Что расскажет ученым лунная Антарктида?
Россия имеет богатую историю проведения исследований естественного спутника, которая началась с 13 сентября 1959 года — именно тогда советская автоматическая межпланетная станция «Луна-2» совершила первую в мире посадку на наш естественный спутник. Первыми в мире наши ученые увидели и обратную сторону Луны, первыми в мире в 1966 году получили изображения поверхности этого небесного тела. Но все предыдущие посадки, как и забор лунного грунта в 1976 году при помощи аппарата «Луна-24», проводились нашими исследователями в экваториальной части спутника. Теперь же российские ученые нацелились на изучение Южного полюса Луны, куда не «ступали» еще колеса ни одного лунохода, и никто не брал оттуда проб реголита. «Это будет первое исследование лунной Антарктиды», — так прокомментировал «МК» будущую миссию заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов.
Обнадеживает ученых вода, обнаруженная в приполюсных районах, под лунным реголитом. Она находится в замерзшем состоянии и является предметом особого интереса исследователей.
Первый аппарат «Луна-Глоб» («Луна-25»), который Роскосмос планирует посадить на Южный полюс, предположительно в кратер Богуславского, целый год будет исследовать место посадки при помощи комплекса научной аппаратуры, в том числе с использованием манипулятора, изучая динамику среды, включая подвижность и свойства лунной пыли. Основная техническая цель этого аппарата – в максимальной степени отработать перспективные технические решения КА, в части технологий – успешная отработка процедуры мягкой посадки и обеспечение условий для длительной научной работы на Луне, для надежной связи с Землей.
Следующим аппаратом, стартующим по лунной программе Роскосмоса, станет орбитальный КА проекта «Луна-Ресурс-1» (он же «Луна-26»). В его задачу будет входить глобальный обзор и разведка лунных ресурсов с орбиты, а также картографирование Луны.
Уже через год в рамках той же программы «Луна-Ресурс-1» стартует крупноразмерный посадочный аппарат «Луна-27» для изучения реголита на Южном полюсе Луны, который продолжит и существенно расширит изучение полярного реголита Луны на основе опыта, приобретенного в экспедиции «Луна-Глоб» («Луна-25»). По сравнению с посадочным модулем «Луна-Глоб», у него будет увеличена размерность и возрастет стартовая масса, при этом основные элементы сценария посадки на Луну будут апробированы в полете КА «Луна-Глоб», что повысит надежность реализации полета посадочного аппарата «Луна-Ресурс-1». На КА «Луна-27» будут установлены перспективные научные приборы для изучения Луны, разрабатываемые сейчас ведущими отечественными научными организациями, при этом будет проводиться бурение на глубину порядка двух метров с последующим анализом на месте забранных с глубины образцов лунного вещества.
Все эти проекты имеют международный статус. В Роскосмосе надеются, что опыт работы с данными лунными миссиями поможет после 2025 года при помощи космического аппарата «Луна-28» успешно доставить на Землю лунный полярный грунт в замороженном состоянии. Несмотря на то что советский аппарат «Луна-24» уже бурил Луну, ученым все равно понадобилось разрабатывать новый бур. Дело в том, что прежний забор осуществлялся на экваторе Луны, где реголит напоминает пенобетон или пемзу, и углубиться на глубину двух с лишним метров нашему аппарату не составило труда. Новая миссия готовится на полюс, где реголит гораздо тверже. К тому же надо, чтобы взятие пробы грунта с вмерзшим льдом прошло таким образом, чтобы вода не испарилась в результате бурения. Для этого изобретатели предложили метод «ультразвукового бурения». Он заключается в том, чтобы вбивать молоток бура в грунт очень мелкими ударами, создаваемыми ультразвуковой установкой. За счет таких микроударов грунт нагревается значительно меньше, чем при обычном способе бурения при помощи трения.
«Если нам удастся взять пробы лунного полярного грунта и доставить их на Землю, в наших руках окажутся вещества не только самой Луны, но и целого множества комет, когда-либо атаковавших Луну, — пояснил Игорь Митрофанов.
— Ведь после каждого из столкновений комета испарялась и на лунном полюсе осаждался слой кометного льда. Летучие соединения, которые мы найдем на полярных шапках Луны, это и есть вещество различных комет. Мы можем составить целую хронологию кометных «бомбардировок» Луны и изучить химию, возможно, органическую, этих небесных странников. Кстати, в лунном экваториальном грунте, который возвращали на Землю астронавты «Аполлона» и наши советские станции, не было и намека на летучее кометное вещество».
Пилотируемая лунная программа
Сегодня обнаружение воды в замерзшем состоянии под лунным реголитом в приполюсных районах выводит изучение Луны на новый уровень и позволяет говорить об использовании спутника Земли для различных задач, включая пилотируемые полеты на орбиту и строительство в будущем лунных обитаемых баз. Уже сейчас понятно, что на это будут нацелены множество международных проектов. С этим прицелом Госкорпорация «Роскосмос» и NASA на 68-м Международном астронавтическом конгрессе в Аделаиде (Австралия) подписали совместное заявление о сотрудничестве в области исследования и освоения дальнего космоса.
Во-первых, это подразумевает ряд исследований на Международной космической станции, которая рассматривается, как основа для дальнейшего исследования космоса, во-вторых — взаимодействие в рамках международного проекта по созданию окололунной посещаемой платформы Deep Space Gateway (Ворота в дальний космос), проведение научных экспериментов на окололунной орбите и на поверхности Луны.
Говоря о соглашении, генеральный директор Роскосмоса Игорь Комаров раскрыл некоторые подробности достигнутых договоренностей, назвав сроки первых запусков в рамках проекта: «На первом этапе будем строить орбитальную часть с дальнейшей перспективой применения отработанных технологий на поверхности Луны и впоследствии — Марса. Вывод первых модулей возможен в 2024-2026 годах».
Уже известно, что в 2018 году должен быть определен технический облик и участие каждой страны в проекте окололунной станции. Российский шлюзовой модуль, предназначенный для выхода в открытый космос, будет спроектирован под новые унифицированные стандарты — по напряжению в электросети и интерфейсам систем. Управление модулем будет вестись также через унифицированные системы. В российском плане-графике его запуск намечен на 2026 год.
Станция будет располагаться на высокоэллиптической лунной орбите с высотой в апогее – 70 тысяч километров. Прежде обсуждались разные варианты, включая строительство DSG на низкой окололунной орбите. Однако позже был выбран вариант, который дает больше возможностей для исследования дальнего космоса, сохраняя возможность высадок на поверхность Луны. Длительность пилотируемых экспедиций на эту станцию может составлять от 30 до 360 суток. Полеты к ней будут проводиться раз в год.
Стороны уже обсудили возможности использования российских ракет-носителей (РН) для создания инфраструктуры лунной станции. Так, на первом этапе предполагается использование американской сверхтяжелой РН SLS параллельно с отечественными тяжелыми РН «Протон-М» и «Ангара А5М». После создания российской сверхтяжелой ракеты она также будет использоваться для обеспечения лунной орбитальной станции.
Кстати, российский пилотируемый корабль «Федерация» также может принять участие в программе DSG. Как сообщил нам начальник летно-испытательного отдела РКК «Энергия» Марк Серов, который недавно участвовал в наземном эксперименте SIRIUS, моделирующем условия длительного космического полета, в ходе этого испытания членам экипажа удалось успешно испытать ряд новшеств для будущих реальных полетов к Луне. Одним из них стал мобильный стенд, моделирующий алгоритмы движения «Федерации» и алгоритмы работы бортовых систем. Стенд состоит из элементов рабочего места пилота корабля, то есть двух сенсорных мониторов, ручки управления и компьютеров с моделирующей программой стыковки «Федерации» с Международной космической станцией (этот маневр запланирован в реальной программе полета «Федерации» на 2024 год). Весь стенд в сложенном состоянии помещается в чемоданчике среднего размера. Его создали специалисты из Центра тренажеростроения в Новочеркасске. К слову, мобильный тренажер — это лишь один продукт из линейки тренажеров, имеющихся на вооружении РКК. Кроме него есть стационарный макет, похожий на настоящий корабль — стенд эргономической отработки, а также функционально моделирующий стенд в виде отдельных работающих мест пилота и второго пилота. То есть, на вооружении у испытателей есть целая линейка стендов, которая позволяет отрабатывать навыки пилотирования «Федерации» в любом помещении.
Луна — экспериментальная лаборатория для науки будущего
Активизация лунной программы Роскосмосом демонстрирует глубокое понимание ее роли в дальнейшем развитии научно-технического прогресса. Ведь Луна — это хорошее место для научных исследований. И имеющиеся запасы воды на ней помогут ученым надолго обосноваться в 400 тысячах километрах от родной планеты. Из-за отсутствия на Луне атмосферы им будет лучше наблюдать дальние уголки Вселенной, создавать при глубоком вакууме идеальную электронику и новые материалы. Известно, что благодаря отсутствию большого количества кислорода легко получать более чистые сплавы.
Луна — это, ко всему вышеперечисленному, источник полезных ископаемых. Там есть железо, алюминий, титан, в поверхностном слое — изотоп гелий-3, который многие видят в качестве топлива для термоядерного реактора. Гипотетически, при термоядерном синтезе 1 тонна гелия-3 могла бы дать энергию, эквивалентную сгоранию 15 миллионов тонн нефти. Следовательно, по самым максимальным оценкам, населению нашей планеты могло бы хватить лунного ресурса гелия-3 примерно на пять тысячелетий. Однако основной проблемой является добыча лунного топлива, ведь содержание его в реголите составляет примерно 1 грамм на 100 тонн. То есть, для получения тонны этого изотопа следует переработать на месте не менее 100 млн тонн лунного грунта. Впрочем, наука не стоит на месте.
— А какие работы ведутся в области перспективного освоения Луны у нас? (Этот вопрос мы задали заместителю начальника отделения ФГУП ЦНИИмаш, головного института Роскосмоса, Константину Ёлкину).
— Проблематика разработки методов и технологий использования лунных ресурсов не входит в наш перечень первоочередных исследовательских тем. Но тем не менее мы уже сейчас рассматриваем предложения по технологиям получения кислорода, углекислого газа, азота, водорода и других веществ на Луне, необходимых для производства компонентов ракетного топлива и расходных материалов для систем жизнеобеспечения. Изучаем и проекты налунной металлургии и добычи редкоземельных металлов. Отдельная тема — поиск мест падения астероидных тел с высоким содержанием железа и никеля, а также металлов платиновой группы.
Не сбрасываем мы со счетов и возможность добычи гелия-3, а также создания на Луне солнечной электростанции, передающей на приемные устройства Земли (или на орбитах ИСЗ) сконцентрированную энергию. Но все эти предложения, повторюсь, задачи сравнительно отдаленного будущего.
— Предположим, что это будущее все же наступило, и на Луну высадился международный десант со станции DSG. Какие задачи ему предстоит решить в первую очередь?
— Перед высадкой земного десанта на Луне в первую очередь нужно будет провести тестовые операции по возможности производства из реголита компонентов топлива для ракетных двигателей и расходных газов для систем жизнеобеспечения проводимых миссий. Работа на Луне начнется с отработки необходимых операций по обеспечению безопасного пребывания людей на поверхности искусственного спутника Земли. А именно: с отработки операций заглубления в реголит модулей для длительного нахождения на Луне членов экипажей, что необходимо для повышения уровня защищенности космонавтов от проникающей космической радиации на поверхности Луны, не обладающей ни плотной атмосферой, ни магнитным полем; с создания технологий защиты от лунной пыли для налунных механизмов и гарантированной эффективной защиты от нее здоровья членов экипажей.
Присоединиться к проекту международной лунной программы исследований и созданию Deep Space Gateway уже выразили желание Япония, Китай, Индия, Бразилия и ЮАР. Если все получится, DSG станет хорошим полигоном для старта будущих длительных миссий к Марсу и астероидам.
