укладывающихся в совсем иную картину «первой высадки на Луну».

Визит к медведю

Судя по всему, ответной ставкой в такой сделке, которую негласно заключили между собой руководители СССР и США, стала... советская космическая программа. В реальном мире «гигантские растения» из США были оплачены полётом космонавтов на Луну – точнее, отсутствием его в истории СССР. Извини, Носов, мы всё потеряли...

Конечно, такая сделка вряд ли была записана на бумаге – как и пресловутая перестройка, она была, скорее, тайным сговором внутри самой советской элиты, причём на самом высоком её уровне. Как пример, именно для этого пришлось вводить в советскую идеологическую повестку тезис о «мирном сосуществовании двух систем», что было невозможно сделать без санкции с самого верха управляющей вертикали СССР.

Ещё одним моментом, который определил отказ СССР от лидерства в космосе, стало угасание общественного интереса к космическим исследованиям. В такой ситуации затратная советская лунная программа была обречена – и её закрытие стало лишь вопросом времени.

Когда было принято такое решение? Судя по всему, временное окно для такого сговора достаточно узко по времени – полёт «Аполлона-11» американцы затеяли уже в полной уверенности, что у СССР не будет никаких вопросов о его достоверности.

Малоизвестный факт – всего за две недели до полёта «Аполлона-11» с визитом в СССР прибыл астронавт Фрэнк Борман, незадолго до этого облетевший Луну в экипаже «Аполлона-8». О визите Бормана специалистов космической отрасли поставили в известность лишь за 10 дней, 19 июня 1969 года, о чём пишет в своих дневниках Николай Каманин, бывший тогда руководителем Центра подготовки космонавтов. Интересно, что в следующей записи Каманин рассказывает о реакции на визит Бормана в Министерстве обороны. «Ваш космос у меня в печенках сидит, – заявил Каманину маршал Матвей Захаров, первый замминистра обороны СССР. – У нас не хватает средств на свои нужды, а Академия наук, Министерство связи и другие гражданские организации пытаются нас доить. Дудки! Больше этого не будет – ни копейки не дадим!»

Летчик-космонавт СССР Георгий Береговой (слева) и астронавт Фрэнк Борман (в центре) во время посещения Центра подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина в Звездном городке (фото: Александр Моклецов/РИА Новости)

Что же интересовало Бормана в СССР? К моменту визита в СССР Борман уже не просто астронавт, он работает в Белом доме по «политическому обеспечению» лунных полетов. Показательны и объекты, которые интересуют Бормана в СССР: Борман посещает станции космического слежения и дальней космической связи – в Медвежьих Озёрах под Москвой, под Симферополем и под Евпаторией в Крыму. Ещё одна странность – прилёт Бормана дважды (!) переносится уже тогда, когда он якобы летит из США в СССР, и оба раза сообщается, что причиной стала загадочная «неисправность самолёта». Как пишет сам Каманин, «Борману безумно везло в космосе, а вот при поездке в СССР везение ему явно отказало». Ну так об этом же и наша статья, не правда ли?

Станции слежения и космической связи в Медвежьих Озёрах, в Симферополе и Евпатории – самые чуткие «уши» СССР, которые могут пусть и с трудом (сказывается северное положение нашей страны), но улавливать сигналы «Аполлонов» ещё от момента выхода на околоземную орбиту. Судя по всему, визит Бормана именно на них – это последняя проверка того, насколько полно можно будет осуществить «политическое обеспечение» будущих лунных экспедиций. И подтверждение того, насколько в Советском Союзе готовы пойти до конца в вопросе поддержки США в столь чувствительном вопросе будущего признания приоритета США в лунной гонке.

Неизвестно, показали ли Борману приёмное устройство, работавшее в диапазоне S, в котором передавали сигналы «Аполлоны» и которое было установлено на антенне ТНА-400 под Симферополем в 1968 году, но ясно одно – такой интерес Бормана к возможностям СССР по слежению за миссиями «Аполлона» явно неслучаен. Так как именно телевизионный сигнал с «места высадки» и радиопереговоры с орбиты Луны окажутся тем окончательным доказательством, который позволит США закрыть вопрос о пребывании своих астронавтов на Луне, а СССР – произвести нужный стране экономический обмен без потери лица.

Теория вероятности рисует новую картину «высадки американцев на Луну»

20 июля 2019

Фото: NASA/Neil A. Armstrong

Оригинал статьи

Пятьдесят лет назад американцы, как считается, совершили величайший космический подвиг – человек впервые высадился на Луне. Уже в тот момент у скептиков возникли подозрения, что вся программа американской высадки на Луну была одной огромной мистификацией. Почему же версия о «лунном заговоре» столь же живуча, как и версия о «лунной победе»?

История освоения человечеством Луны, как ни странно, наиболее грустный сюжет в исследованиях космического пространства. После взрывного развития советской и американской лунных программ в 1950–1960-х, когда ежегодно к Луне отправлялся добрый десяток миссий, уже следующее десятилетие принесло заметное охлаждение интереса к Луне. Последний полёт советского аппарата к Луне, миссия «Луна-24», завершился в августе 1976 года. Последний американский пилотируемый аппарат, «Аполлон-17», и вовсе покинул Луну 14 декабря 1972 года.

После этого о Луне просто… забыли. За всю вторую половину 1970-х и за все 1980-е ни СССР, ни США не отправили к Луне ни одного автоматического аппарата. А возобновление программ пилотируемых полётов к нашему естественному спутнику и вовсе как бы исчезло из публичного обсуждения. Мол, что там ловить, ведь американцы там были, ничего удивительного не нашли, зачем нам Луна?

А ведь как раз в это время на Луне были найдены первые признаки наличия воды, а в поверхностном слое лунной пыли нашлось уникальное термоядерное топливо – гелий-3, недоступный на Земле. Кроме того, именно конец 1970-х годов и 1980-е годы ознаменовались стремительным прогрессом в микроэлектронике, что сделало космические аппараты гораздо более надёжными, функциональными и легкими. Однако на Луне в это время, казалось, было «нечего исследовать», не говоря уже о бывших вполне реальными ещё в конце 1960-х годов планах по созданию постоянной обитаемой лунной базы.

Как сказал в конце 1980-х годов мой отец, лично принимавший участие в программе «Союз-Аполлон» и во многих других космических проектах СССР, именно тогда «лунный заговор» получил вторую жизнь. «Главное теперь уже не то, были ли или нет американцы на Луне, – запомнилась мне его фраза, – главное в том, что их там нет сегодня».

Удивительным образом такой загадочный «заговор молчания» впервые нарушили японцы, которые в 1990 году отправили к Луне свою первую миссию Hiten. Крошечный 140-килограммовый японский аппарат стал первой автоматической станцией, посетившей окрестности Луны после 14-летнего перерыва. А вот американцы вернулись к Луне лишь четырьмя годами позже, но больше на поверхность нашего спутника не высаживались, лишь запустив за 25 лет шесть аппаратов на окололунные орбиты.

Что же пошло не так с лунной базой человечества?

Вероятности перемножаются

Схема полёта миссии «Аполлон» к Луне, для изображения которой требуется обычно два листа объяснений, возникла не от хорошей жизни.

Всё дело в том, что ни советская сверхтяжёлая ракета Н1, ни американский монстр «Сатурн V» не могли отправить людей на Луну по самой простой, прямой траектории. В таком варианте перелётный корабль был и посадочным лунным модулем, а на поверхности Луны побывали бы все запущенные с Земли космонавты.

Конструкция аппарата для добычи гелия-3 (фото: University of Wisconsin Fusion Technology Institute)

В реальности же и для советской, и для американской пилотируемых лунных программ была использована сложная схема с двумя блоками – орбитальным и посадочным лунным. Ее предложил для таких случаев ещё в 1919 году советский учёный Юрий Кондратюк.

Эта схема позволяла и советской, и американской лунным программам «втиснуться» в ограничение 100-140 тонн полезного груза на старте с околоземной орбиты. Разница была лишь в том, что у СССР к Луне должны были лететь два космонавта, а у США – трое. А вот «прямая» схема даже с двумя космонавтами тут же обязывала выводить на орбиту минимум 200-250 тонн груза, что определяло даже для «Сатурна V» по два запуска на каждую лунную миссию.

От двухпусковой схемы, как и от сверхмощной ракеты, способной вывести на околоземную орбиту такой сверхтяжёлый корабль, в итоге отказались. Проекты американской ракеты «Нова» и советского гиганта УР-700 так и остались лишь в эскизах. Официальное объяснение такого выбора – стыковка двух блоков на орбите занятие весьма рискованное, поэтому будем стараться сделать всё одним пуском, хоть и по сложной схеме Кондратюка. Однако при более пристальном рассмотрении схема Кондратюка оказывается гораздо более рискованной! Ведь хотя для единичной миссии и хватает одного пуска с Земли, на орбитах Земли и Луны приходится проделывать ещё те кульбиты…

Если перечислить все операции по схеме Кондратюка, то получится следующее. Ракета выводит весь груз на околоземную орбиту. Орбитальный модуль отстыковывается от последней ступени ракеты-носителя, поворачивается – и пристыковывается передним концом к лунному модулю. Затем последняя ступень сообщает обеим модулям импульс для полёта к Луне, а сама падает на Луну по баллистической траектории. Модули тормозятся возле Луны и выходят на окололунную орбиту. Лунный модуль отстыковывается от орбитального, тормозится и садится на Луну. Затем, после лунной посадочной миссии, поверхность Луны покидает взлётная ступень, которая снова пристыковывается к орбитальному модулю. Взлётную ступень отстыковывают, а орбитальный модуль включает свой двигатель и переходит на траекторию обратного полёта к Земле. И наконец, возле Земли, перед входом в атмосферу, орбитальный модуль разделяется на служебный отсек и спускаемый аппарат, после чего последний производит мягкую посадку на Землю.

Итого, если просто посчитать все операции стыковок-расстыковок и импульсов ускорения и торможения, в схеме Кондратюка мы будем иметь 13 различных этапов. Для сравнения, в различных «прямых» схемах таких этапов будет лишь шесть-семь – то есть вдвое меньше.

Сатурн V (фото: NASA)

Но основная проблема, которую прекрасно знают все инженеры, знакомые с теорией надёжности, говорит о простом факте: вероятности отказов в таких случаях не складываются и не вычитаются – а перемножаются. Если каждый из этапов лунной миссии будет иметь надёжность даже 99%, то 13 этапов дадут 87% надёжности. Если надёжность составит 98%, то вероятность полностью успешной миссии составит и того меньше – 76%! Что означает уже очевидное: каждый четвёртый полёт «Аполлонов» к Луне должен был происходить с массой неприятных сюрпризов, возможно – смертельно опасных.

Кстати, целый ряд независимых исследований оценивает надёжность американских лунных космических систем 1960-х годов ещё более скептически, присваивая ключевым этапам миссии «Аполлон» лишь чуть более 60% надежности. А это и вовсе создаёт ситуацию, когда итоговая успешность единичной миссии с посадкой на Луну выражается смехотворной цифрой в… 5%!

При этом стоит сказать, что исследования космоса в СССР и США всегда шли буквально «нога в ногу», в том числе – и в вопросе надёжности используемых ракет и космических аппаратов. А вот на лунной программе – буквально какое-то чудо. У СССР из четырёх запусков ракеты Н1 – все четыре откровенно неудачных. А у США из 13 запусков их лунной ракеты «Сатурн-V» – все 13 успешные.

Как говорил мой дядя, один из создателей лунного посадочного модуля, работавший в ОКБ-586 (нынешнее КБ «Южное» – вся моя семья волею судеб связана с космосом): «Можно поверить, что американцы десять раз были в окрестностях Луны. Но вот поверить в то, что они шесть раз без единой проблемы садились на её поверхность – гораздо труднее». За всё время работы программы «Аполлон» в ней был зафиксирован лишь один «космический» отказ – авария во время миссии «Аполлон-13». Ещё одна катастрофа произошла на Земле, когда 27 января 1967 года во время наземных испытаний на стартовом комплексе № 34 космического Центра им. Кеннеди во время пожара на корабле «Аполлон-1» погибли астронавты Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи.

Тогда до запуска «Аполлон-11» оставалось чуть более двух с половиной лет. И в этот момент оказалось, что касательно лунной программы США впору говорить: «Хьюстон, у нас проблемы». Так как у Америки по факту не было в тот момент надёжного средства для доставки астронавтов на Луну.

И вот тут мы начинаем вступать на тонкий лёд догадок и допущений. Которые, однако, наглядно иллюстрируются массой известных фактов, укладывающихся в совсем иную картину «первой высадки на Луну».