Как было получено изображение обратной стороны Лун

Обратная перспектива
7 октября 1959 года — спустя трое суток после успешного старта, станция «Луна-3» оказалась в заданной точке траектории ее движения на расстоянии 65200 километров от обратной стороны Луны.
***
Перед коллективом ученых и инженеров, возглавляемым Борисом Викторовичем Раушенбахом, была поставлена задача управления ориентацией станции: получением нужного положения корпуса корабля относительно внешних ориентиров, в данном случае Луны. Благодаря их усилиям к середине пятидесятых годов прошлого столетия была разработана теория управления ориентацией космических аппаратов, в которой в четкой форме математических выражений описаны принципы управления положением корпуса аппарата в космическом пространстве, коррекции траектории его движения и гравитационных маневров, предложены инженерные решения этих непростых задач.

К 1958 году лаборатория Раушенбаха создала действующий прототип автономной системы ориентации, названный «Чайка». 5 мая 1959 года на исследовательском полигоне Тюратам (будущий Байконур) были проведены автономные испытания новой системы ориентации.

Вот как их описывает один из участников: "После этого для полной проверки «Чайки» будущий спутник поднимается краном на гибкой подвеске, раскачивается и закручивается вручную относительно трёх осей. Микродвигатели, к всеобщей радости, «фыркают», подтверждая, что при последних перепайках на борту адреса команд не перепутаны".

В проектной документации межпланентная станция «Луна-3» именовалась «объект E2-A2»
Что до испытания в боевых условиях, то его «Чайка» проходила на межпланетной космической станции-фотографе «Луна-3».

Система ориентации «Чайка». Анатомия и физиология
Как Раушенбаху и его сотрудникам удалось четко зафиксировать объетивы фотокамер мчащейся во весь опор «Луны-3» за сотни тысяч километров от Земли?

Компоненты автономной системы стабилизации «Чайка»

Вот так компоненты «Чайки» размещались на борту «Луны-3»
Автономная система ориентации «Чайка» имела в своем составе следующие, взаимодействующие между собой, компоненты: восемь сенсоров солнечного света — по четыре на днище станции (на рисунках обозначены "S") и вокруг объектива окна объективов фотокамер (на рисунках обозначены "В"), три гироскопических сенсора-стабилизатора (на рисунках обозначены "d"), непрерывно измеряющих угловую скорость «Луны-3» в трех плоскостях. Один серсор лунного света (на рисунках обозначен "m"), находившийся между объективами фотокамер, четыре реактивных микродвигателя (на рисунке обозначены «V1-V4»), крестообразно расположенные перпендикулярно центральной оси станции и две пары реактивных микродвигателей (на рисунке обозначены «V5» и «V6»), крестообразно расположенные по касательной к центральной оси станции.

Солнечные сенсоры «Чайки» вокруг фотоиллюминатора станции

Солнечные сенсоры и микродвигатели «Чайки» на днище станции
Информацию от сенсоров получал и обрабатывал электромеханический компьютер, логика работы единственной программы которого базировалась на уравнениях управления ориентацией, разработанных коллективом Раушенбаха. Этот же компьютер управлял моментами запуска и продолжительностью работы восьми реактивных микродвигателей. В качестве топлива в них использовался сжатый азот, хранящийся в специальном баке под давлением 150 атмосфер и подающийся в сопла через редуктор под давлением четыре атмосферы. Компьютер был связан с программно-временным устройством, в котором была заложена циклограмма всего полета «Луны-3».

Миссия «Луна-3»
7 октября 1959 года — спустя трое суток после успешного старта, станция «Луна-3» оказалась в заданной точке траектории ее движения на расстоянии 65200 километров от обратной стороны Луны. Местоположение станции для съемки было выбрано не случайно. Во-первых, она размещалась так, что Луна перед ней и Солнце позади неё находились примерно на одной прямой, а вот Земля, свет которой мог помешать системе ориентации, оказывалась далеко в стороне. Во-вторых, по условиям съемки, «Луна-3» должна была захватить в объективы небольшой участок видимой с Земли поверхности нашего спутника, чтобы у ученых появилась возможность выполнить топографическую привязку местности к известны ориентирам.

В процессе фотографирования система ориентации «Чайка» постоянно удерживала движущуюся станцию кормой к Солнцу
Корпус станции при подлете к точке съемки вращался вокруг ее центра масс с периодом 165 секунд. Эти измерения, выполненные гироскопическими сенсорами "d", позволили задействовать все восемь микродвигателей, практически остановив (погрешность 0,15 градуса в секунду) кувыркание станции по всем трем осям. Гироскопы при этом выполняли роль балансиров, демпфирующих в отсутствии трения действие двигателей ориентации. Этот маневр занял около десяти минут.

После остановки вращения в дело вступили солнечные сенсоры на днище «Луны-3» и вокруг ее объективов. Компьютер, начал подавать управление двигателям V1-V4 таким образом, чтобы максимизировать сигналы сенсоров "S" на днище, и одновременно минимизировать сигналы сенсоров "В" возле объективов. Этот маневр, длившийся около тридцати минут, развернул станцию объективом в сторону Луны, а днищем — к Солнцу.

Точно направить объективы камер на Луну «Чайке» позволила дружная работа гироскопов, солнечных и лунного сенсоров
Нужная ориентация корпуса была получена и постоянно корректировалась с учетом траектории движения центра масс станции. Точно нацелиться на Луну объективам фотоаппаратов позволила информация от сенсора, улавливавшего лунный. Максимизируя его сигналы, компьютер скорректировал положение люка, скрывающего фотоаппаратуру «Луны-3» с погрешностью в 0,5 градуса.

Такое положение по отоношению к Луне заняла станция после завершения маневров ориентации

Так выглядит Луна, пойманная в объектив фотокатеры «Луны-3»
Кроме того, непосредственно перед съемкой «Чайка» придала станции кратковременное вращательное движение вдоль оси съемки, чтобы солнечные лучи равномерно прогрели ее корпус, и процессы химической обработки полученных снимков прошли без проблем.

Как сделали первые снимки тёмной стороны Луны
 Евгений Лебеденко   05.07.2011
https://coollib.net/b/154200/read
https://old.computerra.ru/vision/620218/
Богатов Г.Б. Как было получено изображение обратной стороны Луны. — М—Л: Госэнергоиздат, 1961. 64 с.
Раушенбах Б.В. Управление движением космических аппаратов. – М.: Знание, 1986. – 64с.
https://epizodsspace.airbase.ru/bibl/znan/1986/3/3-rau-upr.html