С целью отработки новых бортовых систем, а также продолжения исследований Луны и окололунного пространства 13 июля 1969 года была запущена автоматическая станция «Луна-15». 14 июля была проведена коррекция траектории, а 17 июля станция была выведена на околоземную орбиту. Полет по трассе продолжался 102 часа. За это время было проведено 28 сеансов радиоизмерения траектории, контроль работы бортовых систем, научные исследования.
Станция «Луна-15» в отличие от станций «Луна-9» и «Луна-13», совершивших прямую посадку на Луну, осуществила посадку на поверхность Луны с орбиты ИСЛ, при этом станция «Луна-15» могла достичь поверхности Луны в любом ее районе, достаточно было для этого произвести соответствующее изменение селеноцентрической орбиты.
19 и 20 июля были проведены две коррекции траектории орбиты, при этом были испытаны новые навигационные системы.
После проведения коррекций параметры орбиты были следующими:
19 июля 20 июля
Расстояние в апоселении.. 221 километр 110 километров
Расстояние в периселении.. 95 километров 16 километров
Период обращения… 2 часа 03,5 минуты 1 час 54 минуты
Наклонение орбиты… 126 градусов 127 градусов
21 июля была включена тормозная двигательная установка; станция сошла с орбиты и достигла поверхности Луны в заданном районе. За время полета по орбите спутника Луны станцией проведен ряд научных исследований и получены важные опытные данные о работе конструкции и бортовых систем.
Автоматическая научная станция «Луна-16», так же как и станция «Луна-20», доставившая на Землю образцы лунного грунта, представляет собой новый сложный космический аппарат с высокой степенью автоматизации.
Станция состоит из двух самостоятельных ракетных блоков – посадочной ступени с грунтозаборным устройством и космической ракеты «Луна – Земля» с возвращаемым аппаратом (рис. 22).
Масса станции при посадке на Луну равна 1880 килограммам.
В состав посадочной ступени входят: двигательная установка, приборные отсеки, амортизационные опоры, антенны, исполнительные органы,/ систем стабилизации и ориентации.
Рис. 22. Автоматическая станция «Луна-16»
Двигательная установка включает в себя жидкостный ракетный двигатель для проведения коррекций и торможения, баки с компонентами топлива и два двигателя малой тяги, включаемые на заключительном этапе посадки.
В приборных отсеках размещены приборы систем управления, стабилизации, ориентации, приемо-передающая радиоаппаратура, программно-временное устройство, химические аккумуляторные батареи, агрегаты системы терморегулирования, оборудование для измерения высоты и скорости при посадке, научные приборы и телефотометры, передающие информацию о районе бурения.
При старте с Луны космической ракеты посадочная ступень служит для нее стартовым устройством.
Ракета «Луна – Земля» имеет в своем составе жидко-стно-реактивный двигатель со сферическими баками для компонентов топлива, приборный отсек, четыре штыревые антенны; к приборному отсеку стяжными лентами крепится возвращаемый аппарат.
Рис. 23. Возвращаемый аппарат станции «Луна-16»
В приборном отсеке ракеты установлены приборы системы управления, радиокомплекс, аккумуляторные батареи и бортовая автоматика.
Возвращаемый аппарат (рис. 23) представляет собой герметичный металлический шар, наружная поверхность которого имеет теплозащитное покрытие, обеспечивающее сохранение в аппарате заданных температур на участке аэродинамического торможения при входе в атмосферу Земли.
Объем возвращаемого аппарата разделен на три отсека: приборный, парашютный и цилиндрический контейнер для образцов лунного грунта. В приборном отсеке размещены радио-пеленгационные передатчики, аккумуляторные батареи, элементы автоматики и программное устройство. В парашютном отсеке находятся (в сложенном виде) парашют, четыре антенны пеленгационных передатчиков и два эластичных баллона, используемых после посадки для фиксации положения возвращаемого аппарата.
Принципиально новым агрегатом космического аппарата является грунтозаборное" устройство, созданное впервые для станции «Луна-16». Его задача – бурение лунного грунта различной плотности (от пылевидного до гранитного) в условиях вакуума, транспортировка образцов грунта в контейнер возвращаемого аппарата (с сохранением расположения образцов по глубине) и герметизация контейнера с грунтом.