3 апреля 1966 года впервые в истории космонавтики на селеноцентрическую (окололунную) орбиту была выведена автоматическая станция «Луна-10», которая стала первым искусственным спутником Луны.
На начальном этапе и до подлета к Луне движение АМС «Луна-10» принципиально ничем не отличались от движения «Луны-9» и других станций, на которых отрабатывалась мягкая посадка. Сперва «Луна-10» была выведена на орбиту искусственного спутника Земли. С помощью разгонного блока скорость станции была доведена до 10,9 км/с. При такой начальной скорости продолжительность полета до Луны должна была составлять несколько меньше трех с половиной суток.
Для попадания «Луны-10» в заданную точку окололунного пространства была произведена коррекция траектории, после чего станция вошла в сферу действия Луны, то есть в ту область космического пространства, в которой Луна своим притяжением способна существенно влиять на полет станции. Радиус этой сферы около 66 тыс. км.
Законы небесной механики говорят о том, что космический аппарат, вошедший в сферу действия Луны, должен либо упасть на Луну, либо покинуть эту сферу и навсегда удалиться в межпланетное пространство. Короче говоря, без вмешательства дополнительной силы никакое тело не может стать спутником Луны. Точно так же обстояло дело и с «Луной-10». Чтобы превратить станцию в искусственный спутник Луны, надо было уменьшить скорость ее движения. Лишь тогда, когда скорость станции станет меньше значения второй космической скорости на заданном расстоянии от Луны, последняя сможет удержать станцию около себя на орбите. Эту задачу можно было решить с помощью тормозного двигателя.
Разумеется, во время торможения сопло реактивного двигателя должно быть обращено строго вперед. Тогда тормозной импульс будет направлен против движения станции, что и обеспечит желаемый результат. Поэтому на заключительном этапе полета (в 800 км от Луны) станция была предварительно нужным образом сориентирована.
Продолжая двигаться по пролетной траектории, «Луна-10» достигла расчетной точки, удаленной от поверхности Луны на 1000 км. В момент прохождения через эту точку скорость станции составляла 2,1 км/с, а после работы тормозной двигательной установки была снижена до 1,25 км/с. Такое уменьшение скорости обеспечило переход станции под действием притяжения Луны с пролетной траектории на селеноцентрическую орбиту. Через 20 секунд после выключения двигательной установки собственно автоматическая лунная станция – «Луна-10» - отделилась от двигательной установки и отсеков системы управления и превратилась в искусственный спутник Луны (ИСЛ).
Первый ИСЛ представлял собой герметический контейнер весом 245 кг. Оборудование спутника и источники питания были расположены внутри корпуса. Снаружи на корпусе находились только антенные устройства и некоторые научные приборы, как, например, магнитометр, «ловушки» метеорных частиц, блок тепловых датчиков и другое.
Первоначальная эллиптическая орбита спутника имела такие параметры:
- наибольшее расстояние от поверхности Луны – 1017 км;
- наименьшее – 350 км;
- период обращения вокруг Луны – 2 часа 58 минут 15 секунд;
- угол наклона орбиты спутника к плоскости лунного экватора - 71° 54´
Создание таких спутников является необходимым этапом в освоении ближайшего к нам небесного тела. Если с помощью автоматических лунных станций (АЛС), совершающих посадку на Луну, детально изучаются небольшие участки ее поверхности, то с помощью ИСЛ можно вести детальные глобальные исследования Луны и окололунного пространства.
Какие же научные задания выполняла «Луна-10». Одно из важнейших состояло в исследовании гравитационного поля Луны. Движение ИСЛ определяется в основном силой лунного притяжения, а Земля и Солнце его возмущают. Но еще большее возмущение спутник испытывает со стороны самой Луны. Если бы Луна была идеальным шаром с однородным распределением вещества, то она не оказывала бы на спутник никакого возмущающего воздействия. Но Луна – не шар, и массы в ее недрах распределены далеко не равномерно. В конечном счете все это сказывается на движении спутника: медленно изменяется форма орбиты спутника, ее размеры и положение в пространстве. В результате этих изменений спутник должен упасть на Луну.
Анализируя характер движения первого ИСЛ, советские ученые установили несимметричность поля тяготения Луны. Действие его заметно усиливается в средней меридиональной зоне обратной стороны. Это объясняется тем, что там имеется вытянутость, благодаря которой Луна приобрела грушевидную форму. Данное открытие не только расширило наши представления о фигуре Луны, но и вызвало большой интерес к нему со стороны ученых-космогонистов, занимающихся проблемами происхождения и развития небесных тел.
К числу задач, которые можно успешно решить только с помощью ИСЛ, относится задача уточнения массы небесного тела. Чем точнее мы определим из наблюдений период обращения спутника вокруг Луны, тем точнее сможем вычислить отношение массы Луны к массе Земли. Благодаря изучению движения первого ИСЛ это отношение было принято равным 1/81,3.
С помощью первого ИСЛ около двух месяцев изучались физические свойства окололунного пространства и, в частности, определялась напряженность магнитного поля Луны. Для этого на спутнике был установлен высокочувствительный магнитометр.
Измерения показали наличие у Луны очень слабого магнитного поля, напряженность которого примерно в тысячу раз меньше напряженности магнитного поля Земли. В отличие от земного дипольного (двухполюсного), оно оказалось однородным.
Как известно, солнечный ветер (поток заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем) «сдувает» земную магнитосферу в сторону противоположную Солнцу, так что у Земли образуется магнитный шлейф. Он тянется на сотни тысяч километров, простираясь за орбиту Луны, а поэтому в периоды полнолуний может воздействовать на окрестности нашего спутника.
«Луна-10» установила, что такое воздействие действительно происходит, когда Луна в полнолуние попадает на линию Земля-Солнце. Следовательно, физика окололунного пространства лишь частично обусловлена самой Луной. Основное влияние на характеристики окрестностей Луны оказывают излучения Солнца, космические лучи и периодически магнитный шлейф Земли. Поскольку у Луны нет существенного магнитного поля, вокруг нее нет и не может быть пояса радиации.
На обшивке ИСЛ «Луна-10» находились специальные датчики, чувствительные к ударам метеорных частиц. Изучение микрометеорной обстановки показало, что в окрестностях Луны плотность твердого метеорного вещества более чем в 100 раз превышает среднюю для межпланетного пространства. Исходя из длительности эксперимента, можно утверждать, что обнаруженное сгущение представляет собой метеорный рой, непосредственно связанный с Луной силами тяготения, то есть это сгущение местного характера.
Особый интерес представляло измерение с помощью первого ИСЛ радиоактивности лунных пород. Обнаружив собственную радиоактивность, или так называемое гамма-излучение Луны, можно было по концентрации радиоактивных элементов установить тип горной породы и ее химический состав. Кроме того, изучая гамма-излучение, мы получаем сведения о радиационной обстановке на поверхности Луны.
Как известно, гамма-излучение связано с естественным распадом радиоактивных элементов, содержащихся в горных породах: тория, урана и изотопа калия-40. Но на Луне такое же излучение возникает еще в результате воздействия космических лучей на лунное вещество. Оно называется наведенной радиацией. На ее долю приходится не менее 90% всего гамма-излучения лунных пород. Общий же уровень радиации в лунном мире в 1,5 – 2 раза выше, чем на Земле.
Оказалось, что содержание радиоактивных элементов в лунных породах примерно такое же, как в земных базальтах. Основными породообразующими элементами лунной поверхности являются кислород, магний, алюминий, кремний. Таким образом, исследования, выполненные с помощью первого ИСЛ «Луна-10», значительно обогатило мировую науку новыми важными данными о Луне и окололунном космическом пространстве.
Масса КА после отделения от РН 1582 кг, масса лунного спутника 240 кг. На ИСЛ имелась научная аппаратура: гамма-спектрометр для исследования интенсивности и спектрального состава гамма-излучения лунной поверхности, прибор для изучения радиационной обстановки вблизи Луны, аппаратура для изучения солнечной плазмы, приборы для регистрации ИК излучения поверхности Луны, регистратор метеорных частиц. ИСЛ «Луна-10» активно существовал 56 суток, совершив 460 оборотов вокруг Луны. Проведено 219 сеансов радиосвязи.

Общее описание автоматической межпланетной станции “Луна”