Рис. 54. Датчик радиационного плотномера:
1 – корпус датчика; 2 – боковые сегменты; 3 – надстройка для крепления к выносном/ механизму
Величина плотности лунного грунта определялась совместно с привлечением результатов измерений механическим грунтомером станции «Луна-13» (см. ниже).
Механическая прочность поверхностного слоя лунного грунта замерялась (станцией «Луна-13») с помощью грунтомера-пенетрометра, общий вид которого показан на рис. 55.
Нижний конец пластмассового корпуса грунтомера имеет кольцевой штамп (диаметром 12 сантиметров), который опирается на лунную поверхность; в центральной части штампа размещен титановый индентор диаметром 3,5 сантиметра, переходящий в заостренный конус. Индентор, совмещенный с корпусом реактивного порохового двигателя со средней силой тяги около 6,5 килограмма, служит основной рабочей частью грунтомера.
Непосредственно после срабатывания выносного механизма и отсчета нулевого положения индентора включается реактивный двигатель, и индентор углубляется в грунт до 5 сантиметров в зависимости от его механической прочности. При перемещении индентора относительно корпуса прибора и закрепленного на нем потенциометра меняется соотношение плеч потенциометра и соответственно напряжение на его выходных контактах. Измерительная система конструкции грунтомера обеспечивает измерение перемещения индентора с точностью до 0,3 миллиметра.
Рис. 55. Грунтомер-пенетро-метр:
1 – корпус; 2 – крышка корпуса; 3 – потенциометр; 4 – кольцевой штамп; 5 – индентор (в крайнем нижнем положении)
Обработка материалов телеметрии показала, что после срабатывания порохового двигателя индентор выдви. нулся на величину 4,5 сантиметра и примерно в течение суток сохранял это положение, после чего указанное расстояние уменьшилось на несколько миллиметров – очевидно в результате температурных деформаций выносного механизма.
Наземная тарировка грунтомера-пенетрометра и радиационного плотномера станции «Луна-13» производилась главным образом на пористых и рыхлых образцах малого удельного веса.
Для оценки степени точности и достоверности измерений плотности и механической прочности лунного грунта аппаратурой автоматической станции «Луна-13» предварительно, в наземных условиях, был произведен учет воздействия различных физических факторов. К этим факторам относились: отличие (от земных значений) ускорения силы тяжести, величины разреженности атмосферы, статических и динамических нагрузок, неровностей лунной поверхности и др.
В связи с этим были особо обработаны материалы панорамных съемок станции «Луна-9»; соответственно тарировки приборов станции «Луна-13» производились на ровной и неровной поверхностях образцов, при атмосферном давлении ив вакууме, при наземном значении силы тяжести и ее величине для лунной поверхности (на самолетах с участками движения по специальной траектории). В тарировке радиационного плотномера был учтен также фон радиации лунной поверхности, замеренный аппаратурой станции «Луна-13».
В итоге совместного рассмотрения материалов измерений, полученных грунтомером-пенетрометром и радиационным плотномером, можно утверждать, что в месте посадки автоматической станции «Луна-13» поверхностный слой представляет собой пористый зернистый минеральный материал, слабо связанный в местах контакта зерен; объемная плотность лунного грунта у поверхности составляет (с вероятностью 70 – 80 процентов) около 0,8 грамма в кубическом сантиметре, т. е. несколько меньше чем у воды.
Близкие параметры микроструктуры поверхностного слоя получены и аппаратами «Сервейер» (прямые измерения плотности не производились).
Несущая способность лунного грунта, по данным станции «Луна-13», в месте ее посадки оказалась равной 0,68 килограмма силы на квадратный сантиметр, удельное сцепление – 0,005 грамма силы на кубический сантиметр и угол внутреннего трения составил 33 градуса.
Физические свойства поверхностных лунных пород исследовались также пятью аппаратами типа «Сервейер» с помощью механического манипулятора, магнитов и по динамике соударения опор аппарата с лунным грунтом; кроме того, было передано большое количество отдельных телевизионных изображений с поверхности Луны.
На рис. 56 показан лунный грунт, высыпанный манипулятором аппарата «Сервейер-3» на его опорную подушку; на снимке хорошо видна зернистая структура и некоторая связанность грунта (траншейки, вырытые манипулятором, имеют четко прослеживаемые вертикальные стенки); сходная картина наблюдается и на снимках колеи «Лунохода-1».