Конструктивно станция «Луна-3» (рис. 2) состояла из герметичного цилиндрического корпуса со сферическими днищами. На наружной поверхности были установлены панели солнечных батарей, антенны радиокомплекса, чувствительные элементы научной аппаратуры. Верхнее днище имело иллюминатор фотокамеры с крышкой, автоматически открывающейся при фотографировании. В верхнем и нижнем днищах размещались малые иллюминаторы для солнечных датчиков системы ориентации. Микродвигатели системы ориентации крепились на нижнем днище.

Рис. 2. Автоматическая станция «Луна-3»

Бортовое служебное оборудование, включающее в себя блоки и устройства станции, научные приборы и химические источники тока, размешалось внутри корпуса, где поддерживался необходимый тепловой режим. Отвод тепла, выделяемого работающими приборами, обеспечивался радиатором, имеющим жалюзи для регулирования теплоотдачи.

Фотоаппарат станции имел объективы с фокусным расстоянием 200 и 500 мм для съемки Луны в различных масштабах. Фотографирование проводилось на специальную 35-миллиметровую пленку, выдерживающую высокие температуры. Отснятая пленка автоматически проявлялась, фиксировалась, сушилась и подготавливалась для передачи изображений на Землю.

Передача велась с помощью телевизионной системы. Преобразование негативного изображения на пленке в электрические сигналы осуществлялось просвечивающей электронно-лучевой трубкой, имеющей высокую разрешающую способность, и высокостабильным фотоэлектронным умножителем. Передача могла вестись в медленном режиме (при связи на больших удалениях) и быстром (при подлете к Земле). В зависимости от условий передачи могло варьироваться число строк, на которые разлагалось изображение. Максимальное число строк — 1000 на один кадр.

Для выполнения фотографирования, после того как АС, двигаясь по траектории, достигла необходимого положения относительно Луны и Солнца, была введена в действие система автономной ориентации. С помощью этой системы ликвидировалось беспорядочное вращение станции, возникшее после отделения от последней ступени ракеты-носителя, а затем, с помощью датчиков Солнца, АС сориентировалась в направлении Солнце-Луна (оптические оси объективов фотокамеры при этом были направлены в сторону Луны). После достижения точной ориентации, когда Луна попала в поле зрения специального оптического устройства, автоматически подавалась команда на фотографирование. В процессе всего сеанса фотосъемки система ориентации сохраняла постоянное наведение аппаратуры на Луну.

Каково же научное значение результатов полетов первых посланцев к Луне?

Уже на первом этапе лунных исследований с использованием автоматических космических устройств получены важнейшие в планетологическом отношении научные данные. Обнаружилось, что Луна не обладает заметным собственным магнитным полем и радиационным поясом. Лунное магнитное поле не было зарегистрировано аппаратурой станции «Луна-2», имевшим нижний порог чувствительности 60 гамм, и, таким образом, напряженность лунного магнитного поля оказалась в 100–400 раз меньше напряженности магнитного поля у поверхности Земли.

Интересен был вывод и о том, что Луна все-таки обладает атмосферой, хотя и чрезвычайно разреженной. Об этом свидетельствовало увеличение плотности газового компонента по мере приближения к Луне.

С помощью «искусственной кометы» — облака паров натрия, выброшенных в пространство и светящихся под воздействием солнечной радиации, — проводилось изучение газовой среды межпланетного пространства. Наблюдение этого облака также позволило уточнить параметры движения станции по траектории.

Фотографирование обратной стороны Луны, выполненное станцией «Луна-3», впервые предоставило возможность увидеть около 2/3 поверхности и обнаружить около 400 объектов, наиболее заметным из которых были даны имена выдающихся ученых. Неожиданностью явилась асимметрия видимой и невидимой сторон Луны. На обратной стороне, как оказалось, преобладает материковый шит с повышенной плотностью кратеров и практически отсутствуют морские районы, так характерные для хорошо знакомой, видимой стороны.

На основании полученных фотографий были составлены первый атлас и карта обратной стороны Луны и изготовлен лунный глобус. Таким образом, был сделан крупный шаг на пути «великих географических открытий» на Луне.

Первые полеты к Луне имели большое значение и для развития космонавтики, и, в частности, для создания межпланетных автоматических станций, накопления опыта и отработки технических средств и методов длительных межпланетных полетов. Они, безусловно, внесли свою долю в основы будущих успехов Советского Союза в области изучения наших ближайших соседей по Солнечной системе — планет Венера и Марс.

Первые зондирующие, разведочные, полеты к Луне не только принесли много интересных и ценных научных результатов, но и помогли сформулировать новые направления исследований нашей ближайшей космической соседки. На повестку дня встал вопрос об изучении глобальных свойств этого космического тела, а также проведение исследований по выявлению региональных особенностей строения лунной поверхности.

Для решения этих задач необходимо было создать космические аппараты, способные доставлять научную аппаратуру в различные районы Луны или проводить длительные исследования в окололунном пространстве с орбит ее искусственных спутников. Возник целый комплекс научно-технических проблем, связанных с обеспечением большей точности выведения космических аппаратов на необходимые для этого траектории полета, с проведением контроля и управления их движением, с разработкой методов и созданием средств ориентации космических аппаратов по небесным телам и компактных, надежных и эффективных ракетных двигателей, позволяющих выполнять многоразовое включение и допускающих регулировку тяги в широких пределах (для проведения коррекции траекторий движения и торможения при выполнении мягкой посадки или перехода на орбиту ИСЛ).

К станциям этого поколения относились АС «Луна-9, -13», осуществившие мягкие посадки на Луку, а также «Луна-10, -11, -12, -14», выведенные на окололунные орбиты (см. Приложение). Они включали в себя жидкостный реактивный двигатель и баки с топливом, контейнер с научной аппаратурой и с системами для обеспечения ее функционирования, а также радиооборудование для передачи команд с Земли на АС и информации с АС на Землю, автоматические устройства, обеспечивающие работу всех агрегатов в определенной последовательности.

В зависимости от полетного задания (мягкая посадка на Луну или выведение станции на окололунную орбиту) варьировался набор служебных систем и режим их работы, состав научной аппаратуры и ее компоновка.

Советская станция «Луна-9» стала первым в истории человечества космическим аппаратом, совершившим мягкую посадку на Луну. Комплекс устройств, обеспечивший доставку контейнера с аппаратурой на лунную поверхность, включал в себя корректирующе-тормозную двигательную установку, радиоустройства и агрегаты системы управления, источники энергопитания.

Двигательная установка АС состояла из однокамерного ЖРД и управляющих сопел, сферического бака окислителя, являющегося основным силовым элементом станции, и тороподобного бака горючего. В двигателе использовалось топливо, состоящее из азотнокислотного окислителя и горючего на основе аминов. Подача компонентов в камеру сгорания осуществлялась турбонасосным агрегатом. ЖРД развивал тягу 4640 кг при давлении в камере сгорания около 64 кг/кв. см. Двигательная установка обеспечивала двухразовое включение, необходимое для проведения коррекции траектории во время перелета и торможения перед посадкой. При коррекции двигатель работал с постоянной тягой, а при посадке ее величина регулировалась в широком диапазоне.