11 августа 2023 года с космодрома Восточный ракетой-носителем «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат» планируется запустить к естественному спутнику Земли первую в современной истории России автоматическую станцию «Луна-25». Ей предстоит совершить мягкую посадку в окрестности Южного полюса Луны для изучения лунных реголита и экзосферы.
Пресс-служба Института космических исследований Российской академии наук задала вопросы о научных приборах миссии руководителю группы планирования комплексом научной аппаратуры «Луны-25» Максиму Литваку, профессору РАН, доктору физико-математических наук, заведующему лабораторией нейтронной и гамма-спектроскопии отдела ядерной планетологии ИКИ РАН.
— Максим Леонидович, расскажите, пожалуйста, какие основные цели и задачи миссии «Луна-25»?
— Ее цели можно разделить на технические и научные. На данный момент прошло почти полвека с момента нашей последней миссии на Луну — посадочного аппарата «Луна-24». В XXI веке вообще никто на Луну успешно не садился, кроме китайцев. Даже американцы не садились, их программа все время сползала вправо, закрывалась и видоизменялась. За это время сменились несколько поколений инженеров. Так что полноценный опыт утрачен, и не только у нас.
Сегодня, когда анализируешь прошлые исследования, например, создание и использование буровых установок, порой возникает вопрос, как люди в те времена могли такое сделать? Ведь они это делали с нуля, они мало знали о Луне, у них не было современных методов компьютерного моделирования. Нужно было решать задачи только за счет огромного количества натурных испытаний.
При этом надо было организовать огромное количество предприятий, которые бы работали над единой задачей, — это очень важная часть такого сложного проекта, чтобы достичь цели.
А с точки зрения науки, самая важная задача, если говорить упрощенно, — сесть туда, куда никто не садился. Сейчас все целятся на полярные области, этот район интригует всех в научном сообществе. В грунте района посадки «Луны-25» есть признаки льда, это видно по данным с орбиты. В экваториальных областях, куда садились ранее, этого нет.
Но я подчеркну, что аппарат не просто сядет туда, куда никто не садился и где есть интересные области с большим содержанием водяного льда и летучих соединений. Главное — полноценно исследовать эти области. Для этого на «Луне-25» подобран самосогласованный комплекс научных приборов.
Для изучения распределения льда на «Луне-25» стоит нейтронный и гамма-спектрометр АДРОН-ЛР, который может провести такой анализ на наличие водяного льда дистанционно. Но — что особенно важно — на станции есть манипулятор ЛМК (сокращение от «лунный манипуляторный комплекс»), способный раскопать реголит и взять его образцы.
Когда он это сделает, он сможет доставить грунт прямо в лазерный масс-спектрометр ЛАЗМА-ЛР. Кроме того, на манипуляторе установлен инфракрасный спектрометр ЛИС-ТВ-РПМ, при помощи которого можно «заглянуть» в раскоп или отвалы и тоже попытаться найти водяной лед.
Мы планируем, что работа «Луны-25» продолжится хотя бы земной год, за который мы тщательно изучим реголит на маленьком кусочке поверхности Луны около космического аппарата и до глубин в первые десятки сантиметров.
— Вы назвали приборы для изучения грунта. Но на «Луне-25» есть и другие эксперименты?
— Миссия «Луны-25» нацелена именно на изучение грунта, поэтому большая часть массы научной аппаратуры отведена для этой цели. Нужно еще помнить, что массы полезной нагрузки не так много, всего около 30 кг, поэтому другие научные приборы отбирались очень тщательно.
Интересная задача, которая имеет прямое отношение к дальнейшему освоению Луны, — изучение лунной пыли. Для этого предназначен прибор ПмЛ (сокращение от «пылевой монитор Луны»). Он весит не так много, чуть больше килограмма, а его результаты будут очень полезны. Если на Луне работать долго, то пыль вместе с радиацией могут принести много неприятностей и людям, и технике.
Наконец, прибор АРИЕС-Л будет изучать лунную экзосферу. Это очень и очень разреженная оболочка вокруг Луны, состоящая из ионов и нейтральных атомов. Очень интересно измерить их энергии и концентрации в новой для нас точке — не на экваторе, а в полярной области.
— Насколько сложно было отрабатывать научные приборы?
— Конечно, проблемы были. Я могу так сказать, что отчасти неоднократные «сдвижки» по времени запуска нам даже помогли. Благодаря этому мы смогли по максимуму испытать и отработать научную аппаратуру, и создать самосогласованный научный комплекс для изучения реголита и экзосферы. Главным, как и в случае любой сложной космической техники, было не просто испытать прибор на различные нагрузки в рамках технического задания. Еще надо было понять — как мы сможем проводить необходимые исследования в реальных лунных условиях.
У нас есть манипулятор ЛМК, который будет работать с грунтом, но свойств грунта мы сейчас не знаем точно, так как никто до сих пор не садился в полярных областях Луны. В ИКИ был создан специальный криогенный вакуумный стенд для отработки работы с имитатором лунного грунта, который, используя свой опыт и наработки, нам предоставил Институт геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН. Мы его засыпали в этот стенд, добавляли воду в разных концентрациях, замораживали до «лунных» температур и копали технологическим образцом манипулятора. Это дало очень большую пищу для размышлений — как мы сможем на Луне копать реголит, в том числе, если в нем будет водяной лед.
С помощью работ на стенде мы узнали, что если в грунт добавить порядка 1% воды и заморозить в вакууме, то по прочности он начинает походить на бетон. Тем не менее мы убедились, что все равно можем копать и такой грунт — как конструкция нашего ЛМК это позволяет. Конечно, район раскопа остается ограниченным — только вблизи космического аппарата. «Луна-25» — не луноход, который может удаляться от места посадки. Но в рабочей зоне манипулятора можно попробовать разные места. Если в грунте попадется камень, то его можно будет обойти.
— Как будет выглядеть работа станции на поверхности Луны? В первые и во вторые лунные сутки (лунации)?
— Здесь начать нужно с камер. На «Луне-25» установлен комплекс СТС-Л из 8 камер. В его составе две посадочные камеры, которые установлены внизу аппарата и «смотрят» на поверхность во время посадки. Данные, полученные с них, будут использованы при создании системы высокоточной посадки для следующих лунных миссий. Соответственно, после посадки они перестанут работать.
Кроме них, есть четыре панорамные камеры на разных сторонах аппарата. Если все пойдет, как запланировали, то аппарат окажется на поверхности почти сразу, как Солнце взойдет над горизонтом. В первый лунный день (лунные сутки называют лунацией) они будут снимать панораму. Мы постараемся это делать настолько часто, насколько будут позволять доступные ресурсы (объем телеметрии, потребление). В результате можно будет смонтировать «кино», как меняется панорама вокруг аппарата в течение дня. И еще есть стереокамеры, которые будут наблюдать за работой ЛМК.
Так как мы пока не знаем, что увидим, то конкретную программу действий в следующие лунации мы будем составлять по результатам наблюдений, полученных в первую лунацию. Во вторую и последующую лунацию будет сложнее, так как панорамные камеры рассчитаны на работу только в первую лунацию, и после лунной ночи они вряд ли смогут работать. Плюс, по опыту прошлых миссий, обычно хорошие идеи, как проводить исследования, приходят на основе анализа и интерпретации первых полученных данных.
Но, конечно, предварительная программа уже сформирована. Для манипулятора ЛМК, в частности, есть программа-минимум и программа-максимум. Первая состоит из расчековки манипулятора из транспортного положения, где он закреплен на космическом аппарате на время старта, перелета и посадки, и его перевода в рабочее положение, когда он будет готов к движениям. В этом случае ЛМК пройдет функциональную проверку, и дальше его будут только рутинно переводить из одного положения в другое, чтобы минимизировать перегрев на Солнце и стабилизировать тепловой режим.
Если все процедуры посадки и проверки научной аппаратуры пройдут в штатном режиме, то у нас останется время, чтобы провести короткую программу исследований, включая первый забор образца грунта, уже в первый лунный день. Здесь нужно понимать, что мы сможем работать только утром или вечером. В лунный полдень работа не планируется. ЛМК и другая аппаратура может просто перегреться.
Все действия ЛМК мы будет протоколировать уже упомянутыми стереокамерами. Они установлены на той же стороне, что и манипулятор, и «глядят» на рабочую зону около космического аппарата, где будет производиться раскоп и взятие образцов.
Мониторинговые приборы АДРОН-ЛР, АРИЕС-Л и ПмЛ, для которых не важен непосредственный контакт с грунтом и которые наблюдают за окружающей обстановкой дистанционно, начнут работать в первую лунацию.
— А каким будет продолжение исследований «Луны-25» с точки зрения именно научных операций на самой Луне?
— На данный момент в российской лунной программе уже планируются следующие посадочные станции на базе развития конструкции «Луны-25». После «Луны-26», которая будет спутником Луны, последуют две посадочные станции. «Луна-27» должна доставить буровую установку на Луну, а «Луна-28» доставить грунт из полярной области Луны на Землю.
На мой взгляд, самый интересный вариант изучения Луны — это луноход. Но луноход, способный удовлетворить всем нашим требованиям по научным задачам, должен быть довольно большим аппаратом с массой от сотен килограммов и вплоть до тонны. На нем должна быть буровая установка, манипулятор, специализированная аппаратура. Сразу создать такой тяжелый луноход довольно трудная задача, поэтому будем двигаться поступательно и начнем с небольшого лунохода весом порядка 100 кг. Но эти планы будут развиваться уже, соответственно, на базе результатов «Луны-25».
