Изучение Луны, новые миссии

Море Кризисов
Надо сказать, что полет «Аполлона-11 » заставил американцев изрядно понервничать, и виной



На лунной орбите Майкл Коллинз, а Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин - в лунном модуле "Орел". На широко известном снимке "первого" человека на Луне на самом деле изображен второй - Эдвин Олдрин. Наземные испытания прототипа посадочной ступени лунного модуля "Apollo" (США, 1966 г.) Дэвид Скотт готовится к первой поездке на вездеходе ("Apollo-15") Высоко потпрыгнув над Луной, Джон Янг салютует флагу ("Apollo-16")

тому была советская автоматическая станция «Луна-15». США 8 лет готовили высадку человека на Луну, тщательно отрабатывая все этапы полета. И вот, за 3 дня до старта «Аполлона-11» совершенно неожиданно Советский Союз запустил к Луне автоматическую станцию, о программе полета которой не сообщалось ничего, кроме стандартной фразы «для проведения дальнейших исследований Луны и окололунного пространства». Когда корабль с астронавтами приближался к Луне, то по окололунной орбите уже двигалась, совершая маневры, загадочная станция, цели которой были совершенно неизвестны. Не столкнется ли она с «Аполлоном»? Что она намерена делать? Не будет ли она создавать помехи радиосвязи астронавтов с 3емлей? NASA посылало запросы в Москву, стараясь получить какую-то информацию, которая подтвердила бы, что помех полету не будет... Но в итоге астронавты благополучно прилунились и вышли на поверхность.
     День триумфа американской Лунной программы стал днем траура для советской - в тот же день «Луна-15» разбилась во время посадки на Луну. Было очевидно, что в развернувшемся соперничестве СССР пытался «забить гол престижа» - привезти лунный грунт раньше или по крайней мере одновременно с американцами. И хотя взятие его автоматической станцией на фоне пилотируемого полета американцев не выглядело бы столь эффектно, оно в какой-то степени могло поддержать престиж СССР как крупнейшей космической державы. Однако этим планам не суждено было сбыться - советская Лунная программа в отличие от американской развивалась рывками, от ученых и конструкторов постоянно требовали перегнать США, причем любой ценой. Впоследствии преемник С.П. Королева, главный конструктор В.П. Мишин, говорил, что спокойно работать им просто не давали...
     Привезти грунт с Луны Советскому Союзу удалось лишь в сентябре 1970-го, спустя год с небольшим после полета американцев. 3а это время там успела побывать еще одна американская экспедиция. Наша «Луна-16» привезла скромные 100 грамм, но их научная ценность была не менее велика, поскольку образец этот был взят в районе, изрядно удаленном от мест посадки «Аполлонов». Таким образом, СССР смог участвовать в непосредственных исследованиях лунного грунта почти наравне с США, которые в ходе 6 экспедиций привезли на Землю 382 кг образцов.
     Для взятия образца автоматическим путем было сконструировано специальное буровое устройство, позволявшее получить пробы как монолитной породы, так и рыхлого лунного грунта. Глубина бурения составляла 35 см. Маленькая ракета с вложенным в нее буром, внутри которого был лунный грунт, стартовала с Луны, используя в качестве «космодрома» свою же посадочную платформу. При подлете к 3емле шар с образцом грунта отделился от «ракетки» (так называли ее конструкторы) и на парашюте опустился в казахстанской степи в районе Джезказгана. Лежа на земле в ожидании, когда его найдут, шар вел себя довольно активно - передавал радиосигналы, чтобы группа поиска могла запеленговать его с воздуха, и время от времени громко «кричал» истошным голосом, имитируя крик дикой утки, помогая обнаружить его с близкого расстояния...
     Извлечение капсулы с буровым устройством из возвращаемого аппарата происходило там, где была сконструирована и построена станция «Луна-16» - на заводе им. С.А. Лавочкина в подмосковном городе Химки. Вырезанная из шарика капсула была передана представителям Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского (ГЕОХИ), в котором находилась лунная приемная лаборатория. В этой лаборатории, в специальной герметичной камере, заполненной азотом, капсула была вскрыта и грунт помещен на лоток из нержавеющей стали, откуда затем брались пробы для исследований. Впоследствии советские автоматические станции еще дважды привозили на Землю образцы грунта с Луны, доведя их общее количество до 300 г. Районы их сбора были также сильно удалены от места высадки «Аполлонов», поэтому полученные образцы были очень интересны, поскольку давали информацию о составе горных пород в Море Изобилия, Море Кризисов и на материке между ними.

Лунные странники
     Временем успехов советской программы полетов автоматических станций на Луну стал 1970 год. Два месяца спустя после доставки образца грунта на Луну опустилась «Луна-17», с посадочной платформы которой на поверхность съехал первый в мире движущийся аппарат для работы на инопланетной поверхности - «Луноход-1». Этот аппарат был спроектирован и построен на заводе им. С.А. Лавочкина под руководством Главного конструктора Г.Н. Бабакина, а его ходовая часть-8 колес с отдельным для каждого двигателем, спрятанным внутри оси, - в ленинградском инститyте транспортного машиностроения «ВНИИТрансМаш».
     «Луноход-1 » проработал 10 месяцев, или 11 лунных дней. Он прошел 10,5 км и выполнил исследования грунта более чем в 500 точках. На Землю им было передано более 200 детальных панорамных изображений лунных ландшафтов.
     «Луноход-2» был высажен на восточном краю Моря Ясности, неподалеку от гористой местности лунного материка. Он передвигался гораздо быстрее своего старшего брата и был оборудован более скоростной ТВ-камерой. За 4 месяца второй «странник» проехал 37 км, но его дальнейшей работе помешал перегрев аппаратуры, размещенной внутри корпуса. Случилось это из-за того, что вдохновленные хорошими ходовыми качествами лунохода исследователи решили въехать прямо внутрь свежего, окруженного полем камней лунного кратера. Грунт внутри кратера оказался очень рыхлым, и луноход долго буксовал, пока задним ходом не выбрался на поверхность. При этом откинутая назад крышка с солнечной батареей, видимо, зачерпнула немного грунта с вала, окружающего кратер. Впоследствии при закрытии крышки на ночь для сохранения тепла внутри аппарата этот грунт попал на верхнюю поверхность лунохода и стал теплоизолятором, что во время лунного дня привело к перегреву аппаратуры и выходу ее из строя.

Пауза и продолжение
     Последний полет по программе «Аполлон» состоялся в конце 1972 года, а через 4 года прекратились и полеты советских «лунников». Лишь через два десятка лет, в 1990 году, свой искусственный спутник «Хитен» послала к Луне Япония, ставшая третьей «лунной державой». Затем было еще два американских спутника - «Clementine» (1994 год) и «Lunar Prospector» (1998 год). На этом полеты к Луне опять замерли. Конкретные планы запусков автоматических станций есть у Европейского космического агентства и у Японии.
     Самым примечательным проектом последнего времени является проект "SMART-1":
     SMART-1 - аппарат Европейского космического агенства был запущен 30.09.2003. Успешный старт первой в мире исследовательской станции, оснащенной ионным двигателем в качестве основного.
     SMART 1 – первая европейская экспедиция для исследования Луны. В то же время, это уникальная исследовательская станция нового типа, первая в новой программе ESA под названием Small Missions for Advanced Research in Technology, в ходе которой запланирована апробация целого ряда новых технологий. На орбиту его вывела с космодрома Куру ракета - носитель "Ариан 5".
     Спутник создан по заказу ESA (European Space Agency, Европейское космическое агентство) Шведской космической корпорацией при участии почти 30 субподрядчиков из 11 европейских стран и США. Общая стоимость проекта составила 110 млн. евро. При достаточно большом количестве аппаратуры, SMART 1 отличается малым весом (370 кг, в том числе научная аппаратура — 19 кг) и компактностью. Со сложенными солнечными батареями он представляет собой прямоугольник размером в метр. Стоимость SMART 1 примерно раз в пять меньше, чем типичной межпланетной станции ESA. Но самая главная особенность нового космического аппарата в том, что впервые в истории космонавтики ионный двигатель будет использован в качестве основного. В ближайших планах ESA — запуск еще двух аппаратов, оснащенных ионной двигательной установкой. Это BepiColombo для исследования Меркурия и Solar Orbiter — для изучения Солнца.
     Установленный на SMART 1 ионный двигатель потребляет 1350 Ватт электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, и развивает тягу в 0,07 Ньютон, что примерно соответствует весу почтовой открытки. Рабочим веществом служит ксенон (запас топлива 82 кг). При этом для выхода на эллиптическую полярную орбиту вокруг Луны станции потребовалось 16 месяцев. Выведение SMART 1 на расчетную орбиту представляет собой сложный многоступенчатый процесс, состоящий из нескольких этапов.
     Строго говоря, ионные двигатели уже устанавливались на космических аппаратах — в последние годы, в частности, на исследовательской станции НАСА Deep Space 1 (DS 1) и на экспериментальном геостационарном спутнике связи ESA Artemis. В последнем случае, благодаря наличию на борту ионных двигателей, удалось спасти казавшийся окончательно утраченным спутник ценой в миллионы долларов.
     По своей конструкции основной двигатель SMART 1 существенно отличается от двигателей, установленных на DS 1 и на Artemis. В случае с последними двумя аппаратами, для ускорения ионов использовалась решетка с поданным на нее потенциалом (так называемый gridded ion engine). В отличие от них SMART 1 оснащен ионным двигателем Холла, который существенно отличается по своей конструкции. Важным преимуществом двигателей на эффекте Холла является отсутствие решетки, подвергающейся постоянной бомбардировке высокоэнергетичными ионами, вследствие чего происходит ее быстрая деградация. Что касается других характеристик ионных двигателей различной конструкции, то ситуация выглядит не столь очевидной. В общем, двигатели с решеткой позволяют получать больший удельный импульс и расходуют примерно в два раза меньше топлива (рабочего тела), чем двигатели Холла. Однако при этом двигатели Холла позволяют развить большую удельную тягу при одинаковом потреблении электроэнергии. Обе конструкции имеют свои достоинства и недостатки, и выбор предпочтительного варианта зависит в каждом случае от характера задач, стоящих перед аппаратом, и от его энергетических возможностей.
      На Луне SMART 1 проведет поиск следов наличия воды (в форме льда) в кратерах, получит данные о химическом составе поверхности нашего спутника и протекающих в нем тектонических процессах. Станции предстоит впервые провести картографирование всей поверхности Луны с помощью рентгеновского и инфракрасного спектрометров с различным разрешением. Одновременно будет проводиться съемка поверхности в нескольких участках видимого спектра. Ничего подобного прежде не проводилось.Как ожидается, собранная новым исследовательским аппаратом информация идеально дополнит данные, полученные американскими зондами Clementine (1994) и Lunar Prospector (1998), исследовавшими Луну в минувшем десятилетии. В центре внимания те вопросы, на которые у научного сообщества еще не сформировалось определенного мнения. Это происхождение нашего спутника и его эволюции. Научная программа полета рассчитана на шесть месяцев, но если к концу этого периода запас топлива еще не будет исчерпан, предполагается перевести SMART 1 на более низкую орбиту, в том числе для повышения разрешения снимков поверхности.
      На борту SMART 1 находится большое количество приборов, предназначенных для исследований Луны и изучения перспективных технологий:
1. SIR – Инфракрасный спектрометр
2. Солнечные датчики
3. Стрела сенсора SPEDE (назначение - исследование свойств плазмы в окрестностях станции)
4. Камера AMIE (сверхминиатюрная, для работы в видимом и ИК-диапазоне)
5. Рентгеновский телескоп D-CIXS
6. Антенна системы связи
7. Датчики для исследования эффектов, вызванных работой ионного двигателя (EPDP)
8. Топливный бак двигателей ориентации
9. Звездный датчик
10. Двигатель для изменения ориентации солнечных батарей
11. Транспондер системы связи
12. Электроника управления ионным двигателем
13. Двигатели системы ориентации
14. Ионный двигатель с механизмом управления вектором тяги (его направление должно меняться по мере изменения положения центра масс, вызванного расходованием топлива)
     EPDP и SPEDE Для широкого использования ионных двигателей в длительных космических полетах необходимо досконально изучить побочные эффекты их длительной эксплуатации, а также характер взаимодействия с естественной электромагнитной средой, окружающей станцию. К возможным проблемам относится отклонение вектора тяги ионного двигателя от первоначальной ориентации, эрозия поверхностей, короткие замыкания, интерференция с радиосигналами, а также аккумуляция пылевых частиц. Для исследования этих эффектов предназначены приборы EPDP (исследование побочных эффектов работы ионного двигателя) и SPEDE (исследование свойств плазмы в окрестностях станции).
     KaTE и RSIS Основная задача прибора KaTE (микроволновая связь) — изучение перспектив связи в новом диапазоне электромагнитного излучения с длиной волны около 9 мм (Ка-диапазон).Прибор RSIS (исследование радиоволн) предназначен для изучения малых вариаций движения SMART 1, вызванных нестабильностью тяги ионного движителя, с помощью Доплеровского эффекта. Регистрироваться при этом будет радиоизлучение прибора KaTE.
     Laser-Link и OBANLaser-Link (лазерная связь) предназначен для изучения перспектив использования лазеров для связи с аппаратами, находящимися в глубоком космосе. В настоящее время ESA уже применяет лазерную связь с телекоммуникационными спутниками на геостационарной орбите. Исследование возможности применения компьютерных технологий для автономной навигации космических аппаратов будет осуществляться посредством прибора OBAN (космическая навигация). Картографирование лунных минералов с помощью SIR Исследование Луны, Земли и Солнца. Сверхминиатюрная камера видимого и ИК-диапазона (AMIE) предназначена для съемки поверхности Луны. Назначение инфракрасного спектрометра (SIR) — определение минерального состава лунных пород. Для исследования химического состава лунных пород, а также новой технологии коллимации рентгеновского излучения предназначен D-CIXS рентгеновский телескоп. Независимый от D-CIXS мониторинг рентгеновского излучения Солнца, сильно варьиующегося в зависимости от текущей солнечной активности, будет проводиться при помощи XCM. Для сбора научной информации так же будет использоваться технологическая аппаратура экспериментов SPEDE и RSIS

БУДУЩИЕ ЛУННЫЕ ЭКСПЕДИЦИИ

Страна

Дата

Название

Описание (Все даты указаны по Всемирному времени)

Фото

Отложен

"Lunar-A"

Намечаемая первая посадка японской автоматической станции на Луну готовится Институтом космических и астронавтических исследований (ISAS) Министерства образования. Запуск с японского космодрома Кагосима постоянно откладывается С 1997 г. Масса станции 520 кг. Цель проекта: наблюдения в течение 1 года за лунотрясениями и изменениями теплового потока из недр Луны с помощью двух пенетраторов - инструментов в виде копья массой по 13 кг с аппаратурой внутри, внедренных глубоко в грунт, а также фотосъемка поверхности с орбиты искусственного спутника Луны.

Первая китайская космическая миссия на Луну

2008

"Chandrayaan-1"

Chandrayaan-1 - Станция ISRO (Indian Space Research Organization) предназначена для выведения на лунную орбиту с целью изучения и испытаний технологических способностей Индии, и получения научной информации относительно лунной поверхности. Станция имеет размеры 1,5 куб метра и весом в 523 кг. Общая стоимость миссии около 100 млн долларов.

Конец 2007

"Chang'e 1"

Это будет первая китайская космическая миссия на Луну. Предназначена для отработки технологий для последующих миссий, для изучения лунной среды и поверхности Луны. Комплектующие аппарата: стерео камера - для составление карты поверхности Луны, высотометр - для измерения расстояния между станцией и поверхностью Луны, gamma/X-rays спектрометр - для изучения состава поверхности, микроволновый радиометр - для определения толщины лунной коры и приборы для изучения солнечного ветра в окрестностях Луны.

01.10.2008

"Lunar Reconnaissance Orbiter"

Лунная орбитальная миссия, намеченна на начало осени 2008. Первая миссия Автоматизированной Лунной Программы Исследования НАСА, предназначена для нанесения на карту поверхности Луны и поиска годных ресурсов, с окончательной целью возвращения людей на Луну. Следующие измерения внесены в список как наличие самого высокого приоритета: характеристика космической лучевой окружающей среды на лунной орбите; геодезическая глобальная топография; высоко пространственная картография; картография температуры в полярных областях; отображение поверхности в постоянно затененных областях; идентификация предполагаемого водного льда в полярных холодных областях; характеристика полярной области. Первичная цель миссии состоит в том, чтобы найти участки для приземления. Предварительный план запуска с Космического центра Кенеди в октябре 2008 на ракете - носителе Дельте II, Атлас V или Дельта IV. Потребуется 4 дня, чтобы достигнуть Луны и выйти на начальную орбиту высотой 100 км, которая будет позже понижена. Миссия, как ожидается, продлиться в течение одного года с 30 - 50 - километровой высотной лунной полярной орбитой. Это может сопровождаться продлением миссиии до 5 лет. Спутник, как ожидается, будет иметь массу запуска приблизительно 1000 - 1200 кг. Полный бюджет для миссии от развития до первых действий года 90 миллион $.

2005-2020

"План"

2004-2010 - разработка пилотируемого космического корабля, который заменит шаттлы и сможет доставить людей на Луну.
2005 - возобновление полетов шаттлов, прекращенных после катастрофы челнока "Колумбия", к Международной космической станции.
2010 - прекращение работ на МКС, замена челноков новыми кораблями.
2010-2014 - беспилотные полеты к Луне.
2015-2020 - пилотируемые полеты к Луне, создание на ней обитаемой базы.
Возвращение на Луну также не является полной неожиданностью - планы по освоению ближайшего спутника есть и у Китая, и у Европы, и у ряда частных корпораций, поэтому Штатам в любом случае пришлось бы лететь к Луне, чтобы не пропустить дележ территорий. Планы пилотируемого исследования Луны есть только у Китая - в 2005 году запуск автоматического зонда, в 2011-м лунохода, в 2020-м высадка на поверхность, а в 2030-м создание обитаемой базы. У России на амбициозные программы нет денег, а у Европы недостаточно опыта. Но РФ и ЕС, объединившись, могли бы стать третьей силой в Большой космической гонке. Тем более Россия уже разрабатывает свой корабль для полетов на МКС и Луну - "Клипер", а Европа согласилась его финансировать.

Страны участницы Будушей Большой Одиссеи
Китай	США	Япония	Индия