Для координации работы измерительных средств по времени и привязки результатов измерений к единому времени использовалась служба единого времени.

Все измерительные пункты были объединены системой специальной связи, обеспечивающей оперативную передачу данных измерений в вычислительный центр и целеуказаний на измерительные пункты.

Одной из сложнейших задач, которую необходимо было решить для получения уникальных фотографий Луны, являлось обеспечение соответствующей ориентации межпланетной автоматической станции в космическом пространстве. Автоматическая межпланетная станция после отделения последней ступени ракеты произвольно вращалась вокруг своего центра тяжести. Совершенно ясно, что сфотографировать Луну даже 1 раз, не говоря уже о целой серии фотографий, при таком вращении невозможно.

Как же можно обеспечить необходимую ориентацию межпланетной станции?

Известны различные способы ориентации космического летательного аппарата относительно Земли, Солнца, Луны и других небесных тел.

Угловая ориентация космического летательного аппарата может быть осуществлена, во-первых, с помощью нескольких маленьких реактивных двигателей с различным направлением газовых струй. Включая определенную группу ©тих двигателей, можно изменять ориентацию аппарата. Изменить ориентацию космического летательного аппарата можно также, повернув на небольшой угол камеру сгорания.

Другой способ изменения ориентации космического летательного аппарата состоит в использовании вращающихся маховиков, располагаемых на его осях. Применять маховые массы для управления положением межпланетной станции предложил К. Э. Циолковский. Принцип действия маховых масс основан на законе механики, который гласит, что если на систему не действуют внешние силы, то момент количества движения системы тел остается постоянным. Моментом количества движения космического аппарата называется произведение его момента инерции[1] на угловую абсолютную скорость, т. е. скорость относительно неподвижного «мирового пространства». Если мы каким-либо способом начнем вращать маховую массу с постоянной скоростью, то межпланетная станция начнет вращаться в другую сторону с определенной скоростью. Для ориентировки межпланетной станции по одной из трех осей в ее корпусе на двух других взаимно-перпендикулярных осях необходимо поместить по маховику, которые будут вращаться двигателями с определенными угловыми скоростями. Используя такую систему маховиков, можно остановить вращение корпуса межпланетной станции в безвоздушном пространстве и осуществить угловую ориентацию ее относительно небесных тел.

Рис. 5. Траектория полета автоматической межпланетной станции (проекция на плоскость земного экватора).

Ориентация автоматической межпланетной станции производилась с помощью системы, включавшей в свой состав оптические и гироскопические датчики, логические электронные устройства и управляющие двигатели. В начале работы система ориентации прежде всего прекратила произвольное вращение межпланетной станции вокруг ее центра тяжести, возникшее в момент отделения станции от последней ступени ракеты-носителя.

Траектория движения станции была выбрана таким образом, чтобы в момент съемки станция находилась приблизительно на прямой, соединяющей Солнце и Луну. При этом Земля должна была находиться в стороне от направления Солнце — Луна (рис. 5), чтобы не произошло ориентации на Землю вместо Луны.

Перед началом процесса фотографирования нижнее сферическое днище, на котором были установлены солнечные датчики, при помощи системы ориентации было направлено на Солнце. В это время иллюминатор на верхнем днище, под крышкой которого находились объективы фотографических аппаратов, был повернут в сторону Луны. После такой предварительной ориентации оптические устройства станции проверили ее по отраженному от Луны свету, так как во время процесса наводки станция могла и не находиться точно на линии Луна — Солнце. Комплекс устройств, производящих ориентацию, управлялся солнечными и лунными датчиками, преобразовывавшими энергию прямых и отраженных от поверхности Луны лучей Солнца в электрические сигналы. Положение станции во время ориентации на Луну показано на рис. 6.

После того как была произведена точная наводка на Луну, оптические устройства выработали сигнал, разрешавший начало автоматического фотографирования. В течение всего времени фотографирования автоматическая система ориентации обеспечивала непрерывное наведение станции на Луну; при этом помехи, вызываемые отраженным от Земли светом, были практически устранены.

Для фотографирования Луны наши конструкторы создали фототелевизионную аппаратуру, способную работать в сложных условиях космического полета, устойчивую к изменениям температурного режима, сохраняющую фотоматериалы, несмотря на вредное воздействие космических излучений. Одним из условий работы этой аппаратуры было четкое взаимодействие всех ее механизмов в условиях невесомости.

Рис. 6. Положение автоматической межпланетной станции в космическом пространстве при фотографировании обратной стороны Луны (стрелки справа показывают направление лучей Солнца).

На межпланетной станции использовался фотоаппарат с двумя объективами. Как известно, от величины фокусного расстояния объектива (расстояния от линзы до плоскости, на которой получается изображение очень удаленного предмета) зависит масштаб даваемого объективом изображения. Один объектив станции имел фокусное расстояние 200 мм и относительное отверстие (отношение входного отверстия к фокусному расстоянию) 1: 5,6. Этот объектив давал изображение лунного диска, которое полностью вписывалось в кадр. Другой имел фокусное расстояние 500 мм и относительное отверстие 1: 9,5 и позволял фотографировать детали.

После того как система ориентации навела объективы на Луну, в течение 40 мин. производилась съемка. Фотографирование велось на специальную 35-милли-метровую пленку. Сигнал о начале съемок был подан с Земли по радио, после чего дальнейший процесс съемки и сложный процесс обработки фотопленки производились автоматически по заданной программе. Последний снимок был сделан при расстоянии автоматической межпланетной станции от Луны 68 400 км.

Съемка производилась с автоматическим изменением экспозиции, с тем чтобы не ошибиться и наверняка получить снимки высокого качества.

Уникальные кадры были проявлены и зафиксированы специальным малогабаритным автоматизированным устройством. Процесс обработки был продуман таким образом, что он почти не зависел от изменения температуры внутри станции и не нарушался вследствие почти полной невесомости аппаратуры и химических реактивов. После обработки пленка просушивалась, а испаренная влага поглощалась, благодаря чему была обеспечена длительная сохранность фотопленки. После всей этой обработки фотопленка также автоматически поступала в специальную кассету, где и сохранялась до момента передачи зафиксированных на ней изображений на Землю.

Еще на Земле, перед посылкой ракеты в сторону Луны, на фотопленку были экспонированы испытательные знаки, причем часть этих знаков тут же на Земле была проявлена. Другая часть знаков проявлялась уже на борту межпланетной автоматической станции в процессе обработки заснятых кадров с изображением обратной стороны Луны. Эти знаки были переданы на Землю и дали возможность осуществить контроль процессов съемки, обработки и передачи изображений. И все это при расстоянии между наземными наблюдательными пунктами и космической лабораторией почти 500 000 км!

После того как было произведено экспонирование всех кадров, система ориентации выключилась. В момент выключения система ориентации сообщила автоматической межпланетной станции упорядоченное вращение с определенной угловой скоростью. Скорость вращения выбрана такой, чтобы, с одной стороны, улучшить тепловой режим, а с другой — исключить влияние вращения станции на работу научной аппаратуры.