Luna 13 fue la tercera nave espacial en hacer un aterrizaje suave exitoso en nuestro satélite (después de Luna 9 y Surveyor 1). Los objetivos de la misión de la URSS eran obtener imágenes de la superficie lunar, estudiar las propiedades físicas y químicas del regolito, medir las temperaturas y evaluar el entorno de radiación. Luna 13 era casi idéntica a Luna 9, excepto por algunos cambios estructurales realizados en respuesta a la experiencia obtenida al aterrizar Luna 9 y la adición de algunos experimentos.
La estación lunar automática era un cuerpo esférico con un diámetro de 58 centímetros y una masa de 112 kg. Consistía en un contenedor herméticamente cerrado, presurizado a 1.2 atmósferas, que contenía el sistema de radio, el dispositivo de programación, las baterías, el sistema de control térmico y el aparato científico. En el exterior del compartimento se instalaron cuatro antenas que se abrieron automáticamente después del aterrizaje.
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También se instaló un sistema de amortización de airbag para amortiguar el rellano fuera de la estación. Todo el compartimiento estaba montado sobre una plataforma de vuelo que contenía el retrocohete principal KTDU-5A, cuatro cohetes Vernier de estabilizadores, un tanque de combustible de aleación de aluminio toroidal, un tanque oxidante esférico de 90 cm de diámetro, un sistema de bombeo de combustible, el tanque de nitrógeno para inflar la bolsa de aire y equipo de sensor de aterrizaje y orientación.
Este equipo incluía giroscopios, aparatos electroópticos, el sistema de radar de aterrizaje suave y pequeños motores de orientación. Los compartimentos a ambos lados del cuerpo principal, con una masa de 300 kg, contenían un radar de guía y los tres chorros de nitrógeno y botellas de gas del sistema de control de actitud para la etapa de crucero, diseñados para ser desechados una vez iniciado el descenso.
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La carga propulsora total (combustible a base de amina y oxidante de ácido nítrico) fue de más de 800 kg. Luna 13 estaba equipada con una cámara de televisión panorámica de escaneo liviana (1,5 kg), un detector de radiación corpuscular KS-17MA para medir los rayos cósmicos, un radiómetro infrarrojo ID-3 para determinar la temperatura, un densitómetro de radiación 'plotnomer' RP para estudiar la densidad de la superficie, un dinamógrafo DS-1 'Yastreb' para medir las cargas de aterrizaje y un penetrómetro 'gruntomero' GR-1 para analizar las propiedades físicas del regolito y la resistencia al rodamiento.
Se montó un espejo en una torreta de 8 cm en la parte superior del módulo de aterrizaje sobre la cámara para permitir una cobertura de 360 grados. El contenedor científico fue diseñado para separarse de la etapa de vuelo inmediatamente antes del aterrizaje. El sistema de control térmico mantuvo la temperatura interior entre 19 y 30 grados. Todas las operaciones se realizaron con baterías.
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La misión Luna 13 despegó el 21 de diciembre de 1966 a las 10:17:08 UTC del cosmódromo de Baikonur y se inyectó en una órbita de 171 x 223 km con una inclinación de 51,8 grados. Luego, la nave fue lanzada hacia el satélite desde su plataforma en órbita terrestre. Después de una corrección de rumbo planificada el 22 de diciembre, los retrocohetes se dispararon el 24 a las 17:59 a una altitud de 70 km, y logró un aterrizaje suave a las 18:01 UTC en la región de Oceanus Procellarum a 18,87 N, 62,05 W (según comunicados de TASS).
A continuación, se abrió el encapsulado de pétalos, se erigieron antenas y las transmisiones de radio a la Tierra comenzaron a funcionar cuatro minutos después del aterrizaje, que ocurrió 6,5 horas antes del amanecer. El 25 y 26 de diciembre el sistema de televisión transmitió panoramas del paisaje lunar cercano en diferentes ángulos solares (6, 19 y 32 grados). Cada panorama requirió 100 minutos para transmitirse.
El resto de experimentos también fueron operados. La última sesión de transmisión ocurrió entre las 4:05 y las 6:13 UTC del 28 de diciembre, después de lo cual se creía que las baterías se habían agotado. El 31 un comunicado de TASS anunció que Luna 13 había completado su misión. Dos años después, un 21 de diciembre también, despegaría el Apolo 8 de Cabo Cañaveral (EE UU). Fue la primera nave tripulada en acercarse a la órbita lunar (la rodeó, de hecho),
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