Никто на Земле не видел обратную сторону Луны. Четыре с половиной миллиарда лет она прятала половину своего лица — и в октябре 1959 года группа инженеров решила, что проявить фотоплёнку в космосе будет разумной идеей.
Константин Циолковский написал про колыбель человечества, когда ракетостроение было ещё бумажным упражнением. К концу пятидесятых колыбель уже трещала. Первый спутник летал два года как, «Луна-2» за три недели до описываемых событий врезалась в лунную поверхность — и это считалось успехом, потому что попасть в Луну с расстояния в 380 тысяч километров действительно непросто. Теперь нужно было не врезаться, а пролететь мимо, развернуться, сфотографировать и каким-то образом доставить изображение обратно. Задача звучала как сценарий, который редактор отклонил бы за неправдоподобие. Но у главного конструктора Сергея Королёва и научного руководителя лунной программы Мстислава Келдыша было преимущество: они не спрашивали редакторов.
Проект получил индекс Е-2А №1. Аппарат весил 278,5 кг — примерно как три взрослых человека. Герметичный цилиндр длиной 130 см и диаметром 95 см, надутый азотом при давлении 0,22 атмосферы, — по сути, консервная банка с амбициями межпланетного зонда. Внутри этой банки уместили фотокамеру, химическую лабораторию, телевизионный сканер, систему ориентации, батареи и радиопередатчик. Снаружи — солнечные батареи, увеличивавшие диаметр до 120 см по фланцу. Запуск состоялся 4 октября 1959 года в 00:43:40 UTC с Байконура, ракетой-носителем «Луна» 8К72 с разгонным блоком «Блок-Е». Дата совпала с двухлетием запуска первого спутника — случайно или нет, но советская космическая программа любила такие рифмы.
Чтобы сфотографировать обратную сторону Луны, нужно оказаться за ней. Очевидное решение — выйти на окололунную орбиту — было технически невозможно: тормозного двигателя на станции не было. Оставался трюк, который до этого никто не пробовал: использовать гравитацию Луны, чтобы загнуть траекторию аппарата и вернуть его к Земле. Первый в истории гравитационный манёвр. Траекторию рассчитала группа Дмитрия Охоцимского из Математического института имени Стеклова, и считали они на ЭВМ «Стрела-1» — машине, которая занимала целую комнату и работала на электронных лампах. Компьютер размером с гараж прокладывал путь аппарату размером с бочку.
6 октября 1959 года в 14:16 UTC станция прошла ближайшую точку — 6200 км от поверхности Луны, у её южного полюса. Гравитация развернула траекторию, и «Луна-3» начала уходить за обратную сторону, набирая расстояние. Съёмка была запланирована не в момент максимального сближения, а позже — когда аппарат отдалится настолько, чтобы захватить в кадр достаточно большой участок поверхности. Грубо говоря, фотограф сначала подошёл вплотную к объекту, а потом отступил на несколько шагов, чтобы тот поместился в видоискатель. Для этого требовалось, чтобы аппарат смотрел камерой точно на Луну — а он летел, вращаясь, как брошенный мяч.
Большую часть полёта станция вращалась вокруг своей оси — это простейший способ стабилизации, юла держит направление. Но для съёмки вращение нужно было остановить и навести камеру. Систему ориентации «Чайка» разработал Борис Раушенбах, и она была остроумной штукой: три гироскопа, датчики Солнца, отдельный датчик лунного света и восемь микродвигателей на сжатом азоте. Баллоны хранили газ под давлением 150 атмосфер, редуктор снижал его до 4 атмосфер — и крошечные сопла выдавали импульсы, разворачивая аппарат.
Логика наведения была двухступенчатой. Сначала датчики находили Солнце — яркий, однозначный ориентир. По Солнцу фиксировалось направление одной оси. Затем в дело вступал датчик лунного света, который ловил отражённое от Луны излучение и доворачивал камеру точно на цель. Это звучит просто, но в 1959 году трёхосная стабилизация космического аппарата была технологией на грани фантастики. Ни американцы, ни кто-либо ещё не делал этого в межпланетном пространстве. Меня до сих пор восхищает инженерная дерзость: стабилизировать 278-килограммовую бочку в вакууме, за сотни тысяч километров от любой мастерской, с помощью струек азота и фотоэлемента.
7 октября, начиная с 03:30 UTC, камера работала 40 минут. Расстояние до лунной поверхности составляло от 63 500 до 66 700 км. Было сделано 29 кадров, покрывших 70% обратной стороны.
Вот деталь, от которой у меня каждый раз перехватывает дыхание. Фотоплёнка, на которую снимали обратную сторону Луны, была американской. Не купленной, не полученной по дипломатическим каналам — добытой из сбитых разведывательных аэростатов проекта Genetrix. Американцы запускали высотные шары с фотоаппаратами над территорией СССР, советские ПВО их сбивали, а плёнку — изохромную, типа АШ-1, что расшифровывалось как «американский шарик», — аккуратно извлекали и складывали на хранение. Плёнка оказалась отличной: высокая радиационная стойкость, пригодность к работе в вакууме, хорошая широта экспозиции. Лучше, чем всё, что производила советская промышленность на тот момент. Шпионская плёнка противника полетела фотографировать Луну — и попробуйте после этого сказать, что история лишена чувства юмора.
Камера АФА-Э1 была изготовлена на Красногорском механическом заводе. Два объектива: 200 мм с диафрагмой f/5.6 для обзорных снимков и 500 мм с f/9.5 для более детальных. На 40 кадров плёнки отводилось всё, что аппарат мог увидеть. Отснятый материал — 29 удачных экспозиций — оставался на борту в виде засвеченной, но не проявленной эмульсии. И здесь начиналась вторая половина авантюры.
Цифровой камеры не существовало. Передать изображение на Землю можно было единственным способом: проявить плёнку, высушить, просветить лучом и считать яркость точка за точкой. Всё это — автоматически, без единого человеческого прикосновения, в герметичном контейнере, летящем в космосе.
Фототелевизионная система «Енисей-2» была создана в ленинградском НИИ-380 под руководством Петра Брацлавца. Принцип работы: после экспонирования плёнка протягивалась через ванночки с проявителем, закрепителем и промывочным раствором, затем сушилась. Весь химический цикл был одноразовым — второй попытки не предусматривалось. Если температура раствора ушла бы на несколько градусов, если плёнка застряла бы в протяжном механизме, если сушка оказалась бы неполной — всё. Никакого резервного варианта. Инженеры, проектировавшие эту систему, по сути, строили автоматическую фотолабораторию, которая должна была сработать ровно один раз и ровно правильно.
После проявки и сушки плёнка подавалась в сканер. Катодная осциллографическая трубка 8ЛК2Б формировала тонкий световой луч, который построчно проходил через кадр. С обратной стороны плёнки фотоумножитель ФЭУ-15 измерял количество прошедшего света — и переводил его в электрический сигнал. Разрешение — 1000 строк на кадр. Полученный видеосигнал передавался на частоте 183,6 МГц при мощности передатчика всего 3 ватта. Три ватта — это меньше, чем лампочка в холодильнике. И этот шёпот должен был долететь через пропасть космоса до антенн на Земле.
Передача не могла начаться сразу после съёмки, и причина была прозаичной: геометрия. Пока аппарат находился за Луной или вблизи неё, Земля была либо закрыта лунным диском, либо находилась под невыгодным углом для направленной антенны. Станция летела по вытянутой петле обратно к Земле, и чем ближе она подходила, тем сильнее становился сигнал в приёмниках. Передача велась на станции слежения в Крыму и на Камчатке (пункт Елизово). Первые пригодные кадры были приняты 18 октября — через одиннадцать дней после съёмки.
К этому моменту удалось передать 17 фотографий. Из них для публикации отобрали шесть — кадры № 26, 28, 29, 31, 32 и 35. Остальные были слишком зернистыми, засвеченными или искажёнными помехами. Связь была капризной: мощности передатчика едва хватало, атмосферные и ионосферные помехи рвали сигнал, а каждый повторный сеанс считывания ухудшал качество — луч трубки выжигал эмульсию. Честно говоря, удивительно, что хоть что-то получилось.
Шесть зернистых, контрастных, местами размытых фотографий — и они перевернули представление о Луне. Видимая сторона, которую люди наблюдали тысячелетиями, покрыта обширными тёмными пятнами — лунными морями, застывшими базальтовыми равнинами. Обратная сторона оказалась другой. Морей почти не было. Поверхность выглядела изрытой кратерами, гористой, светлой — словно два полушария одного тела прожили разные геологические жизни. Это расхождение до сих пор объясняют по-разному: различиями в толщине коры, асимметрией приливного разогрева, особенностями древних ударов. Единого ответа нет и сейчас, спустя шестьдесят с лишним лет.
В Государственном астрономическом институте имени Штернберга (ГАИШ) группа под руководством Юрия Липского составила первый атлас обратной стороны Луны. Каталог включал 500 объектов. Крупнейшее тёмное образование назвали Морем Москвы — единственное полноценное «море» на обратной стороне. Один из заметных кратеров получил имя Циолковского — того самого, с колыбелью. На снимках нашлись горные хребты, цирки и впадины, которые ни один телескоп не мог увидеть принципиально: Луна повёрнута к Земле одной стороной из-за приливного захвата, и никакое усовершенствование оптики этого не изменит. Нужно было физически залететь за неё.
Связь с «Луной-3» прервалась 22 октября 1959 года. Аппарат продолжал лететь по сильно вытянутой эллиптической орбите вокруг Земли — молча, с выжженной плёнкой и пустыми баллонами азота. Он совершил 11 витков, и здесь проявился ещё один неожиданный научный результат: орбита станции стала первым наблюдаемым примером эффекта Лидова — Козаи. Гравитационные возмущения от Луны и Солнца постепенно меняли форму орбиты, раскачивая её наклонение и эксцентриситет. В апреле 1960 года аппарат вошёл в атмосферу Земли и сгорел.
Миссию нельзя назвать безупречной. Часть снимков оказалась непригодной. Станция не выполнила все запланированные операции. Сигнал был настолько слабым, что принимающие станции работали на пределе чувствительности. И всё-таки — цилиндр размером с бочку, начинённый шпионской плёнкой и проявочными ванночками, пролетел за Луну, развернулся, сфотографировал то, чего не видел ни один человек за всю историю вида, проявил снимки в невесомости и отправил их домой на мощности настольной лампы. Из 29 кадров выжили шесть, но эти шесть превратили невидимое полушарие из философской абстракции в карту с названиями. Море Москвы и кратер Циолковского появились на ней не потому, что кто-то идеально рассчитал каждый шаг, а потому, что несколько сотен инженеров решили, что «невозможно» — это рабочая задача с плохо определёнными граничными условиями.