После посадки станции и открытия лепестковых антенн специальные механизмы, выполненные в виде разворачивающихся многозвенников, выносят приборы в различные стороны на расстояние около 1,5 метра от станции (рис. 53). Кинематика механизмов построена таким образом, что чувствительная часть аппаратуры достаточно плотно прилегает к поверхности лунного грунта.
Плотность наружного слоя лунных пород (толщиной порядка 15 сантиметров) определялась с помощью радиационного гамма-плотномера, датчик которого располагался на выносной части, а электронный блок, обрабатывающий информацию от датчика, – в корпусе станции.
Конструкция выносной части радиационного плотномера показана на рис. 54; его датчик представляет собой плоский корпус размерами 25,8X4,8X1 сантиметр с боковыми сегментами, обеспечивающими его ориентацию на лунной поверхности.
В корпусе датчика размещен радиоактивный изотоп цезия, излучающий гамма-кванты; в результате поглощения и рассеивания гамма-квантов веществом лунных пород часть их возвращается к поверхности грунта и регистрируется счетчиками. В целях уменьшения погрешности, связанной с неровностью лунной поверхности, для обработки используются осредненные значения измерений, выполненных тремя независимыми счетчиками датчика.
Для исключения прямого попадания гамма-квантов от изотопа к счетчикам между ними установлен свинцовый экран.
Достаточно полная независимость определения плотности лунных пород от их химического состава была достигнута следующим образом. При облучении вещества гамма-квантами происходят три физических процесса: фотоэффект, образование пар электрон – позитрон (при которых наблюдается полное исчезновение гамма-квантов) и комптон-эффект, сопровождающийся рассеянием гамма-квантов и изменением направления их движения. Используя гамма-кванты с энергией 0,5 – 3 мегаэлектронвольт, приводящей в основном к комптон-эффекту, сечение которого пропорционально атомному номеру и обратно пропорционально массе элемента, получают зависимость плотности исследуемого вещества от зарегистрированной интенсивности рассеянного излучения; так как упомянутое отношение практически неизменно для большинства элементов горных пород и грунтов, близких к лунным, то результаты измерений плотности имеют высокую достоверность.
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.
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.