От первого «Чанъэ» до международной базы: китайские планы освоения Луны
Этой ночью китайский зонд «Чанъэ-6» включил двигатели и успешно покинул окололунную орбиту, направившись в сторону Земли. На его борту находится контейнер с образцами грунта, впервые в истории собранными на обратной стороне Луны. Путь «Чанъэ-6» домой займет пять дней, после чего, как ожидается, его спускаемая капсула войдет в атмосферу и приземлится во Внутренней Монголии 25 июня. О том, как происходила перегрузка ценнейших образцов, какие этапы полета предстоит преодолеть «Чанъэ-6» в ближайшие дни и каковы дальнейшие планы Китая по освоению Луны, читайте в разборе Pro Космос.
Орбитальные догонялки
Посадочный аппарат «Чанъэ-6», прилунившийся на невидимой с Земли стороне нашего ночного светила 2 июня, сразу же начал сбор образцов породы и реголита с помощью бура и манипулятора. Во взлетную ступень было загружено порядка 2000 граммов материала. «Работа по упаковке завершилась в срок, процесс прошел без сбоев», — сообщил корреспонденту CCTV инженер Пекинского центра аэрокосмического управления Ли Сяоюй. Стартовав с лунной поверхности, взлетная ступень вышла на окололунную орбиту. Координация процесса выведения осуществлялась с помощью спутника-ретранслятора «Цзюэцяо-2».
После этого начался сложный и захватывающий процесс — сближение и стыковка взлетной ступени и перелетного (орбитального) аппарата «Чанъэ-6» на окололунной орбите. Он происходил следующим образом: два беспилотных корабля летели в одном направлении, при этом преследователь (орбитальный аппарат) маневрировал, постепенно догоняя цель (взлетную ступень).
Технически проще было бы реализовать старт с лунной поверхности прямо в сторону Земли, без сближения и стыковки. Но в этом случае взлетную ступень пришлось бы залить топливом для достижения второй космической скорости (для Луны), в результате ее масса значительно вырастала, а масса образцов — уменьшалась. Хотя технология сближения и стыковки довольно сложна, экономия топлива окупает все.
Помимо маршевого двигателя, орбитальный аппарат оснащен микродвигателями ориентации. Процесс стыковки также требует затрата топлива и усложнения системы управления. В то время пока посадочный аппарат выполнял операции по прилунению, забору образцов и взлету, это оборудование и топливо оставалось на окололунной орбите, тем самым уменьшая общую массу, которую надо посадить на лунную поверхность.
После сближения и стыковки образцы были переданы из контейнера взлетной ступени в возвратный аппарат, стоящий внутри орбитального модуля. Поскольку нынешняя конфигурация орбиты «Чанъэ-6» довольно замысловата, после старта и стыковки прошло значительное время, чтобы Луна, Земля и автоматическая станция заняли необходимое положение в пространстве относительно друг друга. Выждав момент, орбитальный аппарат включил основной двигатель и отправился домой.
В зависимости от точности соблюдения условий, обратный перелет потребует от одной до трех коррекций траектории. Когда орбитальный модуль окажется на удалении примерно пять тысяч километров от Земли, от него отделится возвратный аппарат. Он войдет в атмосферу и выполнит аэродинамический момент с «отскоком» от плотных слоев, снизив скорость со второй до первой космической, затем вернется в атмосферу и приземлится в расчетном месте. Посадка должна состояться 25 июня.
Этапы лунной программы
Возвратный модуль «Чанъэ-6» (как и у «Чанъэ-5») напоминает спускаемые аппараты кораблей «Союз» и «Шэньчжоу» в миниатюре. Ранее он был проверен в «тестовой» миссии «Чанъэ-5Т1», состоявшейся в рамках третьего этапа китайской лунной программы в октябре 2014 года.
Лунная программа, названная в честь мифической принцессы Чанъэ, официально стартовала 23 января 2004 года, когда премьер Госсовета КНР Вэнь Цзябао утвердил первый этап — создание орбитального аппарата «Чанъэ-1» для построения трехмерной топографической карты Луны, составления схемы распределения химических элементов (типа титана и железа), оценки глубинного распределения минералов и изучения космического пространства между Землей и Луной. Зонд был успешно запущен 24 октября 2007 года, выведен на окололунную орбиту, где и проработал полтора года.
«Чанъэ-2», построенный как запасной вариант «Чанъэ-1», также предназначался для детальной съемки лунной поверхности, в том числе районов, которые рассматривались как места прилунения следующих китайских станций. «Чанъэ-2» стартовал 1 октября 2010 года, а через восемь дней вышел на окололунную орбиту, где трудился на протяжении восьми месяцев. 9 июня 2011 года он перелетел с орбиты в точку Лагранжа L2 системы Солнце — Земля, где продолжил научные исследования. 15 апреля 2012 года «Чанъэ-2» начал новую миссию — к астероиду 4179 Тутатис, окрестностей которого достиг 13 декабря 2012 года. Зонд приблизился к цели на расстояние 3,2 километра и сфотографировал небесное тело с разрешением до 10 метров на пиксель. Впервые астероид отсняли так близко, а CNSA стало четвертым после НАСА, ЕКА и JAXA космическим агентством, проведшим успешную миссию к малому небесному телу.
Первый зонд второго этапа «Чанъэ-3» отправился в полет 1 декабря 2013 года, а 14 декабря совершил мягкую посадку на Луну, доставив на ее поверхность первый китайский луноход «Юйту». «Нефритовый заяц» (в переводе с китайского) катался по лунной поверхности 40 дней, а затем работал в стационарном режиме. Научные цели «Чанъэ-3» включали топографию и геологию участка поверхности, изучение состава материала и ресурсов Луны, а также астрономические наблюдения.
Серьезной вехой лунной программы стал запуск зонда «Чанъэ-4» (7 декабря 2018 года), дублера «Чанъэ-3». Новая миссия состояла из стационарного посадочного аппарата, несущего луноход «Юйту-2», а также ретрансляционного спутника «Цюэцяо», запущенного 20 мая 2018 года в точку Лагранжа L2 системы Земля — Луна. 3 января 2019 года «Чанъэ-4» совершил первую в истории мягкую посадку на невидимой стороне Луны. С тех пор посадочный аппарат и луноход работают там, измеряя химический состав и температуру лунных пород и реголита, а также проводят радиоастрономические наблюдения и изучение космических лучей и солнечной короны, исследуя эволюцию и перенос выбросов корональной массы между Солнцем и Землей.
Логическим развитием предыдущих проектов стал «Чанъэ-5» — самый сложный зонд из созданных в Китае. Фактически это беспилотный межпланетный космический корабль, один из самых передовых в мире. Как подчеркивают обозреватели, схема полета, разделенная на 11 этапов и включающая 23 коррекции, шесть операций разделения отсеков и одну стыковку, значительно сложнее советского проекта Е8-5, где вся станция садилась на Луну, а взлетная ракета уходила с поверхности непосредственно к Земле. При этом платой за простоту советского аппарата были малая масса доставляемого грунта — максимально 170 грамм — и ограниченный район посадки, из которого можно было попасть на Землю после неуправляемого вертикального старта взлетной ракеты. Китайский аппарат мог выбирать место посадки в более широком диапазоне и вез домой в десять раз больше образцов.
Кроме того, «Чанъэ-5» выполнила четыре научных эксперимента: для посадки использовались специальные камеры — обзорная и панорамная, а для дистанционного «проникновения» в реголит — спектрометр лунных минералов и радар. Образцы собирались с глубины до 2 метров с помощью бура, а также с поверхности ковшом-манипулятором.
Миссия «Чанъэ-5» была проведена c 23 ноября по 16 декабря 2020 года; возвращаемый аппарат, приземлившийся на юге центральной части Внутренней Монголии, доставил на Землю 1731 грамм образцов лунного грунта с двухметровой глубины и реголита с поверхности. После сброса капсулы с образцами орбитальный аппарат перешел на траекторию облета Земли и 15 марта 2021 года перешел в точку Лагранжа L1 системы «Солнце-Земля» L1 на расстоянии 937 тысяч километров от нашей планеты. В январе 2022 года «Чанъэ-5» покинул «стоянку» и вышел на дальнюю ретроградную орбиту вокруг Луны для проведения экспериментов по интерферометрии со сверхдлинной базой, готовясь к следующему этапу китайской лунной программы.
Освоим Луну вместе
Миссии «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6» выполнялись в рамках третьего этапа китайской лунной программы. Четвертый же этап подразумевал создание Международной исследовательской базы-станции ILRS (International Lunar Research Station), проект которой обнародовал в 2019 году официальный представитель CNSA Пэй Чжаоюй.
Идея состоит в поисках и использовании местных ресурсов, наблюдении за окололунной средой, определении источников долгосрочного энергоснабжения и автономной работы, развития технологий, необходимых для будущего освоения естественного спутника человеком. В качестве основных задач ILRS указывались «строительство и эксплуатация первой посещаемой людьми платформы на южном полюсе Луны и поддержка долгосрочных крупномасштабных научных исследований».
По словам Пэй Чжаоюя, при подключении к проекту новых стран и участников его результаты и достижения станут распространяться среди научного сообщества.
Китай задумался о создании интернационального альянса, чтобы подключить к освоению Луны государства с необходимым технологическим и финансовым потенциалом. ILRS будет строиться в три этапа. На первом закладывается базовый облик, для чего в район Южного полюса в 2024 году должен отправиться «Чанъэ-7». В 2026 году туда же прибудет «Чанъэ-8» для отработки технологии использования местных ресурсов и испытания 3D-печати конструкций из реголита, проведения биологических экспериментов и демонстрации развертывания прототипа надувного жилого модуля.
На втором этапе должны решаться международные задачи, осваиваться необходимые технологии для обеспечения будущих операций и долгосрочной эксплуатации. На третьем иностранные партнеры вложатся в модернизацию ILRS путем совместного инвестирования в новые миссии. Долгосрочное присутствие человека на южном полюсе будет обеспечено в период 2036—2045 годов.
Принимая во внимание бурно развивающуюся национальную китайскую космическую программу, идея кажется здравой. Об интересе к проекту сообщили Роскосмос и Европейское космическое агентство (ЕКА). В июле 2020 года Китай и Россия договорились о совместной постройке базы, условившись изначально разместить инструменты друг друга на автоматических станциях «Чанъэ-7» и «Луна-26». Еще раньше на «Чанъэ-6» установили свои приборы европейские страны.
«Одна из наших задач — обеспечить более солидную техническую базу для научных исследований и прикладной работы, — подчеркнул Пэй Чжаоюй. — Власти КНР одобряют решение ООН, по которому космос имеет общемировой статус, и намерены строго придерживаться этого правила. Все наши миссии по изучению естественного спутника Земли осуществляются в мирных целях... Наша научная деятельность и запуски в космос широко освещаются в СМИ, а будущие лунные проекты станут еще более открытыми для международного сотрудничества».
Впрочем, ранее стало известно, что «Чанъэ-6» может оказаться последним лунным проектом для Китая и Европы. Как подчеркнул директор по международным связям ЕКА Карл Бергквист, у агентства в ближайшие годы не планируется сотрудничества с КНР по освоению Луны и космического пространства.
