Luna 3

Luna 3 , o E-2A No.1 ( en ruso : Луна 3 ), fue una nave espacial soviética lanzada en 1959 como parte del programa Luna . Fue la primera misión en fotografiar la cara oculta de la Luna y la tercera sonda espacial soviética enviada a las cercanías de la Luna . ^{[ 5 ]} Las históricas e inéditas imágenes de la cara oculta de la Luna causaron gran entusiasmo e interés cuando se publicaron en todo el mundo, y se creó un atlas provisional de la cara oculta de la Luna a partir de las fotografías.

Estas vistas mostraban un terreno montañoso, muy diferente al de la cara visible, y solo dos regiones oscuras y bajas, que fueron denominadas Mare Moscoviense (Mar de Moscú) y Mare Desiderii (Mar del Deseo). Posteriormente se descubrió que Mare Desiderii estaba compuesto por un mare más pequeño, Mare Ingenii (Mar de la Inteligencia), y varios otros cráteres oscuros. La razón de esta diferencia entre las dos caras de la Luna aún no se comprende del todo, pero parece que la mayor parte de las lavas oscuras que fluyeron para producir los mares se formaron bajo la mitad que mira hacia la Tierra. ^{[ 6 ]}

La sonda espacial era un contenedor cilíndrico con extremos hemisféricos y una brida ancha cerca de la parte superior. Medía 130 centímetros de largo y 120 centímetros de diámetro máximo en la brida. La mayor parte de la sección cilíndrica tenía un diámetro aproximado de 95 centímetros . El contenedor estaba sellado herméticamente y presurizado a unos 0,22 atmósferas estándar (22 kPa ) . Varias células solares estaban montadas en el exterior del cilindro y proporcionaban energía eléctrica a las baterías de almacenamiento dentro de la sonda espacial.    

Se colocaron compuertas para el control térmico a lo largo del cilindro, las cuales se abrían para exponer una superficie radiante cuando la temperatura interna superaba los 25 °C (298 K) . El hemisferio superior de la sonda albergaba la abertura cubierta para las cámaras. Cuatro antenas sobresalían de la parte superior de la sonda y dos de la inferior. En el exterior se instaló otro equipo científico, incluyendo detectores de micrometeoroides y rayos cósmicos , y el sistema de imágenes Yenisey-2. Los inyectores de gas para su sistema de control de actitud se ubicaron en el extremo inferior de la nave espacial. Varias células fotoeléctricas ayudaban a mantener la orientación con respecto al Sol y la Luna.  

No había motores de cohete para corregir el rumbo.

En su interior albergaba las cámaras y el sistema de procesamiento de película fotográfica , el transmisor de radio , las baterías , las unidades giroscópicas y los ventiladores de circulación para el control de la temperatura. Durante la mayor parte del vuelo, se estabilizó mediante rotación, pero su sistema de control de actitud de tres ejes se activó al tomar fotografías. La Luna 3 era controlada por radio desde estaciones terrestres en la Unión Soviética.

Los medios soviéticos llamaron a la nave espacial Estación Interplanetaria Automática. ^{[ 7 ]} La sonda fue rebautizada como Luna 3 en 1963. ^{[ 8 ]}

Después de ser lanzada en un cohete Luna 8K72 (número I1-8) sobre el Polo Norte , la etapa de escape Blok-E fue apagada por control de radio para poner a Luna 3 en su trayectoria hacia la Luna. El contacto de radio inicial mostró que la señal de la sonda espacial era solo aproximadamente la mitad de fuerte de lo esperado, y la temperatura interna estaba aumentando. El eje de giro de la nave espacial fue reorientado y algunos equipos fueron apagados, lo que resultó en un descenso de la temperatura de 40  °C a aproximadamente 30  °C. ^{[ 9 ]} A una distancia de 60 000 a 70 000  km de la Luna, el sistema de orientación fue encendido y la rotación de la nave espacial fue detenida. El extremo inferior de la nave fue apuntado al Sol, que brillaba en la cara oculta de la Luna.

La sonda espacial pasó a 6200  km de la Luna cerca de su polo sur en el punto de máxima aproximación lunar a las 14:16 UT del 6 de octubre de 1959, y continuó su camino sobre la cara oculta. El 7 de octubre, la fotocélula en el extremo superior de la sonda espacial detectó la cara oculta de la Luna iluminada por el Sol, y se inició la secuencia fotográfica. ^{[ 10 ]} La primera imagen se tomó a las 03:30 UT a una distancia de 63 500  km de la Luna, y la última imagen se tomó 40 minutos después desde una distancia de 66 700  km.

Se tomaron un total de 29 fotografías, ^{[ 11 ]} que cubrían el 70% de la cara oculta. Una vez finalizada la fotografía, la nave espacial reanudó su rotación, pasó por el polo norte de la Luna y regresó hacia la Tierra. Los intentos de transmitir las imágenes a la Unión Soviética comenzaron el 8 de octubre, pero los primeros intentos no tuvieron éxito debido a la baja intensidad de la señal. A medida que Luna 3 se acercaba a la Tierra, se transmitieron un total de aproximadamente 17 fotografías para el 18 de octubre. Se perdió todo contacto con la sonda el 22 de octubre de 1959. Se cree que la sonda espacial se desintegró en la atmósfera terrestre en marzo o abril de 1960. Otra posibilidad es que haya sobrevivido en órbita hasta 1962 o más tarde.

Inicialmente, se lanzó en una órbita con el perigeo fuera del límite superior de la atmósfera terrestre. Tras completar la misión y después de que la sonda realizara varias órbitas alrededor de la Tierra, el aumento secular de la excentricidad provocó una disminución del perigeo debido a la conservación del semieje mayor. Tras once revoluciones orbitales, Luna-3 entró en la atmósfera terrestre. Se trata del primer caso de un « efecto Lidov-Kozai artificial ». ^{[ 12 ]}

Primera asistencia por gravedad

La maniobra de asistencia gravitatoria se utilizó por primera vez en 1959, cuando la sonda Luna 3 fotografió la cara oculta de la Luna. Tras su lanzamiento desde el Cosmódromo de Baikonur , Luna 3 pasó por detrás de la Luna de sur a norte y regresó a la Tierra. La gravedad lunar modificó la órbita de la nave; asimismo, debido al propio movimiento orbital de la Luna, el plano orbital de la nave también se vio alterado. La órbita de regreso se calculó de manera que la nave volviera a pasar sobre el hemisferio norte, donde se ubicaban las estaciones terrestres soviéticas. La maniobra se basó en la investigación realizada bajo la dirección de Mstislav Keldysh en el Instituto de Matemáticas Steklov . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

El propósito de este experimento era obtener fotografías de la superficie lunar mientras la nave espacial sobrevolaba la Luna. El sistema de imágenes se denominó Yenisey-2 y constaba de una cámara de doble lente AFA-E1, una unidad de procesamiento automático de película y un escáner. ^{[ 7 ]} Las lentes de la cámara eran un objetivo de 200  mm de distancia focal y apertura f /5.6 y un objetivo de 500 mm y apertura f /9.5 . La cámara llevaba 40 fotogramas de película isocroma de 35 mm de fabricación estadounidense, resistente a la temperatura y a la radiación, recuperada por los soviéticos de globos de espionaje estadounidenses Genetrix derribados . ^{[ 16 ] [ 17 ]} El objetivo de 200 mm podía fotografiar el disco completo de la Luna y el de 500 mm podía tomar una imagen de una región de la superficie. La cámara estaba fija en la nave espacial y el apuntamiento se lograba mediante la rotación de la propia nave.   

Luna 3 fue la primera nave espacial con estabilización de tres ejes. Durante la mayor parte de la misión, la nave se estabilizó mediante rotación, pero para fotografiar la Luna, se orientó un eje hacia el Sol y se utilizó una fotocélula para detectar la Luna y orientar las cámaras hacia ella. La detección de la Luna activaba la apertura de la tapa de la cámara y el inicio automático de la secuencia fotográfica. Las imágenes se alternaban entre ambas cámaras durante la secuencia. Una vez finalizada la fotografía, la película se trasladaba a un procesador a bordo donde se revelaba, fijaba y secaba. Desde la Tierra se enviaban comandos para introducir la película en un escáner de punto móvil, donde un punto producido por un tubo de rayos catódicos se proyectaba a través de la película sobre un fotomultiplicador . El punto se escaneaba a través de la película y el fotomultiplicador convertía la intensidad de la luz que la atravesaba en una señal eléctrica que se transmitía a la Tierra (mediante vídeo analógico modulado en frecuencia, similar a un facsímil). Se podía escanear un fotograma con una resolución de 1000 líneas (horizontales) y la transmisión se podía realizar a una velocidad de televisión de barrido lento a grandes distancias de la Tierra y a una velocidad más rápida a distancias más cortas.

La cámara tomó 29 fotografías durante 40 minutos el 7 de octubre de 1959, desde las 03:30 UT hasta las 04:10 UT, a distancias que oscilaban entre los 63.500  km y los 66.700  km sobre la superficie, cubriendo el 70% de la cara oculta de la Luna. Diecisiete (algunos dicen doce) de estas imágenes se transmitieron con éxito a la Tierra (a las estaciones de seguimiento en Crimea y Kamchatka), y seis se publicaron (las imágenes numeradas 26, 28, 29, 31, 32 y 35). Fueron las primeras fotografías del hemisferio oculto de la Luna. ^{[ 18 ]}

El sistema de imágenes fue desarrollado por PF Bratslavets e IA Rosselevich en el Instituto de Investigación Científica para la Televisión de Leningrado, y las imágenes obtenidas fueron procesadas y analizadas por Iu.N. Lipskii y su equipo en el Instituto Astronómico Sternberg. La cámara AFA-E1 fue desarrollada y fabricada por la fábrica KMZ ( Krasnogorskiy Mekhanicheskiy Zavod ).

Las imágenes fueron analizadas y el primer atlas del lado oculto de la Luna fue publicado por la Academia de Ciencias de la URSS el 6 de noviembre de 1960. ^{[ 19 ]} Incluía un catálogo de 500 características distintivas del paisaje. ^{[ 20 ]} En 1961, el primer globo (1:13 600 000 escala ) ^{[ 21 ]} que contiene características lunares invisibles desde la Tierra fue lanzado en la URSS , basado en imágenes de Luna 3. ^{[ 22 ]} Las características que fueron nombradas incluyen Mare Moscoviense y cráteres que llevan el nombre de Konstantin Tsiolkovsky , Jules Verne , Marie Curie y Thomas Edison . ^{[ 23 ]}

• Chang'e 4 , una misión china de diciembre de 2018 que consistía en una combinación de sonda robótica y módulo de aterrizaje que aterrizó en la cara oculta de la Luna, cerca del polo sur lunar (3 de enero de 2019).
• Exploración de la Luna
• Cara oculta de la Luna
• Lista de misiones a la Luna

• Harvey, Brian (2011). Sondas espaciales rusas: descubrimientos científicos y misiones futuras . Nueva York: Springer. ISBN 978-1-4419-8150-9.
• Siddiqi, Asif A. (2018). Más allá de la Tierra: Crónica de la exploración del espacio profundo, 1958-2016 (PDF) . Serie de historia de la NASA (segunda  edición). Washington, DC: Oficina del Programa de Historia de la NASA. ISBN 978-1-62683-042-4. LCCN 2017059404 . SP2018-4041. 

• Cronología de Zarya – Luna 3
• Fotografías soviéticas de la Luna
• El vuelo de Luna 3
• Catálogo de imágenes de Luna 3 en el NSSDC
• Imágenes procesadas de la misión Luna 3
• Berger, Eric (4 de octubre de 2019). "¡Viva Luna 3, la legítima reina de las misiones espaciales de la década de 1950!" . Ars Technica . Consultado el 4 de octubre de 2019 .