В поисках лунного льда. Что умеет новая российская лунная станция?

В 2022 году Россия вернется на Луну. Спустя 45 лет после того, как на спутнике Земли побывал последний советский зонд, стартует «Луна-25» — посадочный аппарат, которому предстоит исследовать лунное заполярье. В какой степени российская лунная программа — повторение славного советского прошлого? Что изменилось за полвека в технологиях межпланетных путешествий и, наконец, чем новая, 25-я «Луна»

Homo Science

В поисках лунного льда. Что умеет новая российская лунная станция?

В 2022 году Россия вернется на Луну. Спустя 45 лет после того, как на спутнике Земли побывал последний советский зонд, стартует «Луна-25» — посадочный аппарат, которому предстоит исследовать лунное заполярье. В какой степени российская лунная программа — повторение славного советского прошлого? Что изменилось за полвека в технологиях межпланетных путешествий и, наконец, чем новая, 25-я «Луна» отличается от предыдущих?

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.

Комментарии
Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий
Комментарии 0

Стань частью сообщества Homo Science!

Хочешь оставаться в центре событий?
Зарегистрируйся прямо сейчас