Двадцать пятая «Луна»

11 августа 2023 года в 02:10:57 с космодрома «Восточный» стартовала ракета-носитель «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат». Она отправила к цели станцию «Луна-25» — первый российский автоматический аппарат, созданный для контактных исследований ближайшего к Земле небесного тела. Миссия знаменует возрождение отечественной лунной программы, прерванной в августе 1976 года

Возрождение

После выполнения выдающихся автоматических миссий — вспомним первую мягкую посадку («Луна-9», 1966 год), первую в мире автоматическую доставку образцов лунного грунта на Землю («Луна-16» в 1970 году) и первые луноходы (в 1970 и 1973 годах) — советская космическая программа оказалась на распутье. Следовало решать: куда двигаться дальше?

С одной стороны, специалисты предприятия-разработчика, которое в настоящее время носит название «Научно-производственное объединение имени С. А. Лавочкина» (НПО Лавочкина), готовы были продолжать исследования Луны как с помощью уже созданных автоматических аппаратов, так и с помощью зондов на платформе нового типа, которая проектировалась в тот момент времени.

С другой стороны, политические цели предыдущих запусков были отчасти достигнуты: автоматы позволили скомпенсировать репутационный ущерб от высадки американских астронавтов на Луну и доказать, что практически полноценные исследования небесных тел могут выполняться и без участия человека.

Станция «Луна-24». Источник

Кроме того, на фоне переориентации космической науки на сложные марсианские и венерианские проекты остро встал вопрос о перераспределении имеющихся ресурсов. Ни денег, ни сил, ни специалистов на все направления сразу не хватало, а Луна казалась безжизненным миром, не сулящим новых открытий. Автоматическая доставка образцов грунта с двухметровой глубины стала последней задачей, выполненной в рамках советской лунной программы. Впрочем, и США не проявляли активности в этом направлении, сосредоточившись на амбициозных миссиях в дальний космос.

Не все ученые разделяли такую точку зрения. Выдающийся российский геохимик, профессор кафедры геологии и геохимии горючих ископаемых геологического факультета Московского государственного университета (МГУ) Эрик Михайлович Галимов, ставший в 1993 году директором Геохимического института (ГЕОХИ) имени В.И. Вернадского, утверждал, что исследования нашего естественного спутника необходимо продолжать: «Происхождение Земли и Луны тесно связано. Более того, понимание механизма образования Луны является ключом к реконструкции ранней истории Земли».

В 1994 году американский зонд Clementine, составлявший с окололунной орбиты глобальную карту элементного состава поверхности Селены, обнаружил на южном полюсе большие запасы водяного льда, а в 1998 году орбитер Lunar Prospector подтвердил этот факт, выявив ослабление вторичного излучения энергичных нейтронов, порождаемых галактическим излучением (учёные Лос-Аламосской национальной лаборатории предположили, что эффект связан с повышенным содержанием воды в лунном реголите).

Теоретически лунный лёд мог накапливаться в «холодных ловушках» приполярных лунных кратеров, постоянно находящихся в тени. А молекулы воды могли попасть в ловушки вместе с кометным веществом либо образоваться из протонов солнечного ветра. Эту гипотезу в 2008 году подтвердила американская аппаратура, установленная на индийском лунном зонде Chandrayaan-1, выявив в спектре инфракрасного излучения линию, соответствующую воде.

Э. М. Галимов во время вручения Государственных премий Российской Федерации за 2015 год. Источник

Признаки наличия лунного льда обнадёживали, но полученные результаты требовали подтверждения и дальнейших тщательных исследований. Дело в том, что приборы указанных аппаратов не обладали высоким пространственным разрешением. Поэтому в 2009 году NASA запустило к Луне два аппарата — орбитер LRO и ударный зонд — «камикадзе» LCROSS. Первый выбрал интересное (с точки зрения предполагаемого наличия льда) место на Луне, а второй врезался в это место, выбив из реголита облако пыли. Последнее анализировал российский нейтронный телескоп ЛЕНД, установленный на орбитере.

Прибор намерял в поднятом облаке целых 5% воды, чем прямо доказал её наличие на Луне! Одновременно выяснилось, что воду скрывают не только «холодные ловушки» приполярных кратеров, лёд присутствует и в тех областях, которые регулярно освещаются Солнцем, находясь в веществе под покровом реголита с толщиной до нескольких десятков сантиметров. Это означало, что посадочный аппарат для добычи и изучения лунной воды не обязательно направлять на дно затенённого полярного кратера, — его можно посадить на освещаемую поверхность в окрестности полюса и оснастить манипулятором или буром для доступа к веществу непосредственно под поверхностью.

Таким образом, лунная вода стала фактом, и это в корне меняло отношение учёных к ночному светилу: Луна — не безжизненный каменистый шар, а источник ценнейшего ресурса и объект потенциального освоения, если не колонизации. Возможно, лунной воды более чем достаточно. «Похоже, нам не стоит распыляться по всей поверхности... Нужны только некоторые регионы с высокой концентрацией [атомов] водорода, чтобы получить доступ к достаточному количеству льда, которое будет отвечать потребностям в течение 30 лет», — заметил после сделанных открытий физик Фил Мецгер из Университета Центральной Флориды.

Вода может использоваться в системе жизнеобеспечения и оранжереях будущих обитаемых лунных баз, а также для лунного производства, в том числе для выработки компонентов ракетного топлива — кислорода и водорода. Последнее обстоятельство открывает путь для полётов с Луны в дальний космос: из неглубокой «гравитационной ямки» Селены куда проще выбраться, чем из земного «колодца». «Идея в том, чтобы создать некую логистику за пределами Земли, которая облегчит перемещение космических кораблей в пространстве», — считает Джули Бриссе из Космического института Флориды.

Зонд LRO подтвердил наличие больших концентраций водяного льда (до 5% общей массы) в некоторых местах на Луне. Фото NASA

Однако кроме чисто прикладного интереса лунная вода вызывает и интерес сугубо научный. Учёные считают, что миллиарды лет её заносили из межзвёздного пространства на Луну и Землю кометы. Тайну зарождения примитивной жизни, возникшей на Земле 4 млрд лет назад, помогло бы раскрыть изучение высокомолекулярных соединений космического происхождения в лунных ледниках…

Задачи изучения строения нашей космической соседки и ее экзосферы вкупе с наличием льда в приполярных районах и определили концепцию первого этапа российской лунной программы, первым автоматическим посланцем которой должна стать «Луна-25».

От замыслов к чертежам

В области исследований небесных тел в первые годы после событий декабря 1991-го ракетно-космическая промышленность страны прилагала усилия к созданию и запуску зонда для изучения Красной планеты. На фоне быстро ухудшающейся экономической ситуации надежду на возможность воплотить в жизнь проект, получивший в конце концов название «Марс-96», давало зарубежное участие. Научные инструменты предоставили ученые из 21 страны, в том числе из США, что позволяло получать государственные гарантии на выполнение работ.

Однако Э. М. Галимов рекомендовал сосредоточить внимание на ночном светиле, чтобы изучить внутреннее строение Луны. Опираясь на некоторые особенности лунного грунта, доставленного на Землю, он выдвинул предположение о происхождении системы «Земля — Луна», альтернативное гипотезе мегаимпакта — столкновения Земли с телом размером с Марс, при котором земное вещество разделилось, и верхние оболочки были выброшены на околоземную орбиту. По мнению Э. М. Галимова, Луна и Земля могли зародиться во вращающемся молекулярно-пылевом облаке, в котором образовались два зародыша — Луна и Земля. Последняя была крупнее, и к ней присоединилось практически всё вещество молекулярно-пылевого облака. Таким образом, вопрос происхождения Земли и Луны требовал дальнейшего прояснения.

Результаты численного моделирования формирования Луны из протопланетного молекулярно-пылевого облака. Графика ГЕОХИ РАН.Источник

20 сентября 1996 года Эрик Михайлович выступил с докладом в Совете по космосу Российской академии наук (РАН), замечая, что исследование нашего естественного спутника на новом уровне сулило прорыв в науках о Земле. С учётом уникального опыта НПО имени С. А. Лавочкина, где создавались предыдущие лунные автоматы, сделать это можно было быстрее и дешевле, чем применяя космические телескопы серии «Спектр», на которые ориентировалась российская космическая наука в тот момент. Пусковые «окна» к Луне повторяются часто, гораздо чаще, чем для аппаратов, летящих к удаленным небесным телам Солнечной системы. При этом сами лунные станции могли стать платформой для отработки решений, предлагаемых для флагманских экспедиций. Расходы на них планировалось снизить, «пересадив» лунные аппараты с дорогих тяжёлых «Протонов», которые использовались в позднесоветский период, на менее мощные и, соответственно, недорогие «Молнии».

Совет по космосу рекомендовал рассмотреть возможность включения лунной миссии в план научно-исследовательских работ, финансируемых Российским космическим агентством (РКА) в 1997 году. Через месяц руководитель РКА Юрий Николаевич Коптев получил письмо, составленное на основании этой рекомендации, с просьбой утвердить долгосрочную программу исследований Селены, начав с запуска искусственного спутника Луны в конце 1998 года, и поручил головной экспертной организации отрасли — Центральному научно-исследовательскому институту машиностроения (ЦНИИМаш) оценить предложение. Позиция Э. М. Галимова получила полную поддержку, особенно в части идеи промышленного освоения лунных полезных ископаемых. В ЦНИИМаш считали, что в первой половине XXI века Луна обязательно будет включена в промышленную инфраструктуру Земли, а добыча на ней изотопа гелия-3 сможет обеспечить человечество энергией примерно на 5000 лет.

16 ноября 1996 года во время работы четвертой ступени ракеты-носителя «Протон-К» возникла неисправность, в результате которой не вышел на траекторию полета «Марс-96». В случае успеха зонд должен был сбросить на поверхность планеты две посадочные станции, внедрить в грунт два пенетратора и проводить исследования с орбиты искусственного спутника Красной планеты. Но надежды рухнули.

В случае успеха «Марс-96» должен был сбросить на поверхность планеты две посадочные станции, внедрить в грунт два пенетратора и проводить исследования с орбиты спутника Марса. Источник

Это была очень крупная потеря для российской (хочется верить — и для мировой) науки. Несмотря на возникшую ситуацию, участники проекта считали, что, если бы четвертая ступень отработала штатно, космический аппарат долетел бы к Марсу в целости и сохранности, поскольку «борт» зонда был полностью отработан на наземных стендах (чего, увы, нельзя было сказать о некоторых критически важных элементах полезной нагрузки).

Российская космонавтика входила в очередную «зону турбулентности»... Сразу после происшествия иностранные партнеры — участники проекта — попытались убедить российских ученых в целесообразности повторения запуска к Марсу в следующем астрономическом окне 1998 года. Имея дубликаты научных приборов, утонувших в океане вместе с «Марсом-96», все интересовались тем, чтобы «выполненная работа не пропала». Вопрос поднимался на международной встрече в начале декабря 1996 года во Флориде. Но в тот момент выделить деньги на еще один дорогостоящий «Протон» и построить второй космический аппарат было невозможно, учитывая, что при этом на два года пришлось бы отодвинуть другие проекты. Резко против выступали астрофизики: «Марс-96» создавал у них дефицит средств, выделяемых на проекты обсерваторий «Спектр», и далее они терпеть не хотели.

В декабре 1996 года президент РАН Юрий Сергеевич Осипов получил письмо, в котором Э. М. Галимов предложил переключиться на исследования Луны и возвращение образцов грунта с астероидов: обе задачи совмещались с изучением спутников Марса. По мнению ученого, не было смысла выполнять миссии, сосредоточенные только на Марсе, учитывая обширнейшую марсианскую программу NASA.

Эрик Михайлович предлагал запустить в конце 1998 — начале 1999 года лунный орбитальный аппарат, который мог бы послужить предшественником миссии на Фобос, намеченной на 2001 год. В том же году планировалось запустить ещё один лунный зонд.

По замыслу Эрика Михайловича, основным инструментом изучения Луны были пенетраторы, «выстреливаемые» с пролётной траектории и врезающиеся в реголит. Сбор данных предполагалось вести с помощью глобальной сети малых сейсмостанций, установленных на пенетраторах и аппаратах, осуществляющих посадку в полярных регионах, где должен быть лед. ЦНИИМаш также рекомендовал включить в лунную программу посадочную станцию с луноходом.

Схема использования пенетраторов в раннем проекте станции «Луна-Глоб». Графика ТАСС

Научную идеологию программы формировали ГЕОХИ и Институт физики Земли (ИФЗ) имени О. Ю. Шмидта. Институт космических исследований (ИКИ) высказался против возвращения на Луну.

«Собственно, именно ГЕОХИ всегда был лидером лунных исследований. У нас в ИКИ Луна не привлекала особого внимания — главными были исследования атмосфер и плазменного окружения планет», — сообщил в июльском интервью академик РАН Лев Матвеевич Зеленый, нынешний научный руководитель ИКИ и научный руководитель первого этапа (исследование автоматическими станциями) российской лунной программы.

После рассмотрения предложений, сделанных на фоне тяжелейшей финансовой ситуации в России, в январе 1997 года появилась «Концепция Российской программы исследования тел Солнечной системы», выработанная и согласованная практически всеми организациями — участниками космических исследований планет: ГЕОХИ, НПО имени С. А. Лавочкина, Институтом прикладной математики (ИПМ) имени М. В. Келдыша и др.

От «Луны-Глоб» к «Луне-25»

В космическом бюджете 1997 года на Луну выделялись некоторые деньги, а сам проект получил официальное название «Луна-Глоб». Имя предложил учёный ГЕОХИ, космохимик Юрий Александрович Сурков, который начал готовить научные эксперименты по исследованию Луны и спутника Марса (Фобоса).

В течение 1997 года НПО имени С. А. Лавочкина работало над эскизным проектом зонда «Луна-Глоб», адаптированного к ракете-носителю «Молния-М». 27 октября того же года Планетная секция Совета по космосу обратилась в РКА с просьбой о полномасштабной разработке проектов «Луна-Глоб» и «Фобос-Грунт» с предполагаемыми пусками в 1999 и 2003 годах соответственно. Планировались и ещё две лунные миссии под названием «Луна-Геолог». Первая, по доставке образцов грунта, планировалась на 2004-й, вторая — с луноходом — на 2006 год.

Схема размещения станции «Луна-Глоб» (с пенетраторами) под головным обтекателем ракеты-носителя «Молния-М». Из архива журнала «Новости космонавтики»

В октябре 1998 года в Москве прошли третья сессия Международной рабочей группы по исследованию Луны (ILEWG — International Lunar Exploration Working Group) и сопутствующая ей международная конференция. Свои работы представили более 50 участников из всех стран, занимающихся космическими исследованиями: США, Китая, Индии, Японии, Великобритании, Германии, Италии, Франции, Нидерландов и Финляндии. ГЕОХИ рассказал о российских проектах изучения Луны и Фобоса с использованием орбитальных космических аппаратов, пенетраторов и посадочных станций.

В заключительной декларации отмечалось: «Участники [конференции] высоко оценивают российский проект исследования Луны... Этот проект ставит целью получить информацию о внутреннем строении Луны, что имеет исключительную важность. Участники конференции поддерживают российских ученых, инженеров и призывают РКА осуществить этот замечательный проект». Сам факт проведения международной конференции по исследованию Луны в России был явной данью уважения вкладу нашей страны в изучение Селены.

Однако к тому времени российская экономика вошла в штопор и финансисты занесли над космической программой нож секвестра. Из научных миссий был спасён только проект «Спектр-РГ», в который уже вложили много денег и за который неожиданно вступилась совместная российско-американская комиссия по экономическому и технологическому сотрудничеству (так называемая комиссия «Черномырдин — Гор»), упомянув его в «Совместном заявлении о сотрудничестве в области аэронавтики и космоса», то есть обозначив, таким образом, некие международные обязательства России.

Российским ученым пришлось выбирать, какой проект оставлять для реализации в начале XXI века — либо «Луна-Глоб», либо «Фобос-Грунт». Планетологи выбрали последний. Такое решение принималось исходя из того, что с технической точки зрения в работе могли принять участие большинство организаций, занятых планетными исследованиями. Проект «Луна-Глоб» официально не отменили, но отложили изучение Селены до лучших времен…

Схема экспедиции «Фобос-Грунт». Графика НПО имени С. А. Лавочкина

Итак, все силы российской космической науки были брошены на проект «Фобос-Грунт». Но растущая сложность миссии подводила к мысли, что перед запуском столь важной экспедиции было бы неплохо выполнить полёт попроще, например на Луну. Он позволил бы заблаговременно отработать новые технологии и оборудование для «Фобоса-Грунта». 12 ноября 1999 года ГЕОХИ официально обратился к президенту РАН Ю. С. Осипову с просьбой поддержать идею использования платформы «Фобос-Грунт» для полета на Луну. Космический бюджет на 2000 год поначалу даже предусматривал некую сумму для предварительной оценки идеи, но в итоге от этого отказались...

Актуализировать проект «Луна-Глоб» удалось лишь в 2006 году. Тогда правительства России и Индии подписали соглашение о космическом сотрудничестве. Воспользовавшись договорённостями, РАН и НПО имени С. А. Лавочкина представили обновлённую концепцию комплексного исследования Луны и окололунной среды как орбитальными, так и посадочными зондами. В состав проекта «Луна-Глоб» включили аппарат глобальной разведки лунной поверхности с полярной орбиты, а также посадочную станцию для детального изучения районов вблизи южного полюса. Параллельно прорабатывался и российско-индийский проект зонда «Луна-Ресурс», в составе которого находился индийский «луноходик».

В 2010 году Совет по космосу РАН выбрал научные приборы для «Луны-Глоб» и «Луны-Ресурса». Их проектирование велось с учётом опережающих работ по «Фобосу-Грунту», ряд служебных систем которого предполагалось применить и в лунных аппаратах. Увы, в ноябре 2011 года «Фобос-Грунт» не смог покинуть орбиту Земли и спустя пару месяцев сгорел в атмосфере. Очередной марсианский проект отечественной космонавтики потерпел крах…

Лунные планы вновь пришлось пересмотреть, отказавшись от служебных систем, разработанных в рамках программы «Фобос-Грунт», и расширив программу наземной отработки «Луны-Глоб» и «Луны-Ресурса». В апреле 2012 года планы вновь скорректировали. Теперь возрождение российской лунной программы предполагалось начать с упрощённого экспериментально-технологического проекта «Луна-Глоб» на основе российско-индийского зонда. Продолжать должны были аппараты «Луна-Ресурс-Орбитальный» и «Луна-Ресурс–Посадочный». Однако от этих названий, данных в своё время по бюрократическим соображениям, избавились в пользу обозначений, подчёркивающих преемственность с более ранними аппаратами: «Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27» соответственно.

Один из вариантов станции «Луна-Ресурс» с индийским луноходом. Графика НПО имени С. А. Лавочкина

Сроки реализации нового российского лунного проекта выдержать не удалось: его начало задержалось на восемь лет. Во-первых, выяснилось, что переделки из-за смены «борта», заимствованного с «Фобоса-Грунта», слишком серьезны. Во-вторых, началась новая эпопея международного сотрудничества и все силы были брошены на реализацию совместного с Европейским космическим агентством (ЕКА) астробиологического проекта ExoMars по поиску жизни на Марсе или следов её существования в прошлом.

Если первый этап программы наша сторона выполнила, запустив 14 марта 2016 года ракетой-носителем «Протон-М» c космодрома Байконур станцию ExoMars-2016, на которой имелись научные приборы российского производства, то запуск ExoMars-2022 с российской посадочной платформой сначала откладывался, а затем и вовсе был отменен по инициативе европейской стороны.

Но в конце концов работа была закончена, и 11 июля 2023 года «Луна-25» прибыла на космодром «Восточный »для финальных проверок и тестирования, после чего ее заправили компонентами топлива и сжатыми газами, установили на разгонный блок «Фрегат» и запустили.

Путешествие к цели

Этап перелёта по трассе «Земля — Луна» начинается после разделения космического аппарата и разгонного блока. В это время на станции включаются и проверяются бортовые системы, выстраивается солнечная ориентация — «Луна-25» разворачивается к центральному светилу батареями фотопреобразователей.

На исходе полутора суток полета выполняется первая коррекция траектории, за сутки до сближения с целью — вторая. По траекторным измерениям рассчитывается маневр торможения, необходимый для перехода космического аппарата на окололунную орбиту высотой 100 км. Плоскость последней пройдет перпендикулярно направлению с Луны на Солнце.

Маршрут перелёта и посадки станции «Луна-25». Графика Роскосмоса.

Из-за особенностей гравитационного поля нашего ночного светила (некоторой несферичности и наличия природных концентраторов массы — масконов — под поверхностью) околокруговая форма орбиты зонда быстро изменяется, из-за чего Центр управления полетом должен четко обеспечивать заданный характер этого изменения и формировать необходимые установки для посадки.

После оценки орбиты и окончательного выбора места прилунения выполняются две коррекции, формирующие эллиптическую орбиту с ближайшей к поверхности точкой, находящейся над посадочной площадкой.

Последний и самый важный этап полета — посадка. Двигатель «Луны-25» включается для схода с окололунной орбиты. Когда в ближайшей к поверхности точке орбитальная скорость будет погашена, аппарат начнет вертикально падать. На высоте 800—1200 м доплеровский измеритель скорости и дальности даст сигнал на начало «парашютирования» — точного торможения с помощью двигательной установки (сначала полная тяга, затем — малая тяга), после чего станция будет спускаться с постоянной скоростью до момента касания.

После прилунения и наведения направленной антенны на Землю устанавливается радиосвязь, проверяется функционирование «борта» и научного оборудования. Посадка планируется в середине лунного дня, примерно за 9–10 суток до захода Солнца. За оставшееся светлое время данные, полученные от системы технического зрения во время посадки, а также телеметрия с научных приборов и панорамные снимки окружающей обстановки отправляются на Землю.

Аппарат и программа работы

По сравнению с предшественницей, запущенной сорок семь лет назад, «Луна-25» — сравнительно некрупная посадочная станция: она вдвое меньше по размерам и втрое легче «Луны-24». Но космический аппарат при этом совсем не проще, а компактность обусловлена использованием технологий XXI века — например, негерметичной конструкции приборного отсека и современной электронной компонентной базы.

Сравнение размеров посадочных станций «Луна-9», «Луна-16» и «Луна-25». Графика П. Шубина и А. Шлядинского

Аппарат состоит из силовой платформы с четырьмя посадочными опорами, под которой «подвешен» топливный отсек с четырьмя сферическими баками и жидкостной двигательной установкой. Последняя включает основной двигатель, два двигателя мягкой посадки и два блока микродвигателей стабилизации и ориентации. Посадочные «лапы» оснащены ленточным амортизатором — гидравлика или пневматика не годятся.

Сверху платформы вертикально стоит термостабилизированная сотопанель приборного отсека, на которой крепится радиоэлектронная аппаратура. Панель — сложный агрегат. Она снимает с приборов и оборудования и излучает в пространство избыточное тепло. Работать придётся и лунным днём, и лунной ночью при перепадах температур от -170 до +120° С. Приборы крепятся так, чтобы «сливать» тепло к тепловым трубам, размещённым внутри панели. В трубах циркулирует аммиак.

Другой важный элемент системы обеспечения теплового режима — маленький радиоизотопный теплоэлектрогенератор (РИТЭГ) тепловой мощностью всего 145 Вт. Он предназначен для обогрева аппаратуры, а единственный потребитель вырабатываемой им электроэнергии — часы реального времени, программно-временное устройство, отвечающее за пробуждение зонда после лунной ночи, продолжающейся 14,5 земных суток.

Главный источник энергии для научной и служебной аппаратуры — солнечные фотоэлектрические преобразователи. Они установлены вертикально по бокам приборного отсека и блока баков и питают электричеством буферные аккумуляторы, которые через систему регулирования распределяют энергию по потребителям.

Управляющее ядро «Луны-25» — бортовой интегрированный вычислительный комплекс БИВК-Р. Большую часть времени работы станции он «командует» движением аппарата и функционированием систем, управляет приводами направленных антенн и регулятора тяги двигателей. Задачу навигации на трассе перелёта «Земля — Луна» и при пребывании на окололунной орбите решают два звёздных и два солнечных датчика, два бесплатформенных инерциальных блока и доплеровский радиолокатор. Последний определяет координаты и составляющие вектора скорости при посадке.

Станция «Луна-25» на разгонном блоке «Фрегат» перед накаткой головного обтекателя. Фото Роскосмоса

Радиотехнический комплекс включает приёмо-передающую аппаратуру и антенно-фидерную систему — две приёмных и две передающих малонаправленных антенны, одну направленную передающую антенну и три волноводных переключателя. Система может связаться с Землёй при любом положении аппарата в космическом пространстве. Радиокомплекс принимает и дешифровывает команды, переданные бортовому компьютеру из центра управления, совместно с наземными станциями командно-измерительного комплекса выполняет траекторные измерения, собирает собственную диагностическую информацию и отправляет её на Землю. Радиокомплекс получает данные от научной аппаратуры и телеметрической системы, формирует и передает на Землю поток информации.

Поскольку основная задача «Луны-25» — отработка мягкой посадки в недоступных ранее районах, выполнение научной программы важно, но вторично. Однако эта задача представляет существенную значимость.

Станция должна изучить свойства реголита и полярной экзосферы Селены в районе вблизи 70° ю.ш. Зоны посадки — основную и резервные — учёные выбирали из соображений научной ценности с учётом технических ограничений. «Луна-25» не может активно маневрировать для высокоточного прицеливания и уклонения от препятствий при посадке, поэтому предпочитался достаточно большой и ровный участок поверхности в виде эллипса 30 х 15 км и с уклонами менее 15°. Освещённость в районе посадки должна обеспечивать работу системы электропитания в течение светового дня. Радиоантенны станции должны видеть Землю не менее половины активного срока работы «Луны-25». Наконец, местный реголит должен содержать не менее 0,5% воды по массе.

Указанным требованиям соответствовали три рассмотренных района: основной — к северу от кратера Богуславский и два резервных — к юго-западу от кратера Манцини и к юго-западу от кратера Пентленд.

Расположение служебных систем на станции «Луна-25». Графика НПО имени С. А. Лавочкина

Несмотря на приоритет технологических задач, российская станция несёт серьёзный комплект научной аппаратуры — 10 приборов общей массой 30 кг. Три из них предназначены для изучения реголита в месте посадки:

лазерный ионизационный масс-спектрометр ЛАЗМА-ЛР изучит элементный и изотопный состав реголита. Исследуя образцы, прибор впервые позволит «на месте», а не в лаборатории сравнить состав грунта из района южного полюса с образцами из экваториальных и средних широт, доставленных экспедициями американских «Аполлонов» и советских «Лун»;

лунный инфракрасный спектрометр с телевизионной камерой рабочего поля манипулятора ЛИС-ТВ-РПМ будет изучать минералогический состав поверхности Луны методами инфракрасной спектрометрии в диапазоне длин волн 1,15—3,3 мкм. Структура поверхности реголита исследуется в видимом диапазоне. Эти параметры обусловлены тем, что молекулы воды и гидроксила дают спектральные линии как раз на длине 3 мкм и прибор позволит экспериментально подтвердить присутствие воды в районе посадки;

активный детектор радиации от нейтронов АДРОН-ЛР предназначен для обнаружения воды методом нейтронного каротажа в слое глубиной от 0,6 до 1 м непосредственно под аппаратом.

Два прибора будут изучать лунную экзосферу — крайне разреженную оболочку ночного светила, состоящую из смеси пыли, газов, ионов и плазмы:

панорамный ионный энерго-масс-спектрометр АРИЕС-Л регистрирует частицы с энергиями в диапазоне от 10 до 5000 эВ;

прибор пылевого мониторинга ПмЛ измерит потоки и параметры частиц лунных пылинок, их заряд, массу, импульс и напряжённость локального электрического поля Луны.

Система технического зрения СТС-Л из восьми телекамер будет фиксировать процесс посадки, вести панорамные съёмки и создавать трёхмерную модель поверхности рабочего поля близ места прилунения. В состав СТС-Л входила европейская навигационная телекамера Pilot-D, но в январе 2023 года камеру демонтировали и вернули в Европу…

Работу всех приборов, за исключением СТС-Л, обеспечивает блок управления научными исследованиями БУНИ: подаёт электропитание и управляющие команды на научные инструменты, а также собирает и хранит научную и служебную телеметрию.

Служебные системы станции «Луна-25», вид с другого борта. Графика НПО имени С. А. Лавочкина

Ясно, что состава аппаратуры достаточно для получения серьёзных (а возможно, приоритетных) научных результатов, которые, по мнению российских учёных, окажут существенное влияние на последующие проекты исследования и освоения Луны.

Для изучения лунного полярного реголита манипуляторный комплекс разворошит поверхность в заранее намеченном участке рабочего поля. В несколько приемов ковш манипулятора выкопает канавку, на дне которой грунтозаборный механизм углубится ещё, заберёт пробу грунта и переместит её в ячейку карусели прибора ЛАЗМА-ЛР для цикла исследований. Эта процедура будет сниматься камерами СТС-Л, а также физически дублироваться на Земле в ИКИ РАН.

После «раскопок» и взятия проб грунта наступит время работы прибора ЛИС-ТВ-РПМ. Манипулятор наведёт его на выкопанную канавку для измерения спектра инфракрасного излучения вещества, ранее закрытого реголитом, для оценки первичной доли воды в приповерхностном слое и отслеживания — каждые три часа — процесса её сублимации.

Перед заходом Солнца станция перейдет в режим «спячки», который продлится лунную ночь, и вновь пробудится с «рассветом».

Утренний сеанс анализа лунного реголита прибором ЛАЗМА-ЛР станет основным экспериментом во время второго или третьего лунных дней. Затем в дело вступят приборы АРИЕС-Л и ПмЛ, которые будут работать непрерывно — кроме технологических перерывов — в течение светового дня, отслеживая динамику процессов в экзосфере.

Всё это время будет функционировать и АДРОН-ЛР, но в пассивном режиме — без включения импульсного нейтронного генератора. Прибор будет регистрировать собственное нейтронное и гамма-излучение поверхности, оценивая локальный радиационный фон, и параллельно измерит гамма-излучение от трех естественных радиоактивных изотопов калия, тория и урана. Измерения позволят оценить содержание элементов в полярном грунте. Полученная информация потребуется для обработки результатов измерений в активном режиме.

«Луна-25» на поверхности. Графика Роскосмоса

Последующая научная программа будет аналогична выполненной во второй и третий световые лунные дни. Но образцы реголита будут забираться из других точек выбранного поля и, если получится, с разной глубины — от нескольких сантиметров до почти полуметра. За всё время миссии намечено провести 11 заборов образцов грунта для изучения вариаций состава реголита на рабочем поле.

Во время восходов и закатов Солнца будут работать АРИЕС-Л и ПмЛ, обещающие дать интереснейшие результаты. Дело в том, что теорией предсказаны любопытные и необычные пылевые явления на терминаторе: мощные скачки электростатического поля и так называемые «пылевые фонтаны». Эти феномены связаны с резким изменением заряда лунной поверхности и пылинок солнечным ультрафиолетом, который вместе с солнечным ветром быстро нарастает на восходе и ослабляется на закате. Выполненные в эти моменты измерения лягут в основу уточнённой модели приполярной экзосферы.

Программу исследований в минимально необходимом объёме планируется выполнить за полгода. Затем предполагается провести ряд сеансов активного нейтронного зондирования поверхности прибором АДРОН-ЛР для оценки доли основных породообразующих элементов до глубины около 60 см и массовой доли воды на глубине до метра. Нейтронное зондирование позволит изучить неоднородности концентрации льда, проверив гипотезу о том, что массовая доля льда увеличивается с глубиной.

Поскольку ресурс «Луны-25» рассчитан на год работы, после выполнения программы минимум исследования будут продолжены для изучения динамики процессов в экзосфере в южном приполярном районе. В случае если станция останется активной, не исключена её совместная работа с орбитальной «Луной-26».

Орбитальная автоматическая станция «Луна-26». Графика НПО им. С. А. Лавочкина

Дмитрий Воронцов

Источник