Почти полвека спустя: чем займется «Луна-25»
Россия возвращается на Луну спустя почти полвека: 11 августа к естественному спутнику Земли впервые с 1976 года отправился космический аппарат отечественного производства. Речь идет об автоматической межпланетной станции (АМС) «Луна-25», которой предстоит решить сразу две непростых задачи — отработать технологию мягкой посадки и исследовать грунт в районе Южного полюса Луны, а также ее экзосферу.
Последний раз российский аппарат совершал мягкую посадку на Луне 47 лет назад. Это была станция «Луна-24», которая 9 августа 1976 года стартовала с космодрома Байконур с помощью ракеты-носителя «Протон-К/Д», успешно прилунилась на поверхности спутника и отправила домой 170 грамм лунного грунта. Благодаря этой миссии ученые впервые получили доказательство наличия на Луне воды, что в 1990-х годах было независимо подтверждено специалистами двух американских проектов «Клементина» и Lunar Prospector.
Вслед за «Луной-24» к небесному телу должна была отправиться автоматическая станция из той же серии, но, начиная с 2015 года, запуск миссии постоянно переносился. Сдвинуть дело с мертвой точки удалось лишь 12 апреля 2021-го, когда президент Владимир Путин во время визита на космодром Восточный дал понять, что Россия намерена возобновить свою лунную программу, в том числе продолжить исследование спутника космическими зондами.
И первая на очереди в этом списке — «Луна-25». Какие задачи предстоит ей решить, в чем заключается сложность мягкой посадки и почему Южный полюс естественного спутника Земли продолжает приковывать внимание ведущих космических держав, изданию «Pro Космос» помог разобраться кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник Института космических исследований (ИКИ) РАН Натан Эйсмонт.
От Восточного до Богуславского
Об успешном завершении наземных испытаний космического аппарата «Луна-25», которому в августе этого года доверили реализовать первую в истории современной России миссию к одноименному спутнику, стало известно 13 июля. Тогда в пресс-службе НПО имени С. А. Лавочкина, где был изготовлен зонд, сообщили, что наземный комплекс управления уже готов приступить к летным тестированиям.
С того момента лунная станция прошла все необходимые электрические и пневмовакуумные испытания, продемонстрировав положительные результаты. Последние приготовления перед непосредственным запуском пришлись на первую неделю августа: сначала «Луну-25» пристыковали к разгонному блоку «Фрегат», а после этого завершили общую сборку ракеты-носителя «Союз-2.1б».
Дело оставалось за малым: 8 августа всю конструкцию, состоящую из ракеты-носителя, разгонного блока и автоматической межпланетной станции, вывезли из монтажно-испытательного комплекса и установили на стартовый стол площадки 1С космодрома Восточный. Спустя три дня произошло долгожданное событие: 11 августа в 02:10:57 по московскому времени «Союз-2.1б» вывел в космос первую российскую лунную АМС.
Но это — лишь малая часть пути, который предстоит преодолеть «Луне-25», чтобы оказаться на одноименном спутнике Земли. По оценке экспертов, общее время полета от нашей планеты до Луны составит 10—12 дней: за это время аппарат должен будет пройти несколько этапов, и первый из них начался уже через девять минут после старта ракеты-носителя, когда «Союз-2.1б» доставил разгонный блок со станцией на суборбитальную траекторию.
Первым включением маршевой двигательной установки «Фрегат» был переведен на орбиту высотой около 200 километров, вторым включением двигателя он отправил «Луну-25» на траекторию перелета к спутнику Земли. После отделения автоматической станции разгонный блок ушел на опорную орбиту, в то время как сам космический аппарат продолжил движение к пункту назначения.
За время полета «Луна-25» дважды осуществит коррекцию орбиты: первая была выполнена примерно через 36 часов после старта, вторая же, как ожидается, произойдет за день до выхода на окололунную орбиту. В среду, 16 августа, станция приблизится к спутнику Земли, после чего затормозится двигателем и перейдет на круговую окололунную орбиту высотой 100 километров — так начнется третий этап ее полета, который продлится три дня.
После этого «Луна-25» приступит к посадке: с помощью основного тормозного двигателя аппарат будет переведен на более низкую орбиту высотой 18 километров, а затем расстояние между станцией и Луной сократится до порядка двух километров. Следующим шагом АМС займет вертикальное положение относительно поверхности спутника Земли и, наконец, 21 августа совершит мягкую посадку к северу от кратера Богуславского.
«Мягкая посадка — задача не очень простая»
Специалисты отмечают, что именно посадка является критически важным этапом лунной миссии. Ведь автоматическая станция впервые в истории космонавтики должна будет прилуниться в околополярной области Луны со сложным рельефом: в этом районе верхний слой грунта (полярный реголит) имеет в своем составе высокое содержание летучих соединений, прежде всего воды.
Поэтому при выборе подходящего места российские ученые принимали во внимание сразу несколько аспектов, учитывая наибольшую концентрацию воды, потенциальные технические ограничения, возможность получения информации с аппарата и наличие относительно ровной площадки. Всего ими было проанализировано 12 точек, но в конечном итоге основным районом прилунения была выбрана равнина к северу от кратера Богуславского, а резервными — места южнее кратера Пентланд А и юго-западнее кратера Манцини.
Чтобы совершить мягкую посадку, «Луне-25» необходимо снижаться с постоянной малой скоростью, и контролировать этот процесс будет доплеровский измеритель, специально разработанный для миссии. Кроме того, в момент прилунения на приборном контейнере включатся четыре видеокамеры — с их помощью на Земле смогут определить, где и в каких условиях садится космический аппарат.
Стоит заметить, что прежде автоматические и пилотируемые посадочные аппараты, разработанные как отечественными, так и зарубежными учеными, прилунялись в умеренных широтах — ближе к экватору. При этом до сих пор успешную мягкую посадку на Луну удавалось осуществить лишь трем странам — СССР, США и Китаю. Недавние же устремления отдельных государств пополнить этот список заканчивались неудачей.
К примеру, в 2019 году израильский зонд «Берешит» так и не сумел довести до конца первую негосударственную экспедицию к Луне: в ночь с 11 на 12 апреля произошло крушение аппарата о лунную поверхность из-за отказа главного двигателя.
В ноябре того же года попытку предприняла Индия в рамках своей второй лунной миссии «Чандраян-2», но во время прилунения посадочная платформа «Викрам» отклонилась от оптимальной траектории и перестала передавать телеметрию. В результате был потерян не только посадочный модуль, но и луноход «Прагьян». Остался функционировать лишь орбитальный аппарат «Чандраян-2».
В апреле 2023 года такая же участь постигла и японский модуль Hakuto-R, который практически добрался до естественного спутника Земли, но в момент финального приближения связь с ним была потеряна.
«Как показал недавний опыт наших коллег из Японии и Израиля и Индии, мягкая посадка — задача не очень простая, — заметил Натан Эйсмонт. — Можно сказать, что у нас уже был успешный опыт таких посадок. Но с тех пор был почти полувековой перерыв, и за это время весь мир ушел от применявшихся в те годы аналоговых принципов управления, в том числе космическими аппаратами. То есть сейчас нельзя, просто опираясь на тот успешный опыт, создать систему мягкой посадки».
Что же касается Южного полюса Луны, то прилуниться в этом районе действительно труднее, чем в экваториальной области, согласился собеседник «Pro Космос». Вместе с тем он считает, что место посадки не столь принципиально — во всяком случае, причины неудач коллег заключались не в этом. Ведь цифровая техника, как известно, имеет свои преимущества и недостатки.
В поисках воды
Помимо отработки технологии мягкой посадки, автоматическая межпланетная станция «Луна-25» также призвана провести серию научных исследований Южного полюса Луны. Для этого космический аппарат доставит в полярную область 30 килограммов полезного груза, в том числе восемь уникальных приборов, предназначенных для изучения состава, структуры и физико-механических свойств лунного реголита, а также приповерхностной пылевой и плазменной экзосферы.
Одним из инструментов, которыми будет «оперировать» АМС, является лунный манипулятор, способный осуществлять забор грунта на глубине 15-30 сантиметров. Ожидается, что будет взято до 30 проб объемом до двух кубических сантиметров каждая. Помимо этого, на «Луне-25» установлен анализатор грунта, позволяющий изучить состав реголита. По завершении миссии все собранные данные и результаты исследований, проведенные аппаратом на поверхности Луны, будут переданы на Землю.
«По сравнению с предшественниками у “Луны-25” технологические задачи, прямо скажем, более простые: не нужно возвращать грунт на Землю. Правда, манипулятор для анализа грунта на месте имеется. Кроме того, на “Луне-25” используются методы ядерной планетологии. То есть детекторы нейтронов и гамма-лучей, вызываемых на поверхности Луны потоком космических лучей. Это позволяет исследовать породу Луны на месте. Причем до глубин в метры», — обратил внимание Натан Эйсмонт.
В то же время наша страна — не единственный игрок космической отрасли, который нацелился на полярный регион Луны. За месяц до старта российской миссии свою автоматическую лунную станцию запустила и Индия. Речь идет о космическом аппарате «Чандраян-3», который уже вышел на окололунную орбиту. Однако, у индийских коллег посадка на Луну запланирована на два дня позже прилунения "Луны-25".
Если все пойдет по плану, то 17 августа посадочный модуль индийской станции «Викрам» отделится от орбитального и 23 августа совершит посадку также в районе Южного полюса. После этого с «Викрама» будет спущен луноход «Прагъян», который должен будет за одни лунные сутки (около 14 земных) собрать данные о составе грунта и провести серию экспериментов.
Так почему же именно Южный полюс? Один из ответов на этот вопрос прост: вода. Ведь если ее обнаружат, то в ходе дальнейших космических миссий специалистам уже не придется доставлять воду с Земли — из нее можно будет получать водород и кислород прямо на месте, что нужно как для жизни космонавтов, так и для создания ракетного топлива. И наибольшие шансы найти воду — искать ее в районе полюсов, поскольку на дно их кратеров Солнце никогда не заглядывает.
«Дело в том, что ось вращения Луны почти перпендикулярна плоскости орбиты Луны. В отличие от Земли, у которой ось вращения наклонена к плоскости орбиты Земли на 67 градусов, вместо 90 у Луны. А значит, вода, может быть, сохраняется в этих кратерах с древнейших по астрономическим меркам времен и по изотопному составу может отличаться от земной воды. А с каких времен? Со времен так называемой тяжелой бомбардировки, когда ее занесли на Луну кометы», — рассуждает Эйсмонт.
В 2020 году в американском журнале Scientific American вышла статья, в которой отмечалось, что запуск автоматической станции «Луна-25» ознаменует собой восстановление Россией советского потенциала в сфере изучения спутника Земли спустя почти 50 лет. Эйсмонт в свою очередь считает, что успешная реализация миссии позволяет нашей стране, равно как и другим участникам лунной гонки, двигаться в сторону «более амбициозных проектов, включая пилотируемую экспедицию на Марс».
«Луна — прекрасный полигон для отработки необходимых для этого технологий», — резюмировал собеседник «Pro Космос».
Наряду с «Луной-25» в России ведется разработка двух следующих аппаратов этой серии — «Луны-26» и «Луны-27». Запуск первого намечен на 2027 год — орбитальный аппарат предназначен для дистанционных исследований спутника Земли. «Луна-28» представляет собой более сложную посадочную станцию с бурильной установкой, она сможет вмещать в себя больше научной аппаратуры.
