Космическая движуха

Союз-2.1б на космодроме Восточный во время запуска. Предоставлено Роскосмосом

10 августа 2023 года в 23:10 UTC российский космический аппарат «Луна 25» стартовал к Луне с космодрома Восточный на ракете «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат-М». Это первая миссия по исследованию спутника Земли, созданная Российской Федерацией: предыдущий космический аппарат, «Луна 24», был запущен в 1976 году Советским Союзом. Все будущее лунной программы в России зависит от того, сможет ли этот космический аппарат совершить мягкую посадку вблизи южного полюса Луны.

Пауза между «Луной 24» и «Луной 25» не должна была быть такой долгой. С 1990-х годов в России разрабатывается программа «Луна-Глоб» для изучения внутренней структуры Луны. В разное время в него входили пенетраторы (ударные зонды, которые нужно было вводить в лунный грунт в трех или четырех точках на высокой скорости), орбитальные аппараты, посадочные станции и луноходы, и программа регулярно менялась. Планировалось подготовить миссию к запуску в 2013 году.

После того, как российский детектор нейтронов для исследования Луны (LEND) на борту американского лунного разведывательного орбитального аппарата (LRO) показал наличие воды в лунном грунте, было решено сосредоточиться на изучении полярных областей Луны. Однако некоторые исследователи обращают внимание на тот факт, что проект «Луна-Глоб» был пересмотрен после неудачи «Фобос-Грунта» в 2011 году, поскольку предполагалось, что он будет изготовлен на той же платформе и содержать некоторые схожие конструктивные решения.

Новая концепция заключалась в запуске серии космических аппаратов, начиная с небольшого посадочного модуля, который приземлится вблизи южного полюса Луны и изучит образцы грунта на месте. До недавнего времени руководство Роскосмоса и разработчики космического аппарата без колебаний признавали, что главной задачей миссии будет отработка базовых технологий мягкой посадки и, во-вторых, исследование южного полюса Луны. В 2013 году миссия получила название «Луна 25», что делало ее похожей на продолжение советской лунной программы.

«НПО имени Лавочкина», которое ранее строило советские лунные посадочные и орбитальные аппараты, было выбрано в качестве разработчика нового аппарата, а Институт космических исследований стал ответственным за научную полезную нагрузку.

«Луна 25» - довольно простой космический аппарат по сравнению с достижениями советской лунной программы. При массе 615 килограммов без топлива масса его научных приборов составляет всего 30 килограммов. Полезная нагрузка сосредоточена в верхней части аппарата. В течение лунной ночи он нагревается с помощью РИТЭГ и состоит из 9 научных приборов, задачами которых являются:

• Оценка массовой доли воды в лунном грунте; определение элементного и изотопного состава верхнего слоя полярного реголита в районе посадки на глубине до 40 сантиметров.

• Измерение радиационного фона нейтронов и гамма-лучей на поверхности Луны.

• Исследование состава циркумполярной лунной экзосферы и физических процессов, происходящих в ней в условиях спокойного и активного Солнца, а также в периоды, когда Луна проходит через хвост магнитосферы Земли.

Схема научных приборов. (Предоставлено Роскосмосом)

Нижняя часть космического аппарата содержит двигательную установку, топливные баки, амортизирующие посадочные опоры, а также часть антенн системы связи и научные приборы — манипулятор для сбора образцов грунта, активный нейтронный спектрометр и регистратор лунной пыли.

Четыре солнечные панели обеспечат бортовое оборудование электроэнергией. Их конструкция несколько необычна. На посадочных аппаратах, работающих вблизи экватора, панели обычно устанавливаются горизонтально, чтобы легче улавливать солнечный свет. Однако в регионе, где приземлится «Луна 25», Солнце не поднимается выше 20 градусов над горизонтом, поэтому солнечные панели установлены вертикально.

Космический аппарат оснащен восемью камерами: четырьмя широкоугольными камерами для панорамной съемки окружающего ландшафта, двумя узкоугольными стереокамерами на общей основе для съемки рабочего поля манипулятора и управления операциями с реголитом, двумя камерами на кронштейне двигательной установки космического аппарата для съемки поверхности Луны во время спуска и посадки.

Схема других научных приборов. (Предоставлено Роскосмосом)

Изначально планировалось, что на «Луне-25» будут установлены два прибора иностранного производства, но оба были отменены по разным причинам. Шведский прибор LINA-XSAN для изучения взаимодействия космической плазмы с поверхностью Луны планировалось сделать одним из ключевых инструментов миссии, но из-за постоянных переносов он полетел на китайской «Чанъэ-4» в 2019 году. Европейская демонстрационная навигационная камера PILOT-D была отменена из-за нападения России на Украину в 2022 году.

По первоначальному плану запуск «Луны-25» должен был состояться в 2014 году. Однако различные причины провоцировали задержки одну за другой. Последняя крупная отсрочка (с 2021 по 2023 год) была вызвана неисправностью, обнаруженной в доплеровском измерителе скорости и дальности полета (DISD-LR) во время испытаний. Будучи важной частью системы мягкой посадки, это устройство нельзя игнорировать, и его недостаточная точность может стоить миссии. Повторные испытания DISD-LR и последующие изменения программного обеспечения посадочного модуля привели к задержке почти на два года.

Схема научных приборов обратной стороны. (Предоставлено Роскосмосом)

В результате «Луна 25» отправится к Луне только в августе 2023 года, через 47 лет после «Луны 24». По неизвестным причинам Роскосмос держал дату запуска в секрете до 7 августа, хотя это не имело смысла из-за многочисленных утечек информации из разных независимых источников. Несмотря на то, что космодром Восточный (как и Байконур) расположен в часовом поясе, отличном от Московского, официальным временем запуска в России традиционно всегда считается московское время. 11 августа в 02:10:57 утра по московскому времени «Союз-2.1» поднялся со стартовой площадки и отправил «Луну-25», установленную на разгонном блоке «Фрегат», на Луну.

Ракета вывела космический аппарат на круговую околоземную орбиту высотой 200 километров. Примерно через час разгонный блок «Фрегат» впервые запустит двигатель, чтобы отправить спускаемый аппарат на траекторию к Луне. После двух запусков на расстоянии около 3000 километров от Земли он отделится от «Луны-25», которая совершит оставшийся путь к Луне с использованием собственных двигателей.

Первая коррекция орбиты запланирована через полтора дня после запуска, когда космический аппарат будет находиться на расстоянии около 230 000 километров от Земли с помощью двигателей малой тяги «Луны-25», работающих в течение 20-30 секунд. Те же двигатели обеспечат вторую коррекцию орбиты примерно за сутки до выхода на орбиту Луны на расстоянии 340 000 километров от Земли. Весь путь до выхода на лунную орбиту должен занять от четырех с половиной до пяти с половиной дней. Главный двигатель космического корабля впервые включится, чтобы замедлить «Луну-25» и выйти на орбиту перехода к Луне.

Посадочный модуль проведет следующие три дня на круговой 100-километровой лунной орбите, совершив 36 витков вокруг Луны, собирая данные, в то время как Центр управления полетами будет решать, какое место посадки выбрать. На четвертый день специалисты ЦУП сформируют посадочную орбиту для «Луны-25». Она будет эллиптической, с перигеем в 18 километров и апогеем в 100 километров.

Космический аппарат проведет на этой орбите еще два дня, совершив 24 оборота до начала посадки. Таким образом, по расчетам специалистов, посадка на спутник Земли запланирована примерно на 21-23 августа (Роскосмос до сих пор не подтвердил дату и график посадки).

Посадка должна произойти с вертикальной скоростью от 1,5 до 3 метров в секунду, горизонтальной скоростью не более 1 метра в секунду и углом отклонения продольной оси от гравитационной вертикали не более семи градусов. Планируемая точность посадки - эллипс размером 30 на 15 километров.

Для «Луны-25» выбрано три посадочных площадки. При выборе места посадки учитывались следующие параметры: рельеф местности (безопасно приземляться при наклоне не более 15 градусов), надежность радиосвязи спускаемого аппарата, продолжительность светового дня (это важно для реализации научной программы), обилие признаков воды и достаточное геологическое разнообразие.

Основная посадочная площадка расположена в районе 69,545 ю.ш. 43,544 в.д., к северу от кратера Богуславский; две резервные площадки находятся в 68,773 ю.ш. 21,210 в.д. к юго-западу от кратера Манчини и 68,648 ю.ш. 11,553 в.д. к югу от кратера Пентланд А.

Если миссия «Луна-25» пройдет успешно, Россия планирует запустить орбитальный аппарат «Луна-26» в качестве следующего шага, который будет дистанционно изучать Луну и составлять карту распределения водяного льда на ее поверхности. Говорят, что «НПО имени Лавочкина» уже работает над его конструкцией. После этого должны состояться еще две миссии.

Посадочный модуль «Луна 27» снова будет изучать реголит и содержащийся в нем лед вблизи южного полюса Луны, но с большим количеством приборов, чем «Луна 25». И, в конце концов, «Луна 28» должна доставить реголит со льдом на Землю. Но судьба всех этих миссий теперь зависит от «Луны-25»; если дорогостоящая миссия провалится, они могут сократить финансирование следующих миссий, и в таких обстоятельствах осторожное поведение Роскосмоса можно понять.

Люди на орбите сегодня