Идея полета к Луне возникла как реакция на систематическое отставание американских специалистов от специалистов СССР на начальном этапе освоения космоса. Запуск в СССР первого в мире искусственного спутника Земли был расценен в США как «…уничтожающий удар по престижу Соединенных Штатов». Что касается полетов автоматических станций к Луне, то советские аппараты «Луна-1» и «Луна-2» и здесь оказались первыми. Попытка опередить Советский Союз в запуске в космос человека принесла новое разочарование — первым космонавтом стал советский гражданин Ю.А. Гагарин.
В мае 1961 года президент Джон Кеннеди поставил задачу высадить первых людей на Луне до конца десятилетия, несмотря на то что никто тогда не представлял себе, каким образом это сделать. То была акция политическая — амбициозный ответ Белого дома на первый полет человека в космос. Программа обошлась в 24 миллиарда долларов.
В ходе работ по программе «Аполлон» предстояло решить множество всевозможных научно-технических задач. Прежде всего необходимо было хорошо изучить радиационную и метеорную обстановку на трассе полета, а также особенности лунной поверхности. Для этой цели американские специалисты с 1958 года запускали аппараты «Пионер», уступившие в 1961 году место новым станциям «Рейнджер». Однако до 1964 года все запуски приносили разочарование, ни один аппарат до «Рейнджера-7» не выполнил полностью свои задачи. В мае 1966 года начались исследования с помощью аппарата «Сервейор», предназначавшегося для посадки на Луну. В августе того же года был запущен первый аппарат серии «Лунар орбитер», сфотографировавший поверхность Луны с селеноцентрической орбиты для составления карт и выбора места посадки будущих экспедиций.
Под руководством известного немецкого специалиста в области ракетной техники Вернера фон Брауна были разработаны мощные ракеты-носители, способные вывести на околоземную орбиту более 100 тонн полезной нагрузки. Первый полет «Сатурна-1» состоялся 27 октября 1961 года. Сама ракета весила 512 тонн, а выводить в космос могла до 10 тонн. В 1966 году «Сатурн-1B» доставил на орбиту 18 тонн груза. Непосредственно для полета на Луну предназначалась трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5». Первый запуск этой огромной, достигавшей в длину почти 111 метров, ракеты состоялся 9 ноября 1967 года. На орбиту высотой 185 километров «Сатурн-5» мог доставить 139 тонн полезного груза, а при выводе на траекторию полета к Луне — до 50 тонн. Масса кораблей «Аполлон» составляла от 42,8 до 56,8 тонн.
С марта 1965 года по ноябрь 1966 года на двухместном космическом аппарате «Джемини» совершили полеты десять экипажей, а с октября 1968 года начались космические эксперименты на корабле «Аполлон». Не все протекало гладко, были обычные для этапов экспериментальной отработки космической техники отказы аппаратуры и прочие неполадки. Астронавтам пришлось познакомиться и с космическим укачиванием. В той или иной форме воздействие невесомости почувствовали на себе примерно треть астронавтов. Они испытывали расстройство желудка, подташнивание, рвоту.
Каждый полет на «Аполлоне» был заметным шагом вперед по сравнению с предшествующим, в каждом полете был новый элемент, впервые отрабатываемый на орбите. С начала 1964 года на Луну успешно сели четыре зонда «Рейнджер», совершили мягкую посадку пять станций «Сервейор», а на ее орбиту были выведены три спутника «Орбитер».
Первый «Аполлон» с тремя космонавтами на борту должен был отправиться в экспериментальный полет вокруг Земли в начале 1967 года. А потом через год, как предсказывали оптимисты, к Луне мог бы отправиться первый экипаж.
Эти планы нарушила роковая пятница 27 января. Во время одной из последних предстартовых тренировок из-за пожара кабины «Аполлона» погиб весь экипаж. Расследование показало, что пожар, вероятнее всего, был вызван искрой в электропроводке корабля. Кислородная атмосфера и наличие целого ряда легковоспламеняющихся материалов в кабине способствовали быстрому распространению огня.
9 января 1969 года вновь избранный директор НАСА доктор Томас Пэйн представил экипаж, который должен был отправиться на Луну — Армстронга, Олдрина и Коллинза.
«Когда в январе был утвержден экипаж в нашем составе для полета на Луну на "Аполлоне-11", цель казалась по-прежнему фантастической и недостижимой, — вспоминал впоследствии Армстронг. — Многие вопросы оставались еще без ответа. Существовали лишь неподтвержденные теории. Лунный модуль ожидал пока своего первого практического экзамена, ученые продолжали решать некоторые загадки лунной поверхности. А пока не был получен ответ даже на такой вопрос: можно ли с Земли поддерживать радиосвязь с двумя космическими аппаратами одновременно? Я был почти уверен, что мы не сможем совершить посадку на Луне с "Аполлона-11"».
В начале марта в космос стартовал «Аполлон-9» со всем лунным снаряжением, прежде всего с лунным модулем. Космонавты Джеймс Мак-Дивитт, Дэвид Скотт и Расселл Швайкарт проделали под контролем Земли все операции, которые давали возможность их более счастливым коллегам в будущем прилуниться. Скотт и Швайкарт отдалялись в лунном модуле от основного корабля на расстояние 180 километров.
Во второй половине мая к Луне отправился «Аполлон-10». Томас Стаффорд, Юджин Кенан и Джон Янг имели сложную задачу — связать главные направления работы двух предыдущих экспедиций. Это им и в самом деле удалось. Стаффорд и Кенан приблизились в лунном модуле к поверхности Луны почти на 16 километров.
В январе Армстронг был почти абсолютно уверен, что «Аполлон-11» не сможет прилуниться. «Но после успешных полетов "Аполлона-9" и "Аполлона-10" я изменил мнение, — говорил позднее он. — Прилунение все более и более передвигалось в область реальных возможностей».
Заправленный 1300 тоннами топлива, «Аполлон-11» стартовал 16 июля 1969 года. На борту космического корабля «Аполлон-11» работал экипаж, все члены которого уже побывали в космосе.
Через несколько десятков минут после старта астронавты на минуту включили двигатель третьей ступени. Тем самым они вывели корабль с околоземной орбиты и направились к Луне.
Потом отсек командования и приборов, в конце которого в аэродинамическом контейнере помещался лунный модуль, отсоединился от третьей ступени ракеты. Пока еще у астронавтов не было возможности посетить лунный аппарат, поскольку его отделял сервисный модуль. Время, которым располагали конструкторы, не позволило выработать другого решения.
Основной блок «Аполлона» состоял из герметичной кабины экипажа, двигателей ориентации по тангажу, ориентации по крену, ориентации по рысканию и дополнительных. На его борту были баки с топливом для маршевого двигателя и бачки с жидким кислородом и водородом. Связь осуществлялась через остронаправленную антенну.
Коллинз маневрировал кораблем таким образом, чтобы отсек командира и лунный модуль развернулись лоб в лоб — иначе говоря, стыковочными узлами друг к другу. Оба объекта состыковались. Если бы эта операция по какой-либо причине не удалась, астронавты не смогли бы прилуниться — не оказалось бы спускаемого аппарата.
Полет прошел без каких-либо осложнений. Примерно через 76 часов после запуска «Аполлон-11» стал спутником Луны. Один виток вокруг Луны «Аполлон-11» совершал ровно за 2 часа 8 минут 37 секунд. Из этого времени 49 минут корабль находился вне видимости с Земли и не имел связи с Хьюстоном. На втором витке космонавты передали телевизионный репортаж. Перед наступлением вечера они еще раз провели коррекцию орбиты — летели на высоте 99,3–121,3 километра со скоростью 1,6 километра в секунду. Наконец проверили все приборы командного отсека и лунного модуля.
Через 100 часов 15 минут после старта модуль «Игл» включает небольшие маневровые двигатели и отделяется от корабля. Оба они движутся по одной траектории. Модуль отплывает от корабля на расстояние четырех километров. Хьюстон дал двум космонавтам в лунном модуле разрешение на посадку. Над обратной стороной Луны должен был вновь включиться двигатель, а корабль выйти на орбиту снижения.
Включается зажигание двигателя лунной кабины. Теперь его отключат только после прилунения. Высота — почти 13 тысяч метров над поверхностью Луны. Экипаж и центр управления взаимно заверяют друг друга, что снижение проходит нормально.
«Игл»: «…А Земля лишь в переднем иллюминаторе. Хьюстон, посмотри на наш дельта Н! Аларм!»
Высота 7000 метров, скорость — 400 метров в секунду.
Хьюстон: «По нашему мнению, ведете себя отлично, "Игл"!»
Высота 4160 метров, скорость — 230 метров в секунду.
Через короткое время астронавты включат программу П-64. Лунный модуль который до сих пор летел «ногами вперед» по вытянутому эллипсу, медленно, но верно приближаясь к лунной поверхности, на восьмой минуте снижения зависает почти как вертолет.
Теперь Армстронг переключает управление с бортового компьютера на себя, снимая тем самым напряжение с ЭВМ для более важных программ.
Сначала предполагали прилуниться в Западном кратере. «Но чем ближе мы к нему спускались, тем яснее становилось, что место это не слишком приветливое. Везде были разбросаны валуны величиной по меньшей мере с "фольксваген". Нам казалось, что скалы летят на нас с огромной скоростью. Несомненно, было бы интересно совершить посадку среди этих камней — можно было бы взять пробы прямо из кратера. Ученых это, конечно бы, заинтересовало. Но, в конце концов, победил разум».
Прилунение на этом поле камней астронавты вряд ли бы пережили. С двадцатисекундной задержкой Армстронг выключает П-64 и включает П-66. Программу для полуавтоматической посадки П-65, по которой автоматы управляли бы снижением до последнего метра, применить нельзя. А полностью ручное управление по программе П-67 астронавты оставляют на крайний случай.
«Мы маялись горизонтально над разбросанными скалами и искали какое-нибудь место для посадки, — рассказывал несколько развязным тоном командир корабля о драматических событиях над Луной. — Мы нашли их несколько и досконально осмотрели. Но садиться передумали, поскольку, чем дальше мы летели, тем больше приближались к месту которое нам нравилось».
Лунная кабина благополучно прилунилась в районе Моря Спокойствия 20 июля 1969 года в 20 часов 17 минут 41 секунду по Гринвичу.
На Луне астронавты работали в скафандрах. Системы жизнеобеспечения: баллоны со сжатым воздухом, поглотители углекислого газа и водяного пара, рассчитанные на 7 часов нормальной и 1,5 часа аварийной работы, находились за спиной, поэтому их называют ранцевыми.
В 2 часа 56 минут Армстронг ступил на поверхность Луны. «Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества», — произнес он первую свою фразу на Луне. Он рассказал о своих впечатлениях, сделал несколько фотоснимков и стал собирать аварийный комплект образцов лунного грунта. Самочувствие его было в целом удовлетворительным. Все свои действия астронавт комментировал. Говорил лаконично, но нередко восторженно. Так, по поводу одного из лунных камней, понравившегося Олдрину, Армстронг сказал: «Он (камень) подобен лучшему десерту Соединенных Штатов».
В 109 часов 42 минуты по бортовому времени на Луну спустился и Олдрин. Оба астронавта вошли в поле зрения телевизионной камеры, направленной на лунную кабину. Армстронг счистил с поверхности кабины серебряную фольгу, под которой оказалась пластинка с надписью: «Здесь люди с планеты Земля впервые ступили на Луну, июль 1969 н.э. Мы пришли с миром от всего человечества». На пластинке стояли подписи всех членов экипажа «Аполлона-11» и президента США Р. Никсона.
Астронавты установили на поверхности Луны флаг США, прибор для изучения солнечного ветра и опробовали различные способы передвижения: обычный, прыжками (отталкиваясь одной ногой) и бег «кенгуру» (прыжком, отталкиваясь двумя ногами).
Наземный оператор пригласил их войти в кадр телекамеры. К ним с краткой речью обратился президент Никсон, находившийся в Овальном кабинете Белого дома. После разговора с президентом астронавты собрали основной комплект лунных пород, установили на поверхности сейсмограф, лазерный отражатель и стали готовиться к возвращению в кабину. Вне кабины Армстронг провел 2 часа 30 минут, Олдрин — на 20 минут меньше.
В 124 часа 22 минуты по бортовому времени взлетная ступень лунной кабины успешно стартовала с Луны. Возвращение «Аполлона-11» на Землю прошло без особых осложнений, и 24 июля 1969 года его отсек экипажа приводнился в двадцати километрах от встречавшего его авианосца «Хорнет». Так закончился этот исторический полет.
Пока Америка чествовала своих героев, на космодроме готовился к старту новый корабль — «Аполлон-12». Запуск состоялся 14 ноября 1969 года и едва не стал роковым для астронавтов. В этот день над космодромом повисли тяжелые грозовые тучи, и при полете через них ракеты возник атмосферный электрический разряд, вызвавший неполадки на борту. Через 16 секунд вновь возник разряд, астронавты увидели в кабине яркую вспышку, после которой на пульте загорелось множество аварийных сигналов. Это был очень напряженный момент полета. К счастью, все обошлось, и дальнейший полет не вызвал новых осложнений.
Наибольшие испытания выпали на долю экипажа «Аполлона-13», стартовавшего 11 апреля 1970 года. На его борту находились Дж. Ловелл (командир), Дж. Суиджерт и Ф. Хейс. 14 апреля, когда корабль был на расстоянии 330 тысяч километров от Земли, астронавты услышали слабый звук взрыва, донесшийся из двигательного отсека. Через несколько минут оказалась поврежденной одна из батарей топливных элементов, еще через 20 минут за ней последовала и вторая. Оставшаяся третья батарея не могла обеспечить корабль электроэнергией. Фактически отсек экипажа вышел из строя, и, случись это при возвращении с Луны, экипаж неминуемо бы погиб. В сложившихся же обстоятельствах астронавтам оставалось надеяться на энергоресурсы лунной кабины.
Экипаж начал бороться за жизнь. «Аполлон» в соответствии с законами механики продолжал лететь к Луне. Необходимо было осуществить коррекцию его траектории. Поскольку предназначенный для этого маршевый двигатель включать было опасно — он мог оказаться поврежденным взрывом, — оставалось надеяться на двигатель посадочной ступени, рассчитанный всего на одно длительное включение. Но астронавтам пришлось включать его три раза!
15 апреля в 5 часов 30 минут обстановка в лунной кабине стала угрожающей — содержание углекислого газа повысилось до уровня, опасного для жизни астронавтов. Патроны поглотителя не были рассчитаны на столь длительную работу и не справлялись с очисткой воздуха для трех членов экипажа. Астронавты отсоединили от своих скафандров два шланга, один из которых они протянули от вентилятора в лунной кабине ко входу поглотителя в отсеке экипажа, а второй — от выхода поглотителя в лунную кабину. Для крепления шлангов к поглотителю в ход пошли пластмассовые мешочки для пищи и липкая лента. Содержание углекислого газа стало быстро уменьшаться и вскоре достигло приемлемой величины.
В 23 часа 10 минут появился сигнал о перегреве одной из химических батарей. Анализ, проведенный на Земле, показал, что тревога оказалась ложной — батарея работает нормально, из строя вышел лишь датчик, измерявший ее температуру. Истекающий из двигательного отсека газ закручивал корабль и затруднял связь с Землей. Руководство НАСА привлекло к работе радиотелескоп, расположенный в Австралии. 16 апреля повысилось давление в одном из баллонов с гелием. В результате сработал предохранительный клапан, и выходящий газ стал быстро закручивать корабль. Запасов гелия, правда, хватало, чтобы обеспечить запуск двигателя для коррекции.
Недостаток энергетики на борту привел к деформации теплового режима. Вскоре после аварии температура в кабине упала до 11 градусов Цельсия.
Полет «Аполлона-13», несмотря на все трудности, окончился благополучно. На Землю спустились исхудавшие, измученные борьбой за выживание, больные люди.
После этого полета на Луну стартовало еще четыре экспедиции Эти полеты прошли во всех отношениях удачно, серьезных осложнений больше не возникало. В некоторых экспедициях астронавты по Луне передвигались с помощью «Ровера» — колесного транспортного средства, работающего от аккумуляторов.
Доставленный астронавтами на Землю лунный грунт позволил ученым расширить свои знания о Луне. Подтвердилось предположение, что она стерильна и на ней нет жизни. Была опровергнута гипотеза, что Луна повторяет облик Земли. Оказалось, что Луна формировалась самостоятельно, хотя ее возраст совпадает с возрастом Земли. Всего на луноходе астронавты проехали по Луне около 30 километров и доставили на Землю примерно 500 килограммов лунных пород.