Прошло больше 40 лет после окончания «лунной гонки», а планы окололунной станции и пилотируемых экспедиций разрабатываются вновь, на спутнике Земли появляются луноходы и посадочные зонды. Ученые-планетологи и чиновники космических ведомств говорят о «новой лунной гонке». Почему пришлось начинать изучение Луны снова и почему прекратились предыдущие программы?
Почему советская лунная программа прекратилась?
К концу 1970-х годов многим казалось, что на Луне делать уже нечего и в Солнечной системе существуют значительно более интересные объекты для исследований: Марс, Венера и планеты-гиганты. Советская автоматическая программа изучения Луны закончилась в 1976 году, последней станцией была «Луна-24».
В тот момент считалось, что на Луне сделано все, что можно: получены фотографии, запущены два лунохода, привезены на Землю образцы лунного реголита. При этом финансов выделялось не очень много, а обосновать их было сложно. Какой смысл вкладывать деньги в полеты к безжизненному естественному спутнику, состоящему из камней и пыли?
Как Луна снова стала интересной?
Интерес к Луне мог бы вернуться к ученым еще позже, если бы не зонд «Клементина». В 1994 году его отправили в космос американские военные. Ученые, проанализировав данные с радара на борту аппарата, пришли к выводу, что объяснить странные результаты, полученные с поверхности Луны, можно, только если предположить, что на ее поверхности есть лед.
Почему ученым так интересен лед на Луне? Лед — это вода, которая прекрасно раскладывается на два элемента: водород и кислород. Водород — это топливо, кислород — окислитель, а вместе они составляют ракетную пару для будущих космических кораблей. Благодаря льду Луна может стать топливной станцией, с которой удобно стартовать к другим планетам, например к Марсу.
В 2009 году к Луне отправилась пара зондов: LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) и LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite). Последний аппарат ученые намеренно «уронили» на дно южного полярного кратера Кабео. Наблюдавший за столкновением с борта аппарата LRO российский нейтронный телескоп ЛЕНД (Lunar Exploration Neutron Detector) обнаружил, что в грунте присутствует около 5 процентов воды. Это достаточно много: например, в верхнем слое рыхлой земной почвы воды всего 10–20 процентов.
Чем современная лунная станция отличается от старых?
Последняя советская лунная станция, «Луна-24», стартовала с Земли в августе 1976 года и была гигантской: масса аппарата составляла почти шесть тонн, и для ее запуска потребовалась тяжелая ракета-носитель «Протон-К». Из этой массы больше четырех тонн приходилось на топливо в посадочной ступени и в возвратной ракете, которая должная была доставить на Землю пробы — 170 граммов лунного грунта. На поверхности Луны станция оказывалась уже изрядно «похудевшей». Она весила 1880 килограммов, из которых 512 килограммов — это стартовая масса возвратного модуля, в котором 274 килограмма тоже приходилось на топливо. Масса единственного научного прибора — буровой установки — составляла всего лишь 13,6 килограмма.
В отличие от советских станций, новая «Луна-25» прибудет на поверхность одним целым и доставит туда больший вес. Общая масса посадочного модуля без топлива будет 590 килограммов — если при посадке она сожжет все 950 килограммов топлива. Благодаря солнечным батареям и радиоизотопным термоэлектрическим генераторам аппарат может поставить национальный рекорд по сроку жизни на Луне — ожидается, что «Луна-25» проработает год. В-третьих, аппарат должен исследовать регион, где не побывал еще никто, — полярную Луну.
Как работает электроника на Луне?
Электроника советских лунных аппаратов была похожа на старые телефонные станции с переключателями для каждого действия. Щелк — сработала команда. Щелк — включилось питание. С помощью антенн дальней космической связи операторы передавали на борт станции набор импульсов, а бортовые реле переключали приборы в нужный режим.
Нынешние лунные станции гораздо больше похожи на современные смартфоны. Революция в управлении произошла при переходе на ПЛИСы — программируемые логические интегральные схемы. У обычных микросхем порядок работы задается раз и навсегда при изготовлении, а как именно будет обрабатывать информацию ПЛИС, решается при программировании этой схемы. Кроме того, такие схемы могут переключаться между разными режимами в зависимости от поступающих данных. Например, у аппарата «Луна-25» есть манипулятор для забора проб из лунного грунта, с глубины примерно 20–30 сантиметров. Ученые не могут предсказать, каким именно окажется грунт лунной вечной мерзлоты. Возможно, он будет довольно твердым, а возможно — сыпучим, как песок. Программируемая микросхема, опираясь на электрические параметры усилий в моторах манипулятора, сможет «сообразить», какой грунт он пытается зачерпнуть, и переключит систему в наиболее оптимальный режим. Когда зонд будет на Луне, исследователи смогут изменять режимы работы приборов и даже перепрограммировать их для применения ранее не предусмотренных режимов. Чтобы не потерять космический аппарат из-за случайной программной ошибки, новые коды предварительно тестируют на Земле на «зеркальном» аналоге космического аппарата.
Что «Луна-25» будет делать на Луне?
Новый зонд отправляется на Луну с целым набором научной аппаратуры — восемь приборов массой 30 килограммов. Манипуляторный комплекс ЛМК (Лунный манипуляторный комплекс) заберет ковшом образцы лунной породы с глубины 20–30 сантиметров и поместит их в лазерный масс-анализатор ЛАЗМА. За год предполагается отобрать и проанализировать 11 проб полярного реголита объемом до двух кубических сантиметров каждая. Радиус действия манипулятора — 1,5 метра. Ученые смогут проверить почти все наиболее перспективные места в рабочем поле на поверхности вблизи станции. Контролировать процесс сбора образцов и следить за посадкой будет система телекамер СТС-Л (служебная телевизионная система для лунных посадочных аппаратов).
Перекопанный ковшом грунт кроме ЛАЗМА будут изучать стереокамеры и инфракрасный спектрометр. Эти приборы установлены вблизи локтевого сустава манипулятора, и он будет нацеливать их объективы на участки грунта, вынутого на поверхность.
Содержание водорода в реголите будет исследовать детектор нейтронов и гамма-лучей АДРОН-ЛР, подобный российскому прибору ДАН (Динамическое альбедо нейтронов), который сегодня работает на марсоходе «Кьюриосити». Он «просветит» импульсами нейтронов грунт на месте посадки станции на глубину до 60 сантиметров. Если в реголите будет обнаружен водород, это станет прямым подтверждением того, что в грунте вблизи южного полюса есть водяной лед.
Кроме грунта «Луна-25» будет изучать экзосферу Луны — тонкую газо-пылевую атмосферу спутника. Этим будут заниматься энергомасспектрометр АРИЕС-Л и детектор пылевых частиц ПмЛ (Пылевой монитор).
Наконец, на «Луне-25» по просьбе Европейского космического агентства установят телекамеру-демонстратор «Пилот-Д». На будущих лунных аппаратах она будет включена в контур управления посадкой. Пока же она в тестовом режиме осуществит съемку поверхности Луны во время нахождения станции на лунной орбите и при посадке. Контролировать и управлять процессом работы всей научной аппаратуры будет служебный прибор БУНИ (Блок управления комплексом научной аппаратуры и сбора научной информации).
Сейчас летный экземпляр «Луны-25» — именно тот, который отправится к Луне, — находится в НПО имени Лавочкина, где проходит финальные испытания. Тем временем заправочный макет космического аппарата прибыл на космодром Восточный. Там специалисты тестируют его установку на ракеты «Союз-2».
В ближайшем будущем «Луна-25» должна отправиться на Луну, чтобы наконец продолжить прерванную более 40 лет назад программу изучения спутника Земли. Уже скоро мы сможем точно узнать, есть ли на Луне вода.
