В том же году для изучения гравитационного поля Луны была запущена станция “Луна-10”. 31 марта она вышла на орбиту искусственного спутника Луны. Это был первый искусственный спутник другого небесного тела.
В сентябре 1970 г. станция “Луна-16” совершила мягкую посадку в районе Моря Изобилия, произвела бурение, взяла образцы лунного грунта и доставила их на Землю. Это было первое в истории космонавтики возвращение космического аппарата с другого небесного тела; исследовали химический состав лунного грунта и определили абсолютный возраст пород морского и материкового типа, что является одной из фундаментальных проблем изучения планет.
Чтобы решить эти задачи — осуществить мягкую посадку или создать искусственный спутник другой планеты — нужно было научиться корректировать (или задавать) траекторию полета космического аппарата. Это стало возможно после разработки точных систем ориентации и создания корректирующих ракетных двигателей, способных неоднократно включаться в условиях космического пространства.
В ноябре 1970 г. “Луна-17” доставила на Луну дистанционно управляемый аппарат “Луноход-1”. При разработке этого аппарата во ВНИИ Трансмаш (Ленинград) рассматривались разные способы передвижения на Луне — шагающие, прыгающие, ползущие, двигающиеся на гусеницах или на колесах механизмы. В конце концов остановились на последнем варианте.
Колес было восемь — по четыре с каждой стороны. Каждое колесо имело свой собственный двигатель (небольшой электромотор в ступице), поэтому луноход мог двигаться и при отказе одного или нескольких колес. Специальные шипы обеспечивали хорошее сцепление с грунтом при малой (в шесть раз меньше, чем на Земле) силе тяжести. Для испытания ходовой части на Земле был построен специальный лунодром со всеми элементами лунной поверхности (кратерами, трещинами, камнями и прочим). Материалы для строительства привезли с потухших и действующих вулканов Камчатки.
Управляли луноходом по радио- и телеканалам операторы с Земли. Это было очень непросто, так как команда управления шла до аппарата 1.3 с и столько же времени требовалось на ответ лунохода “Вас понял”. Имелся бортовой электронный блок управления, который контролировал движение и останавливал луноход в опасных ситуациях.
Однажды при попытке преодолеть кратер, который наземному экипажу из-за неблагоприятного освещения не показался сложным, луноход опасно накренился. Тут же включилась автоматика и остановила аппарат. В другой раз аппарат специально направили в кратер с крутыми склонами и большим количеством камней, который ученым непременно нужно было исследовать. Это была сложная задача, но усилиями наземного экипажа и автоматики справились.
За 10 месяцев “Луноход-1” прошел расстояние 10 540 м, обследовав площадь 80 тыс. м2. Более чем в 500 точках изучались физико-химические свойства Луны, на Землю было передано огромное количество научной информации, в том числе около 200 панорам и более 20 тыс. отдельных снимков.
В январе 1973 г. на Луну был доставлен “Луноход-2”. Выполняя программу исследований и передавая результаты на Землю, он в течение пяти месяцев прошел 37 км.
Венера
Венера всегда закрыта толстым слоем облаков, и сведения о ее поверхности и атмосфере до начала полетов автоматических межпланетных станций были довольно скудными. В 1959 г. советские специалисты начали радиолокационные исследования Венеры с Земли. Удалось определить температуру, период обращения вокруг оси. Вращение оказалось обратным, период обращения составил примерно 244 сут. Полученные тогда значения довольно хорошо совпадают с современными. Первым аппаратом, который достиг поверхности планеты, стала станция “Венера-3” (межпланетный перелет продолжался с 16 ноября 1965 г. по первое марта 1966 г.). В 67-м была предпринята попытка мягкой посадки. Спускаемый аппарат станции “Венера-4” представлял собой шар диаметром 1 м. При его торможении в атмосфере перегрузка достигала 300 единиц. Спуск на парашюте продолжался 94 мин. В течение этого времени на Земле принимали уникальную научную информацию. Впервые были получены данные об атмосфере планеты. На высоте 22 км, когда давление достигло 18 атм, а температура 277°С, станция прекратила существование - она не была рассчитана на такие условия.
После полетов следующих станций, которые погибали при спуске, стало ясно, что спускаемые аппараты следует рассчитывать на снижение в сверхплотной раскаленной атмосфере. Станция “Венера-7”, достигшая поверхности планеты, передала, что давление составляет 100 атм (как в океане на глубине 800 м), а температура 475°С. Наиболее успешным в этой серии был полет станции “Венера-8”, которая села на дневной стороне планеты и в течение 50 мин передавала информацию.
В 1975 г. были запущены станции нового типа “Венера-9” и “Венера-10”. Станции состояли из двух частей — орбитального блока и спускаемого аппарата. За двое суток до встречи с планетой от станций отделились спускаемые аппараты и продолжили полет к планете, а орбитальные блоки перешли на орбиты искусственных спутников планеты. Станции “Венера-9” и “Венера-10” стали первыми искусственными спутниками Венеры. Со спускаемых аппаратов были получены панорамные изображения поверхности планеты. Несмотря на плотную атмосферу и густую облачность, по освещенности виды напоминали пасмурный день на Земле, а местность представляла собой каменистую пустыню с большим количеством валунов гигантского размера.
Исследования Венеры, хоть и не всегда успешные, продолжались. В 1981 г. стартовали станции нового поколения “Венера-13” и “Венера-14”. Их спускаемые аппараты взяли и исследовали пробы грунта и через орбитальный блок передали на Землю уникальную научную информацию. В 1983 г. на орбиту искусственного спутника Венеры были выведены станции “Венера-15” и “Венера-16”. В течение восьми месяцев они вели радиолокационную съемку планеты. По результатам их исследований были составлены карты северного полушария планеты. Ее рельеф оказался сложным, с горами, впадинами, кратерами. Самые крупные из них получили имена: например, каньон Артемиды, равнина Снегурочки.
Почти все полеты советских станций к Венере были успешными, ее называли “русской планетой”.
Марс
Первым аппаратом, запущенным к Марсу, стала советская автоматическая межпланетная станция “Марс-1”, которая стартовала 1 ноября 1962 г. Полет продолжался семь с половиной месяцев, станция прошла на расстоянии 195 тыс. км от Марса. В марте 1963 г., когда станция удалилась от Земли на расстояние 106 млн км, связь с ней оборвалась.
19 и 28 мая 1971 г. были запущены АМС “Марс-2” и “Марс-3”. Станция “Марс-2” вышла на орбиту искусственного спутника Марса, от нее был отделен спускаемый аппарат, который разбился при посадке. Научная аппаратура и небольшой шагающий марсоход погибли, но вымпел с изображением герба СССР все же попал на поверхность Марса. Это третий вымпел, доставленный на другие планеты (второй был отправлен на Венеру).
2 декабря 1971 г. спускаемый аппарат станции “Марс-3” совершил мягкую посадку на поверхность планеты. Посадка осуществлялась по такой схеме: спускаемый аппарат сначала вышел на орбиту искусственного спутника Марса, после отработки корректирующего импульса перешел на траекторию снижения, затем была введена парашютная система. Аппарат опустился на поверхность Марса, после чего раскрылись лепестковые панели, закрывавшие аппаратуру, и началась работа. В состав научной аппаратуры входили приборы для измерения атмосферного давления, температуры и скорости ветра, масс-спектрометр для определения химического состава атмосферы, состава и физико-химических свойств грунта. Аппарат начал передавать информацию, но через 20 с связь прервалась. Понять, что произошло, было невозможно.
В 1974 г. подошло “стартовое окно” для полета к Марсу, когда условия для запуска наиболее благоприятны по энергетическим соображениям. Запущены четыре “Марса”, из них только полет станции “Марс-5” оказался частично удачным. Так что Марс был не столь благосклонен к нам, как Венера.
Программа “Фобос” предназначалась для исследований Марса и его спутника Фобоса. Это было очень интересно, так как в свое время существовали гипотезы, что Фобос является не естественным, а искусственным спутником Марса.
Два аппарата стартовали в июле 1988 г. с интервалом в несколько дней. Полет должен был продолжаться 200 сут. Планировалось, что приблизившись к планете, аппараты выйдут на сильно вытянутую орбиту над экватором, проработают на ней около 60 сут, после чего перейдут на круговую орбиту с периодом обращения 8 ч. Программой предусматривалось приближение к поверхности Фобоса на 50 м и проведение исследований на этой высоте, после чего от аппаратов отделяются исследовательские модули для изучения Фобоса. Один из них мог скачками передвигаться по его поверхности. Состав пород предполагалось изучать с помощью лазерной пушки. Исследования Марса и Фобоса должны были продолжаться около года.
Этот проект стал международным, в нем участвовали ученые и специалисты многих стран Европы и Европейского космического агентства.
Из-за ошибки оператора “Фобос-1” вышел из строя, и все попытки оживить его остались безрезультатными. “Фобос-2” после коррекции, проведенной по команде с Земли, вышел на орбиту спутника Марса с периодом обращения 77 ч. После четырех витков начались операции по сближению с Фобосом. С 21 марта станция передавала информацию на Землю, а 27-го связь с ней была потеряна. Как показал последующий анализ, основной причиной неудачи оказались конструктивные недостатки этих аппаратов.
Проект “Вега”
В 1986 г. ожидалась комета Галлея, которая появляется в окрестностях Земли раз в 76 лет. Для ее исследования был разработан международный проект “Вега”. В конце декабря 1984 г. стартовали две межпланетные автоматические станции — “Вега-1” и “Вега-2”.