Лунный август

Александр Хохлов
Александр Хохлов

Август 2023 года вошел в историю космонавтики как очередной важный шаг к освоению нашего естественного спутника. Несмотря на различие результатов двух межпланетных миссий, российской и индийской, каждая из них добавила что-то в копилку опыта инженерных и научных команд, а главное — привлекла внимание СМИ и людей во всем мире. Теперь российским специалистам предстоит работа над ошибками, а в Индии объявили 23 августа, когда состоялась мягкая посадка станции «Чандраян-3», Национальным днем космоса.

Предыстория

У автоматических межпланетных станций «Луна-25» и «Чандраян-3» долгая история, и, что особенно важно, она во многом общая.

Когда в 1976 году советская лунная станция «Луна-24» совершила мягкую посадку в экваториальной зоне Луны, провела исследования на поверхности и с помощью возвращаемой ступени доставила обратно на Землю 170 г реголита, никто и представить себе не мог, что следующий земной аппарат окажется на Луне только спустя 37 лет (это была китайская АМС «Чанъэ-3»). Причины столь длительного перерыва были многофакторными, и эта тема заслуживает отдельного большого рассказа.

Тем не менее желание вновь вернуться к серьезным исследованиям Луны было и в постсоветской России.

В 1997 году, после аварии межпланетной станции «Марс-96», перед Российской академией наук встал вопрос о следующих целях планетных исследований с помощью космических аппаратов. После обсуждения были выбраны два проекта: «Фобос-Грунт» — по доставке на Землю образцов вещества спутника Марса Фобоса; «Луна-Глоб» — по изучению внутреннего строения Луны на основе данных глобальной сети малых сейсмометрических станций (с использованием пенетраторов — ударных проникающих датчиков, внедряющихся в грунт) и по исследованию окрестностей южного полюса посадочной станцией в затененном районе.

Для запуска к Луне был выбран 2000 год. Ведущей организацией стал Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского РАН (ГЕОХИ) во главе с Эриком Галимовым (1936–2020), многолетним директором ГЕОХИ, а затем его научным руководителем 1. Именно этот институт занимался лунными исследованиями и в СССР. Но в итоге из-за нехватки финансирования приоритет получил проект «Фобос-Грунт» и астрофизические обсерватории «Спектр».

Работы по лунной тематике продолжились только в 2006 году — благодаря подписанию и ратификации межправительственного соглашения о космическом сотрудничестве с Индией 2.

Сотрудничество в космонавтике между Россией и Индией началось в 1990-х годах и касалось создания верхних ступеней ракет (в России их называют разгонными блоками). Государственный космический центр имени М. В. Хруничева разработал для Индийской организации космических исследований (ISRO) криогенный разгонный блок на жидком водороде и жидком кислороде. Блок предназначался для индийской ракеты GSLV, ее первый пуск состоялся в 2001 году 3. С начала 2010-х годов индийцы начали переход на ракеты-носители полностью собственной разработки, и в 2017-м они успешно испытали самую мощную свою космическую ракету — GSLV Mk.III (новое название LVM3). Хотя эта ракета уступает по массе полезной нагрузки российским ракетам тяжелого класса «Протон-М» и «Ангара-А5», она позволит Индии начать пилотируемую программу в ближайшем будущем.

Новый этап совместной работы Индии и России в космосе начался в 2007 году, когда документ по совместным исследованиям Луны подписали руководители космических агентств Мадхаван Наир и Анатолий Перминов 4. Начались работы по первому совместному межпланетному проекту — «Чандраян-2» («Лунный корабль» на санскрите). В рамках проекта с Россией индийская сторона планировала предоставить для запуска свою ракету-носитель GSLV Mk.II, построить орбитальный аппарат и луноход. Роскосмос в свою очередь взял на себя обязательство по производству небольшого лунного посадочного модуля на базе наработок НПО им. Лавочкина. Совместный полет на Луну был запланирован на 2011–2012 годы.

Для подготовки будущей совместной миссии Индия запустила в 2008 году к Луне свою первую орбитальную станцию «Чандраян-1». Аппарат проработал на орбите спутника десять месяцев и выпустил на поверхность ударный зонд. Благодаря данным, полученным дистанционными методами с аппарата, индийские ученые обнаружили воду в составе лунного грунта.

К 2010 году работы по проекту «Чандраян-2» в ISRO шли по графику, но в Роскосмосе возникли сложности с разработкой посадочного аппарата. Кроме того, авария станции «Фобос-Грунт» на околоземной орбите в 2011 году показала ненадежность принятых технических решений — а их планировалось использовать и для лунных миссий.

Когда стало понятно, что запустить станцию «Чандраян-2» в срок не получится, правительство Индии одобрило идею немного переделать почти готовый лунный орбитальный аппарат и отправить его вместо Луны к Марсу — что и было сделано в 2013 году. Так побочным эффектом российско-индийского проекта стала работа аппарата «Мангальян» (в переводе с санскрита «Марсианский корабль») на околомарсианской орбите с 2014 по 2022 год.

К сожалению, в дальнейшем сотрудничество между Россией и Индией по Луне зашло в тупик и фактически прекратилось.

В апреле 2012 года на Совете РАН по космосу решили, что необходимо заново нарабатывать опыт межпланетных полетов и посадки на другие небесные тела, поэтому первая миссия должна быть относительно несложной. Пригодился задел в НПО им. Лавочкина по легкому посадочному аппарату из отмененного российско-индийского проекта. Проект вновь получил название «Луна-Глоб», хотя по содержанию из первоначального плана ГЕОХИ осталось изучение приполярья Луны. Запуск запланировали на ракете-носителе «Союз-2» с Байконура в 2014–2015 годах (но затем год и дата запуска пересматривались многократно по разным причинам 5). Если бы план воплотился в жизнь, то в 2016 и 2017 годах стартовали бы еще две более сложные миссии к Луне: орбитальная и посадочная. Ключевая роль по научной программе перешла от ГЕОХИ к Институту космических исследований РАН (ИКИ) 6.

Интересно, что и Индия, и Россия нацелили свои самостоятельные космические миссии на южный приполярный регион Луны, поставив перед собой относительно новую для лунных программ цель поиска воды непосредственно на поверхности для уточнения данных по ее концентрации, полученные дистанционными способами с орбиты.

В 2009 году нейтронный детектор LEND, созданный в ИКИ РАН, который был установлен на американском орбитальном аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter, помог ученым построить карту распространения воды на Луне. Оказалось, что ее особенно много на южном полюсе. Это определило основную цель будущих полетов.

Так началась непосредственная история российских станций, получивших по предложению академика Льва Зелёного названия «Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27», и самостоятельной миссии ISRO по высадке в районе южного полюса Луны с тем же названием, что и раньше, — «Чандраян-2».

Полет «Луны-25»

11 августа 2023 года в 02:10 (здесь и далее в этом разделе — по московскому времени) состоялся старт ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат-М» и автоматической станцией «Луна-25». Ее целью была первая в истории современной России мягкая посадка на Луну и исследование свойств реголита и экзосферы в южной приполярной области. Пуск «Союза-2.1б» впервые в истории космодрома «Восточный» проходил по трассе с наклонением 51,7° (к плоскости экватора).

Через девять минут после старта ракета-носитель «Союз-2.1б» вывела аппарат на незамкнутую опорную орбиту. После отстыковки третьей ступени в дело вступил разгонный блок «Фрегат-М». Первым включением маршевой двигательной установки он поднял орбиту до 200 км. Через полвитка вокруг Земли двигатель включился вновь, чтобы отправить станцию на траекторию перелета к Луне.

13 августа бортовыми камерами станции были получены первые черно-белые снимки, на которых были видны элементы аппарата «Луна-25» на фоне Земли и на фоне Луны, а также эмблема миссии и ковш бортового манипулятора 7. На следующий день ЦУП получил цветной снимок АМС.

«Луна‑25» во время полета к Луне (фото ИКИ РАН)
«Луна‑25» во время полета к Луне (фото ИКИ РАН)

В ходе почти пятидневного полета к Луне станция дважды делала коррекцию траектории перелета с помощью двигательной установки 8.

16 августа в 12:03, затормозив, «Луна-25» вышла на круговую околополярную орбиту высотой 100 км. 17 августа ученые провели тестирование научных приборов, а также сфотографировали кратер Зееман на обратной стороне Луны 9.

Снимок южного приполярного кратера Зееман, находящегося на обратной стороне Луны, который был передан «Луной-25» и обнародован Роскосмосом
Снимок южного приполярного кратера Зееман, находящегося на обратной стороне Луны, который был передан «Луной-25» и обнародован Роскосмосом

Уточнив реальные параметры орбиты, специалисты приступили к выполнению маневров для перехода на посадочную полярную эллиптическую орбиту — с перицентром высотой 12–18 км и апоцентром высотой 90–110 км. 19 августа в 14:10 был выдан импульс торможения. Около 14:57 связь со станцией прервалась. Попытки связаться с аппаратом и найти его на орбите не увенчались успехом, и уже 20 августа Роскосмос признался в потере «Луны-25» 10.

По предварительным данным, двигатель проработал дольше необходимого, и «Луна-25» врезалась в лунную поверхность. Причины произошедшего выяснит специальная комиссия.

31 августа на сайте NASA опубликовали снимок 11, выполненный аппаратом Lunar Reconnaissance Orbiter, на нем зафиксировано место падения «Луны-25» на внутреннем крае кратера Понтекулан G (57,865° южной широты, 61,360° восточной долготы). Кратер от падения имеет диаметр около 10 м. Он находится примерно в 400 км от предполагаемой точки прилунения «Луны-25» (69,545° южной широты, 43,544° восточной долготы), немного севернее кратера Богуславский.

Фото места падения «Луны‑25» (NASA)
Фото места падения «Луны‑25» (NASA)

Если бы всё прошло успешно, «Луна-25» совершила бы посадку 21 августа в южной приполярной области Луны на площадке в форме эллипса размером 30 × 15 км. Дважды затормозив двигателем на орбите, она перешла бы в вертикальное свободное падение до высоты 800–1200 м. Высоту определял бы доплеровский измеритель скорости и дальности (ДИСД-ЛР). Устройство должно было посылать к Луне и принимать отраженные от ее поверхности радиосигналы — это позволяет получать данные о высоте полета аппарата, его скорости и углах наклона во время спуска. На высоте 1 км включилась бы двигательная установка (основной двигатель и два дополнительных двигателя мягкой посадки), которая с одной попытки должна была посадить станцию на четыре опоры. В течение первого лунного дня (14,5 земных суток) планировалось провести тестирование всех систем, а уже со второго лунного дня начать научную работу, продолжительность которой должна была составить один год. Днем посадочный аппарат поддерживал бы связь с Землей, проводил съемку поверхности, собирал рукой-манипулятором пробы грунта и проводил научные эксперименты. А на ночь вся аппаратура, за исключением часов реального времени, выключалась бы, а станция обогревалась бы двумя радионуклидными тепловыми блоками и радиоизотопным термоэлектрическим генератором (РИТЭГ) — всё на диоксиде плутония-238. Температура на темной стороне Луны при этом падает до –170 °C.

Конструкция «Луны-25» состояла из двух основных частей: нижняя — посадочная платформа из топливных баков с двигательной установкой и посадочных опор, верхняя — негерметичный облегченный приборный контейнер. Почти всё научное оборудование, за создание которого отвечал Институт космических исследований РАН, было размещено в верхней части аппарата.

Для электропитания использовались бы солнечные панели с генерируемой электрической мощностью 821 ватт. Они были установлены перпендикулярно лунной поверхности (сбоку станции), так как в приполярной части Луны Солнце не поднимается выше, чем на 20° над горизонтом. Солнечная батарея могла заряжать восемь литий-ионных аккумуляторов.

Общая масса станции в заправленном состоянии составляла около 1800 кг, масса научной аппаратуры — 31 кг.

Научная аппаратура на «Луне-25»

Научные приборы на станции были разделены на группы по двум ключевым задачам: первая — поиск воды и летучих соединений, исследование элементного и изотопного состава реголита; вторая — изучение экзосферы Луны, ее разреженной газовой оболочки, состоящей из пылинок и плазмы.

Первая группа:

• Прибор ЛАЗМА-ЛР должен был определять элементный и изотопный состав реголита и летучих соединений методом лазерной масс-спектрометрии образцов грунта, доставленных манипулятором. Для этого образцы должны были нагреваться, испаряться и ионизироваться лазером, а образовавшиеся ионы попадать во времяпролетный масс-спектрометр. Всего за время работы станции планировалось проанализировать 11 таких проб, взятых манипулятором с разных мест и глубин.

• Нейтронный и гамма-детектор АДРОН-Л должен был изучить элементный состав реголита методом как активной, так и пассивной гамма-спектроскопии, но главное — определить массовую долю воды в реголите методом активного нейтронного зондирования верхнего слоя поверхности на глубину до двух метров с помощью встроенного генератора нейтронов.

• Прибор ЛИС-ТВ-РПМ, установленный на «локте» роботизированной руки-манипулятора, должен был дистанционно определить минералогический состав реголита методами инфракрасной спектроскопии. В состав системы входили инфракрасный спектрометр и стереокамера.

• Лунный манипуляторный комплекс ЛМК с грунтозаборником длиной 1,5 м мог бы перекапывать лунную поверхность и с разных глубин (до 25 см) брать пробы реголита для анализа прибором ЛАЗМА-ЛР. Также он должен был наводить на «цель» прибор ЛИС-ТВ-РПМ, стоящий на «локте» роботизированной руки.

Вторая группа:

• Пылевой монитор ПмЛ с сенсорными датчиками должен был регистрировать удары частиц лунной пыли и измерять их заряд и массу, а также фиксировать электрические поля в окрестности космического аппарата.

• Ионный энерго-масс-анализатор АРИЕС-Л должен был провести эксперимент по изучению ионов и нейтральных частиц лунной экзосферы.

У научных приборов «Луны-25» был свой компьютер — Блок управления научной информацией (БУНИ). Он обеспечивал для полезной нагрузки станции электропитание, управление, прием, хранение и передачу научных данных и телеметрии.

Также на станции был установлен лазерный уголковый отражатель. Его сделали в Научно-производственной корпорации «Системы прецизионного приборостроения». В случае штатного прилунения прибор позволил бы измерять расстояние до Луны методом импульсной лазерной локации с Земли.

«Чандраян-3»

Индия предприняла первую попытку высадиться в районе южного полюса Луны в 2019 году. Посадочный модуль «Викрам» («Доблесть») с луноходом «Прагьян» («Мудрость» / «Познание»), доставленный к Луне межпланетной станцией «Чандраян-2», тогда пошел на посадку недалеко от южного полюса, но потерпел крушение в районе кратеров Манцини и Шомбергер. При этом орбитальный аппарат продолжил свою работу по научной программе 12.

Однако неудача не подорвала решимости индийцев достичь Луны — в том же году правительство Индии поддержало предложение профинансировать вторую попытку.

Миссия «Чандраян-3», как и предыдущая, состоит из трех частей: модуля доставки, посадочного модуля и лунохода 13. Однако на этот раз вместо полноценного отдельного орбитального модуля, который мог бы обеспечить связь со спускаемым модулем, было решено использовать простой перелетный двигательный модуль, способный лишь доставить «Викрам» к Луне. Но даже на нем установлен научный прибор — он называется SHAPE и используется для изучения земной атмосферы c лунной орбиты. Для ретрансляции данных с посадочного модуля «Викрам-2» сейчас используется орбитальный «Чандраян-2».

Учитывая ошибки, индийские специалисты улучшили посадочный модуль «Викрам». Его габариты остались прежними, но было доработано программное обеспечение, расширены возможности датчиков, усилены опоры и усовершенствована двигательная установка.

Новая индийская станция стартовала с Земли 14 июля — с космодрома «Шрихарикота» на ракете среднего класса LVM3 (старое название GSLV Mk.III). Полет к Луне продлился почти три недели по экономичной схеме с раскруткой около Земли. В сравнении с российской «Луной-25» индийская миссия «Чандраян-3» имеет большую общую массу и меньшую тягу основного двигателя.

23 августа в 15:33 посадочный модуль «Викрам» индийской миссии «Чандраян-3» совершил мягкую посадку в южной приполярной области Луны. Так Индия стала четвертой страной (после СССР, США и Китая), сумевшей посадить космический аппарат на поверхность Луны; третьей, благополучно доставившей на поверхность самодвижущийся луноход, — и первой, которая сделала это в районе южного полюса. ISRO выбрала точку между кратерами Богуславского C и Манцини U (69,37° ю. ш., 32,35° в. д.), на расстоянии примерно 100 км от точки, где с наибольшей вероятностью должна была произойти мягкая посадки станции «Луна-25».

«Викрам» мог самостоятельно обнаруживать препятствия и уклоняться от столкновения с ними — его автоматические маневры с набором высоты можно было наблюдать в прямой трансляции. Именно поэтому для индийского спускаемого модуля можно было выбирать значительно меньший пятачок для посадки — всего 4×4 км.

Первое фото, переданное с «Викрама» после посадки (ISRO)
Первое фото, переданное с «Викрама» после посадки (ISRO)

По плану «Викрам» и «Прагьян» проработают на поверхности Луны всего один лунный день, выполняя задачи по изучению грунта, сейсмической активности и экзосферы. В отличие от «Луны-25», они не имеют источников тепла и энергии, чтобы пережить лунную ночь.

Основные задачи миссии: изучение грунта, сейсмической активности и экзосферы. Посадочный модуль имеет четыре научных прибора: зонд Ленгмюра RAMBHA предназначен для изучения плотности ионов и электронов в приповерхностной плазме Луны; ChaSTE будет измерять температуру лунного грунта в месте посадки на глубине до 10 см; ILSA исследует возможную сейсмическую активность спутника, данные о которой важны для понимания структуры лунной коры; массив уголковых отражателей LRA (предоставленный NASA) позволит определять расстояния от Земли до Луны с помощью лазера.

На шестиколесном луноходе «Прагьян» массой 26 кг установлены два прибора: рентгеновский спектрометр APXS, предназначенный для изучения элементного состава реголита и камней вокруг места посадки; лазерный спектроскоп LIBS, использующийся для определения химического и минералогического состава газов, выделяющихся при воздействии лазера на поверхностные породы.

Сейчас, когда станция завершает свою работу на Луне (лунный день подошел к концу), уже есть предварительные результаты работы, но требуется время на обработку всех полученных данных. 2 сентября ISRO сообщила, что научные приборы лунохода отключены, аккумулятор заряжен, приемник радиосигналов включен, а солнечная батарея ориентирована на утреннее солнце, которое взойдет 22 сентября. Специалисты надеются, что «Прагьян» и «Викрам» смогут пережить долгую ночь. За время своей работы луноход проехал около 100 м, провел съемку «Викрама» и окрестностей, сделал анализ грунта при помощи двух своих спектрометров и оставил герб Индии на лунном реголите.

Фото модуля «Викрам», сделанное с лунохода «Прагьян» (ISRO)
Фото модуля «Викрам», сделанное с лунохода «Прагьян» (ISRO)

Для обеспечения полета к Луне специалисты ISRO использовали не только две антенны Индийского центра дальней космической связи (IDSN), но и американскую сеть дальней космической связи Deep Space Network, а также европейскую Estrack. Это необходимо, чтобы связь не прерывалась в те моменты, когда Луна заходит за горизонт: если в резерве имеются другие станции слежения, сигнал просто переходит на одну из тех, что расположены в той части Земли, с которой видно Луну. Кроме того, разные станции могут дублировать друг друга во время ответственных операций. Например, в момент посадки «Викрама», кроме собственной антенны Индии, использовалась станция DSS65, расположенная в Испании.

Лунное десятилетие

Стремятся на Луну и другие страны. Осенью к спутнику будет запущен японский посадочный модуль SLIM (Smart Lander for Investigating Moon) — небольшой демонстрационный аппарат для отработки технологии высокоточной посадки на Луну. Его по контракту Японского космического агентства разработала корпорация Mitsubishi. На аппарате массой 200 кг (без топлива) в качестве полезной нагрузки есть мультиспектральная камера, уголковый отражатель NASA и два маленьких зонда LEV с камерами для съемки аппарата со стороны. Это вторая попытка мягкой посадки для Японии в 2023 году. В апреле разбился частный японский лунный посадочный аппарат Hakuto-R, на борту которого находился луноход Объединенных Арабских Эмиратов «Рашид». Запуск станции SLIM планировался на конец августа, но был перенесен на 7 сентября из-за погодных условий. В случае успеха Япония станет пятой страной, осуществившей мягкую посадку на Луну.

15 ноября планируется запуск американской посадочной станции Nova-C/IM-1, сделанной частной компанией Intuitive Machines по контракту NASA.

В декабре или в начале 2024 года — старт второго американского посадочного модуля Peregrine, сделанного компанией Astrobotic в интересах NASA.

В 2024 году планируется посадка в район южного полюса Луны американского тяжелого лунохода VIPER 14. Он будет искать кометный лед и исследовать содержащиеся в нем летучие вещества. Цель — заехать в затененные части лунных кратеров, где вода может находиться не в лунном грунте, а прямо на поверхности или очень неглубоко.

Также с 2024 года должен начаться следующий этап китайских лунных миссий, тоже поближе к южному полюсу. Первой полетит станция «Чанъэ-6», чтобы второй раз забрать и доставить на Землю образцы грунта.

Высокий интерес США и Китая к Луне подтверждает и то, что обе страны публично объявили о пилотируемых экспедициях на спутник в этом десятилетии 15.

Александр Хохлов, популяризатор космонавтики


1 Галимов Э. М. Замыслы и просчеты. Фундаментальные космические исследования в России последнего двадцатилетия. Двадцать лет бесплодных усилий. — М.: УРСС, 2010.

2 kremlin.ru/acts/bank/24537

3 khrunichev.ru/main.php?id=1&nid=231

4 roscosmos.ru/media/pdf/Novostikosmonavtiki/nk2008-01-.pdf

5 gazeta.ru/science/2019/01/10_a_12123439.shtml

6 sciencejournals.ru/view-article/?j=astvest&y=2021&v=55&n=6&a=AstVest2106009Mitrofanov

7 iki.cosmos.ru/news/ot-zemli-uleteli-letim-k-lune

8 roscosmos.ru/39615/

9 iki.cosmos.ru/news/avtomaticheskaya-stanciya-luna-25-sdelala-pervyy-snimok-lunnoy-poverkhnosti

10 roscosmos.ru/39650/

11 nasa.gov/feature/goddard/2023/lro-luna-25-impact

12 trv-science.ru/2019/09/tretya-posadka-na-lunu-2019/

13 isro.gov.in/Chandrayaan3_Details.html

14 kosmolenta.com/index.php/1548-2020-02-26-viper

15 См. наше интервью «Дети Лето, россонавты и хантяньюани» // ТрВ-Наука № 380 от 14 июня 2023 года.

Подписаться
Уведомление о
guest

1 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
protopop47
protopop47
9 месяцев(-а) назад

Спасибо.
Надежда умирает последней.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (7 оценок, среднее: 4,29 из 5)
Загрузка...