Прямо сейчас Китай возвращает человечество на Луну: скоро его аппарат должен сесть в Океане Бурь Зачем Китаю понадобилcя спутник Земли и сможет ли кто-то с ним конкурировать?

24 ноября тяжелая ракета-носитель «Чанчжэн-5» («Великий поход-5»), стартовавшая с самого южного китайского космодрома Вэньчан, вывела на орбиту автоматическую межпланетную станцию «Чанъэ-5». Эта станция должна в декабре доставить на Землю примерно два килограмма лунного грунта. Вся миссия в случае успеха должна занять 23 дня, от старта и до возвращения спускаемого аппарата с лунным грунтом обратно на Землю. Это сделает Китай лидером «лунного» направления космической гонки, однако дальнейшие планы насчет спутника Земли у этой сверхдержавы еще амбициознее. «Медуза» рассказывает историю лунной программы Китая и объясняет, чего он хочет добиться с ее помощью.

История лунного вопроса

Не секрет, что основным мотивом для исследования Луны в 60-е годы XX века была конкуренция СССР и США. Полеты астронавтов на «Аполлонах» и беспилотные советские аппараты принесли двум странам политические дивиденды, а заодно позволили человечеству больше узнать о своей соседке — Луне. Вооружившись этим опытом, космические организации следом приступили к изучению с помощью космических аппаратов других тел Солнечной системы — пока специалисты по Луне обрабатывали уже полученные данные и проводили анализ доставленного лунного грунта.

В XXI веке интерес к Луне появился у нового поколения исследователей: разные страны, в том числе новички в подобных проектах, начали отправлять к ней свои космические аппараты.

Свою роль сыграло и большое количество новых данных, которые были получены с помощью современных дистанционных методов. Например, российский нейтронный телескоп ЛЕНД, установленный на американском спутнике Lunar Reconnaissance Orbiter («Лунный разведывательный орбитер»), помог обнаружить водяной лед в окрестности северного и южного лунных полюсов Луны. Это и другие открытия вновь повысили внимание к Луне: у планетологов все чаще возникает потребность калибровки дистанционных методов изучения Луны с помощью данных с поверхности — как от приборов, установленных на стационарных посадочных станциях, так и на мобильных луноходах. Доставленные в 1960-70 годах камни и реголит — как с помощью пилотируемых «Аполлонов», так и советских автоматических станций «Луна-16, 20, 24» — позволили многое узнать о химическом составе спутника. Но ученым интересны образцы и из других районов Луны, ведь загадок о ее геологии и происхождении еще предостаточно.

Но планетологи не могут сами отправиться на Луну — они зависят от космических программ своих стран, от технических возможностей организаций занимающихся космической техникой. Поэтому сегодня так впечатляет то, что делает в этом направлении Китай. В первое десятилетие XXI века его лунные планы вызывали скепсис: эксперты говорили, что китайцы просто повторяют то, что в прошлом веке уже сделали в СССР и США. Но разница в том, что эти технологии и специалисты сейчас есть именно в Китае, а у его предшественников многое утеряно — профессионалы, занимавшиеся когда-то лунными программами, ушли на пенсию или умерли.

Китайская миссия

В 2003 году в Китае была запущена 15-летняя программа исследования Луны беспилотными средствами «Чанъэ» (Changʼe), названная именем лунной принцессы из китайских легенд. Будучи новичком в космонавтике, Китай поставил себе целью шаг за шагом получить все необходимые технологии для исследования Солнечной системы своими силами.

Целей у китайской космической программы сразу несколько: это военные и прикладные программы, коммерция, пилотируемая космонавтика и научные аппараты. Одновременно программа по исследованию Луны стала демонстрацией возможностей промышленности Китая и — как когда-то у СССР с США — витриной государства и его идеологии.

Программа «Чанъэ» включает три этапа: орбита, посадка, возвращение. При этом главной целью каждого из этапов стало освоение необходимых технологий для перехода к следующему. То есть во главу угла были поставлены вопросы проектирования и летных испытаний космической техники, а научная программа шла второй частью.

Первый этап лунной программы был утвержден Госсоветом КНР 23 января 2004 года. В его рамках на орбиту вокруг Луны полетели два орбитальных аппарата «Чанъэ-1» (2007 год) и «Чанъэ-2» (2010 год), выполнившие глобальную фотосъемку Луны для ее картографирования. Второй аппарат использовали для дополнительной программы. Достигнув точки либрации L2 системы Земля — Луна, он пролетел мимо астероида Тутатис, сделав несколько его снимков.

Для Китая это была демонстрация новых возможностей автоматических аппаратов, которая позволила отработать дальнюю космическую связь. Впервые в истории лунный аппарат вернулся не к Земле (как, например, «Аполлоны»), а улетел на межпланетную траекторию с целью исследования астероида.

Второй этап программы увенчался успешной посадкой в 2013 году в лунном Заливе Радуги посадочного аппарата «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту». Таким образом, Китай стал третьей страной, осуществившей мягкую посадку на Луну. Впервые на ее поверхность был доставлен георадар для бесконтактного исследования грунта.

Дублер аппарата, «Чанъэ-4», также совершил 3 января 2019 года мягкую посадку на обратной стороне Луны в кратере фон Карман, расположенном в бассейне Южный полюс — Эйткен. Основной целью этой миссии была отработка автоматической мягкой посадки — как шаг к третьему этапу (и заодно к подготовке марсианской миссии «Тяньвэнь-1»).

Главной задачей третьего этапа китайской лунной программы, то есть миссии «Чанъэ-5», стала доставка 1-2 кило лунного грунта — как с поверхности Луны, так и с глубины до двух метров. Китайцы решили повторить американские лунные экспедиции на «Аполлонах», но в беспилотном варианте. Так они смогут подтвердить возможность к концу этого десятилетия совершать пилотируемые полеты на Луну.

Комплекс «Чанъэ-5» содержит все те же элементы, что были у американцев в 1960-х годах: орбитальный модуль с возвращаемым аппаратом, который останется на орбите Луны, и посадочный модуль для выполнения мягкой посадки на лунную поверхность, на котором есть устройства для сбора грунта и взлетный модуль. И даже пробы грунта будут взяты похожим образом — с поверхности и с глубины (американские астронавты бурили Луну на глубину до 2,3 метра).

То есть схема «Аполлонов» повторена почти один в один, но с важнейшим отличием — китайская миссия полностью автоматическая. Второе отличие в том, что у Китая пока еще нет сверхтяжелой ракеты, и их миссия «Чанъэ-5» более компактная.

Если у китайцев все получится, это будут первые образцы грунта с земного спутника после доставки 170 грамм реголита в возвращаемой капсуле советской «Луны-24». А это произошло еще в 1976 году, то есть 44 года назад.

Выбрав техническую схему полета «Чанъэ-5», китайские специалисты постарались подобрать как можно более интересную цель для миссии. И у них это получилось. Местом посадки станет точка вблизи горы Рюмкера, расположенной в северо-восточной части Океана Бурь. Там расположены примерно 20 вулканов, окруженных полями молодой лавы — ее возраст составляет 1,2 -1,5 миллиарда лет. Есть вероятность, что это самая поздняя вулканическая активность на Луне. Образцы, полученные там, расскажут об эпохах истории Луны, более близких к нам, чем те, следы которых были доставлены американскими «Аполлонами» и советскими «Лунами». Они позволят исследовать, в частности, то, как долго Луна оставалась вулканически активной и когда потеряла свое магнитное поле.

Для планетологов очень важно получить еще одну точку на Луне с точной датировкой возраста грунта: это позволит уточнить модель для определения возраста пород в конкретных районах спутника с помощью подсчета кратеров на поверхности.

Лунный комплекс «Чанъэ-5» состоит из четырех компонентов:

• Основной и самый тяжелый орбитальный аппарат, который обеспечивает полет от Земли к Луне, работу на окололунной орбите и возвращение к Земле.
• Посадочный аппарат, который отделяется на окололунной орбите и выполняет торможение и прилунение. 
• Взлетный аппарат, который стартует и выходит на орбиту высотой 15×180 км. Орбитальный аппарат стыкуется и забирает контейнер с грунтом в возвращаемый аппарат. Взлетный аппарат, выполнив свою задачу, падает на Луну.
• Возвращаемый аппарат, который отделяется от орбитального при подлете к Земле, входит в атмосферу и приземляется на парашюте.

От Океана Бурь к Внутренней Монголии

«Чанъэ-5» ждут 12 условных этапов: 

1. Старт;
2. Переход с орбиты Земли на орбиту Луны;
3. Торможение, чтобы стать спутником Луны;
4. Полет вокруг Луны на орбите 200 километров;
5. Посадка на Луну;
6. Забор образцов лунного грунта;
7. Взлет с Луны;
8. Сближение и стыковка с орбитальным аппаратом на лунной орбите;
9. Ожидание на орбите Луны;
10. Переход с лунной орбиты на орбиту Земли;
11. Разделение возвращаемого и орбитального модулей;
12. Высокоскоростной вход в атмосферу и возвращение аппарата на Землю.

Изначально запуск «Чанъэ-5» должен был состояться еще в 2017 году. Но во время второго полета тяжелая ракета «Чанчжэн-5» потерпела аварию. Это существенно замедлило реализацию космических планов Китая — ведь «Чанъэ-5» проектировалась именно в расчете на новый тяжелый носитель («Чанчжэн-5» способен доставить к Луне примерно 8,2 тонны — это немногим больше массы российского пилотируемого корабля «Союз МС»).

Наконец, 24 ноября 2020 года новая ракета успешно вывела аппарат на орбиту, близкую к расчетной: высотой 200 километров в перигее и около 400 000 километров в апогее. Такая вытянутая эллиптическая орбита необходима, чтобы достигнуть Луны, среднее расстояние до которой от Земли составляет 384 400 км. Солнечные батареи аппарата благополучно раскрылись, телеметрия показала, что бортовые системы работают нормально.

За выведением «Чанъэ-5» наблюдали китайские наземные станции, корабли «Юаньван-6» и «Юаньван-5» в Тихом океане и спутник-ретранслятор «Тяньлянь-2». Также помощь оказала наземная станция Европейского космического агентства в Куру.

Полет станции «Чанъэ-5» проходит в плоскости лунной орбиты, которая наклонена к плоскости эклиптики, то есть к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца под углом 5°09´.

28 ноября корабль вышел на низкую орбиту Луны — перелет занял у китайского аппарата 112 часов. Уже завтра, 1 декабря, он должен опуститься на поверхность спутника. Сейчас в Океане Бурь только начинается утро. С одной стороны, операции по посадке и забору грунта оптимально проводить при низком утреннем Солнце, когда еще не слишком жарко. С другой, работа посадочного модуля «Чанъэ-5» рассчитана на две земных недели — или один лунный день. По имеющейся информации, в отличие от двух предыдущих миссий («Чанъэ-3» и «Чанъэ-4») на модуле нет радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) и даже простых радиоизотопных грелок, а значит, он не переживет холод (примерно −173 °C) первой же лунной ночи, которая длится те же 14 земных дней.

Перед самым спуском на Луну посадочная станция с взлетным аппаратом отделится от орбитального блока и возвращаемого аппарата — они останутся на орбите Луны на высоте 200 километров в режиме ожидания.

Посадочный модуль оборудован уже проверенной «умной» системой мягкой посадки, которая может анализировать рельеф, выбирать ровные участки и корректировать траекторию снижения. Он оснащен жидкостным ракетным двигателем и четырьмя посадочными опорами.

На верхней плоскости посадочного модуля смонтирован манипулятор для забора грунта с поверхности. А на боковой поверхности аппарата установлено буровое устройство. После посадки и взятия проб для размещения во взлетном аппарате, станция сможет выполнить другие научные задачи с помощью комплекта приборов, включающих, кроме камер, спектрометр LMS (Laser Mass Spectrometer) для определения минерального состава реголита, анализатор газовыделения лунной поверхности, инструмент для изучения структуры лунного грунта, измеритель профиля температуры образцов.

Образцы будут загружены в контейнер взлетного аппарата, который должен стартовать около 2 декабря и выйти на орбиту высотой 15×180 километров. Для старта взлетного аппарата сработает механический толкатель (помните об очень слабой гравитации на Луне?). А двигатель включится уже на некоторой высоте. Это нужно, чтобы не повредить приборы посадочного модуля, и дать им возможность доработать до конца лунного дня.

Затем орбитальный блок должен в автоматическом режиме найти взлетный аппарат, сблизится и захватить его тремя парами «лапок» за три штыря в верхней части. Контейнер с образцами будет загружен через люк в верхней части возвращаемой капсулы, после чего взлетный аппарат отделится для падения на Луну. Это самая сложная часть миссии и первая в истории автоматическая стыковка двух космических аппаратов у другого небесного тела.

Вылет к Земле ожидается около 13 декабря.

На расстоянии около 5000 километров от Земли возвращаемый аппарат отделится от орбитального и войдет в атмосферу. За его подлетом к Земле будет следить европейская станция Маспаломас на Канарских островах.

Возвращаемый аппарат выполнен в виде «фары» с массой более 300 килограммов. Он должен будет сделать двухэтапное торможение «с подскоком» — ровно также, как это делали спускаемые аппараты советских беспилотных кораблей «Зонд», лунных «Союзов», летавших на орбиту к спутнику в 1967-1970 годах. В штатном режиме они входили в атмосферу над южным полушарием Земли, и за счет подъемной силы спускаемый аппарат «отскакивал» от плотных слоев атмосферы и снова поднимался в космос, но его скорость при этом уменьшалась со второй космической до суборбитальной, что позволяло посадить корабль с меньшими перегрузками.

На боковой поверхности возвращаемого аппарата «Чанъэ-5» в контейнере находится однокупольный парашют, с помощью которого он должен приземлиться на территории Внутренней Монголии, в уезде Сыцзыван. Эта операция уже была протестирована китайцами в ходе экспериментального полета аппарата CE5-T1 в 2014 году с возвращением от Луны на Землю.

Посадка возвращаемого аппарата «Чанъэ-5» запланирована на 17 декабря. Она завершит третий этап лунной программы Китая.

Четвертый этап предусматривает изучение территорий в районе южного полюса Луны для будущих пилотируемых экспедиций. Дублирующий аппарат «Чанъэ-6» совершит посадку для сбора и возвращения грунта (ориентировочно в 2024 году). «Чанъэ-7» доставит на посадочном модуле ровер и небольшой демонстрационный модуль с реактивными двигателями. Наконец, «Чанъэ-8» отработает ключевые технологии по сооружению лунной станции, которая позволит проводить научные исследования и добычу полезных ископаемых на поверхности Луны.

Конкуренты

Россия

В октябре 2021 года планируется старт с космодрома Восточный автоматической межпланетной станции «Луна-25», первой российской лунной станции. Если все пройдет успешно, то она совершит первую в мире мягкую посадку в южной приполярной области Луны в районе кратера Богуславского. В отличие от китайского посадочного модуля «Чанъэ-5» у российского отсутствует «умная» система мягкой посадки, которая может автоматически анализировать рельеф, выбирать ровные участки и корректировать траекторию снижения. Эта функция будет доступна на следующей посадочной лунной станции — «Луне-27», которая по плану должна прилуниться в 2025 году рядом с южным полюсом.

А в 2024 году к Луне должен прилететь орбитальный научный аппарат «Луна-26».

Дальнейшее развитие российской лунной автоматической и пилотируемой программы зависит от согласования и утверждения в правительстве России частей Единой космической программы, предложенной Роскосмосом.

США

Основное внимание NASA приковано к пилотируемой лунной программе «Артемида», инициированной Дональдом Трампом. Но победа на выборах в США Джо Байдена ставит вопрос на реалистичности высадки американских астронавтов на Луну в 2024 году, как планировал президент-республиканец.

Лунные планы NASA уже встретили сопротивление со стороны Конгресса и Сената США, которые не позволили сократить научную космическую программу в угоду пилотируемым полетам на Луну. Будущая администрация Байдена планирует больше уделить внимания изучению Земли из космоса, но конкретные планы станут известны позже. Впрочем, США могут и не отказаться от лунных планов, просто сдвинув их на более поздние сроки. На это могут повлиять разные факторы: результат беспилотного полета к Луне корабля «Орион» в 2021 или 2022 году, количество стран, присоединившихся к соглашению «Артемиды» (Artemis Accords) — на данный момент их восемь (Австралия, Великобритания, Италия, Канада, Люксембург, ОАЭ, Япония и Украина).

Но NASA планирует не только полеты людей на Луну. В 2018 году администрация начала программу по коммерческой доставке грузов на Луну (Commercial Lunar Payload Services). В ее рамках в ближайшее время планируется несколько автоматических миссий на наш спутник — чаще всего с использованием ракет Falcon 9 компании SpaceX.

Индия

Орбитальный аппарат «Чандраян-2» сейчас успешно работает около Луны, но первая попытка индийских специалистов мягко прилунить 6 сентября 2019 года посадочный модуль «Викрам» с 27-килограммовым луноходом «Прагьян» оказалась неудачной. Аппарат разбился.

Но Индия не теряет надежды на рекорд и четвертое место в негласном соревновании между странами за мягкую посадку на Луну (после СССР, США и Китая), поэтому сейчас идет проектирование третьей лунной миссии «Чандраян-3»

Израиль

Израильская некоммерческая организация SpaceIL едва не обогнала Индию в лунной гонке. Их маленькая лунная станция «Берешит» (в высоту всего полтора метра при диаметре два метра) предприняла попытку мягко сесть на поверхность спутника 11 апреля 2019 года, но потерпела аварию. Сейчас SpaceIL пытается найти финансирование на второй аппарат.

Объединенные Арабские Эмираты

29 сентября 2020 года премьер-министр ОАЭ Мохаммед ибн Рашид Аль Мактум объявил о планируемом запуске в 2024 на спутник Земли небольшого лунохода «Рашид» с научной аппаратурой. Тем самым ОАЭ внесут свой первый вклад в международную лунную программу «Артемида», к которой они присоединились 13 октября 2020 года, а также посоревнуются с Индией за четвертое место в лунной гонке.