Обзор полетов на Луну

В мире начинается лунная лихорадка. В этом году на холодный и безжизненный спутник Земли летит сразу пять аппаратов — от России, Японии, США и Индии. Цели у всех стран схожи — проверить технологии посадки в разных районах и найти следы воды в реголите и приповерхностной пыли. Для России это будет уже семнадцатый полет беспилотника с запланированной посадкой на Луну, что станет абсолютным рекордом космической эры. Все наши предыдущие аппараты были отправлены еще в советский период, последним из них была «Луна-24», которая в 1976 году доставила на Землю образец лунного грунта. За этой миссией последовал более чем двадцатилетний перерыв в лунных исследованиях космических сверхдержав. Начиная с 1999 года полеты возобновились: на Луну летали два американских аппарата, европейская автоматическая межпланетная станция (АМС), один индийский зонд, один японский зонд, а также китайские зонд и две АМС, которые доставили планетоходы на поверхность спутника. Кроме того, на Луну пытался посадить аппарат Израиль, но его миссия потерпела неудачу, разбилась и индийская космическая станция, которая должна была сесть в районе Южного полюса. Последнюю штатную посадку осуществил Китай в 2019 году.

Сейчас на орбите Луны кружит японский космический модуль Hakuto-R, построенный коммерческой компанией Ispace, в ближайшие дни, предположительно 25 апреля, он должен прилуниться в кратер Атлас на юго-востоке Моря Холода. Он везет с собой мини-луноход Rashid — первую машину для лунных исследований космического агентства Объединенных Арабских Эмиратов, а также японского микроробота. У этой миссии есть четкая программа — съемка местности и изучение пыли от реголита. Считается, что эти данные могут быть использованы при создании герметичного лунохода для будущей пилотируемой миссии, подготовку которой Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) совместно с компанией Toyota анонсировали еще летом 2020 года. Но вряд ли миниатюрный Hakuto-R с полезной нагрузкой до 30 кг добудет то, что сделает прорыв в лунной науке после фундаментальных советских, американских и китайских миссий. Скорее это возможность для Японии и ОАЭ продемонстрировать наличие современных технологий для работы в экстремальных условиях нашего спутника, а также шанс закрепиться в неформальном элитном клубе покорителей Луны.

Нас же по понятным причинам больше интересует другая миссия — «Луна-25». Россия возвращается к полетам на Луну спустя почти полвека. Старт первого в постсоветской истории лунного аппарата переносился шесть раз. Сначала станция называлась «Луна-Глоб» и должна был полететь в 2014 году, но из-за решения о замене ракеты-носителя пуск отложили на 2016-й. Затем проект был переименован в «Луну-25» и снова перенесен — сначала на 2019-й, потом на 2021-й, а затем на 2022 год (по неофициальной информации, пришлось заменять некоторые компоненты детекторов, срок службы которых подходил к концу). Очередное окно для запуска определено с июля по август.

Последний сдвиг дат представители «Роскосмоса» объясняли «несоответствием характеристик доплеровского измерителя скорости и дальности (разработчик — концерн “Вега”) требованиям технического задания». Несколько месяцев специалисты НПО Лавочкина совместно с партнерами проекта дорабатывали схемы посадки и алгоритмы управления движением аппарата, анализировали нештатные ситуации и испытывали бортовой комплекс управления. В феврале этого года глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заверил, что «Луна-25» готова к выполнению миссии и отправится в полет этим летом. Сезон выбран исходя из соображений экономии топлива: из-за специфики движения Луны относительно Земли спутник то приближается к нашей планете (его минимальное расстояние до Земли составляет 362 тыс. км), то удаляется от нее (апогей — 405 тыс. км). Выбор конкретной даты зависит от расчета оптимального момента выхода аппарата на орбиту Луны. Он должен начать посадку в нужную зону в начале лунного дня (как известно, день и ночь на Луне длятся непрерывно около 14 суток), чтобы сразу приступить к работе, а не отключаться на длинную лунную ночь. «Луна-25» будет запущена с космодрома Восточный на ракете «Союз-2».

Внешне эта станция похожа на советские версии аппаратов серии «Луна», но по существу это новая машина. «Даже то, что только похоже на предшественников, — это не копии старых версий, а новые изделия, сделанные с учетом достижений науки. Все алгоритмы, электроника, а также установленный на аппарате комплекс приборов работают на новых принципах. Это позволяет современными методами исследовать поверхность и экзосферу Луны», — поясняет директор Института космических исследований (ИКИ) РАН Анатолий Петрукович (ИКИ осуществляет научное руководство подготовкой миссии «Луна-25»).

На станции установлен нейтронный генератор, который позволяет отправлять импульс нейтронов под поверхность Луны и принимать его отражение специальным детектором. Таким образом возможно без бурения анализировать состав лунного грунта — реголита — на несколько метров в глубину. «Луна-25» также привезет с собой анализаторы для исследования приповерхностной пыли и комплекс приборов для забора и изучения на месте химического состава верхнего слоя лунного грунта. Это довольно сложные робототехнические установки, способные автономно выполнять множество манипуляций на другом небесном теле.

Научная программа «Луны-25» лежит в парадигме так называемой влажной Луны, которая появилась в науке относительно недавно, в начале XXI века. Она должна помочь ответить на вопросы об истории появления и распространения воды на Луне (американский зонд LCROSS с помощью российского нейтронного детектора в 2009 году обнаружил в окрестности Южного полюса нашего сурового спутника большие залежи водяного льда, а также ртути и серебра). Именно поэтому было выбрано место посадки в районе Южного полюса — не очень удобное с точки зрения рельефа, но интересное для поиска водяного льда в образцах грунта и летучих соединений водорода и других молекул в экзосфере.

«То, что должно испаряться в низкоширотных и среднеширотных районах Луны, где садились все предыдущие лунные аппараты, возможно, сохранилось в приполярных областях, где Солнце находится низко над горизонтом. Наша главная научная цель — исследовать приполярную Луну на предмет наличия каких-либо следов воды», — отмечает Анатолий Петрукович.

По предварительным оценкам, на Луне содержится порядка 600 млн тонн воды в виде грунтового льда, преимущественно на полюсах. В перспективе эти запасы рассматриваются в качестве подспорья для пребывания человека на Луне (после 2030-х годов прогнозируется бум пилотируемых миссий на Луну): основы для получения на месте кислорода и водорода методом электролиза, которые могут использоваться для дыхания, производной для ракетного топлива, а также средства охлаждения двигателей космических аппаратов (см. «Что поделим на Луне», «Эксперт» № 49 за 2020 год). По предположению научного руководителя ИКИ РАН Льва Зеленого, на Луне также могут быть обнаружены большие запасы редких металлов — титана, урана и тория. Это делает нашего ближайшего космического соседа еще более привлекательным для исследований в будущем.

Но в этом году задачи у всех лунных завоевателей более «приземленные» — отработать технологии мягкой посадки, в очередной раз провести анализ веществ, которые содержатся в лунном грунте и экзосфере, и в целом обозначить свое присутствие на Луне. Вопросы юридического регулирования отношений между участниками миссий из разных стран до сих пор находятся в подвешенном состоянии — очевидно, они будут решаться по мере развития событий за пределами Земли. Писать «лунные законы» и, соответственно, диктовать условия работы на космических телах будут те, кому удастся занять лучшие посадочные места — в полярных зонах.

Помимо «Луны-25» и японского аппарата с большой долей вероятности в текущем году «в гости к Селене» отправится индийская станция «Чандраян-3» с луноходом, которая тоже должна продемонстрировать мягкую посадку в районе Южного полюса. На ее борту — несколько приборов для измерения сейсмической активности Луны, плотности плазмы и других параметров. В основном эта миссия рассматривается как тестовый полет для проверки возможностей индийских космических технологий.

В ближайшие месяцы на Луну также полетят два американских посадочных модуля от частных компаний Astrobotic Technologies и Intuitive Machines. Собственной научной программы у этих аппаратов нет, их создали для перевозок на коммерческой основе научных приборов, роверов и других полезных грузов от сторонних заказчиков.

Нынешний год станет началом большой экспансии человека на Луну. В ближайшее десятилетие ожидаются более 250 лунных миссий от космических агентств России, США, Европы, Китая, Южной Кореи, Японии, Индии, Канады и ОАЭ, а также множества частных фирм. По данным Northern Sky Research, эта кампания создаст «лунную экономику», ежегодный объем которой разрастется до 100 млрд долларов. Печать