Для решения этой задачи создано грунтозаборное устройство, состоящее из бурового станка с системой электрических приводов и бурового снаряда, штанги и приводов, перемещающих его в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Грунтозаборное устройство установлено на посадочной ступени.
Полет научной станции «Луна-16» проходил следующим образом. Станция была выведена на промежуточную орбиту спутника Земли и стартовала с этой орбиты в направлении к Луне 12 сентября 1970 года. Для вывода на орбиту искусственного спутника Земли была использована более мощная ракета-носитель (в сравнении с применявшейся для станций «Луна-9» и «Луна-13»).
13 сентября была проведена коррекция траектории движения включением двигателя посадочной ступени; последующие траекторные измерения показали, что станция движется к заданной точке окололунного пространства с высокой точностью, – в связи с чем была отменена (ранее запланированная) вторая коррекция.
При подлете станции к Луне была проведена подготовка бортовых систем и наземного комплекса к сеансу торможения. По команде системы управления 17 сентября в 2 часа 38 минут был включен двигатель, в результате работы которого станция перешла на круговую орбиту спутника Луны с удалением от ее поверхности на 110 километров.
В последующие трое суток было произведено еще два маневра для формирования предпосадочной орбиты, необходимой для создания оптимальных условий точной посадки в заданный район лунной поверхности.
После первого маневра орбита была изменена на эллиптическую с наибольшим и наименьшим расстоянием от лунной поверхности – 110 и 15 километров соответственно; в результате второго маневра плоскость орбиты была несколько повернута в пространстве до нужного положения, а высоты орбиты составили 106 километров в апоселении и 15 километров в периселении.
20 сентября с 6 часов 6 минут до 8 часов 12 минут были проведены операции ориентации и программных разворотов станции, необходимые до момента включения двигателя, выполняющего торможение непосредственно перед посадкой.
Протяженность трасы полета от точки схода с орбиты до места прилунения составила 250 километров.
На всем участке снижения положение станции строго стабилизировалось. Высота и вертикальная скорость спуска находились под непрерывным контролем бортового доплеровского измерителя скорости и высотомера. Все операции при спуске осуществлялись автоматическими устройствами станции без вмешательства Земли.
По достижении заданных значений высоты над лунной поверхностью и вертикальной составляющей скорости снижения еще раз был включен двигатель посадочной ступени, а на высоте 20 метров вместо него начали работать двигатели малой тяги.
Научная станция «Луна-16» мягко прилунилась 20 сентября 1970 года в 8 час 18 минут в районе Моря Изобилия в точке с координатами 0°41' южной широты и 56°18' восточной долготы с отклонением от расчетной точки посадки всего лишь в 1,5 километра.
Тотчас после посадки был проведен телеметрический сеанс связи, подтвердивший нормальное состояние всех систем станции.
Затем по командам с Земли грунтозаборное устройство привело буровой станок в контакт с лунной поверхностью, углубило бур на 350 миллиметров – взяв образцы лунного грунта по всей этой глубине, – заложило бур с грунтом внутрь контейнера возвращаемого аппарата и загерметизировало его приемное отверстие. Одновременно с забором грунта контролировалась скорость углубления бура в грунт и определялась плотность исследуемой лунной породы.
Наряду с решением главной задачи станции «Луна-16» – взятием проб лунного грунта – производились также замеры температуры ряда элементов станции и уровня радиации на поверхности Луны.
Завершающим этапом функционирования станции на 'Уне являлась подготовка космической ракеты «Луна – ¦земля» к обратному старту, который состоялся 21 сентября в 10 часов 43 минуты. Система управления ракетой и ее двигатель обеспечили получение необходимой скорости взлета как по величине (2708 метров в секунду), так и по направлению (вертикально вверх).
Рис. 24. Схема полета автоматической станции «Луна-16»
Решена еще одна сложная задача – автоматический аппарат стартовал к Земле с другого небесного тела!
Полет ракеты «Луна – Земля» проходил по баллистической траектории, коррекции которой не предусматривалось. При подлете к Земле по команде из Центра дальней космической связи 24 сентября в 4 часа 50 минут возвращаемый аппарат с помощью пиротехнических средств был отделен от ракеты. В 8 часов 10 минут начался его вход в земную атмосферу со скоростью более 11 километров в секунду.