В это невозможно поверить, но Россия отправила к Луне исследовательскую станцию — спустя почти полвека после последней советской миссии Почему перерыв получился таким долгим?
Утром 11 августа автоматическая станция «Луна-25» успешно стартовала с космодрома Восточный в Амурской области. 20 августа «Роскосмос» сообщил, что при переходе «Луны-25» на предпосадочную орбиту связь с аппаратом была потеряна. Считается, что станция разбилась, столкнувшись с поверхностью Луны.
Российская станция «Луна-25» — «преемница» советской миссии 1976 года. Место в районе Южного полюса Луны ей, вероятно, придется делить с индийской «Чандраян-3»
В 02:10 по московскому времени 11 августа должен состояться старт ракеты-носителя «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» и автоматической станцией «Луна-25». Ей предстоит совершить первую в истории России попытку мягкой посадки на Луну. Последняя лунная станция СССР «Луна-24» выполнила свою миссию еще в 1976 году: после мягкой посадки в экваториальной зоне естественного спутника Земли она провела исследования и с помощью возвращаемой ступени доставила обратно на Землю 170 граммов реголита.
Спустя 47 лет российским специалистам предстоит вновь отработать технологию мягкой посадки и исследовать свойства реголита и экзосферы — но теперь не в экваториальной, а в южной приполярной области Луны. Изначально Роскосмос рассчитывал на то, что «Луна-25» будет единственным аппаратом, который будет изучать Южный полюс спутника Земли, но в эти дни в тот же район направляется еще и индийская автоматическая станция «Чандраян-3», посадочный модуль которой под названием «Викрам» должен сесть относительно близко к месту прилунения «Луны-25» примерно в то же время. Спустя буквально несколько суток мы узнаем, кто будет первым — если обе миссии окажутся успешными.
Пуск «Союза-2.1б» на космодроме Восточный впервые в истории будет проходить по трассе с наклонением 51,7° (к экватору). Боковые блоки первой ступени ракеты при этом упадут в Верхнебуреинском районе Хабаровского края. Из-за этой угрозы в день запуска даже планируется временная эвакуация жителей поселка Шахтинский, находящегося на трассе полета «Союза».
Полет «Луны-25» может занять до нескольких недель. На поверхности спутника Земли аппарат будет работать целый год, «засыпая» во время холодных лунных ночей
Этапы полета выглядят следующим образом.
- Через девять минут после старта с космодрома Восточный ракета-носитель «Союз-2.1б» выведет аппарат на незамкнутую опорную орбиту.
- После отстыковки третьей ступени в дело вступит разгонный блок «Фрегат». Первым включением маршевой двигательной установки он поднимет орбиту до 200 километров. Через пол витка вокруг Земли двигатель включится вновь, чтобы отправить станцию на траекторию перелета к Луне.
- Через 1 час 20 минут от момента старта с Земли «Луна-25» отстыкуется от «Фрегата» и начнет пятидневный автономный полет к Луне. На это время запланировано две коррекции траектории полета с помощью собственного двигателя станции, который потом будет использоваться для прилунения.
- Прибыв к спутнику Земли, «Луна-25» затормозит двигательной установкой, чтобы сбросить скорость и выйти на круговую околополярную орбиту высотой 100 километров.
- После уточнения реальных параметров орбиты станция выполнит маневры для перехода на посадочную полярную эллиптическую орбиту — с перицентром высотой 12-18 километров и апоцентром высотой 90-110 километров. «Луна-25» может находиться на этой орбите до недели, чтобы специалисты смогли получить все данные и подготовить программу для прилунения.
Основной район посадки — немного севернее кратера Богуславский. Есть два резервных варианта — юго-западнее кратера Манцини и южнее кратера Пентланд А.
Выбор места прилунения был компромиссом между инженерами и учеными. Поиск осложнялся тем, что в южной приполярной области Луны сложный рельеф и нужно было найти ровную площадку без крутых склонов и больших камней. У «Луны-25» нет системы активного маневрирования для посадки (что уже стало правилом для китайских и американских посадочных модулей), поэтому выбирали площадки в форме эллипса 30×15 километров. Кроме этого, из-за требований по освещенности солнечных панелей и доступности радиосвязи линия горизонта не должна скрывать Солнце и Землю надолго.
Среди всех удобных для станции районов выбрали те, что интересны ученым: согласно данным дистанционных исследований, массовая доля воды в верхнем слое поверхности там максимальна.
- Последний и самый ответственный этап полета — посадка станции в районе Южного полюса Луны. «Луна-25» не имеет перелетного или орбитального модуля, поэтому садится на поверхность целиком. Для этого она дважды должна затормозить двигателем на орбите и перейти в вертикальное свободное падение до высоты 800-1200 метров. Высоту будет определять единственный прибор — доплеровский измеритель скорости и дальности (ДИСД-ЛР). Устройство будет посылать к Луне и принимать отраженные от ее поверхности радиосигналы — это позволит получать данные о высоте полета аппарата, его скорости и углах наклона во время спуска.
- На высоте одного километра включится двигательная установка (включает два дополнительных двигателя мягкой посадки), которая с одной попытки должна посадить станцию в два этапа: сначала в режиме большой тяги, а в конце, с высоты 20 метров, — малой, пока «Луна-25» не встанет на четыре опоры.
- После прилунения антенна станции будет направлена на Землю для связи. «Луна-25» передаст по радиосвязи панораму места посадки. В течение первого лунного дня специалисты проведут тестирование всех систем, со второго лунного дня начнется научная работа, продолжительность которой должна составить один год.
- Цикличность работы «Луны-25» в течение этого года будет соответствовать чередованию лунных дня и ночи. Днем посадочный аппарат будет поддерживать связь с Землей, проводить съемку поверхности, собирать рукой-манипулятором пробы грунта и проводить научные эксперименты. На ночь вся аппаратура, за исключением часов реального времени, будет выключена, а греть станцию будут два радионуклидных тепловых блока и радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) — все на диоксиде плутония-238. Температура на темной стороне Луны при этом будет падать до -170° С. Электричество, вырабатываемое РИТЭГом, будет питать часы, которые каждое лунное утро будут включать бортовой компьютер и основную систему электропитания (солнечные батареи).
Научная аппаратура «Луны-25» будет искать на Луне воду и исследовать экзосферу спутника
Конструкция автоматической межпланетной станции (АМС) «Луна-25», которую построило входящее в Роскосмос Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина, состоит из двух основных частей:
- нижняя — посадочная платформа из топливных баков с двигательной установкой и посадочных опор;
- верхняя — негерметичный облегченный приборный контейнер. Почти все научное оборудование, за организацию которого отвечал Институт космических исследований РАН, размещено в верхней части аппарата.
Общая масса станции в заправленном состоянии составляет около 1800 килограммов, масса научной аппаратуры — 31 килограмм.
Состав основных бортовых систем АМС
- Система электропитания. четыре солнечных панели с генерируемой электрической мощностью 821 ватт. Они установлены перпендикулярно лунной поверхности (сбоку станции), так как в приполярной части Луны Солнце не будет подниматься выше, чем на 20° над горизонтом. Солнечная батарея будет заряжать восемь литийионных аккумуляторов.
- Система обеспечения теплового режима. Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) с тепловой мощностью 125–145 ватт вместе с двумя тепловыми блоками будет обогревать станцию ночью. Аппарат почти полностью укутан экранно-вакуумной теплоизоляцией (ЭВТИ), которая состоит из нескольких десятков мягких отражающих экранов с низкой теплопроводностью, внешне напоминающих золотую фольгу. Для отвода тепла от приборов используются тепловые алюминиевые трубы с аммиаком в качестве теплоносителя. Сверху станции установлены два радиатора площадью 0,7 квадратного метра каждый для излучения лишнего тепла в космос.
- Система связи. Станция имеет две приемные малонаправленные антенны, две передающие малонаправленные антенны и одну направленную передающую антенну Х-диапазона для передачи научной информации.
- Служебная телевизионная система СТС-Л. В разных частях станции установлены восемь камер: две будут снимать процесс посадки, четыре широкоугольные камеры — панорамы вокруг станции, две стереокамеры помогут ученым в проведении научной программы.
- Бортовой компьютер. За все служебные системы, полет, посадку, связь отвечает бортовой интегрированный вычислительный комплекс (БИВК-Р).
Научная аппаратура на «Луне-25»
Научные приборы на станции делятся 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.
К первой группе, которая займется поисками воды, относятся:
- Прибор ЛАЗМА-ЛР. Он будет определять элементный и изотопный состав реголита и летучих соединений методом лазерной масс-спектрометрии образцов грунта, доставленных манипулятором. Для этого образцы будут нагреваться, испаряться и ионизироваться лазером, а образовавшиеся ионы попадут во времяпролетный масс-спектрометр. Всего за время работы станции планируется проанализировать 11 таких проб, взятых манипулятором с разных мест и глубин.
- Нейтронный и гамма-детектор АДРОН-Л. Он изучит элементный состав реголита методом как активной, так и пассивной гамма-спектроскопии, но главное — определит массовую долю воды в реголите методом активного нейтронного зондирования верхнего слоя поверхности на глубину до двух метров с помощью встроенного генератора нейтронов.
- Этот процесс будет похож по процедуре на поиски воды на Марсе. Когда российский прибор ХЕНД на борту космического аппарата «Марс Одиссей» дистанционно обнаружил воду в составе марсианского грунта, в миссию американского марсохода «Кьюриосити» включили российский же нейтронный детектор ДАН, который позволил собрать информацию о массовой доле воды непосредственно на поверхности Марса, чтобы сравнить с данными орбитального прибора. В случае Луны российский исследовательский нейтронный детектор ЛЕНД на борту американского орбитального аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter дистанционно обнаружил заметную концентрацию водяного льда в северной и южной околополярных областях нашего спутника. Теперь АДРОН-Л сможет замерить концентрацию непосредственно на поверхности Луны. Отличие в том, что ДАН смог прозондировать больше поверхности по пути марсохода, а теперь детектору будет доступен грунт только непосредственно под «Луной-25».
- Прибор ЛИС-ТВ-РПМ, установленный на локте роботизированной руки-манипулятора, дистанционно определит минералогический состав реголита методами инфракрасной спектроскопии. В состав системы входят инфракрасный спектрометр и стереокамера.
- Лунный манипуляторный комплекс ЛМК с грунтозаборником длиной 1,5 метра может перекапывать лунную поверхность и с разных глубин (до 25 сантиметров) брать пробы реголита для анализа прибором ЛАЗМА-ЛР. Также он будет наводить на «цель» прибор ЛИС-ТВ-РПМ, стоящий на локте роботизированной руки.
Вторая группа, изучающая экзосферу спутника:
- Пылевой монитор ПмЛ с сенсорными датчиками будет 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 проведет эксперимент по изучению ионов и нейтральных частиц лунной экзосферы и взаимодействия солнечного ветра с реголитом. Он будет изучать освещенную поверхность Луны и регистрировать ионы, выбиваемые из нее солнечным ветром, определит заряд и массу каждой из выбитых частиц.
У научных приборов «Луны-25» есть свой компьютер — Блок управления научной информацией (БУНИ). Он обеспечит для полезной нагрузки станции электропитание, управление, прием, хранение и передачу научных данных и телеметрии.
Есть и отдельный пассивный прибор — лазерный уголковый отражатель. Его сделали в Научно-производственной корпорации «Системы прецизионного приборостроения». Прибор позволит измерять расстояние до «Луны-25» методом импульсной лазерной локации с Земли. Благодаря тому, что на многих посадочных аппаратах ставят такие отражатели, ученые могут точно определять расстояние до Луны и то, с какой скоростью она отдаляется от Земли. Сколько бы ни проработала сама станция, в случае успешной посадки уголковый отражатель будет использоваться много лет.
У «Луны-25» — долгая история. Запуск проекта в разное время срывали недостаток финансирования, аварии и санкции
11 июля — дня, когда «Луна-25» была доставлена на космодром Восточный, — создателям станции пришлось ждать очень долго. Еще в 1997 году после аварии проекта «Марс-96» перед Российской академией наук (РАН) встал вопрос о следующих целях планетных исследований космическими аппаратами.
Ученые выбрали 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 и по исследованию окрестностей Южного полюса посадочной станцией в затененном районе.
Для запуска лунного проекта 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. 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 лунному проекту были приостановлены.
Лишь в 2006 году появилась возможность продолжить проект — благодаря подписанию межправительственного соглашения о космическом сотрудничестве с Индией. В его рамках для одного из полетов совместной легкой посадочной станции на Луну предполагалось использовать индийскую ракету GSLV Mk.II. Планировалось, что на станции при этом будут находиться всего 30 килограммов научного оборудования и индийский луноход.
К сожалению, авария на околоземной орбите станции «Фобос-Грунт» в 2011 году сдвинула сроки потенциальных межпланетных миссий, так как наработки по «Фобос-Грунту» не доказали своей надежности — а их планировалось использовать и для лунных миссий.
В апреле 2012 года на Совете РАН по космосу решили, что необходимо заново нарабатывать опыт межпланетных полетов и первая миссия должна быть несложной. Пригодился задел по легкому посадочному аппарату из отмененного российско-индийского проекта. Проект вновь получил название «Луна-Глоб», запуск запланировали на ракете-носителе «Союз-2» с Байконура в 2015 году. В 2016 и 2017 годах по этому плану 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).
Данные, полученные с прибора этого института под названием ЛЕНД, который был установлен на американском орбитальном аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter, помогли построить карту распространения воды на Луне. Оказалось, что ее особенно много на Южном полюсе. Это определило научную и практическую цели для полетов и утвердило концепцию исследования «полярной Луны», тем более что запасами воды на спутнике заинтересовались и ученые других стран.
Три лунные миссии включили в Федеральную космическую программу на период 2016–2025 годов. Директор, а позже научный руководитель ИКИ Лев Зеленый при этом предложил вернуться к советской нумерации станций: так «Луна-Глоб» стала «Луной-25», а следующие две станции — «Луной-26» и «Луной-27».
Но с появлением новых целей трудности российской лунной программы не закончились. В последние годы ключевыми причинами задержек запуска стали как санкции, наложенные на Россию в 2014 году, так и технические сложности при изготовлении нового оборудования. Попытки продолжить сотрудничество с Индией не привели к результату, но возможностью совместной работы на Луне заинтересовалось Европейское космическое агентство (ЕКА). Контакты с ЕКА развивались до марта 2022 года, после чего прекратились. Из-за новых санкций «Луна-25» лишилась европейской навигационной камеры PILOT-D, необходимой для отработки «умной посадки» следующей станции «Луна-27».
Несостоявшийся партнер России по лунной программе Индия — теперь ее конкурент. Как и Китай с США — обе страны готовят пилотируемые миссии к Луне
Хотя Россия уже десятилетие как позиционирует «Луну-25» как первую в истории миссию в полярную зону Луны, еще в 2019 году попытку высадиться недалеко от того места, куда планируется прилунение российского модуля, предприняла Индия. Посадочный модуль «Викрам», 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.
А прямо сейчас индийская посадочная станция «Чандраян-3» находится на орбите около Луны. Она состоит из перелетного модуля и посадочного аппарата «Викрам», в котором есть «пассажир» — луноход «Прагьян». Посадочный модуль — аналог первого, но с доработанным программным обеспечением, усиленными опорами и новой двигательной установкой. Посадка запланирована на 23 августа в 15:17 по московскому времени между кратерами Богуславского C и Манцини U, на расстоянии примерно 100 километров от «российской» основной точки.
Индийская станция стартовала с Земли раньше «Луны-25» — 14 июля — с космодрома Шрихарикота на ракете среднего класса LVM3 (старое название GSLV МК III). Полет к Луне продлился почти три недели по экономичной схеме с раскруткой около Земли из-за отсутствия у Индии ракет-носителей тяжелого класса или разгонного блока, подобного «Фрегату».
По плану «Викрам» и «Прагьян» проработают на поверхности Луны всего один лунный день (14,5 земных суток), 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. Поэтому для результатов миссии важно, чтобы посадка произошла в начале лунного дня. Если «Викрам» не будет готов к посадке 23 августа, он останется на орбите до второй половины сентября, когда начнется следующий лунный день. А вот «Луна-25» может находиться на орбите всего семь дней, и возможности отложить посадку позже 21-24 августа у нее нет.
Стремятся на Луну и другие страны. 26 августа к спутнику будет запущен японский посадочный модуль SLIM. Это вторая попытка для Японии в 2023 году. В апреле при посадке разбился частный японский лунный посадочный аппарат Hakuto-R, на борту которого находился луноход Объединенных Арабских Эмиратов «Рашид».
В 2024 году планируется посадка в район Южного полюса Луны американского тяжелого лунохода VIPER. Он будет искать кометный лед и исследовать заключенные 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. Пока они проводят разведку автоматическими станциями и готовят юридическую базу. США продвигают свое межгосударственное соглашение между правительствами разных стран, призывая всех участвовать в программе «Артемида» по исследованию и использованию ресурсов Луны, Марса, комет и астероидов в мирных целях. Документ подписали уже 28 государств, включая Индию. Китай тоже ищет партнеров по освоению Луны — и правительственные соглашения с ним уже подписали две страны: Россия и Венесуэла.
«Медуза»