Чуть больше полувека назад, на излёте «лунной гонки», мало кто сомневался: совсем скоро Луна превратится в полноценный «седьмой континент» нашей планеты. Советские инженеры и конструкторы даже проектировали базы-города для будущих колонистов. Ничего этого не случилось — в середине 1970-х годов человечество вдруг потеряло к этому небесному телу интерес. В тот момент казалось, что навсегда. Но ситуацию изменили научные открытия, сделанные в последнюю пару десятилетий, — об освоении земного спутника вновь заговорили всерьёз. Летом 2023 года Россия не просто возвращается на Луну, но делает шаг к тому, чтобы остаться там надолго, — 11 августа 2023 года в полёт отправилась автоматическая межпланетная станция «Луна-25».

Снять Луну с паузы

К началу космической эры астрономы хорошо изучили спутник Земли в телескопы, но вопросов всё равно оставалось много. Что находится на обратной стороне Луны? Есть ли у неё магнитное поле? Не было даже понятно, возможно ли вообще посадить на Луну космический аппарат или тот утонет в многометровом слое пыли. Проверить это можно было только опытным путём. Главные сверхдержавы того времени — СССР и США — с азартом взялись за дело.

Всего через год после запуска первого искусственного спутника обе страны были готовы к путешествиям на Луну. Впрочем, сразу добиться желаемого результата не удалось — миссии оказались безуспешными.

Прорыв случился в январе 1959 года: аппарат «Луна-1» первым в истории развил вторую космическую скорость и сумел преодолеть земное притяжение, направившись к Луне. Правда, из-за ошибки при выведении зонд прошёл мимо этого небесного тела и вышел на околосолнечную орбиту. Осенью того же года советским аппаратам удалось достичь лунной поверхности, а также прислать снимки обратной стороны Луны. Американцы же раз за разом терпели неудачи при запуске аппаратов Pioneer.

Прорыв случился в январе 1959 года: аппарат «Луна-1» первым в истории развил вторую космическую скорость и сумел преодолеть земное притяжение, направившись к Луне. Правда, из-за ошибки при выведении зонд прошёл мимо этого небесного тела и вышел на околосолнечную орбиту, став первой искусственной планетой Мечта. Осенью того же года советским аппаратам удалось достичь лунной поверхности («Луна-2»), а также прислать снимки обратной стороны Луны («Луна-3»). Американцы же раз за разом терпели неудачи при запуске аппаратов Pioneer.

О создании собственной миссии в нашей стране также задумывались. Ещё в 1980-х годах в СССР разрабатывали орбитальную полярную станцию ЛСН (лунный спутник научный) для поиска воды на полюсах Луны. И хотя по этому проекту проделали большую подготовительную работу, полететь аппарату было не суждено.

В середине 1990-х годов учёные предложили создать орбитальную станцию для сейсмических исследований на Луне: аппарат предполагалось оснастить десятью небольшими ударными зондами — пенетраторами. Одновременно с этим в полярный кратер должны были посадить спускаемый аппарат с научными приборами для поиска замёрзшей воды. Проект получил название «Луна-Глоб». Увы, в те годы приоритет отдавали изучению Марса и на другие исследования денег не хватало, поэтому в течение нескольких лет планы оставались на бумаге.

К проекту вернулись в середине 2000-х годов, но в процессе работы задумка ещё несколько раз претерпевала значительные изменения. Так, от пенетраторов отказались из-за возникших сложностей с их разработкой. На какое-то время из проекта «Луна-Глоб» пропал и посадочный модуль — изучение приполярных областей земного спутника поручили аппарату «Луна-Ресурс», работа над которым велась параллельно. Свой окончательный облик миссия обрела только в 2010-х годах. В Роскосмосе остановились на варианте с посадочной станцией, которая будет проводить исследования в районе Южного полюса Луны.

В 2013 году создаваемый в рамках миссии аппарат назвали «Луна-25». Это должно было подчеркнуть, что работа по изучению спутника Земли, начатая советскими учёными и конструкторами, продолжается. Разработку станции поручили Научно-производственному объединению (НПО) имени Лавочкина — у предприятия был большой опыт создания межпланетных аппаратов, а все «лунники», начиная с «Луны-9», делали именно тут.

В советские годы все наши лунные аппараты создавали сразу в нескольких экземплярах. Не получался один запуск — была возможность почти сразу сделать новый. Сейчас мы такой возможности не имеем. У нас одна попытка, и она должна быть успешной.

Павел Казмерчук,
главный конструктор «Луны-25»

Чувствительный удар по подготовке миссии «Луна-25» нанёс неудачный запуск российской межпланетной станции — «Фобос-Грунт». Она должна была отправиться к марсианскому спутнику Фобос, но так и не сумела покинуть орбиту Земли. Планировалось, что в «Луне-25» задействуют множество служебных и научных приборов, разработанных для этого аппарата, но после неудачи концепцию пришлось пересмотреть и часть узлов и устройств разработать с нуля.

«Луна-25» стала первой за более чем 40-летний срок межпланетной станцией, которую наша страна отправила к спутнику Земли. Главная её задача — отработать технологию мягкой посадки возле Южного полюса, чтобы создать задел для уже запланированных миссий и провести первые научные исследования в приполярной области Луны.

В ближайшие годы Россия планирует запустить орбитальный аппарат «Луна-26», который займётся дистанционным изучением земного спутника, в частности составит карту распределения водяного льда на его поверхности. В НПО имени Лавочкина уже ведут работу над созданием этой станции. После должны состояться ещё две миссии. Посадочный аппарат «Луна-27» будет изучать реголит и содержащийся в нём лёд в районе Южного полюса Луны, а доставить реголит со льдом на Землю должна «Луна-28».

Автоматическая
межпланетная
станция
«Луна-25»

«Луна-25» состоит из двух основных конструктивных частей. В верхней разместили основную часть её научного оборудования и служебную аппаратуру, необходимую для поддержания жизнедеятельности зонда.

Более массивная нижняя часть — это посадочное устройство. Здесь находятся амортизационные опоры, двигатели станции, топливные баки, часть антенн системы связи, а также научные приборы — манипулятор, активный нейтронный спектрометр и регистратор лунной пыли.

Полёт и работа станции будут проходить в экстремальных условиях: ночью на Южном полюсе Луны холодает до -170 °C, днём же становится невыносимо жарко — около +120 °C.
Основным источником тепла для бортовой аппаратуры в верхней части аппарата станет радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) на основе плутония. Согревать приборы он будет не только во время перелёта, но и в течение всего срока работы станции на поверхности Луны. Для приборов в нижней части также используется тепло, полученное при распаде плутония, — радиоактивный металл будет находиться в устройствах, называемых РИТ (радиоизотопный источник тепла).

РИТЭГ

Помимо обогрева оборудования РИТЭГ будет выполнять ещё одну, не менее важную функцию — он обеспечит электроэнергией установленные на межпланетной станции часы реального времени. Перед наступлением лунной ночи всё научное оборудование будут отключать. Утром часы, настроенные как таймер-будильник, дадут сигнал бортовому компьютеру о возобновлении работы.

Поддерживать комфортный микроклимат для оборудования аппарата поможет и специальная оболочка — экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ), которой почти полностью укутан аппарат. Она состоит из нескольких десятков отражающих экранов — синтетического материала с серебряным напылением, — между которыми находится волокнистый материал с низкой теплопроводностью. Внешне ЭВТИ напоминает фольгу, а на ощупь похожа на термоизолирующие сумки, в которых перевозят замороженные продукты.

Регулировать температуру маршевого двигателя во время полёта будут при помощи крышки, закрывающей сопло двигателя зонда. Если под оболочкой ЭВТИ станет слишком жарко, крышку приоткроют — подобно тому, как вы открываете оконную форточку. Как только температура придёт в норму, её снова закроют. Перед посадкой «Луны-25» крышку отстрелят, чтобы она не мешала работе двигателя.

За всё управление аппаратурой станции, включая связь с расположенным на Земле Центром управления полётами, будет отвечать бортовой интегрированный вычислительный комплекс (БИВК-Р). Он же будет принимать решения по управлению во время посадки.

Само же мягкое прилунение обеспечит доплеровский измеритель скорости и дальности (ДИСД-ЛР). Устройство будет посылать к Луне и принимать отражённые от её поверхности сигналы — это позволит получать данные о высоте полёта аппарата, его скорости и углах наклона в любой момент времени.

Выбор места посадки стал одним из ключевых вопросов всей миссии. Чтобы станция не опрокинулась в момент прилунения, в этом районе — эллипсе с осями в 30 и 15 км — не должно быть крутых склонов (более 15°) и больших камней. Не менее важны хорошая освещённость участка для зарядки солнечных батарей и возможность постоянно поддерживать радиосвязь с Землёй — это позволит аппарату эффективно выполнять научные задачи. И конечно, район будущего прилунения выбирали с учётом пожеланий учёных. После долгих обсуждений научное руководство миссии «Луна-25» остановилось на трёх районах посадки: основном — чуть севернее кратера Богуславского и двух резервных — к юго-западу от кратера Манцини и к юго-западу от кратера Пентленд.

В случае успеха Россия станет первой страной, которой удастся мягко посадить аппарат в лунном Заполярье. Одновременно с российской станцией к Луне будет лететь и индийский аппарат Chandrayaan-3, его посадка запланирована на конец августа. В ближайшие годы Южный полюс Луны обещает стать весьма оживлённым местом — сюда готовятся направить свои миссии крупнейшие космические державы. Япония и Китай планируют запустить автоматические станции с посадочными модулями, а США намерены вновь доставить на земной спутник человека (программа Artemis — «Артемида»).

Содержание воды в реголите на Южном полюсе Луны и в районах возможной посадки аппарата «Луна-25». Данные получены российским нейтронным детектором LEND

Внимание учёных всего мира к этому району не случайно. Именно здесь, как считают специалисты, сосредоточены основные лунные богатства, в том числе запасы водяного льда. Чтобы понять, почему ресурсы на Луне распределены столь неравномерно, нужно разобраться в особенностях её вращения и узнать, чем оно отличается от земного.

Наша планета движется вокруг Солнца в плоскости, которая называется плоскостью эклиптики. Одновременно Земля вращается вокруг собственной оси. Эта ось располагается не строго перпендикулярно к плоскости эклиптики, а наклонена на 23°44′, благодаря чему на планете происходит смена времён года. Когда Земля наклонена к светилу Северным полушарием, там наступает лето: солнечные лучи отвесно падают на поверхность и хорошо прогревают её. В этот же момент Австралия, которая находится в Южном полушарии, недополучает тепла: лучи движутся по касательной, и к тому же часть из них отражается от Земли — начинается зима. Через полгода планета делает пол-оборота вокруг Солнца и поворачивается к нему Южным полушарием: австралийцы наслаждаются теплом, а в России становится холодно. Полярные дни и ночи в Арктике и Антарктике тоже происходят благодаря наклону земной оси.

Ситуация на Луне совершенно иная — ось вращения этого небесного тела отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики всего на 1,5°. Кроме этого, на Луне нет атмосферы, которая сохраняла бы тепло. Так что ни зимы, ни лета на земном спутнике нет, а Солнце круглый год одинаково освещает одни и те же участки поверхности.

Но если лунный экватор и средние широты получают много света и тепла (лёд здесь если и есть, то достаточно глубоко под поверхностью), то в приполярных и полярных регионах есть районы, куда лучи никогда не попадают. Эти расщелины и кратеры учёные называют постоянно затенёнными регионами. В них, как полагают исследователи, лёд от упавших на Луну комет может не таять миллиарды лет и постепенно накапливаться. Такие холодные ловушки есть на обоих полюсах, но на Южном их чуть больше.

Впрочем, найти водяной лёд в реголите можно и вне кратеров. По крайней мере, на это указывают данные с орбитальных аппаратов, которые изучали полярные области земного спутника. Если информация подтвердится, полюса станут привлекательным местом для строительства баз — сначала автоматических, а в перспективе, возможно, и обитаемых.

Изо льда можно не только получать необходимые для людей кислород и воду, но и делать ракетное топливо. И тогда Луна в будущем станет нашим «аэродромом подскока» для полётов к далёким планетам и небесным телам Солнечной системы.

Владислав Третьяков,
заместитель директора ИКИ РАН

В холодных ловушках, конечно же, накапливается не только замёрзшая вода. В них, как в естественных холодильниках, миллиарды лет хранятся и другие вещества и сложные, так называемые летучие, соединения, которые принесли на Луну кометы и астероиды. Среди них может быть и органика. Изучение таких соединений позволит узнать историю возникновения и эволюции Солнечной системы, а значит, и нашей планеты.

Разумеется, ответы на все эти вопросы аппарат «Луна-25» дать не сможет — это задача будущих миссий. А пока с помощью восьми научных приборов, установленных на станции, специалисты Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) будут в полевых условиях изучать грунт (реголит) и экзосферу Луны — разреженную оболочку, состоящую из пылинок и плазмы.

Управлять оборудованием «Луны-25» будут с Земли. Специалисты ИКИ РАН уже подготовили десятки циклограмм — наборов команд как для отдельных приборов, стоящих на станции, так и для разных их сочетаний. В них учитывается множество мелочей: какая температура в этот момент на поверхности Луны, как высоко находится Солнце, достаточно ли солнечные батареи выработали электричества или, наоборот, энергия в дефиците.

Предусмотреть все варианты сейчас, в «тепличных» земных условиях, конечно же, невозможно. И речь идёт даже не о негативных внештатных ситуациях, которые могут произойти с «Луной-25», но и о каких-то возможностях, которые учёные получат в процессе работы в реальной обстановке. К счастью, специалисты в любой момент смогут скорректировать набор команд.

Прежде чем отправить изменённую циклограмму «Луне-25», её несколько раз протестируют на Земле. Для этого в ИКИ РАН есть копия всей научной аппаратуры, а в НПО имени Лавочкина — стенд с копиями бортовых научных и служебных приборов лётного аппарата. Только после того, как учёные и инженеры убедятся, что корректировка не приводит к сбоям в работе оборудования, циклограмму перешлют на исполнение основной машине.

14,5 земных суток

длится день на Луне

По словам сотрудников ИКИ РАН, больших рабочих планов на первый лунный день они не строят. Скорее всего, время после прилунения и до наступления ночи специалисты потратят на изучение условий в месте посадки и тестирование оборудования, чтобы убедиться, что оно благополучно перенесло путешествие до Луны.

Основные работы запланированы на второй лунный день и далее. В течение двух земных недель за работой аппарата будут круглосуточно наблюдать дежурные смены: отдавать команды аппарату, получать от него научные данные и телеметрию, анализировать информацию, а возможно, и принимать экстренные решения, если что-то пойдёт не так.

Для учёных Луна — это книга, на поверхности которой записана и находится в идеальной сохранности история эволюции Солнечной системы, стёртая с поверхности Земли ветрами и дождями. Любой поиск тем и хорош, что даёт не только предсказуемые, но и неожиданные открытия. Я уверен, что лунные экспедиции принесут нам немало полезных сюрпризов.

Лев Зелёный,
научный руководитель Института космических исследований Российской академии наук

Ожидается, что аппарат сможет работать на Луне в течение года, и для сотрудников НПО имени Лавочкина и ИКИ РАН это будет во всех смыслах напряжённая пора.

Все узлы и оборудование «Луны-25» прошли необходимые проверки, а перед отправкой станции на космодром в НПО имени Лавочкина провели приёмо-сдаточные и предъявительские испытания. 11 июля аппарат доставили на Восточный самолётом и автомобильным транспортом.

Изначально местом пуска «Луны-25» должен был стать Байконур — старейший и до сих пор крупнейший в мире космодром, расположенный в Казахстане. Именно отсюда стартовали все советские и российские межпланетные аппараты, в том числе «лунники». Однако затем планы изменились — в Роскосмосе решили перенести этот пуск, а заодно и всю готовящуюся лунную программу на новый космодром — Восточный.

Космодром Восточный

Россия, Амурская область

• начало строительства2011 год
• площадьоколо 700 кв. км
• первый пуск28 апреля 2016 года
• количество пусков14

Причин у такого решения несколько. Одно из них — политическое. Хотя Казахстан — дружественная страна, эксперты не сомневаются: России необходимо иметь независимый выход в космос. В этом смысле перенос лунной программы на собственную площадку становится особенно символичным.

Не менее важны, конечно, и чисто технические причины. «Луна-25» — относительно небольшая станция, для её вывода в космос достаточно ракеты-носителя среднего класса. А для запуска более массивных станций потребуется летательный аппарат побольше. Тяжёлые ракеты в России есть — «Протон-М», их пуски проводятся с Байконура. Однако производство «Протонов» прекращается, и за несколько ближайших лет в космос отправят все аппараты, что уже успели собрать. Им на смену придёт новейшая ракета «Ангара», для которой на Восточном как раз достраивают пусковой стол. На Байконуре же стартовой площадки для «Ангары» нет и не будет. В итоге уже в обозримом будущем космодром в Амурской области станет безальтернативным вариантом для старта российских межпланетных миссий.

Ещё один серьёзный довод в пользу постепенного переноса пусков на Восточный — изменения, которые произошли в районах, куда падают отработанные ступени запущенных с Байконура ракет. В прошлом эти территории были слабо освоены, практически не заселены, поэтому космические пуски не представляли особой угрозы для людей. Но за последние 30 лет и Россия, и Казахстан активно развивали сельское хозяйство, осваивали новые месторождения полезных ископаемых, а ещё — расширяли границы охраняемых природных территорий. Всё это стало сказываться на работе Байконура. У Восточного такого недостатка нет. Его расположение позволяет прокладывать трассы пусков над малонаселёнными районами Хабаровского края, Магаданской и Амурской областей, а также Якутии.

Наконец, у стартующих с Восточного ракет можно чуть раньше сбрасывать головной обтекатель. На практике это означает, что на околоземную орбиту можно выводить больше полезной нагрузки. В случае «Луны-25» это не имеет особого значения — станция относительно лёгкая, но при пусках более крупных и тяжёлых космических аппаратов опять-таки станет серьёзным преимуществом.

К старту «Луны-25» на Восточном начали готовиться заранее. Ещё в 2022 году специалисты Центра эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры (ЦЭНКИ) — одного из предприятий Роскосмоса — провели на космодроме тренировки с габаритным и заправочным макетами космического аппарата.

Более 470 человек

работают на стартовой площадке космодрома Восточный во время пуска

На космодроме «Луна-25» прошла предполётную подготовку, после чего состоялись заключительные наземные испытания и стыковка аппарата с разгонным блоком «Фрегат».

На околоземную орбиту станцию вывела ракета-носитель «Союз 2.1б». Старт состоялся в запланированное время — 11 августа 2023 года в 2:10:57 мск.

Размеры Земли, Луны и расстояние между ними условны, вращение небесных тел не показано