Выпуск Космоновостей № 48. Что за птица - "Луна-25"? Рассекреченный документ
В Федеральную космическую программу (2016-2025 г. г.) входит запуск космических аппаратов (КА) для исследования Луны. По информации с сайта НПО им. Лавочкина, это: станции «Луна-25» (исследование лунного грунта), «Луна-26» (искусственный спутник Луны), «Луна-27» (посадка на Луну и исследование грунта), «Луна-28» (посадка на Луну, забор грунта и доставка его на Землю).
В августе 2023 г. планируется запуск первой станции. «Луна 25» и разгонный блок «Фрегат» уже заправлены и прошли проверки, готовится стартовый стол, мы замерли в ожидании. Пока ждем, давайте подробнее изучим аппараты, проектируемые и изготавливаемые НПО им. Лавочкина в рамках этой программы.
Луна-25
Небольшая по размерам опытная станция для отработки мягкой посадки в полярную область Луны. Станет первым отечественным аппаратом на поверхности Луны с успешной миссии «Луны-24» в 1976 году.
Основные задачи:
1. Отработка технологии мягкой посадки.
2. Изучение внутреннего строения и разведка природных ресурсов, в том числе воды, в околополярной области Луны.
3. Исследование воздействий на поверхность Луны космических лучей и электромагнитных излучений.
Вес станции – 1750 кг. Средства выведения - «Союз-2/1б» с РБ «Фрегат» с космодрома «Восточный».
Почему станция нацелена на полярную область Луны?
В начале 20 века К. Э. Циолковский предположил, что в полярных областях Луны могут быть «обширные слои отвердевшей воды и атмосферы». Эта гипотеза получила подтверждение в конце века. На дне полярных лунных кратеров существуют зоны вечной тени, и попавшие туда молекулы воды не могут выбраться из кратеров. «Луна 25» будет садиться в один из двух районов Южного полюса: к северу от кратера Богуславский (основной р-н) или к юго-западу от кратера Манцини (резервный р-н).
С 2009 года на орбите Луны находится межпланетный аппарат NASA «Лунный исследовательский орбитер» с российским нейтронным детектором ЛЕНД (ИКИ РАН).
«Нейтронный детектор ЛЕНД регистрирует поток вторичных нейтронов, исходящий от поверхности Луны, — так называемое нейтронное альбедо. Эти нейтроны рождаются в приповерхностном слое грунта толщиной 1-2 метра, в ходе взаимодействий с космическими лучами и при распаде естественных радиоактивных элементов. По пути к поверхности они замедляются и поглощаются ядрами основных породообразующих элементов. Таким образом, выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава вещества и в первую очередь — от присутствия водорода или водородосодержащих соединений. На основе измерений распространённости водорода в грунте можно судить о наличии водяного льда или связанной воды в составе минералов».
В результате многолетних исследований удалось составить карту распространения воды на Луне.
Оказывается, воды на Луне больше, чем в пустыне Сахара! И, более того – районы с наибольшим содержанием воды не совпадают с полярными кратерами. Выяснилось, что «в окрестности северного и южного лунных полюсов расположены районы вечной мерзлоты с относительно высоким содержанием водяного льда, от долей процента до нескольких процентов по массе. Данные исследований используются при планировании наших грядущих лунных миссий «Луна 25» и «Луна 27».
Также ЛЕНД помог оценить радиационную обстановку на Луне и подтвердил, что для длительной экспедиции потребуется радиационная защита, и что для нее можно будет использовать лунный реголит.
Описание космического комплекса «Луна 25»
В комплекс входят:
Космический аппарат (КА) «Луна 25»
- ракетно-космический комплекс;
- наземный комплекс управления;
- наземный научный комплекс.
Космический аппарат «Луна 25»
Новая российская станция разрабатывалась, конечно, не с нуля, а с использованием всего предыдущего опыта СССР и с применением последних научных и технических достижений. Все составляющие - отечественные. Работы над ее созданием начались еще в 2005 г., на платформе КА «Фобос-Грунт».
Интересно: ««Фобос-Грунт» — российская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначалась для доставки образцов грунта со спутника Марса, Фобоса, на Землю.
АМС была запущена 9 ноября 2011 года, однако в результате нештатной ситуации, (не произошло расчётное срабатывание маршевой двигательной установки перелётного модуля), межпланетная станция не смогла покинуть окрестности Земли, оставшись на низкой околоземной орбите. 15 января 2012 года АМС сгорела в плотных слоях земной атмосферы».
После этой аварии концепция АМС «Луна 25» была пересмотрена, проект переделан.
Конструктивно «Луна 25» состоит их 2 частей: посадочной платформы (нижняя часть) и негерметичного приборного отсека (верхняя часть).
«Посадочная платформа представляет собой конструкцию из двигательной установки и посадочного устройства, которое обеспечит мягкое прилунение аппарата. Двигательной установке предстоит обеспечить коррекцию траектории при перелете станции к Луне, выход на орбиту искусственного спутника Луны, торможение при сходе с орбиты и мягкую посадку на поверхность Луны с практически нулевой скоростью. На платформе также установлены антенны служебного радиоканала, датчики контакта с поверхностью и доплеровский измеритель скорости и дальности».
«Негерметичный приборный контейнер включает в себя научную аппаратуру, радиаторы системы обеспечения теплового режима, электронику, панели солнечных батарей, радиоизотопный источник тепла и энергии, телевизионные камеры и антенны».
30 кг научных приборов – много это или мало?
Установленная на «Луне 25» позволит в течение 12 месяцев провести интенсивную работу.
«Перечень и назначение научных приборов:
АДРОН-ЛР (ИКИ РАН). Изучение элементного состава и содержания водорода в реголите методом активной нейтронной гамма спектроскопии
АРИЕС-Л (ИКИ РАН). Изучение ионной и нейтральной экзосферы Луны, исследования взаимодействия солнечного ветра с поверхностью Луны и десорбции ионов из поверхностного слоя реголита
БУНИ (ИКИ РАН). Коммутация электропитания и управления научной аппаратурой, сбор, хранение и передача телеметрической научной информации в бортовые системы КА
ЛАЗМА-ЛР (ИКИ РАН). Прямые измерения методом лазерной масс-спектрометрии химического, элементного и изотопного состава реголита с равновероятной регистрацией всех химических элементов
ЛИС-ТВ-РПМ (ИКИ РАН). Изучение в видимом и инфракрасном диапазонах минералогического состава поверхностного слоя реголита Луны и содержания в нем воды (в имплантированной или связанной форме)
ПмЛ (ИКИ РАН). Исследование физических характеристик лунной пылевой экзосферы и поверхностного реголита, рассеиваемого под действием микрометеоритных воздействий
ЛМК (ИКИ РАН). Доставка образцов реголита в прибор ЛАЗМА-ЛР, изучение механических свойств реголита, наведение ЛИС-ТВ-РПМ на объекты вблизи КА
СТС-Л (ИКИ РАН). Панорамная стереосъемка. Съемка на посадке. Обеспечение работы ЛМК
Пилот-Д (EKA, ИКИ РАН). Съемка поверхности Луны с низкой окололунной орбиты».
По сути, «Луна 25» - это настоящая лаборатория, способная и изучить реголит, и добыть его, и сделать фотосъемку, и многое другое.
"Луна 26"
Следом за ней в 2024 г. отправится «Луна 26» (искусственный спутник Луны), весом побольше – 2250 кг.
В ее задачи войдет:
«- картографирование минералогического состава Луны;
- картирование распределения водяного льда на поверхности Луны;
- исследование структуры подповерхностных слоев;
- топография лунной поверхности;
- исследование экзосферы, плазменного окружения Луны и процессов взаимодействия плазмы с поверхностью;
- исследование космических лучей и нейтрино ультравысоких энергий».
"Луна 27"
Далее в 2025 г. стартует АМС «Луна 27», вес 2025 кг.
Эта станция также должна «прилуниться», но у нее задачи посложнее:
«проведение контактных исследований в районе южного полюса Луны (анализ грунта);
поиск водяного льда при помощи нейтронного детектора, внедренного в поверхность Луны;
изучение магнитных аномалий на поверхности Луны, а также воздействия факторов межпланетной среды с поверхностью Луны;
исследования 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, и в образцах реголита поверхностного слоя;
исследования 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».
"Луна 28"
И после 2025 г. – "Луна 28" полетит исследовать нашу соседку.
Вес станции около 4 тонн, видимо, будет использована РН «Ангара» (первоначально планировался «Протон»).
Эта станция должна доставить на Землю лунный грунт. Основные задачи:
«- Доставка на Землю образцов лунного грунта для отработки методик и создания экспериментальных установок по выделению и переработке отдельных химических элементов;
- отработка ключевых технических средств для последующих экспедиций по развертыванию лунной базы».
Ну а далее на сайте НПО им. Лавочкина – проект под названием «Лунная база» (после 2030 г.). Вот так.
Возвращаясь к поднятой в предыдущей статье теме о уму непостижимом закрытии Лунной программы СССР в 1976 г., отметим, что прошло 47 лет, и в ближайшие дни мы сделаем первые шаги в нашей новейшей истории в сторону Луны.
А как вы думаете, в каком году должна была полететь «Луна 25»?
Ответ на этот вопрос – в рассекреченном в 2016 г. документе от 14 ноября 1975 г., напечатанном на пишущей машинке. Документ называется «Предложение по использованию объектов типа Е8 для исследования Луны и окололунного пространства в 1977-1980 г. г.»
Полностью документ можно посмотреть по ссылке https://www.roscosmos.ru/29219/
А я хочу кратко рассказать о планах СССР по освоению Луны после 1975 г.
Поскольку во времена СССР все космические программы были засекречены, то космические аппараты имели и внутреннее обозначение, и «имя» для широкой публики. Например, «Луноход» во всех рабочих документах назывался «Объект Е8 с луноходом». Вообще, «Е» - это обозначение космических аппаратов, предназначенных для исследования Луны и окололунного пространства. Миссии с успешным запуском (без аварии РН или разгонного блока) приобретали «имена» («Луна 1, 2…24»), а остальные в лучшем случае получали название «Космос №№».
Интересно: Марсианские аппараты имели обозначение «М», а венерианские – «АВ» или «МВ».
В документе указаны внутренние обозначения, и будет удобнее, если мы будем знать их «имена».
- Ракета-носитель 8К82К - «Протон-К».
- Разгонный блок IIС824М (он же блок «ДМ») – это 5-я ступень Лунной ракеты Н1.
- Космический аппарат типа Е8 – это аппарат из 3-го поколения автоматически межпланетных станций, исследовавших Луну.
В 1975 г., несмотря на неудачи, постигшие пилотируемую лунную программу, НПО им. Лавочкина вышло с предложением о создании автоматических аппаратов для решения нескольких задач:
1. Посадка на невидимую сторону Луны, забор грунта и доставка его на Землю в 1983 г. с помощью станции Е8-5М и ИСЛ (объект Е8-ЛС № 221) – 1977 г.
Предполагалось, что станция прилунится на оборотной стороне Луны, пробурит грунт (глубиной до 2,5 м), достанет его, взлетит и через несколько дней совершит мягкую посадку уже на Земле. Как «Луна 24».
А Е8-ЛС (Лунный спутник) должен был обеспечивать ретрансляцию радиосигналов между Землей и АМС, когда станция была бы вне зоны радиовидимости с Земли. Кроме того, Е8-ЛС, который запускался раньше станции, должен был сделать фотосъемку района посадки лунной станции, для окончательного выбора места посадки. И, конечно, он проводил бы исследования Луны (с полярной орбиты).
Аппараты работали в паре, так же, как и «Луна 24» и «Луна 22».
Но, поскольку НАСА предусматривало посадку на невидимую сторону Луны с забором грунта до 1980 г., наши разработчики, в целях сохранения приоритета в исследованиях автоматическими КА Луны, взялись реализовать эту задачу во второй половине 1977 г. Абсолютно все возможности для этого были. Три раза мы уже привезли лунный грунт.
Интересно: Впервые мягкую посадку на невидимую сторону Луны осуществили китайцы в… 2019 г. (станция «Чанъе-4» с небольшим (вес 142 кг) луноходом «Юйту-2»). «Юйту-2» проехал по Луне в общей сложности около 600 м, а станция исследовала грунт.
Почему нужен спутник-ретранслятор? Все просто. Устройства на обратной стороне Луны не доступны для связи напрямую с Земли (обратная сторона никогда не видна с Земли, она невидимая). Китайцы тоже запускали спутник-ретранслятор для этой цели.
2. Продолжить исследование обратной стороны Луны с помощью Лунохода (объект Е8 № 205, 1978 г.). Исследовать возможность загоризонтной радиосвязи на поверхности Луны для использования этого принципа при создании лунных баз – 1978 г.
Луноход – всем нам знакомый красавчик, массой 756 кг, полетело их на Луну два, третий остался на Земле из-за закрытия Лунной программы.
В документе вручную сделана приписка «На объекте решается задача загоризонтной связи, имеющая приоритетное и научное значение».
Интересно: Эта задача до сих пор не решена, хотя есть предположение, что решить ее можно. «Двумя потенциальными механизмами распространения низких частот, характерными для лунного ландшафта, являются лунный реголит и экзосфера фотоэлектронно-индуцированной плазмы, окружающая Луну. Хотя надеялись, что реголит обеспечит сферический волновод, который мог бы поддерживать явления захваченной поверхностной волны, обнаружено, что в большинстве случаев реголит препятствует распространению радиоволн на большие расстояния. Однако присутствие плазмы лунной экзосферы поддерживает распространение волн и, фактически, превосходит затухание реголита». На Луне нет ионосферы, как на Земле, и пока связь осуществляется через спутники-ретрансляторы.
3. С помощью ИСЛ (объект Е8-ЛСК) осуществить полное картографирование Луны, получить фотоснимки отдельных районов с высоким разрешением (!). 1979-1980 г.г.
Только эта часть программы уже потеряла свое значение. На схеме есть спасаемый аппарат – он должен был вернуть на Землю пленку с изображениями с большим разрешением.
Для реализации данной программы нужно было (с учетом дублирования) изготовить 8 объектов типа Е8.
2 ИСЛ-ретранслятора (Е8-ЛС)
2 объекта типа Е8-5М
2 объекта типа Е8 с луноходами,
2 объекта Е8-ЛСК
8 разгонных блоков типа «ДМ»
8 ракет-носителей 8К82К («Протон-К»).
Разве это много? Разве это было неподъемно для СССР? Почему же мы ждали так долго – 47 лет – продолжения исследования Луны?
Я не знаю. Но зато рассмотренный выше документ и сравнение программы исследования Луны после 1977 г. с текущей подтверждает тезис, что это не мы отстали на десятилетия. Это к нашим достижениям времен СССР только-только начали приближаться конкуренты.
Благодарю вас за прочтение!
В статье использованы материалы:
https://cont.ws/@proctotanya/878688 программа Лавочкина
https://iki.cosmos.ru/missions/lend
https://www.roscosmos.ru/26476/ про ЛЕНД
https://www.laspace.ru/
https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.1f5f724b-64c6a000-8533e95a-74722d776562/https/space.stackexchange.com/questions/4435/is-long-range-radio-communication-possible-on-the-lunar-surface