Luna 3

Luna 3, o E-2A No.1 (ruso: Луна 3) fue una nave espacial soviética lanzada en 1959 como parte del programa Luna. Fue la primera misión en fotografiar la cara oculta de la Luna y la tercera sonda espacial soviética enviada al vecindario de la Luna. Aunque devolvió imágenes bastante malas, las vistas históricas nunca antes vistas del lado oculto de la Luna causaron entusiasmo e interés cuando se publicaron en todo el mundo, y un atlas tentativo del lado oculto de la Luna se creó después de que el procesamiento de imágenes mejorara las imágenes.

Estas vistas mostraban un terreno montañoso, muy diferente del lado cercano, y solo dos regiones oscuras y bajas que se llamaron Mare Moscoviense (Mar de Moscú) y Mare Desiderii (Mar del Deseo). Más tarde se descubrió que Mare Desiderii estaba compuesto por un mare más pequeño, Mare Ingenii (Mar de la inteligencia), y varios otros cráteres oscuros. La razón de esta diferencia entre los dos lados de la Luna aún no se entiende completamente, pero parece que la mayoría de las lavas oscuras que fluyeron para producir los maria se formaron debajo de la mitad que mira hacia la Tierra.

A Luna 3 le siguió Estados Unidos con Ranger 7, Ranger 8 y Ranger 9.

Diseño

La sonda espacial era un recipiente cilíndrico con extremos semiesféricos y una brida ancha cerca de la parte superior. La sonda tenía 130 centímetros (51 pulgadas) de largo y 12 centímetros (4,7 pulgadas) en su diámetro máximo en la brida. La mayor parte de la sección cilíndrica tenía aproximadamente 95 centímetros (37 pulgadas) de diámetro. El recipiente se selló herméticamente y se presurizó a aproximadamente 0,22 atmósferas estándar (22 kPa). Se montaron varias células solares en el exterior del cilindro, y estas proporcionaron energía eléctrica a las baterías de almacenamiento dentro de la sonda espacial.

Los obturadores para el control térmico se colocaron a lo largo del cilindro y se abrieron para exponer una superficie radiante cuando la temperatura interna excedía los 25 °C (298 K). El hemisferio superior de la sonda contenía la abertura cubierta para las cámaras. Cuatro antenas sobresalían de la parte superior de la sonda y dos de su parte inferior. En el exterior se montó otro equipo científico, incluidos detectores de micrometeoritos y rayos cósmicos, y el sistema de imágenes Yenisey-2. Los chorros de gas para su sistema de control de actitud estaban montados en el extremo inferior de la nave espacial. Varias células fotoeléctricas ayudaron a mantener la orientación con respecto al Sol y la Luna.

No había motores de cohetes para las correcciones de rumbo.

Su interior albergaba las cámaras y el sistema de procesamiento de películas fotográficas, el transmisor de radio, las baterías de almacenamiento, las unidades giroscópicas y los ventiladores de circulación para el control de la temperatura. Estuvo estabilizado por giro durante la mayor parte de su vuelo, pero su sistema de control de actitud de tres ejes se activó mientras tomaba fotos. Luna 3 fue controlado por radio desde estaciones terrestres en la Unión Soviética.

Los medios soviéticos llamaron a la nave espacial Estación Interplanetaria Automática. La sonda pasó a llamarse Luna 3 en 1963.

Misión

Luna 3 misión en un sello soviético

Después de lanzarse en un cohete Luna 8K72 (número I1-8) sobre el Polo Norte, la etapa de escape Blok-E se cerró por control de radio para poner a Luna 3 en su curso hacia la Luna. El contacto por radio inicial mostró que la señal de la sonda espacial era solo la mitad de fuerte de lo esperado, y la temperatura interna estaba aumentando. El eje de giro de la nave espacial se reorientó y algunos equipos se apagaron, lo que resultó en una caída de temperatura de 40 °C a unos 30 °C. A una distancia de 60 000 a 70 000 km de la Luna, se encendió el sistema de orientación y se detuvo la rotación de la nave espacial. El extremo inferior de la nave apuntaba al Sol, que brillaba en el lado opuesto de la Luna.

La sonda espacial pasó a 6200 km de la Luna cerca de su polo sur en el punto más cercano a la Luna a las 14:16 UT del 6 de octubre de 1959 y continuó por el otro lado. El 7 de octubre, la fotocélula en el extremo superior de la sonda espacial detectó el lado oculto de la Luna iluminado por el sol y se inició la secuencia fotográfica. La primera imagen se tomó a las 03:30 UT a una distancia de 63 500 km de la Luna, y la última imagen se tomó 40 minutos después a una distancia de 66 700 km.

Se tomaron un total de 29 fotografías, cubriendo el 70 % del lado opuesto. Una vez que se completó la fotografía, la nave espacial reanudó su giro, pasó sobre el polo norte de la Luna y regresó hacia la Tierra. Los intentos de transmitir las imágenes a la Unión Soviética comenzaron el 8 de octubre, pero los primeros intentos no tuvieron éxito debido a la baja intensidad de la señal. A medida que Luna 3 se acercaba a la Tierra, el 18 de octubre se transmitieron un total de aproximadamente 17 fotografías visibles pero de mala calidad. Todo contacto con la sonda se perdió el 22 de octubre de 1959. Se cree que la sonda espacial se quemó en la atmósfera terrestre en marzo o abril de 1960. Otra posibilidad era que pudiera haber sobrevivido en órbita hasta 1962 o más tarde.

Primera asistencia de gravedad

La trayectoria de Luna 3 y la maniobra de la gravedad

La maniobra de asistencia por gravedad se utilizó por primera vez en 1959 cuando Luna 3 fotografió el lado oculto de la Luna de la Tierra. Después del lanzamiento desde el cosmódromo de Baikonur, Luna 3 pasó detrás de la Luna de sur a norte y se dirigió de regreso a la Tierra. La gravedad de la Luna cambió la órbita de la nave espacial; además, debido al propio movimiento orbital de la Luna, el plano orbital de la nave espacial también cambió. La órbita de retorno se calculó de modo que la nave espacial volviera a pasar sobre el hemisferio norte, donde se encontraban las estaciones terrestres soviéticas. La maniobra se basó en la investigación realizada bajo la dirección de Mstislav Keldysh en el Instituto Steklov de Matemáticas.

Fotografía lunar

Luna 3 phototelegraph system at Tsiolkovsky State Museum of the History of Cosmonautics

La primera vista devuelta por Luna 3 mostró que el lado lejano de la Luna era muy diferente del lado cercano, lo más notable en su falta de maria lunar (las zonas oscuras)

Cuando se restablece la primera imagen del lado lejano de la Luna (A) utilizando técnicas avanzadas de eliminación de ruido (B) y en comparación con la misión posterior de LRO de la NASA (C) los puntos de características importantes son claramente visibles y una clara, una a una asignación de los puntos de características visibles son notables.

El propósito de este experimento era obtener fotografías de la superficie lunar mientras la nave espacial volaba cerca de la Luna. El sistema de imágenes se designó como Yenisey-2 y constaba de una cámara de doble lente AFA-E1, una unidad de procesamiento automático de películas y un escáner. Las lentes de la cámara eran una distancia focal de 200 mm, objetivo de apertura f/5.6 y un objetivo de 500 mm, f/9.5. La cámara llevaba 40 fotogramas de película isocromática de 35 mm resistente a la temperatura y la radiación. El objetivo de 200 mm podría captar la imagen del disco completo de la Luna y el de 500 mm podría tomar una imagen de una región en la superficie. La cámara se fijó en la nave espacial y se logró apuntar girando la propia nave.

Luna 3 fue la primera nave espacial estabilizada de tres ejes exitosa. Durante la mayor parte de la misión, la nave espacial se estabilizó en rotación, pero para fotografiar la Luna, la nave espacial orientó un eje hacia el Sol y luego se usó una fotocélula para detectar la Luna y orientar las cámaras hacia ella. La detección de la Luna indicó que la cubierta de la cámara se abriera y que la secuencia de fotografías comenzara automáticamente. Las imágenes se alternaron entre ambas cámaras durante la secuencia. Una vez completada la fotografía, la película se movió a un procesador integrado donde se reveló, fijó y secó. Luego se dieron órdenes desde la Tierra para mover la película a un escáner de puntos voladores donde se proyectó un punto producido por un tubo de rayos catódicos a través de la película en un fotomultiplicador. El punto se escaneó a través de la película y el fotomultiplicador convirtió la intensidad de la luz que pasaba a través de la película en una señal eléctrica que se transmitió a la Tierra (a través de un video analógico de frecuencia modulada, similar a un facsímil). Se podría escanear un cuadro con una resolución de 1000 líneas (horizontales) y la transmisión podría realizarse a una velocidad de televisión de barrido lento a grandes distancias de la Tierra y a una velocidad más rápida a distancias más cercanas.

La cámara tomó 29 imágenes durante 40 minutos el 7 de octubre de 1959, desde las 03:30 UT hasta las 04:10 UT, a distancias que oscilan entre los 63 500 km y los 66 700 km sobre la superficie, cubriendo el 70 % de la cara oculta de la Luna. Diecisiete (algunos dicen que doce) de estos fotogramas se transmitieron con éxito a la Tierra (estaciones de seguimiento en Crimea y Kamchatka) y se publicaron seis (fotogramas numerados 26, 28, 29, 31, 32 y 35). Eran las primeras fotografías del hemisferio lejano de la Luna.

El sistema de imágenes fue desarrollado por P.F. Bratslavets y I.A. Rosselevich en el Instituto de Investigación Científica para Televisión de Leningrado y las imágenes devueltas fueron procesadas y analizadas por Iu.N. Lipskii y su equipo en el Instituto Astronómico Sternberg. La cámara AFA-E1 fue desarrollada y fabricada por la fábrica KMZ (Krasnogorskiy Mekhanicheskiy Zavod).

La película, resistente a la temperatura y endurecida por radiación, provino de globos American Genetrix que habían sido recuperados por los soviéticos.