Метки

Советские автоматические станции "Луна"

"Луна-1" - первая в мире АМС, запущенная в район Луны 2 января 1959. Пройдя вблизи Луны на расстоянии 5-6 тысяч км от её поверхности, 4 января 1959 АМС вышла из сферы действия земного тяготения и превратилась в первую искусственную планету Солнечной системы с параметрами: перигелий 146,4 млн. км и афелий 197,2 млн. км. Конечная масса последней (3-й) ступени ракеты-носителя (РН) с АМС "Луна-1" 1472 кг. Масса контейнера "Луна-1" с аппаратурой 361,3 кг. На АМС размещались радиоаппаратура, телеметрическая система, комплекс приборов и другое оборудование. Приборы предназначены для изучения интенсивности и состава космических лучей, газовой компоненты межпланетного вещества, метеорных частиц, корпускулярного излучения Солнца, межпланетного магнитного поля. На последней ступени ракеты была установлена аппаратура для образования натриевого облака - искусственной кометы. 3 января на расстоянии 113 000 км от Земли было образовано визуально наблюдаемое золотисто-оранжевое натриевое облако. При полёте "Луна-1" впервые была достигнута вторая космическая скорость. В межпланетном пространстве впервые зарегистрированы сильные потоки ионизированной плазмы. В мировой печати АМС "Луна-1" получила название "Мечта".

"Луна-2" 12 сентября 1959 совершила первый в мире перелёт на другое небесное тело. 14 сентября 1959 АМС "Луна-2" и последняя ступень РН достигли поверхности Луны (западнее Моря Ясности, вблизи кратеров Аристилл, Архимед и Автолик) и доставили вымпелы с изображением Государственного герба СССР. Конечная масса АМС с последней ступенью РН 1511 кг при массе контейнера, а также научной и измерительной аппаратуры 390,2 кг. Анализ научной информации, полученной "Луна-2", показал, что Луна практически не имеет собственного магнитного поля и радиационного пояса.

Луна-2

"Луна-3" запущена 4 октября 1959. Конечная масса последней ступени РН с АМС "Луна-3" 1553 кг, при массе научной и измерительной аппаратуры с источниками питания 435 кг. В состав аппаратуры входили системы: радиотехническая, телеметрическая, фототелевизионная, ориентации относительно Солнца и Луны, энергопитания с солнечными батареями, терморегулирования, а также комплекс научной аппаратуры. Двигаясь по траектории, огибающей Луну, АМС прошла на расстоянии 6200 км от её поверхности. 7 октября 1959 с борта "Луна-3" сфотографирована обратная сторона Луны. Фотокамеры с длинно- и короткофокусным объективами засняли почти половину поверхности лунного шара, одна треть которой находилась в краевой зоне видимой с Земли стороны, а две трети - на невидимой. После обработки плёнки на борту полученные изображения были переданы фототелевизионной системой на Землю, когда станция находилась от неё на расстоянии 40 000 км. Полёт "Луна-3" был первым опытом изучения другого небесного тела с передачей его изображения с борта космического аппарата. После облёта Луны АМС перешла на вытянутую, эллиптическую орбиту ИСЗ с высотой апогея 480 тысяч км. Совершив 11 оборотов по орбите, она вошла в земную атмосферу и прекратила существование.

Луна-3

"Луна-4" - "Луна-8" - АМС, запущенные в 1963-65 для дальнейшего исследования Луны и отработки мягкой посадки на неё контейнера с научной аппаратурой. Была завершена экспериментальная отработка всего комплекса систем, обеспечивающих мягкую посадку, включая системы астроориентации, управления бортовой радиоаппаратуры, радиоконтроля траектории полёта и приборов автономного управления. Масса АМС после отделения от разгонной ступени РН 1422-1552 кг.

Луна-4

"Луна-9" - АМС, впервые в мире осуществившая мягкую посадку на Луну и передачу изображения её поверхности на Землю. Запущена 31 января 1966 4-ступенчатой РН с использованием опорной орбиты ИСЗ. Автоматическая лунная станция прилунилась 3 февраля 1966 в районе Океана Бурь, западнее кратеров Рейнер и Марий, в точке с координатами 64° 22" з. д. и 7° 08" с. ш. На Землю переданы панорамы лунного ландшафта (при разных углах Солнца над горизонтом). Проведено 7 сеансов радиосвязи (продолжительностью более 8 ч) для передачи научной информации. АМС работала на Луне 75 ч. "Луна-9" состоит из АМС, предназначенной для работы на поверхности Луны, отсека с аппаратурой управления и двигательной установки для коррекции траектории и торможения перед посадкой. Общая масса "Луна-9" после выведения на траекторию полёта к Луне и отделения от разгонной ступени РН 1583 кг. Масса АМС после посадки на Луну 100 кг. В её герметичном корпусе размещены: телевизионная аппаратура, аппаратура радиосвязи, программно-временное устройство, научная аппаратура, система терморегулирования, источники электропитания. Изображения лунной поверхности, переданные "Луна-9", и успешная посадка имели решающее значение для дальнейших полётов к Луне.

Луна-9

"Луна-10" - первый искусственный спутник Луны (ИСЛ). Стартовала 31 марта 1966. Масса АМС на трассе полёта к Луне 1582 кг, масса ИСЛ, отделённого 3 апреля после перехода на селеноцентрическую орбиту, 240 кг. Параметры орбиты: периселений 350 км, апоселений 1017 км, период обращения 2 ч 58 мин 15 сек, наклонение плоскости лунного экватора 71° 54". Активная работа аппаратуры 56 суток. За это время ИСЛ совершил 460 витков вокруг Луны, проведено 219 сеансов радиосвязи, получена информация о гравитационных и магнитном полях Луны, магнитном шлейфе Земли, в который не раз попадали Луна и ИСЛ, а также косвенные данные о химическом составе и радиоактивности поверхностных лунных пород. С ИСЛ передавалась на Землю по радио мелодия "Интернационала", впервые - во время работы 23-го съезда КПСС. За создание и запуск АМС "Луна-9" и "Луна-10" Международная авиационная федерация (ФАИ) наградила советских учёных, конструкторов и рабочих почётным дипломом.

Луна-10

"Луна-11" - второй ИСЛ; запущена 24 августа 1966. Масса АМС 1640 кг. 27 августа "Луна-11" была переведена на окололунную орбиту с параметрами: периселений 160 км, апоселений 1200 км, наклонение 27°, период обращения 2 ч 58 мин. ИСЛ совершил 277 витков, проработав 38 суток. Научные приборы продолжали исследование Луны и окололунного пространства, начатые ИСЛ "Луна-10". Проведено 137 сеансов радиосвязи.

Луна-11

"Луна-12" - третий советский ИСЛ; запущена 22 октября 1966. Параметры орбиты: периселений около 100 км, апоселений 1740 км. Масса АМС на орбите ИСЛ 1148 кг. "Луна-12" активно функционировала 85 суток. На борту ИСЛ, кроме научной аппаратуры, находилась фототелевизионная система с высоким разрешением (1100 строк); с её помощью получены и переданы на Землю крупномасштабные изображения участков лунной поверхности в районе Моря Дождей, кратера Аристарх и других (различаются кратеры размером до 15-20 м, а отдельные объекты размером до 5 м). Станция функционировала до19 января 1967. Проведено 302 сеанса радиосвязи. На 602-м витке после выполнения программы полета радиосвязь со станцией была прервана.

Луна-12

"Луна-13" - вторая АМС, совершившая мягкую посадку на Луну. Запущена 21 декабря 1966. 24 декабря произвела посадку в районе Океана Бурь в точке с селенографическими координатами 62° 03" з. д. и 18° 52" с. ш. Масса АМС после посадки на Луну 112 кг. С помощью механического грунтомера, динамографа и радиационного плотномера получены данные о физико-механических свойствах поверхностного слоя лунного грунта. Газоразрядные счётчики, регистрировавшие космическое корпускулярное излучение, позволили определить отражательную способность лунной поверхности для космических лучей. На Землю переданы 5 крупных панорам лунного ландшафта при различных высотах Солнца над горизонтом.

Луна-13

"Луна-14" - четвёртый советский ИСЛ. Запущена 7 апреля 1968. Параметры орбиты: периселений 160 км, апоселений 870 км. Проводилось уточнение соотношения масс Земли и Луны; исследовались гравитационное поле Луны и её форма методом систематических длительных наблюдений за изменениями параметров орбиты; изучались условия прохождения и стабильности радиосигналов, передаваемых с Земли на борт ИСЛ и обратно при различных положениях его относительно Луны, в частности при заходе за лунный диск; измерялись космические лучи и потоки заряженных частиц, идущих от Солнца. Получена дополнительная информация для построения точной теории движения Луны.

"Луна-15" запущена 13 июля 1969 года, за три дня до запуска «Аполлона-11». Целью данной станции было взятие проб лунного грунта. На лунную орбиту вышла одновременно с «Аполлоном-11». В случае успеха наша станциям могла бы взять пробы грунта и впервые совершить старт с Луны с возвращением на Землю раньше американцев. В книге Ю.И.Мухина «Анти-Аполлон: лунная афера США» говорится: «хотя вероятность столкновения была гораздо ниже, чем в небе над Боденским озером, американцы запросили АН СССР о параметрах орбиты нашей АМС, Они были им сообщены. АМС почему-то долго болталась на орбите. Потом совершила жесткую посадку на реголит. Американцы состязание выиграли. Как? Что значат эти дни кружения «Луны-15» вокруг Луны: возникшие на борту неполадки или… переговоры каких-то инстанций? Сама ли крахнулась наша АМС или ей помогли это сделать?». Взять пробы грунта смогла только «Луна-16».

Луна-15

"Луна-16" - АМС, впервые совершившая рейс Земля - Луна - Земля и доставившая образцы лунного грунта. Стартовала 12 сентября 1970. 17 сентября вышла на селеноцентрическую круговую орбиту с удалением от лунной поверхности 110 км, наклонением 70°, периодом обращения 1 ч 59 мин. В дальнейшем была решена сложная задача формирования предпосадочной орбиты с низким периселением. Мягкая посадка произведена 20 сентября 1970 в районе Моря Изобилия в точке с координатами 56°18" в. д. и 0°41" ю. ш. Грунтозаборное устройство обеспечило бурение и забор грунта. Старт с Луны ракеты "Луна - Земля" произведён по команде с Земли 21 сентября 1970. 24 сентября возвращаемый аппарат был отделен от приборного отсека и совершил посадку в расчётном районе. "Луна-16" состоит из посадочной ступени с грунтозаборным устройством и космической ракеты "Луна - Земля" с возвращаемым аппаратом. Масса АМС при посадке на поверхность Луны 1880 кг. Посадочная ступень - самостоятельный ракетный блок многоцелевого назначения, имеющий жидкостный ракетный двигатель, систему баков с компонентами топлива, приборные отсеки и амортизированные опоры для посадки на поверхность Луны.

Луна-16

"Луна-17" - АМС, доставившая на Луну первую автоматическую передвижную научную лабораторию "Луноход-1". Запуск "Луна-17" - 10 ноября 1970, 17 ноября - мягкая посадка на Луну в районе Моря Дождей, в точке с координатами 35° з. д. и 38°17" с. ш.

Перед советскими учеными и конструкторами при разработке и создании лунохода встала необходимость решения комплекса сложных проблем. Надо было создать совершенно новый тип машины, способной длительное время функционировать в необычных условиях открытого космоса на поверхности другого небесного тела. Основные задачи: создание оптимального движителя с высокой проходимостью при малых массе и энергопотреблении, обеспечивающего надёжную работу и безопасность движения; систем дистанционного управления движением лунохода; обеспечение необходимого теплового режима с помощью системы терморегулирования, поддерживающей температуру газа в приборных отсеках, элементов конструкции и оборудования, расположенных внутри герметичных отсеков и вне их (в открытом космосе в периоды лунных дней и ночей) в заданных пределах; выбор источников питания, материалов для элементов конструкции; разработка смазочных материалов и систем смазок для условий вакуума и другое.

Научная аппаратура Л. с. а. должна была обеспечить изучение топографических и селено-морфологических особенностей местности; определение химического состава и физико-механических свойств грунта; исследование радиационной обстановки на трассе перелёта к Луне, в окололунном пространстве и на поверхности Луны; рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны. Первый Л. с. а. - советский "Луноход-1" (рис. 1), предназначенный для проведения большого комплекса научных исследований на поверхности Луны, был доставлен на Луну автоматической межпланетной станцией "Луна-17" (смотри Ошибка! Источник ссылки не найден.), проработал на её поверхности с 17 ноября 1970 по 4 октября 1971 и прошёл 10540 м. "Луноход-1" состоит из 2 частей: приборного отсека и колёсного шасси. Масса "Лунохода-1" 756 кг. Герметичный приборный отсек имеет форму усечённого конуса. Корпус его изготовлен из магниевых сплавов, обеспечивающих достаточные прочность и лёгкость. Верхняя часть корпуса отсека используется как радиатор-охладитель в системе терморегулирования и закрывается крышкой. В период лунной ночи крышка закрывает радиатор и препятствует излучению тепла из отсека. В течение лунного дня крышка открыта, и элементы солнечной батареи, расположенные на её внутренней стороне, обеспечивают подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией.

В приборном отсеке размещены системы терморегулирования, электропитания, приёмные и передающие устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления и электронно-преобразовательные устройства научной аппаратуры. В передней части расположены: иллюминаторы телевизионных камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, служащей для передачи на Землю телевизионных изображений лунной поверхности; малонаправленная антенна, обеспечивающая приём радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель, изготовленный во Франции. По левому и правому бортам установлены: 2 панорамные телефотокамеры (причём в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), 4 штыревые антенны для приёма радиокоманд с Земли в другом диапазоне частот. Для подогрева газа, циркулирующего внутри аппарата, служит изотопный источник тепловой энергии. Рядом с ним расположен прибор для определения физико-механических свойств лунного грунта.

Резкие температурные перепады при смене дня и ночи на поверхности Луны, а также большая разница температур между деталями аппарата, находящимися на Солнце и в тени, обусловили необходимость разработки специальной системы терморегулирования. При низких температурах в период лунной ночи для обогрева приборного отсека автоматически прекращается циркуляция газа-теплоносителя по контуру охлаждения и газ направляется в контур подогрева.

Система электропитания лунохода состоит из солнечной и химической буферных батарей, а также приборов автоматического управления. Управление приводом солнечной батареи осуществляется с Земли; при этом крышка может быть установлена на любой угол в пределах от нуля до 180°, необходимый для максимального использования солнечной энергии.

Бортовой радиокомплекс обеспечивает приём команд из Центра управления и передачу информации с борта аппарата на Землю. Ряд систем радиокомплекса используется не только при работе на поверхности Луны, но и на участке перелёта с Земли. Две телевизионные системы Л. с. а. служат для решения самостоятельных задач. Система малокадрового телевидения предназначена для передачи на Землю телевизионных изображений местности, необходимых экипажу, управляющему с Земли движением лунохода. Возможность и целесообразность применения такой системы, для которой характерна более низкая по сравнению с вещательным телевизионным стандартом скорость передачи изображения, была продиктована специфическими лунными условиями. Основное из них - медленное изменение ландшафта при движении лунохода. Вторая телевизионная система служит для получения панорамного изображения окружающей местности и съёмки участков звёздного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации. Система состоит из 4 панорамных телефотокамер.

Самоходное шасси обеспечивает решение принципиально новой задачи космонавтики - передвижение автоматической лаборатории по поверхности Луны. Оно выполнено таким образом, чтобы луноход имел высокую проходимость и надёжно работал в течение длительного времени при минимальной собственной массе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивает передвижение лунохода вперёд (с 2 скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состоит из ходовой части, блока автоматики, системы безопасности движения, прибора и комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигается за счёт различных скоростей вращения колёс правого и левого бортов и изменением направления их вращения. Торможение осуществляется переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и его полной остановки включаются дисковые тормоза с электромагнитным управлением. Блок автоматики управляет движением лунохода по радиокомандам с Земли, измеряет и контролирует основные параметры самоходного шасси и автоматическую работу приборов для исследования механических свойств лунного грунта. Система безопасности движения обеспечивает автоматическую остановку при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колёс.

Прибор для определения механических свойств лунного грунта позволяет оперативно получать информацию о грунтовых условиях движения. Пройденный путь определяется по числу оборотов ведущих колёс. Для учёта их пробуксовки вносится поправка, определяемая с помощью свободно катящегося девятого колеса, которое специальным приводом опускается на грунт и поднимается в исходное положение. Управление аппаратом осуществляется из Центра дальней космической связи экипажем в составе командира, водителя, штурмана, оператора, бортинженера.

Режим движения выбирается в результате оценки телевизионной информации и оперативно поступающих телеметрических данных о величине крена, дифферента пройденного пути, состояния и режимах работы приводов колёс. В условиях космического вакуума, радиации, значительных перепадов температур и сложного рельефа местности по трассе движения все системы и научные приборы лунохода функционировали нормально, обеспечив выполнение как основной, так и дополнительной программ научных исследований Луны и космического пространства, а также инженерно-конструкторских испытаний.

Луна-17

"Луноход-1" детально обследовал лунную поверхность на площади 80 000 м2. Для этого с помощью телевизионных систем было получено более 200 панорам и свыше 20 000 снимков поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведён анализ его химического состава. Прекращение активного функционирования "Лунохода-1" было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника тепла. В конце работы он поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый светоотражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.

"Луноход-1"

"Луна-18" запущена 2 сентября 1971. На орбите станция осуществляла маневрирование с целью отработки методов автоматической окололунной навигации и обеспечения посадки на Луну. "Луна-18" совершила 54 витка. Проведено 85 сеансов радиосвязи (проверка работы систем, измерение параметров траектории движения). 11 сентября была включена тормозная двигательная установка, станция сошла с орбиты и достигла Луны в материковой части, окружающей Море Изобилия. Район посадки был выбран в гористой местности, представляющей большой научный интерес. Как показали измерения, прилунение станции в этих сложных топографических условиях оказалось неблагоприятным.

"Луна-19" - шестой советский ИСЛ; запущена 28 сентября 1971. 3 октября станция вышла на селеноцентрическую круговую орбиту с параметрами: высота над поверхностью Луны 140 км, наклонение 40° 35", период обращения 2 ч 01 мин 45 сек. 26 и 28 ноября станция была переведена на новую орбиту. Проводились систематические длительные наблюдения за эволюцией её орбиты с целью получения необходимой информации для уточнения гравитационного поля Луны. Непрерывно измерялись характеристики межпланетного магнитного поля в окрестностях Луны. На Землю переданы фотографии лунной поверхности.

"Луна-19"

"Луна-20" запущена 14 февраля 1972. 18 февраля в результате торможения переведена на круговую селеноцентрическую орбиту с параметрами: высота 100 км, наклонение 65°, период обращения 1 ч 58 мин. 21 февраля осуществила мягкую посадку на поверхность Луны впервые в горном материковом районе между Морем Изобилия и Морем Кризисов, в точке с селенографическими координатами 56° 33" в. д. и 3° 32" с. ш. "Луна-20" по конструкции аналогична "Луна-16". Грунтозаборный механизм произвёл бурение лунного грунта и забор образцов, которые были помещены в контейнер возвращаемого аппарата и загерметизированы. 23 февраля с Луны стартовала космическая ракета с возвращаемым аппаратом. 25 февраля возвращаемый аппарат АМС "Луна-20" совершил посадку в расчётном районе территории СССР. На Землю были доставлены образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном материковом районе Луны.

"Луна-21" доставила на поверхность Луны "Луноход-2". Запуск был осуществлен 8 января 1973. "Луна-21" совершила мягкую посадку на Луну на восточной окраине Моря Ясности, внутри кратера Лемонье, в точке с координатами 30° 27" в. д. и 25° 51" с. ш. 16 января с посадочной ступени "Луна-21" по трапу сошёл "Луноход-2" .

"Луна-21"

16 января 1973 с помощью автоматической станции "Луна-21" в район восточной окраины Моря Ясности (древний кратер Лемонье) был доставлен "Луноход-2". Выбор указанного района посадки диктовался целесообразностью получения новых данных из сложной зоны сочленения моря и материка (а также, по утверждению некоторых исследователей, с целью проверки достоверности факта высадки американцев на Луну). Усовершенствование конструкции к бортовых систем, а также установка дополнительных приборов и расширение возможностей аппаратуры позволили значительно повысить манёвренность и выполнить большой объём научных исследований. За 5 лунных дней в условиях сложного рельефа "Луноход-2" прошёл расстояние 37 км.

"Луноход-2"

"Луна-22" была запущена 29 мая 1974 года и 9 июня перешла на лунную орбиту. Выполняла функции искусственного спутника Луны, исследования окололунного пространства (в том числе метеоритной обстановки).

"Луна-23" была запущена 28 октября 1974 года и совершила мягкую посадку на Луну 6 ноября. Вероятно, ее запуск был приурочен к очередной годовщине Великого Октября. В задачи станции входили взятие и исследование лунного грунта, однако прилунение состоялось в области с неблагоприятным рельефом, из-за чего грунтозаборное устройство сломалось. 6-9 ноября исследования проводились по сокращенной программе.

"Луна-24" была запущена 9 августа 1976 года и прилунилась 18 августа в районе Моря Кризисов. Задачей станции было взятие "морского" лунного грунта (при том, что "Луна-16" взяла грунт на границе моря и материка, а "Луна-20" - на материковой области). Взлетный модуль с лунным грунтом стартовал с Луны 19 августа, и 22 августа капсула с грунтом достигла Земли.

"Луна-24"

Программа составлена Институтом космических исследований РАН по поручению Роскосмоса в 2014 году. ИКИ предлагает использовать Луну как научный полигон для масштабных астрономических и геофизических исследований. Предлагается создать на Луне оптическую обсерваторию и автоматический радиотелескоп-интерферометр, состоящий из отдельных приемников, распределенных по поверхности Луны. Несмотря на то, что программа не была официально опубликована, основные ее положения, несомненно, были учтены при разработке Федеральной космической программы на 2016-2025 годы.

Программа изучения и освоения Луны разбита на этапы, объединенные общей стратегической целью и различающиеся по методам работы на Луне. Всего выделено четыре этапа работы на Луне, хотя сами эксперты говорят о трех, поскольку последний в их программе не рассматривается.

Первый этап: 2016-2028 годы

До 2028 года предполагается изучение Луны автоматическими станциями, выбор площадки для расширения присутствия человека. Уже известно, что она будет на южном полюсе, однако точное место будет выбрано только после того, как автоматические миссии предоставят всю информацию о ресурсах, необходимых для снабжения будущей базы, включая энергию (освещенность солнцем), наличие льда и др.

Подробнее обо всех космических аппаратах, которые планируется отправить к Луне на первом этапе, можно прочитать в подразделах этой страницы.Кроме того, до 2025 года планируется начать эскизное проктирование автоматических исследовательских станций нового поколения, которые смогут приступить к изучению Луны во второй половине следующего десятилетия и после 2030 года.

Научные задачи

- исследование состава вещества и физических процессов на лунных полюсах
- исследование процессов взаимодействия космической плазмы с поверхностью и свойств экзосферы на лунных полюсах
- исследование внутреннего строения Луны методами глобальной сейсмометрии
- исследование космических лучей сверхвысоких энергий

Второй этап: 2028-2030 годы

Второй этап является переходным. Разработчики программы рассчитывают, что к этому времени у страны появится ракета-носитель сверхтяжелого класса грузоподъемностью около 90 тонн (на низкой орбите Земли). На эти годы запланирована отработка операций по высадке на Луну пилотируемой экспедиции. Предполагаются полеты космонавтов на окололунную орбиту на новом корабле ПТК НП , окололунные стыковки корабля с топливными модулями и многоразовым с взлетно-посадочным аппаратом. Последний должен будет несколько раз подбирать с поверхности Луны образцы ледосодержащего грунта, которые космонавты смогут доставить на Землю. Программа отработки операций включает и дозаправку взлетно-посадочного модуля на орбите Луны.

Третий этап: 2030-2040 годы

В этот период на должен быть создан «лунный полигон» с первыми элементами инфраструктуры. Пилотируемые полеты предполагаются только в виде кратковременных экспедиций посещения. Целью космонавтов будет обслуживание техники, машин и научного оборудования.

Четвертый этап: за горизонтом планирования

После 2040 года на базе лунного полигона должна быть построена постоянно обитаемая лунная база с элементами астрономической обсерватории. Работники базы займутся мониторингом Земли, экспериментами по использованию лунных ресурсов, отработкой новой космической техники, необходимой для экспедиций в дальний космос.

Лунная станция Deep Space Gateway (слева). Рендер: НАСА

Представители НАСА огласили подробности космической программы Deep Space Gateway , которая станет подготовительным этапом к марсианской миссии. В рамках этой программы будет освоено окололунное пространство, где астронавты должны построить и протестировать системы перед путешествием в глубокий космос, в том числе к Марсу. Здесь же проверят роботизированные миссии со спуском на лунную поверхность. Астронавты из окололунного пространства смогут в случае появления проблемы вернуться домой в течение несколько дней. С марсианской орбиты им добираться гораздо дольше, поэтому НАСА предпочитает сначала провести испытания на более близком расстоянии - около Луны.

Исследование окололунного пространства начнётся с первым запуском ракеты-носителя Space Launch System (SLS) с космическим кораблём Orion. Трёхнедельная исследовательская миссия называется Exploration Mission-1 (EM-1). Она будет беспилотной. Тем не менее, эта миссия должна стать замечательным событием для космонавтики, ведь предназначенный для людей космический корабль впервые в истории отлетит так далеко от Земли.

Космический корабль Orion. Рендер: НАСА

Запуск SLS с кораблём Orion состоится со стартового комплекса 39B на космодроме Космического центра им. Кеннеди, предположительно, в конце 2018 года. На орбите Orion расправит солнечные батареи и направится в сторону Луны. Импульс кораблю придаст промежуточная криогенная двигательная установка Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), которая располагается на ракете-носителе SLS непосредственно под кораблём Orion, как верхняя ступень ракеты.

Промежуточная криогенная двигательная установка. Рендер: НАСА

Дорога до Луны займёт несколько суток. По её окончании Orion отстыкуется от ICPS, а последний, в свою очередь, выпустит в космос несколько мини-спутников CubeSat . Вместе с космическим кораблём ракета SLS способна поднять на орбиту 11 мини-спутников размером по 6 юнитов каждый.

Предполагается, что одним из спутников в окололунном пространстве станет BioSentinel, который впервые за последние 40 лет вынесет в глубокий космос земную форму жизни. Цель научной программы BioSentinel - изучить влияние космической радиации на живые клетки в течение 18 месяцев работы спутника.

НАСА планирует войти в ритм и в 2020-е годы делать по одному запуску в год. Первый пилотируемый полёт намечен на август 2021 года .

План этого полёта построен на профиле translunar injection (TLI) - своеобразном разгонном манёвре с траекторией, которая выводит корабль на лунную орбиту. Траектория изображена на схеме внизу, где красной точкой обозначено место выполнения маневра TLI. Перед стартом к Луне корабль дважды обернётся вокруг Земли, постепенно увеличивая скорость и готовясь к TLI.

В обратную дорогу к Земле корабль Orion отправится с помощью гравитационного манёвра, обернувшись вокруг Луны. Во время этого пролёта экипаж залетит за тысячи километров за Луну. Для первой пилотируемой миссии НАСА установило гибкие сроки. Миссия может продолжаться от 8 до 21 дня.

Для лунных миссий НАСА определило цели и задачи . Вместе с экспериментами на МКС эти научные проекты позволят осуществить подготовку к будущим миссиям в глубоком космосе.

Полётное оборудование для первой и второй миссий SLS и Orion сейчас находится в производстве, системы жизнеобеспечения и связанные технологии проверяют на МКС. Продолжаются опытно-конструкторские работы для создания жилья и силовой установки корабля, на котором люди отправятся на Марс, здесь НАСА тесно сотрудничает с частными компаниями и зарубежными партнёрами, которые предлагают свои варианты решения существующих проблем.

Лунный космопорт

Во время первых лунных миссий НАСА собирается не только проверить системы и доказать безопасность полётов, но и построить на лунной орбите космопорт Deep Space Gateway, который станет шлюзом для изучения лунной поверхности и промежуточным этапом перед отправкой астронавтов на Марс.

Здесь будет источник энергии, жилой модуль, модуль стыковки, шлюзовая камера, модуль логистики. Силовая установка будет использовать преимущественно электрическую тягу, чтобы удерживать позицию лунной станции или перемещаться на разные орбиты для разных миссий в окрестностях Луны, пишет НАСА.

Три основных модуля лунной станции - силовая установка, жилой модуль и модуль логистики - будут подняты на орбиту ракетой SLS и доставлены кораблём Orion.

Обслуживать и использовать Deep Space Gateway НАСА собирается со своими партнёрами - как коммерческими компаниями, так и иностранными партнёрами.

Транспорт для глубокого космоса

На следующем этапе НАСА планирует разработку космического корабля Deep Space Transport (DST), специально предназначенного для полётов в дальнем космосе, в том числе к Марсу. Это будет многоразовый корабль на электрической и химической тяге. Корабль будет забирать людей с лунного космопорта, отвозить их на Марс или в другую точку назначения - а затем возвращать обратно к Луне. Здесь корабль может быть отремонтирован, заправлен - и отправлен в следующий полёт.

Тестирование корабля пройдёт в следующем десятилетии, а в конце 2020-х годов НАСА планирует провести годичные испытания Deep Space Transport с экипажем. Астронавты проведут 300-400 дней в окололунном пространстве. Эта миссия станет генеральной репетицией перед отправкой астронавтов на Марс. До настоящего времени рекорд по пребыванию в глубоком космосе составляет 12,5 суток для 17 членов экипажа Apollo.

Роскосмос готовится к участию в проекте строительства окололунной посещаемой станции Deep Space Gateway (DSG), предложенном NASA. Идея состоит в создании многомодульной посещаемой станции на гало-орбите в нескольких тысячах километров от Луны. Такая станция должна стать новой лабораторией для изучения космических эффектов и опорой для дальнейших исследовательских пилотируемых полетов на Луну и Марс.

Проект был представлен NASA в марте 2017 года, когда стал очевидным курс на Луну новой администрации президента США Дональда Трампа. NASA при Бараке Обаме отказалась от идей достижения Луны и обозначила целью Марс с переходным этапом посещения околоземного астероида - Asteroid Redirect Mission. Ввиду сложности, а главное длительности, обозначенной стратегии, подход нового президента направлен на приближение каких-либо существенных результатов. Сначала он запустить к Луне людей сразу в первом испытательном полете ракеты SLS и корабля Orion в 2019 году, но технические специалисты отговорили - риск высок.

От Луны проще стартовать и к Марсу. Если собирать марсианский корабль на окололунной гало-орбите, постепенно подвозя баки с топливом и элементы конструкции, то можно сэкономить до трети массы топлива на полет, по сравнению со стартом с околоземной орбиты. Можно добиться еще большей экономии, если прихватить часть станции в виде отсека марсианского корабля.

Не стоит забывать и политический мотив. Сегодня главный внешнеполитический противник США - Китай. И он уже приближается к созданию своей собственной околоземной станции. Поэтому США важно подчеркнуть сохраняющееся технологическое превосходство, лунная станция для этого отлично подходит, и здесь Россия, Европа и Япония просто помогают в этом.

Какой же интерес тут у России?

Несмотря на политические разногласия России с США, в российской космической отрасли возобладал здравый смысл, подкрепленный экономическими мотивами. Для Роскосмоса сотрудничество с NASA в 90-е годы по программе «Мир», и в 2000-е по программе МКС практически обеспечило сохранность и высокий уровень пилотируемой космонавтики. Проект МКС на сегодня продлен до 2024 года, и после него никто не мог бы назвать достойную и одновременно посильную для бюджета цель. Несмотря на декларируемые лунные амбиции, как только зашла речь о деньгах при принятии Федеральной космической программы на 2015-2025, под нож первым делом пошла сверхтяжелая ракета, без которой достижение Луны крайне затруднено. Была надежда на четырехпусковую схему с «Ангарой А5В», но и о ней пришлось забыть, когда стало ясно что для этой ракеты нет другого спроса, а на Восточном будет только один стартовый стол. Смогли сохранить только разработки межпланетного космического корабля «Федерация», но без «Ангары-А5В» он обречен на околоземные полеты, где сейчас доминирует готовый к работе «Союз-МС».

Даже если предположить, что в бюджете нашлись деньги на сверхтяжелую ракету, стоит ли надрывать отрасль десять лет ради того, чтобы повторить прогулку Армстронга 60-летней давности? А что потом? Свернуть все работы и забыть, как сделали США в 70-е?

В результате, до вчерашнего дня, Роскосмос находился в патовой ситуации - лететь на Луну денег и особого смысла нет, а около Земли есть смысл летать только на МКС, которая скоро закончится. Но с вхождением в лунное партнерство всё меняется.

Во-первых, снова появляются возможности получения заказов на разработку и эксплуатацию техники для NASA. Во-вторых, в сверхтяжелой ракете и межпланетных полетах появляется долговременный смысл, ведь мы не просто летим за самоутверждением, а летим на работу для развития техники и продвижения человечества в дальний космос, причем в значительной степени не за свой счет. В-третьих, отрасль получает столь долгожданный новый стимул развития: наконец появляется смысл в корабле «Федерация», новых модулях станции, системах жизнеобеспечения, скафандрах, приборах, лунных спутниках , луноходах... Молодые коллективы наконец могут реализовать себя не в повторении советских схем, а привнести что-то свое на современном уровне.

Участие Роскосмоса помогает и NASA. Программы, которые NASA пыталось развивать в одиночку: Constellation, Asteroid Redirect Mission, оказались очень уязвимы к переменам внутриполитического курса. Международное же партнерство налагает взаимные обязательства и отказ о какого-то проекта приобретает не только экономический, но и политический окрас, и тут никто не захочет терять лишние очки. Это касается и российских международных программ.

Так что, несмотря на преобладающее участие США в проекте DSG, зависимость партнеров тут взаимная, что, собственно, и называется сотрудничеством в освоении космоса. Можно это только приветствовать.

В качестве цели на ближайшие тридцать–сорок лет Россия выбирает Луну. Какой будет отечественная лунная программа? Собрать «пазл» разрозненных предложений в единую картину помогли многочисленные проекты документов и предложений ведущих космических фирм и отраслевых институтов.

Разработка национальной стратегии освоения нашего естественного спутника была темой круглого стола «Изучение ближайших планет Солнечной системы на примере освоения поверхности Луны», который проходил в середине октября 2014 года в конференц-зале ТАСС. О своих проектах и планах рассказали представители Федерального космического агентства, РКК «Энергия», ИКИ РАН, НПО имени С.А. Лавочкина, ЦНИИмаш и Центра Келдыша. Дополнительная информация о российской лунной программе была представлена на Пятом международном московском симпозиуме по исследованиям Солнечной системы, проходившем в Институте космических исследований (ИКИ) 13–17 октября.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Моделирование лунной базы «Луна семь» на панорамной системе виртуальной реальности механико-математического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.Рисунок «Лин Индастриал» и Мехмат МГУ.

Этапы и условия реализации лунной программы. Федеральное космическое агенство.

Перый этап российской лунной программы. Федеральное космическое агенство.

Элементы перспективной пилотируемой лунной инфраструктуры. Федеральное космическое агенство.

Корабль для доставки экипажа на окололунню орбиту с разгонным блоком. Федеральное космическое агенство.

Лунная инфраструктура третьего этапа РКК «Энергия»

Наука и жизнь // Иллюстрации

В начале следующего года должна быть утверждена Федеральная космическая программа (ФКП) на 2016––2025 годы. Проекты и исследования, которые в нее попадут, получат финансирование в ближайшее десятилетие. Конечно, изменения могут быть внесены и по ходу работ, но обычно они связаны со сроками реализации, а не с увеличением выделяемых средств. Планы за пределами ФКП 2016––2025 рассматриваются в двух дополнительных документах: Концепции национальной программы освоения Луны и Долгосрочной программе освоения дальнего космоса. Данные документы еще не приняты и находятся в процессе доработки.

Сначала автоматы…

На первом этапе (в ФКП 2016––2025 прописан именно он) наш естественный спутник собираются изучать только с помощью автоматических станций. В отличие от экспедиций 1970–х, новые отечественные лунные станции должны совершить посадку в полярной области Луны.

Национальных экспедиций к Селене в России не было очень давно – почти сорок лет. Последний советский лунный аппарат «Луна–24» выполнил задачу по доставке грунта в августе 1976 года. Участие российских ученых в зарубежных лунных программах пока ограничилось лишь установкой нейтронного детектора LEND (Lunar Exploration Neutron Detector) на американский зонд Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Отечественный прибор зафиксировал провалы нейтронного излучения, инициируемого космическими лучами в верхнем слое лунной поверхности. Подобные провалы указывают на наличие в лунном грунте водорода. Конечно, это могут быть различные его соединения, однако другие косвенные данные, в частности наблюдения линий поглощения, сделанные американскими учеными с помощью индийского зонда «Чандраян–1», подтверждают, что это, скорее всего, водяной лед.

Для получения доказательств наличия водяного льда в лунном грунте ученые NASA провели интересный эксперимент: падение разгонного блока (РБ) Centaur в район кратера Кабеус, где данные нейтронных детекторов показывали присутствие водорода. После столкновения РБ с Луной поднялось облако пыли. Летящий за «Центавром» мини–зонд LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite – Космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров) пролетел через него и зарегистрировал наличие около 150 кг воды в виде пара и льда в поднятом облаке. Это позволило оценить массовую долю льда в реголите примерно в 2.7––8.5%.

Измерения нейтронного излучения Луны до LRO проводили также аппараты Clementine и Lunar Prospector, однако их приборы не давали высокого пространственного разрешения. Они лишь указали, что провалы нейтронного излучения примерно связаны с полярными кратерами. Данные LRO показали, что провалы нейтронного излучения фиксируются как внутри кратеров, так и в их окрестностях. Это может означать, что запасы водяного льда есть не только в «холодных ловушках» – кратерах, куда никогда не заглядывает Солнце, – но и рядом. Как они там оказались – не вполне понятно. Астрофизики предполагают, что существуют механизм миграции молекул воды за счет выбивания их ионами солнечного ветра.

Факт остается фактом: водяной лед есть на поверхности – там, где солнечный свет! Для планирования будущих лунных миссий это принципиально важно – ведь очень трудно создать зонд, который будет работать в постоянной тени. Его пришлось бы снабдить мощными изотопными источниками энергии и каким–то образом обеспечивать связь с Землей после посадки в «яму». Ранее, когда ученые надеялись найти лед только в «холодных ловушках», практическая польза от такой находки была не очевидна. В затененном кратере трудно построить лунное поселение и непросто организовать туда автоматическую экспедицию. Когда лед был обнаружен и вокруг кратеров, сразу возникла идея, что исследования можно провести в обозримое время прямым методом – посадкой космических аппаратов.

Итак, согласно новой Федеральной космической программе, в 2019 году зонд «Луна–25» (или «Луна–Глоб») должен прилуниться в кратере Богуславского, который расположен в южной полярной области Луны. Аппарат будет запущен ракетой «Союз–2.1А», сухая масса космического аппарата составит 533 кг, полная –– 1450 кг. Масса полезной нагрузки (включая манипулятор для забора образцов грунта) – 30 кг.

«Луна–25» – это зонд–прототип для тренировки. По словам генерального директора НПО имени С.А.Лавочкина Виктора Владимировича Хартова, «нужно заново учиться садиться на Луну». В рамках проекта будут отработаны системы посадки и обеспечения работы на поверхности. Несмотря на тестовый характер, миссия уникальна: в отличие от советских зондов, российская автоматическая станция произведет посадку не в экваториальной, а в очень интересной для ученых полярной области Луны.

Весьма вероятно, что Россия потеряет первенство в новой «лунной гонке» к лунным полюсам. В 2016–2017 годах (на два–три года раньше «Луны–25») стартует индийская миссия «Чандраян–2», в состав которой войдут орбитальный аппарат массой примерно 1400 кг и спускаемый модуль (1250 кг), включающий небольшой ровер (300–100 кг). В качестве места посадки спускаемого аппарата «Чандраян–2» выбраны окрестности южного полюса Луны.
В конце 2015 года или в начале 2016 года специалисты КНР попытаются доставить второй китайский луноход (миссия 嫦娥四号 – "Чанъэ–4"), а на 2017–2018 годы запланирована автоматическая доставка лунного грунта. Судя по доступной на сегодняшний день информации, посадки китайских аппаратов будут производиться вдали от полярных районов. Однако планы Поднебесной вполне могут изменяться.

Вопрос финансирования европейского проекта посадки в полярном регионе Луны – Lunar Lander – рассматривался в 2012 году, но деньги выделены не были. Европа пока нацелена на совместные с Россией исследования Луны.

Японская лунная миссия Selene–2, также состоящая из орбитального аппарата, посадочной платформы и ровера, могла бы стартовать в 2017 году, однако испытывает значительные бюджетные проблемы. Вероятно, миссия будет отменена либо ее сроки будут пересмотрены.

Посадка аппарата будет проходить в пассивном режиме, размеры посадочного эллипса составят 15 на 30 км и определятся точностью предпосадочной траектории аппарата. Зонд должен проработать на поверхности Луны не менее года. На его борту пройдут научные эксперименты по изучению особенностей полярного реголита и полярной экзосферы нашего естественного спутника. Аппарат будет снабжен манипулятором для операций по вскрытию верхнего слоя грунта в районе посадки, для перемещения образцов грунта в бортовой масс–спектрометр, для наведения бортового инфракрасного спектрометра и ТВ–камеры на наиболее интересные участки поверхности в окрестностях места посадки. Зонд экспериментально измерит содержание воды и других летучих соединений в поверхностном слое.

Следующий аппарат – орбитальный «Луна–26» (или «Луна–Ресурс–1 орбитальный») по плану стартует в 2021 году. Если что–то пойдет не так, предусмотрено повторение миссии через два года – в 2023 году. Сухая масса аппарата – 1035 кг, полная – 2100 кг. Масса полезной нагрузки – 160 кг. Запуск также с помощью РН «Союз–2.1А».

Аппарат «Луна–26» будет исследовать Луну с полярной орбиты, что позволит провести глобальный обзор всей поверхности и детальные исследования районов полюсов. Срок функционирования на окололунной орбите составит не менее трех лет. В течение первого этапа будут проводиться геофизические исследования Луны, лунной экзосферы и окружающей плазмы на рабочих орбитах 100х150 км и 50х100 км. На втором этапе аппарат будет переведен на третью рабочую орбиту 500––700 км для физических исследований по поиску и регистрации космических частиц максимально высоких энергий – эксперимент ЛОРД (лунный орбитальный радиодетектор).

Кроме того, орбитальный аппарат послужит ретранслятором для следующей миссии – «Луна–27» (или «Луна–Ресурс–1 посадочный»), которая намечена на 2023 год. Если миссия 2023 года окажется неудачной, посадку повторят в 2025 году.

Зонд «Луна–27» (его тоже выведет «Союз–2.1А») будет тяжелее тестовой «Луны–25»: сухая масса аппарата составит 810 кг, полная – 2200 кг. Масса полезной нагрузки достигнет 200 кг, включая европейский бур для «криогенного» (не испаряющего «летучие» вещества из грунта) бурения. Этот КА прилунится в наиболее перспективном для дальнейших исследований районе южного полюса и обеспечит выполнение программы научных исследований в течение срока не менее одного года. Рассматривается возможность разместить на «Луне–27» мини–ровер.

Аппарат «Луна–27» предстоит создать на основе бортовых систем и технических решений, отработанных в проекте «Луна–25». Его главной особенностью станет применение системы высокоточной посадки с возможностью ухода от препятствия на заключительном участке спуска. Эти система позволит уменьшить допустимую погрешность в положении точки посадки на поверхности Луны до размера порядка нескольких сотен метров. Благодаря высокой точности спуска район посадки «Луны–27» выберут исходя из критериев максимального удобства для приоритетных научных исследований.

Второй особенностью «Луны–27» будет использование как системы прямой радиосвязи с наземными станциями, так и независимого УКВ канала связи с бортом лунного полярного спутника «Луна–26». Канал УКВ будет задействован на этапе посадки зонда для передачи на борт орбитального аппарата телеметрической бортовой информации о работе всех систем и о свойствах поверхности в районе посадки. В случае нештатной ситуации или аварии при посадке эта информация позволит полностью восстановить полную картину процесса и выяснить причину неудачи.

Третья важная особенность проекта «Луна–27» – криогенное грунтозаборное устройство, которое позволит взять образцы лунного полярного реголита с глубины от 10–20 см до 2 метров и выяснить характер распределения летучих соединений по глубине.

На борту зонда «Луна–27» будет установлен радиомаяк, причем будет обеспечена возможность продолжения его работы после завершения программы исследований на борту. Для этого энергопитание радиомаяка будет переведено на прямое подключение к бортовому радиоизотопному генератору.

Планируется, что «Луна–27» будет создаваться со значительным участием ЕКА: многие бортовые системы, в том числе высокоточной посадки, построят европейские специалисты.

Последняя лунная станция, заложенная в ФКП 2016–2025, – это «Луна–28» («Луна–Ресурс–2», или «Луна–Грунт»). Масса зонда составит около 3000 кг, полезной нагрузки – 400 кг. Вероятно, он отправится к Луне в 2025 году с помощью ракеты «Ангара–А5» с кислородно–керосиновым разгонным блоком ДМ–03. Основная цель «Луны–28» – доставка в земные научные центры образцов лунного вещества из окрестности южного полюса.

Зонд «Луна–29» – большой луноход с «криогенным» буром – отсутствует в ФКП 2016–2025, а значит, будет реализован лишь во второй половине 2020–х годов.

Помимо создания автоматических межпланетных станций, на первом этапе лунной программы будут проводиться многочисленные НИРы на тему лунной транспортной системы и лунной инфраструктуры. Финансирование на них заложено в ФКП. Предусмотрено и выделение средств на разработку сверхтяжелой ракеты: только на разработку – но не создание «в металле»!

…а в дальнейшем человек

Как предусмотрено в Федеральной космической программе 2016––2025 годов, лётные испытания нового российского космического корабля ПТК НП (пилотируемый транспортный корабль нового поколения) начнутся в 2021 году. В 2021–2023 годах новый космический аппарат два раза стартует к МКС в беспилотном варианте. Выводить его на орбиту предполагается посредством ракеты–носителя «Ангара–А5» (возможно, в «укороченном» варианте – без УРМ II).

Согласно ФКП 2016–2025, в 2024 году ПТК НП должен впервые выйти в космос в пилотируемом варианте и доставить космонавтов на МКС или к так называемой Перспективной пилотируемой орбитальной инфраструктуре (ППОИ). ППОИ предположительно состоит из одного научно–энергетического модуля, узлового модуля, надувного жилого («трансформируемого») модуля, модуля–стапеля и одного–двух свободнолетающих модулей ОКА–Т–2.

Кроме того, в рамках испытаний ПТК НП рассматривается возможность беспилотного облета Луны. На слайдах, представленных РКК «Энергия», указаны сроки осуществления подобной миссии – 2021 г., а также изображена двухпусковая схема: одной РН «Ангара–А5» на орбиту выводится кислородно–керосиновый разгонный блок ДМ–03, оснащенный стыковочным узлом и системой стыковки, а второй – космический корабль.

Элементарный расчет показывает, что по такой схеме ДМ–03 может отправить в облет Луны полезную нагрузку массой не более 10–11 т. Не ясно, как эту проблему собираются решать специалисты отрасли – будут ли использовать для доразгона маршевую двигательную установку «лунного варианта» ПТК НП или ограничатся полетом по высокоэллиптической орбите, «не дотягивающей» до Луны?

Судя по слайдам РКК «Энергия», пилотируемые облеты Луны на ПТК НП должны состояться уже в 2024 году. Однако в ФКП 2016–2025 летные испытания лунного варианта ПТК НП заложены лишь на 2025 год. И подобных расхождений в предложениях предприятий, федеральной программе и концепциях невероятно много. Документы напоминают лоскутное одеяло, а не единый законченный план.

Кроме того, как показано на слайдах, в 2023 году (в «концепции лунной программы» названы другие сроки – 2025 год) на окололунную орбиту планируется отправить прототип буксира с двигателями малой тяги и большим грузовым контейнером (груз – 10 т): будет ли это «ядерный буксир» или что–то оснащенное большими солнечными батареями? Более логичным кажется первый вариант, однако на слайдах показан второй – с солнечными батареями. Вероятно, прототип будет иметь мощность 0.3–0.5 МВт, в 2–3 раза меньше, чем мегаваттный комплекс.

Как уже говорилось, лунные планы России не ограничиваются ФКП 2016–2025. Ученые и инженеры космической отрасли пытаются выработать также долгосрочную концепцию национальной программы освоения Луны до 2050 года.

Лунная орбитальная станция, форпост и база

В соответствии с Концепцией национальной программы освоения Луны, уже в 2026 году должны начаться полеты сверхтяжелой ракеты с полезной нагрузкой на низкой околоземной орбите около 80–90 тонн. Следует отметить, что в других источниках приводятся более реальные сроки первого пуска «супертяжа» – 2028–2030 годы. В первом полете новая РН с помощью новых мощных разгонных блоков отправит беспилотный ПТК НП на орбиту вокруг Луны.

В конце 2027 г. большой космический буксир мегаваттного класса с двигателями малой тяги должен привезти на окололунную орбиту за 7–8 месяцев груз массой в 20 т. Причем сам буксир запускается сверхтяжелой ракетой, а груз – «Ангарой–А5». В качестве груза может выступить модуль лунной орбитальной станции или тяжелый зонд/посадочная научная платформа.

На период с 2028 по 2030 год запланирована программа «Луна – орбита». На естественный спутник Земли будет отправлен многоразовый лунный автоматический корабль (МЛАК) «Корвет», а на окололунную орбиту – танкер с топливом для его заправки. Зонд сможет доставить с поверхности на ПТК НП (который будет находиться на окололунной орбите) образцы грунта. Существуют различные варианты программы, в частности предполагающие использование луноходов.

Следующим этапом освоения Луны, после 2030 года, вероятно, станет строительство станции на окололунной орбите. Станция будет состоять из энергетического (запуск в 2028 году), узлового (2029 год), жилого (2030 год) и складского (2031 год) модулей. Режим функционирования мини–станции – посещение. Основные ее задачи: обеспечение комфортных условий жизнедеятельности космонавтов во время работы на орбите вокруг Луны и логистическое обеспечение лунных миссий. Начиная с 2037 года потребуется замена модулей станции, выработавших свой ресурс.

Долгожданные пилотируемые полеты с высадкой космонавтов на поверхность Луны запланированы также после 2030 года. Первые старты будут осуществляться по двухпусковой схеме с раздельным выведением связок из разгонных блоков и лунного взлетно–посадочного корабля, а также разгонных блоков и пилотируемого корабля. Если именно этот вариант будет утвержден, то российские космонавты впервые ступят на лунную поверхность через 15 лет после начала лунной программы и спустя 62 года после исторического полета Apollo 11.

Предусматривается один пилотируемый полет на Луну в год. С введением в эксплуатацию в 2038 г. PH сверхтяжелого класса грузоподъемностью 150––180 тонн полеты будут выполняться по однопусковой схеме с увеличением частоты до двух–трех в год.

Согласно Долгосрочной программе освоения дальнего космоса, параллельно с пилотируемыми экспедициями начнется развертывание в южной полярной области Луны так называемого «лунного полигона». В его состав войдут автоматические научные инструменты, телескопы, прототипы устройств для использования лунных ресурсов и т.д. Полигон будет включать в себя небольшую лунную базу – форпост. Форпост предназначен для жизни экипажа во время краткосрочного (до 14 суток) пребывания на поверхности Луны. В состав форпоста, вероятно, войдут модули: энергетический (запуск в 2033 году), узловой (2034 год), жилой (2035 год), лабораторный (2036 год) и складской (2037 год). Модули создадут на основе опыта эксплуатации окололунной орбитальной станции.

Строительство большой лунной базы запланировано лишь на 40–е годы XXI века. Модульный состав базы будет аналогичен составу форпоста, но она будет обеспечивать жизнедеятельность космонавтов в течение большего срока и обладать повышенной радиационной защитой.

В 2050–е годы на основе лунного опыта, а возможно, и лунных ресурсов, будет предпринят полет на Марс. А до этого времени, до 2050 года, предполагается доставить грунт с Фобоса (миссия «Фобос–Грунт–2», или «Бумеранг», уже заложена в ФКП 2016–2025 и намечена на 2024–2025 годы) и Марса (2030–2035 годы), создать в точке Лагранжа сборочный комплекс для многоразовых кораблей, которые будут летать по трассе Земля – Марс, построить флот «ядерных буксиров» с электрической мощностью 4 МВт и выше.

Создатели Долгосрочной программы предварительно оценили стоимость освоения Луны. По их расчетам, в период с 2014 года до 2025 года ежегодные затраты составят от 16 до 320 млрд руб (суммарно за данный период будет потрачено порядка 2 трлн руб) и будут определяться в основном расходами на создание кораблей, обитаемых модулей, межорбитальных буксиров и средств выведения.

В следующее десятилетие (2026–2035 годы), когда, помимо разработки и летных испытаний космических средств, задействованных в реализации лунной программы, начнется интенсивная эксплуатация космических систем, ежегодные затраты составят от 290 до 690 млрд руб (пик нагрузки приходится на 2030–2032 годы – период первой высадки космонавтов на поверхность естественного спутника и начала строительства лунной орбитальной станции), а суммарные затраты за данный период – почти 4.5 трлн руб. Начиная с 2036 года и до 2050 года ежегодные затраты составят от 250 до 570 млрд руб (суммарные затраты за данный период – порядка 6 трлн руб).

Таким образом, общая стоимость программы с 2015 по 2050 год оценивается в 12.5 трлн руб. На разработку всех необходимых для ее реализации космических средств (включая средства выведения и межорбитальной транспортировки) будет израсходовано менее 10% от общего объема финансовых затрат (без учета затрат на летные испытания). Основная финансовая нагрузка за весь рассматриваемый период (2014–2050 годы) приходится на эксплуатацию космической техники (свыше 60% от общего объема затрат).

Вопросы, вопросы...

Впервые за много лет вынесена на утверждение в правительство законченная стратегия развития пилотируемой космонавтики на десятки (!) лет вперед. Вполне обоснованным выглядит и выбор Луны в качестве стратегической цели – ведь марсианская экспедиция без опоры на лунные ресурсы и лунный опыт превратится в рискованный одноразовый «флаговтык».

Луна или Марс?

Главный вопрос, возникающий после ознакомления с новой российской космической стратегией, – это сроки. 2030–е, 2040–е, 2050–е годы – это слишком далеко, чтобы воспринимать подобные планы всерьез. Есть опасение, что затягивание с реализацией лунного проекта приведет к тому, что у государства появится желание «выпрыгнуть из лунного поезда, который еле–еле ползет», и отменить программу. В случае подобного негативного сценария ресурсы на разработку (а возможно, и на создание) «лунных средств» будут потрачены впустую.

Странной выглядит и привязка программы к новому (еще не реализованному) относительно тяжелому (14–15 тонн в околоземном и 20 т в окололунном варианте) космическому кораблю ПТК НП, для доставки которого на окололунную орбиту потребуется создание сверхтяжелой ракеты с грузоподъемностью 80–90 тонн на низкую околоземную орбиту.

Несколько лет назад американская компания Space Adventures, занимающаяся продажей «туристических» мест на российских кораблях «Союз», с согласия РКК «Энергия» предложила интересную услугу – облет Луны. Согласно представленной схеме полета, разгонный блок ДМ с пассивным стыковочным агрегатом выводится на низкую орбиту ракетой тяжелого класса «Протон–М», затем к нему на РН «Союз» стартует корабль с пилотом и двумя туристами. Корабль «Союз» стыкуется с разгонным блоком – и связка отправляется в облет Луны. Путешествие занимает 7–8 дней. В компании посчитали, что внесение изменений в технику и организация полета обойдутся в 250–300 млн $ (без учета беспилотного полета для отработки системы).

Конечно, полет на орбиту вокруг Луны намного сложнее облетной миссии, однако при использовании доработанного «Союза» вместо ПТК НП, а также кислородно–водородного разгонного блока КВТК для старта с околоземной орбиты и модернизированного «Фрегата» для торможения и разгона возле Луны орбитальную лунную экспедицию можно «вписать» в две ракеты «Ангара–А5». Конечно, стыковка с криогенным разгонным блоком на околоземной орбите является довольно рискованной операцией, однако подобное действие присутствует и в государственной стратегии (двухпусковая облетная миссия на ПТК НП), и в предложениях Space Adventures .

Таким образом, необходимость создания сверхтяжелой ракеты для полетов человека на орбиту вокруг Луны отнюдь не очевидна. Использование такой ракеты переводит миссию из категории реальных планов ближайшего десятилетия в разряд «стратегии» со сроками осуществления «ближе к 2030–му».

Найти коммерческие нагрузки для сверхтяжелого носителя будет или очень трудно, или попросту невозможно, а содержать сложную инфраструктуру ради двух лунных полетов в год – крайне расточительно. Любой финансовый или политический кризис (а они случаются в России с регулярностью приблизительно раз в 8–10 лет) поставит крест на подобном проекте.

Следует также отметить, что в предложенной программе наблюдается распыление сил: вместо создания лунной базы промышленность вынуждена будет заниматься то программой «Луна – орбита», то строительством лунной орбитальной станции, необходимость наличия которой обоснована крайне слабо.

Преимущества и недостатки лунной базы относительно станции на орбите вокруг Луны

Преимущества лунной базы:

– Доступ к лунным ресурсам (реголиту, льду), возможность использовать лунные ресурсы (реголит) для защиты от радиации;
– Отсутствие невесомости и связанных с ней проблем;
– Нормальные условия для жизни (прием пищи, душ, туалет);
– Пустые корпуса от грузовых модулей могут использоваться для увеличения жилого объема базы (в случае лунной орбитальной станции новые модули увеличивают ее массу и затраты топлива на коррекцию орбиты);
– База, расположенная на «пике вечного света», практически круглогодично освещается Солнцем: есть возможность использования солнечной энергии для выработки электричества и упрощение системы терморегулирования;
– Возможность исследовать Луну методами полевой геологии (а не дистанционными –– с орбиты);
– При использовании «прямой схемы» старт к Земле возможен практически в любое время (не требуется синхронизация орбит и стыковка на орбите Луны);
– Опыт строительства планетных баз;
– Более высокий пропагандистский эффект по сравнению с лунной орбитальной станцией.

Недостатки лунной базы:

– Требуется создавать посадочные платформы для доставки грузов и космонавтов на поверхность Луны;

– Условия работы на поверхности планеты будут отличаться от условий на орбите, что потребует разработки принципиально новых жилых модулей;
– Исследования лунной поверхности возможны только в окрестностях базы;
– Относительно высокая стоимость развертывания и эксплуатации.

Странно, что не имеющий аналогов в мире ядерный буксир с двигателями малой тяги крайне слабо представлен в долгосрочной программе освоения дальнего космоса. А ведь именно эта уникальная разработка могла бы помочь значительно сэкономить время: для доставки тяжелых грузов (около 20 тонн) на орбиту вокруг Луны ядерным буксиром сверхтяжелый носитель не нужен. Полеты буксира по трассе «околоземная орбита – окололунная орбита» могли бы начаться уже в первой половине 2020–х годов!

С одной стороны, конечно, нельзя сказать, что девиз предложенной программы – «Флаг на Луне любой ценой!» (первая высадка – после 2030 года), а с другой не видно и использования Луны в качестве ресурсной базы: отсутствуют предложения по многоразовой лунной транспортной системе, не прописана в качестве первоочередной задачи выработка топлива/энергии из местных ресурсов.

Мест в полярных областях Луны, на которых соблюдаются все условия, необходимые для быстрого и удобного развертывания лунной базы (ровная поверхность, «вечный свет», возможное наличие линз водяного льда в затененных кратерах поблизости), не так уж много, и за них может разгореться конкурентная борьба. И откладывая создание пилотируемой лунной инфраструктуры на 2030–е годы, а строительство базы – на 2040–е, Россия может упустить приоритет и потерять лунные территории навсегда!

Критикуя – предлагай!

Следуя этому принципу, около года назад автор статьи предложил свой вариант проекта развертывания лунной базы – «Луна семь» (седьмая высадка человека на Луну). Благодаря помощи группы энтузиастов, включая представителей космической отрасли, удалось в первом приближении определить параметры как самой базы, так и транспортной системы, необходимой для ее строительства.
Основная идея данного предложения – «Лететь сегодня!», то есть в проекте используются только те средства, создание которых возможно в ближайшем (+5 лет) будущем.

В качестве основы транспортной системы предполагается использовать модернизированную ракету «Ангара–А5». Предложены два варианта модернизации носителя. Первый – замена четырехкамерного двигателя РД0124А тягой 30 тс на УРМ II двумя двигателями РД0125А суммарной тягой 59 тс. Такая возможность не требует значительных изменений конструкции РН и уже рассматривалась ГКНПЦ имени М.В.Хруничева. Второй вариант модернизации – замена УРМ II и кислородно–водородного разгонного блока КВТК на один большой кислородно–водородный разгонный блок, что позволит значительно увеличить массу ПН на отлетной траектории к Луне.

Для выхода на орбиту Луны и посадки в проекте используется посадочная ступень на основе существующего и отработанного РБ «Фрегат». Автор отдает себе отчет в том, что космическая техника не кубики детского конструктора и значительная доработка порой означает полную переделку РБ или КА.

По предварительным расчетам, транспортная система на основе модернизированной «Ангары–А5», кислородно–водородного разгонного блока и «лунного Фрегата» сможет доставить на поверхность Луны чистый груз массой 3.2–3.6 т (в зависимости от выбранного варианта модернизации РН и не включая сухую массу «лунного Фрегата» ≈1.2 т).

В предложении «Луна семь» все грузы – модули базы, электростанция, негерметичный луноход, заправщики и двухместный пилотируемый корабль –– должны быть вписаны в эти «кванты» массы.
Конструкция пилотируемого лунного корабля основывается на использовании корпусов спускаемого аппарата и бытового отсека «Союза». Корабль садится на поверхность Луны без топлива на обратный путь – запас, необходимый для возвращения, должны предварительно доставить два заправщика.
Вызывает сомнение возможность «втиснуть» пилотируемый КА, состоящий из СА, БО (бытовой отсек выполняет в том числе и функцию шлюзовой камеры) и «лунного Фрегата» с посадочными опорами, в 4.4–4.8 тонны. Ясно, что для этого потребуются высокая «весовая культура» и новая элементная база. Однако напомним: масса маневрирующего двухместного КА Gemini, способного выполнять сближение и стыковку на орбите, составляла 3.8 т.
Прямая схема полета, без стыковки на орбите Луны, при всех ее недостатках имеет и ряд преимуществ. Корабль не ожидает возвращения экспедиции на орбите в течение длительного времени. Снимается проблема наличия стабильных окололунных орбит (из–за влияния Земли, Солнца и масконов под поверхностью далеко не все окололунные орбиты стабильны). Используется унифицированная посадочная платформа как для доставки модулей базы и других грузов, так и для пилотируемого КА. Любые другие варианты транспортной системы требуют разработки новых элементов и новых КА. Отсутствуют сложные стыковочные операции у Земли или у Луны, а значит не потребуется установка стыковочного узла и других систем для стыковки. Стартовать к Земле можно практически в любой момент. И главное, все операции осуществляются с привязкой к инфраструктуре базы, что позволяет избежать дублирования (одновременного строительства станции на орбите и базы на поверхности).
Схема с посадкой тяжелого СА на поверхность не является энергетически оптимальной. В предложении «Луна семь» были рассмотрены и «классические» варианты экспедиции со стыковкой на орбите Луны, однако они требуют создания не только отдельного легкого лунного корабля, но и лунного взлетно–посадочного модуля, что сильно усложняет концепцию.
Рассматривается также «Луна семь V.2.0» – версия, в которой для полетов на орбиту вокруг Луны используется не новый космический корабль, а модернизированный КА «Союз». В таком случае потребуется ракета–носитель с грузоподъемностью около 40 т на низкой околоземной орбите или многопусковая схема с многочисленными стыковками (что повышает стоимость программы и увеличивает время до начала первых полетов).

В качестве места для развертывания первого лунного поселения (скорее, «первой палатки») выбран район южного полюса Луны, а именно гора Малаперт (Malapert mountain). Это достаточно ровное плато с прямой видимостью Земли, что обеспечивает хорошие условия для связи и является удобным местом для посадки. Гора Малаперт – это «пик вечного света»: на ней в течение 89% процентов времени присутствует солнечное освещение, а продолжительность ночи, которая случается всего несколько раз в год, не превышает 3––6 суток. Кроме того, неподалеку от места предполагаемого размещения базы находятся затененные кратеры, в которых возможно обнаружение линз водяного льда.

Расчет запасов системы жизнеобеспечения базы показывает, что при умеренной замкнутости по воде и кислороду (подобной той, что уже достигалась на орбитальных станциях) для работы экипажа из двух человек достаточно отправки одного трехтонного модуля с запасами в год (а при переходе на частичное использование местных ресурсов –– даже меньше). В процессе роста базы количество членов экипажа будет увеличено до четырех человек, а значит потребуется ежегодная отправка двух модулей с грузами. Данные модули пристыковываются к базе и после использования запасов образуют дополнительные жилые объемы.
Предложенная схема развертывания, обеспечения и расширения базы требует не более 13 пусков тяжелых (а не сверхтяжелых!) ракет в год.
Модули базы самоходные, оборудованы мотор–колесами, что сильно упрощает сборку лунной «первой палатки» и снимает необходимость в срочном создании лунохода–крана для перевозки.
База первого этапа включается в себя два жилых модуля с системами жизнеобеспечения и каютами космонавтов, служебный (главный командный пост) и научный модули, складской модуль с запасами для первого экипажа и отдельный модуль–электростанцию.
Перед строительством базы с помощью унифицированной транспортной системы предлагается осуществить доставку за один пуск спутника связи на окололунную орбиту (после развертывания базы связь в ее окрестностях может обеспечиваться с помощью башни–ретранслятора, однако на начальном этапе спутник необходим) и легких автоматических луноходов (2–3 шт.) непосредственно на плато горы Малаперт. Роверы проведут окончательный выбор места развертывания базы, а также установят радио– и световые маяки для формирования сетки координат, которая поможет осуществить точную посадку модулей, заправщиков и пилотируемых кораблей.
Для защиты экипажа базы от радиации предлагается использовать вантово–стержневую крышу, которая доставляется на Луну в сложенном состоянии. В дальнейшем на крышу, после ее раскрытия, с помощью грунтомета наносится слой реголита толщиной около метра. Данный вариант предпочтительной «традиционной» засыпки модулей, так как он позволяет обеспечить доступ к внешней поверхности «бочек» и не создает дополнительных сложностей для наращивания базы (дополнительные модули просто заезжают под крышу и стыкуются к основному сооружению). Кроме того, при использовании крыши сокращается количество «земляных» работ.
В предложении «Луна семь» подробно рассмотрен также негерметичный луноход базы первого этапа, оснащенный отделяемым модулем с челюстным ковшом. Проведены оценки возможности использования одного из модулей базы в качестве герметичного лунохода. Выполнен расчет солнечной электростанции базы: большую часть ее массы составляют аккумуляторные батареи, позволяющие пережить недолгую ночь на «пике вечного света».
В качестве основной системы связи с Землей предлагается использовать лазерную установку, подобную той, что уже была испытана во время миссии LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer). Масса аппаратуры на американском зонде составляла всего 32 кг, энергопотребление –– 0.5 Вт, а скорость обмена информацией достигала 20 Мб/c. На Земле для приема были использованы четыре телескопа с диаметром зеркала 40 см. Конечно, в случае лунной базы потребуются и резервные каналы связи в радиодиапазоне.
Стоимость создания базы «Луна семь» первого (экипаж два человека) и второго (экипаж четыре человека) этапов, по предварительной оценке, составит 550 млрд руб. Возможный срок реализации проекта – десять лет от начала принятия решения, из них пять лет – непосредственно развертывание базы и работа экипажей. На третьем этапе – с появлением ядерных буксиров с двигателями малой тяги и более грузоподъемных относительно «Ангары–А5» носителей –– схема развертывания и снабжения базы меняется.

С приобретением опыта начинают вводиться новые технологии лунного строительства: надувные купола, 3D–принтеры для печати из реголита, специальная техника для создания искусственных пещер.
Цели предложенного нами проекта: закрепление за Россией одной из перспективных площадок на Луне, получение опыта строительства планетных баз и жизни на других планетах в кратчайшие сроки, тестирование отработанных на Земле технологий и методик в реальных лунных условиях, исследование Луны и поиск ресурсов. Прорабатываются и различные варианты получения прибыли – от платного телеуправления луноходами до поставок вещества и энергии.

В заключение отметим, что автор не ставил задачу противопоставить предложение «Луна семь» государственной программе (стратегии) освоения Луны. Цель лишь продемонстрировать, что возможны различные варианты такого освоения, в том числе и не «уходящие» за 2030–е и 2040–е годы.