На пути к Лунному городу / Российская программа освоения Луны

Прошло 42 года после закрытия советской Лунной программы в 1976 году. И вот, наконец-то, мы снова заговорили о новых полетах к Луне, о лунной орбитальной станции и даже о Лунном городе.

Официальная информация от «Роскосмоса»: «На втором этапе федеральной космической программы (ФКП) (2021 - 2025 годы)… создание не менее 5 космических аппаратов для проведения углубленных исследований Луны с окололунной орбиты и на ее поверхности автоматическими космическими аппаратами, а также для доставки образцов лунного грунта на Землю;

 

создание на космодроме «Восточный» космического ракетного комплекса тяжелого класса для выведения автоматических космических аппаратов, а также развертывание работ, связанных с ракетой-носителем тяжелого класса для выведения тяжелых автоматических космических аппаратов, пилотируемых кораблей и орбитальных модулей на траектории полета к Луне, облета Луны и лунных орбит;

осуществить запуски следующих КА для исследования Луны, Марса и планет Солнечной системы – 8 КА («Луна-Глоб», «Луна-Ресурс» (орбитальный аппарат, посадочные аппараты (включая резервный), «ЭкзоМарс» № 1, 2, «Луна-Грунт», «Экспедиция-М»).

Кроме того, в рамках реализации второго этапа лунной программы (пилотируемого) планируется в 2021 году начать в беспилотном варианте летные испытания пилотируемого космического корабля нового поколения, а в 2023 году – провести первый пуск с экипажем к МКС.

Также Программа предусматривает создание необходимого задела для полномасштабного исследования Луны после 2025 года и осуществление к 2030 году высадки человека на Луну."

Первый этап (2018 - 2025 г.г.).  Давайте для начала ознакомимся с космическими аппаратами, которые мы планируем отправить к Луне для подготовки пилотируемой программы и вывода на окололунную орбиту лунной обитаемой станции.

Луна-25 «Глоб» 

Небольшая по размерам опытная станция для отработки мягкой посадки в полярную область Луны. Станет первым отечественным аппаратом на поверхности Луны со времен Луны-24 в 1976 году. Основная задача — отработка технологии мягкой посадки. Дополнительная задача — исследование реголита в полярной области.

Работа началась еще в 2005 году. Изначально станция базировалась на платформе «Фобос-Грунт». После аварии головного аппарата в 2011 году было решено сменить концепцию и полностью переделать весь проект.

На сегодняшний день планируется осуществить запуск в конце 2019 года. Пуск пройдет с космодрома Байконур на ракете-носителе Союз-2.1б с разгонным блоком «Фрегат». Место посадки запланировано в кратере Богоуславского. Также есть две резервные площадки. Одна неподалеку в том же районе и в кратере Манцини.

Как и советские аппараты серии «Луна», проект разрабатывается НПО им. Лавочкина. Миссия рассчитана на 1 год. При общей массе в 1540 кг тридцать кг будут заняты научной аппаратурой, в том числе рука-манипулятор с радиусом действия в 1,5 метра и камеры.

Луна-26 «Ресурс»

Орбитальный исследовательский аппарат появился во время проработки "Луны-Глоб". Двухэтапная миссия включает орбитальный зонд ("Луна-26") и посадочный аппарат ("Луна-27"). Основные задачи:

- составление карты химического состава, топографической, гравитационной, карты воды,

- изучение экзосферы (взаимодействие с солнечным ветром, магнитные аномалии Луны)

- сбор информации о микрометеоритах и изучение плазмы Луны, космической пыли, частиц ,ультравысокой энергии,

- изучение плазмы Луны, космической пыли, частиц ультравысокой энергии,

- обеспечение связи с Землей для других станций на поверхности Луны.

3 марта 2018 года на международном форуме по освоению космоса в Токио Роскосмоc и Китайская национальная космическая администрация (КНКА) подписали соглашение о взаимодействии по запуску орбитального аппарата "Луна-Ресурс". Запуск был, по некоторым сведениям, перенесен на 2022 г. Планируемое время работы орбитальной станции – 1 год.

Луна-27 «Ресурс»

Вторая часть программы Луна-Ресурс. Тяжелый посадочный аппарат с задачей бурения поверхности Луны и исследования образцов льда. «Луна-27» — это совместный проект Роскосмоса и Европейской космической ассоциации (ЕКА).

Европейское космическое агентство без финансовой компенсации, в обмен на научные данные предоставит для миссии систему управляемой посадки и криогенную буровую установку (глубина бурения до 2 метров с минимальным термическим воздействием). Срок работы 1 год. Источник питания - РИТЭ́Г (радиоизотопный термоэлектрический генератор).

Основные задачи:

- контактные исследования в районе южного полюса Луны (анализ грунта);

- поиск водяного льда при помощи нейтронного детектора, внедренного в поверхность Луны (такая же программа у китайского аппарата);

- изучение магнитных аномалий на поверхности Луны;

- исследование минералогического, химического, элементного и изотопного состава лунного реголита в образцах, доставляемых с различных глубин от поверхности до 2 метров из 2 - 3 разных мест около космического аппарата;

- исследование физических (механических, тепловых и др.) свойств грунта лунной поверхности;

- исследования ионной, нейтральной и пылевой составляющих экзосферы Луны и эффектов взаимодействия поверхности Луны с межпланетной средой и солнечным ветром;

- изучение внутреннего строения Луны и ее глобального движения методами сейсмологии и небесной механики.

Помимо научных экспериментов, в рамках миссии будут отработаны средства и методики обеспечения высокоточной и безопасной посадки, которые в дальнейшем будут применяться для лунных экспедиций для доставки на поверхность элементов лунной базы. Запуск запланирован на 2023 г.

Луна-28 "Грунт"

Луна-Грунт - посадочный аппарат с грунтозаборным устройством, техническими средствами забора и термостатирования образцов грунта, возвратной ракетой для доставки образцов грунта на Землю. Задача станции - доставка на Землю герметично упакованного образца лунного льда ненарушенной структуры. Конструктивно это – улучшенный вариант Луна-24.

Наличие воды – это ключевой аспект, влияющий на выбор места для будущей лунной базы. Кроме питья для людей, вода - источник кислорода. Ученые надеются найти не связанные молекулы воды в реголите, а массив льда. Образец такого льда потребуется отправить на Землю для изучения в герметичном виде, не допустив его размораживания.

Запуск запланирован на 2025 г.

Подробностей об этом аппарате немного, а о Луне-29 еще меньше. Известно лишь, что планируется исследование Луны с помощью Лунохода.

Автоматические станции произведут предварительное исследование Луны. 

Второй этап (2025 – 2030 г.г.) предполагает осуществить запуски на окололунную орбиту на новом корабле ПТК НП «Федерация», окололунные стыковки этого корабля с топливными модулями и многоразовым взлетно-посадочным аппаратом. Последний должен будет несколько раз подбирать с поверхности Луны образцы ледосодержащего грунта, которые космонавты смогут доставить на Землю. Программа отработки операций включает и дозаправку взлетно-посадочного модуля на орбите Луны.

Вокруг создания этого корабля велось много разговоров, но его реальные характеристики пока только общие. Работа идет, происходят изменения. Первый беспилотный полет легкого корабля запланирован на 2021 год. В 2022 году ПТК НП в автоматическом режиме долетит до МКС. В 2024 году полет к МКС будет повторен в пилотируемом режиме на утяжеленной ракете (предполагалась «Ангара-А5В»), а в 2025 году корабль с использованием тяжелого кислородно-водородного буксира должен будет облететь Луну. 

Известно, что новый корабль разрабатывается как многоразовый. Спускаемый аппарат можно будет использовать до 10 раз в кратковременных экспедициях (к МКС) и до 3 раз в долговременных. Отсутствие сверхтяжелой ракеты-носителя заставляет разработчиков адаптировать корабль к текущей ситуации – к примеру, было принято решение максимально облегчить пилотируемый корабль, несмотря на то, что его проект был уже утвержден. Президент РКК «Энергия» Владимир Солнцев в интервью ТАСС уже подтвердил, что для облегчения конструкции корпус корабля будет создаваться из композитных материалов. Согласно данным газеты «Комсомольская правда», масса легкого низкоорбитального ПТК НП составит 12 т (ранее было 14,4 т), масса тяжелой модификации – 16,5 т (вместо 20 т). О массе лунного варианта корабля известно лишь то, что она будет ниже планировавшихся ранее 20 т. По всей видимости, ее удалось сократить до приблизительно 19 т.

Для осуществления третьего этапа освоения Луны ( 2030-2040 г. г.) необходима ракета-носитель, выводящая на околоземную орбиту 88-108 тонн. Пока такой нет, но к 2030 г. обещают запустить.

В этот период должен быть создан «лунный полигон» с первыми элементами инфраструктуры. Пилотируемые полеты предполагаются только в виде кратковременных экспедиций посещения. Целью космонавтов будет обслуживание техники, машин и научного оборудования.

Это – один из проектов лунной базы. На Луне нет атмосферы. Поверхность подвергается метеоритной бомбардировке. Вспышки на Солнце и незащищенность поверхности от радиации приведут к гибели космонавтов, если они будут находиться наверху. Поэтому лунный город изначально планировали зарыть в грунт. 

Как давно разрабатывался план лунной базы? В 2000-х годах? Или в 70-х прошлого века? Очевидно, что раньше – ведь результатом лунной гонки 60-х должно было стать лунное поселение. Оказывается, и мы, и Германия (Вернер фон Браун) в 30-х годах прошлого века планировали создание лунного плацдарма.

Борис Евсеевич Черток, умерший на 100-м году жизни в 2011 г., рассказывал, что немцы планировали создание на Луне объекта для наблюдения за стартами баллистических ракет еще в конце 30-х годов. Все было серьезно! Планировалось не только наблюдение, но и уничтожение ракет лазерным оружием на баллистической траектории полета (лазерный луч рассеивается в земной атмосфере).

Рассказывают, что в 1937 г. на месте современной ЧАЭС был заложен военный городок «Киев-17». Строилась инфраструктура космодрома со стартовыми столами. Фантастика? Возможно. Война сломала многие планы, в том числе космические.

Игорь Владимирович Бармин, генеральный директор КБ Общего машиностроения, рассказывает, что КБ уже к 1969 г. разработало проект лунной базы. Для лунного модуля была предложена масса вариантов – к примеру, самораскладывающийся каркас, заливавшийся монтажной пеной.

В 1968 г. был завершен проект «год на Луне». Три исследователя – врач, биолог и механик – провели в макете лунного модуля целый год. Проверялись работы замкнутой системы жизнеобеспечения, психологическая возможность длительного пребывания в замкнутом пространстве. Когда через несколько месяцев у людей начались психические срывы, решили подключить оранжерейный модуль. Были сделаны выводы о том, что каждому члену экспедиции жизненно необходимо место для временного уединения, и оранжерея стала таким местом.

Давайте рассмотрим проект 70-х годов, взятый за основу современного проекта.

Лунное поселение (ЛП) входит в состав лунного комплекса как основное центральное его звено. 

Помимо ЛП, лунный комплекс должен включать в себя сеть размещенных по всей поверхности Луны автоматических стационарных научных станций, искусственных спутников Луны научного и прикладного назначения, а также автоматические передвижные научные станции типа «Луноход». С лунным комплексом взаимодействует наземный командный комплекс, а также транспортная космическая система «Земля — Луна».

ЛП служит основным местом пребывания людей, центром управления и связи, лабораторией предварительной обработки и анализа результатов исследований, базой хранения и технического обслуживания оборудования.

В состав ЛП входят:

— комплекс основного сооружения. Это место постоянного пребывания членов экипажа Л П, поэтому здесь обеспечиваются полная защита людей от действия неблагоприятных факторов лунной среды и наиболее комфортные и привычные условия жизни;

— сооружения научно-исследовательского комплекса, включающего в себя обсерваторию, геофизическую станцию с установкой для сверхглубокого бурения;

— энергоцентр;

— транспортные средства, которые могут объединяться в автопоезд;

— лунный космодром;

— установки для получения кислорода и воды из лунного грунта.

В качестве земного аналога лунного комплекса при разработке проекта был принят комплекс советской антарктической научной станции.

В проекте лунного поселения большое внимание уделялось его интерьерам, ведь людям предстояло жить и работать в замкнутом объеме годы. 6-гранное помещение поворачивается вокруг горизонтальной оси и фиксируется в одном из трех положений. Например, комната отдыха, кухня-столовая и спортзал.

Необходимо обеспечить максимальную живучесть основного сооружения, минимизировать трудозатраты при его строительстве и соблюсти ограничения, связанные с транспортировкой с Земли.

Поэтому была принята модульная схема построения: все сооружение собирается из отдельных блоков (модулей), каждый из которых является автономным элементом конструкции.

Это дает следующие преимущества:

— каждый модуль представляет собой герметичную ячейку, благодаря чему получается естественное разделение всего сооружения на отдельные, изолированные друг от друга зоны и тем самым обеспечивается повышение его живучести;

— при модульной схеме сооружение легко членится на транспортные партии;

— модульная схема позволяет разбить строительство на отдельные этапы, а при необходимости — достраивать сооружение.

Защиту людей и оборудования от действия космической радиации и метеоритов целесообразно обеспечить засыпкой сооружения лунным грунтом (реголитом). Как показали расчеты, надежную защиту обеспечит уже слой толщиной 30 — 40 см.

Для удобства транспортировки модулей на Луну была разработана так называемая трансформируемая конструкция, предложенная Институтом электросварки имени Е.О. Патона. Она представляет собой цилиндр, сложенный гармошкой. Трансформация таких конструкций осуществляется за счет подачи в их внутренние полости избыточного давления (достаточно рабочего давления, поддерживаемого в помещениях основного сооружения). В транспортном положении модуль имел длину 4,5 м, а после доставки на место строительства она увеличивалась до 8,6 м.

Предполагалось, что на первом этапе создания ЛП численность его экипажа составит 4 человека, и для них будут смонтированы три модуля. На втором этапе добавятся еще три модуля, а численность экипажа будет доведена до 8 человек. Наконец, на третьем этапе пристроят еще три модуля, численность экипажа доведут до 12 человек, и это представит собой окончательную конфигурацию основного сооружения.

Тяжелый луноход служит транспортным средством и рабочей машиной при строительстве ЛП, перевозке грузов, совершении локальных поездок, а также как головной агрегат автопоезда при длительных научных экспедициях по Луне. Он имеет герметичную кабину объемом 35 м3, снабженную теплоизоляцией и противометеорной защитой, внутри которой поддерживаются условия жизни для экипажа из двух человек. В кабине имеются рабочие помещения, санузел и шлюзовая камера. В качестве источника электропитания в луноходе используются батареи аккумуляторов, обеспечивающие автономность до двух суток при запасе хода до 100 км.

При выполнении работ в ходе строительства ЛП к луноходу прицепляются кран, тележка или навешивается ковш экскаватора.

Передвижное укрытие служит временным жильем для экипажа из 4 человек на этапе строительства ЛП и при совершении длительных маршрутных экспедиций в составе автопоезда. Оно имеет герметичную кабину объемом 56 м3, снабженную теплоизоляцией и противометеорной защитой. Внутри кабины имеются спальня, кают-компания, санузел и шлюзовая камера. В качестве источника электропитания используется батарея топливных элементов. Автономность передвижного укрытия — до 14 суток.

Этапы создания лунного поселения.

Началу строительства должны были предшествовать изыскания с целью выбора места размещения ЛП на видимой поверхности Луны. Предполагалось, что это должен быть стык равнинной и горной частей — в этом случае удобно будет проводить геологические и геофизические исследования обоих типов лунного рельефа.

В выбранное место предполагалось направить автоматический луноход, чтобы с его помощью произвести рекогносцировочные работы, включая бурение грунта на глубину до 3 м. После этого в выбранное место должны были доставляться грузы для начала первого этапа строительства ЛП. В состав этих грузов входили три блока модулей основного сооружения, тяжелый луноход, передвижное укрытие, грузовая тележка с навесным оборудованием, передвижная энергоустановка и научно-исследовательское оборудование.

Вслед за этим на Луну отправился бы первый экипаж, состоящий из 4 космонавтов-строителей. Они должны были приготовить место для строительства основного сооружения, разгрузить транспортные корабли и переместить грузы к месту строительства. В этих работах использовались бы тяжелый луноход, навесное оборудование к нему, кран и транспортная тележка.

Первому экипажу ЛП предстояло работать на Луне, ориентировочно, около 8 месяцев. За это время он должен был смонтировать 6 модулей основного сооружения и подготовить оборудование для начала проведения научных исследований. До монтажа первых трех модулей основного сооружения космонавты-строители жили бы в передвижном укрытии.

Разработки, выполненные в 1973 г., показали, что общий вес грузов, которые предстояло доставить на Луну для строительства там ЛП, составлял около 80 т. Для этого требовались 20 запусков ракет Н1 и 14 запусков ракет «Протон».  При эксплуатации ЛП ежегодные поставки оценивались в 12 т грузов. На данном этапе развития нашей космонавтики сверхтяжелая ракета-носитель проектируется, и должна полететь к 2030 г. «Протон» - в наличии, тяжелая «Ангара-5» готовится ко 2 полету.

Зарубежные планы освоения Луны.

Что касается зарубежной программы исследования Луны, то Индия планирует запустить в 2018 г. «Чандраян-2». Станция будет состоять из орбитального и посадочного аппаратов. Последний также будет нести на себе маленький луноход. На первоначальных этапах разработки миссии предполагалось, что индийский луноход будет доставлен на спутник Земли на российской посадочной платформе «Луна-Ресурс», однако после переноса российской миссии на 2020-е годы от этого плана Индия отказалась. Она самостоятельно занялась разработкой и орбитального модуля, и посадочного аппарата. На эту работу у Индийского космического агентства ушло около четырех лет. В наследство от совместного проекта осталось намерение совершить посадку вблизи южного полюса Луны. Луноход имеет массу всего 20 кг. Как и платформа, он должен будет проработать только до наступления первой лунной ночи. На нем будут установлены навигационная стереокамера и два научных инструмента: активный индуцирующий спектрометр LIBS и рентгеновский альфа-спектрометр APIXS. Первый предназначен для поиска легких, второй – для поиска тяжелых химических элементов в поверхностном слое лунного реголита.

Китай заявлял целью ближайшей миссии «Чанъэ-5» доставку на Землю образца лунного грунта.

Для запуска «Чанъэ-5» предполагали использовать новую тяжелую ракету-носитель «Чанчжэн-5» («Великий поход-5»). Первый пуск этой ракеты состоялся 3 ноября 2016 года. Ракета успешно доставила спутник связи Shijian 17 на геостационарную орбиту Земли. Однако 2 июля 2017 года в ходе второго пуска CZ-5 со спутником Shijian 18 произошла авария. У одного из двух кислородно-водородных двигателей YF-77 центрального блока ракеты на 350-й секунде полета резко снизилось давление в камере сгорания. Тяги оставшегося двигателя не хватило для выведения головной части на орбиту.

Миссия «Чанъэ-4», в процессе которой КА должен был совершить посадку на задней стороне Луны и доставить на Луну маленький луноход, также отложилась из-за аварии ракеты-носителя.

Но 03.03.2108 Китай и Россия подписали меморандум о совместной работе над проектом «Луна 26» (орбитальная станция) и «Луна-27» (посадка в район Южного полюса Луны и доставка лунного грунта на Землю). Возможно, что эти миссии будут осуществлены в рамках совместного проекта.

Американцы имеют, как всегда, грандиозные планы. Для их осуществления им нужно всего лишь успешно запустить Orion (Lockheed Martin, беспилотный запуск – в конце 2019 г., пилотируемый – 2023 г.). Планируется и орбитальная лунная станция, и лунная база… Надеюсь, мой сарказм понятен. 

А еще я бы хотела в качестве музыкального подарка предложить не «Зодиак», не Space, а сюиту Г. Свиридова «Время, вперед!». Ролик посвящен 50-летию полета Ю. Гагарина.

А для тех, кто захочет увидеть реальные кадры – как проектировался Лунный город, как извлекался лунный грунт, как проводился эксперимент годичного пребывания людей в лунном модуле – фильм "Тайны Лунного города" (только наберитесь терпения и дождитесь конца рекламы).

В завершение лунной эпопеи (напомню, это – четвертая часть, первые части можно посмотреть по ссылкам https://cont.ws/@proctotanya/8...

https://cont.ws/@proctotanya/8...

https://cont.ws/@proctotanya/8...

традиционный бонус – почтовая марка. Посвященная автоматической межпланетной станции «Венера-9». 

Как вы, наверное, догадываетесь, следующую статью я посвящу исследованию этой загадочной планеты. Пока только СССР удалось осуществить мягкую посадку на ее поверхность. И самые успешные миссии – тоже наши. Остальные в основном буквально «пролетали мимо».

В статье использованы материалы

https://pravdoryb.info/ross...

https://rutube.ru/video/1c0...

https://www.roscosmos.ru/22...

http://epizodyspace.ru/bibl...

https://ru.wikipedia.org/wi...

http://kosmolenta.com/index...

http://kosmolenta.com/index...

http://kosmolenta.com/index...

http://kosmolenta.com/index...

Благодарю вас за просмотр!