«Луна-25»: возвращение в поисках воды

Проект «Луна-Глоб» (именно так сначала он назывался) начали реализовывать еще в далеком 2005 году. Тогда предполагалось, что специалисты запустят к спутнику Земли сеть сейсмических станций, которые будут расположены на лунной поверхности. Однако потом проект переработали, запуск планировали на 2010 год. Потом на 2012, 2013, 2014… И так до 11 августа 2023 года. Причины были разные: то было решили заменить ракету-носитель, то характеристики прибора для обеспечания мягкой посадки не соответствовали нормам.

Космический аппарат «Луна-25» представляет из себя автоматическую посадочную станцию. На нее возложено много ожиданий, ведь специалисты планируют с ее помощью исследовать массовую долю воды в лунном веществе, определить элементный и изотопный состав верхнего слоя реголита (до 40 сантиметров) в районе посадки — окрестностях Южного полюса Луны. Кроме того, «Луна-25» будет измерять радиационный фон нейтронов и гамма-лучей на лунной поверхности, а также исследовать приполярную экзосферу и физические процессы, происходящие в ней в разных условиях (например, когда Солнце активно или спокойно, а также в периоды, когда Луна проходит через хвост земной магнитосферы).

Исследования «Луны-25» будут проводиться в этом лунном регионе не просто так. В начале XXI века ученые с помощью российского нейтронного зонда ЛЕНД (он установлен на американском орбитальном аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter) показали, что в полярном реголите есть много летучих соединений космического происхождения: от воды до сложных молекул. Лунный полюс — это такой природный холодильник, где сотни миллионов лет накапливались и сохранялись слои инея всех космических летучих веществ, когда-либо попадавших на спутник Земли. Именно здесь могут быть свидетельства раннего развития Солнечной системы.

Лунный исследователь

Специалисты рассматривают полюса спутника, как потенциальное место для создания лунной станции, в том числе той, где смогут постоянно находиться люди. Если в реголите обнаружат замерзшую воду, это будет настоящей победой, ведь тогда ее не нужно будет доставлять с Земли. Воду также можно использовать для добычи кислорода, а в будущем — для создания водородного топлива.

Для того, чтобы исследовать наличие воды и летучих соединений на Луне, а также проанализировать элементный и изотопный состав, специалисты оснастили космический аппарат несколькими приборами.

Лазерный масс-анализатор для элементного и изотопного анализа образцов лунного реголита (или ЛАЗМА-ЛР) будет проводить лазерную масс-спектрометрию образцов грунта. То есть лазер испарит и ионизирует вещество, а потом определит его элементный и изотопный состав. Если в образцах есть хотя бы 0,005% какого-либо химического элемента периодической таблицы, то ЛАЗМА-ЛР его найдет. Этот же прибор может определять массу воды в грунте. Кстати, сами образцы будет доставлять лунный манипуляторный комплекс (ЛМК), а управлять его работой аппарат будет с помощью служебной телевизионной системы — восьми камер.

Активный детектор радиации от нейтронов или АДРОН-ЛР поможет ученым исследовать элементный состав и оценить массовую долю воды в верхнем слое реголита. Для этого импульсный нейтронный генератор прибора облучит поверхность импульсами нейтронов с энергией 14 МэВ на глубину до одного метра. Детекторы этого аппарата измерят спектральный состав потоков вторичного выходящего излучения нейтронов и гамма-лучей. Это нужно, чтобы сравнить состав полярного реголита в районе посадки.

Еще один прибор — ЛИС-ТВ-РПМ (или Лунный инфракрасный спектрометр с Телевизионной камерой рабочего поля манипулятора) — поможет понять, из каких минералов состоит полярный грунт Луны, а также определить содержание в нем молекул воды. Сначала космический аппарат будет раскапывать поверхность Луны, а потом специальный манипулятор наведет ЛИС-ТВ-РПМ на грунт, чтобы его проанализировать.

Панорамный ионный энерго-масс-спектрометр (или АРИЕС-Л) будет находить в лунной экзосфере не только ионы в диапазоне энергий от 10 эВ до 5 кэВ, но и нейтральные частицы. Это поможет понять, как происходят динамические процессы во внешней части атмосферы Луны (которая очень разреженная и не в состоянии защищать спутник). Также аппарат даст возможность исследовать, как солнечный ветер — поток ионизированных частиц, которые летят от Солнца — взаимодействует с лунной поверхностью.

Прибор пылевого мониторинга — тоже важное научное оборудование, расположенное на «Луне-25». Он будет измерять потоки и основные параметры частиц лунных пылинок: заряд, массу, импульс и напряженность локального электрического поля Луны. Это поможет понять, какое состояние у экзосферы спутника в разные периоды: например, в то или иное время лунных суток (которые длятся 29,5 земных) или разные этапы солнечной активности.

Управлять научным оборудованием будет, как ни странно, Блок управления научными исследованиями (или по-простому — БУНИ). Он будет перенаправлять электропитание между исследовательскими приборами, собирать и хранить телеметрическую и научную информацию, а потом — отправлять в бортовые системы «Луны-25».

Полет нормальный

«Луна-25» стартовала с космодрома Восточный на ракете-носителе «Союз 2.1б». Путешествие от Земли до Луны займет от 4,5 до 5,5 суток.

Сначала ракета-носитель выйдет на замкнутую околоземную орбиту. На ней включится разгонный блок «Фрегат», который поможет набрать скорость для того, чтобы, обогнув половину земного шара, ракета смогла преодолеть притяжение нашей планеты. Второе включение разгонного блока выведет «Луну-25» на траекторию перелета Земля-Луна. Через некоторое время «Фрегат» отсоединится от ракеты-носителя, которая будет дважды корректировать свой маршрут, чтобы в итоге приземлиться на полюсе Луны. Но перед этим она выйдет на окололунную орбиту на очень маленькой высоте — всего 100 километров. Такая низкая орбита связана с тем, что она расположена на полюсе земного спутника. Выход на круговую орбиту намечен на 16 августа.

Уже на окололунной орбите начнется работа космической станции. Она продлится от трех до семи суток. При этом специалисты будут тщательно замерять траекторию, чтобы сформировать посадочную орбиту (ее высота составит 18 километров).

Посадка — дело непростое. Чтобы ее совершить, включится двигательная установка, которая будет корректировать траекторию и резко затормозит быстро летящий космический аппарат. Потом «Луна-25» примет вертикальное положение и начнет снижаться. При этом доплеровский измеритель будет показывать скорость снижения. Когда расстояние до лунной поверхности будет оптимальным, снова включится двигательная установка. Она смягчит прилунение и выключится, когда космический аппарат коснется Луны. Предварительная дата посадки - 21 августа.

Сразу за работу

Однако на этом не все: после посадки «Луна-25» должна будет уточнить свое местонахождение. Всего специалисты выбрали два района для посадки: основной — к северу от кратера Богуславский, и резервный — юго-западнее кратера Манцини и к югу от кратера Пентланд А. Эти места были выбраны не просто так. Здесь не только отличный уровень освещенности Солнцем, что очень важно, ведь космический аппарат заряжается от солнечных батарей, но и высокая радиовидимость для российских наземных станций.

Хотя ученые ожидали, что лед на Луне может находиться только в постоянно затененных районах — «холодных ловушках» вокруг полюсов, ведь в противном случае вода бы мгновенно испарялась, «Луне-25» не обязательно садиться на дно кратеров. Достаточно прилуниться рядом и взять образцы грунта на глубине 20-30 сантиметров.

После уточнения своего района посадки «Луна-25» снимет окрестности и рабочее поле, где будет работать манипулятор ЛМК. Потом аппарат передаст на Землю панораму с места посадки, сделанную с помощью четырех широкоугольных камер системы СТС-Л.

В конце концов «Луна-25» протестирует и подготовит научное оборудование для работы в экстремальных условиях: днем температура достигает +120°С, а ночью — -170 °С. Пробыть на таком «курорте» космическому аппарату предстоит не менее года.

Научная программа начнется с того, что станция отправит фотографии рабочего поля на Землю, где по этим изображениям специалисты подготовят трехмерную модель рельефа. Потом «Луна-25» возьмет первые пробы грунта, которые доставит в лазерный масс-анализатор ЛАЗМА-ЛР. Результаты анализа отправятся к ученым на Землю. В то же время камеры на космической станции будут периодически проводить панорамную съемку, а научные приборы — мониторинговые исследования лунного реголита и лунной пыли.

«Луна-25» — лишь первая лунная миссия в истории современной России. В 2027-2028 году планируется запуск «Луны-26» и «Луны-27», хотя, конечно, учитывая большое количество переносов стартов, и эти аппараты могут полететь гораздо позже. «Луна-26» проведет исследования на окололунной орбите и создаст топографическую карту спутника при помощи стереосъемки. «Луна-27» будет исследовать полярный реголит in situ, в том числе анализировать состав образцов вещества. «Луна-28» будет собирать и доставлять на Землю грунт с глубины до двух метров (при этом он будет сохранять лед и летучие соединения), а также проводить исследования на месте.