Освоение Луны: современные проекты России, Китая, США и других стран
По прошествии полувека с момента запуска программы «Аполлон» человечество вновь обратило свои мысли к освоению Луны. Исследовать спутник планируют как государственные, так и частные космические компании, так что, вероятно, в ближайшие десятилетия нас ждет новая Лунная гонка.
И сегодня мы поговорим о действующих лунных программах разных стран.
Китайская Народная Республика
В XXI веке Китай стремится захватить первенство в освоении спутника Земли. Лунную программу «Чанъэ» начали продумывать еще на рубеже веков, хотя на тот момент Поднебесная не обладала уровнем технологий, чтобы реализовать свои амбициозные планы. Но вскоре у китайцев появилась такая возможность. Аппараты «Чанъэ-1» и «Чанъэ-2» позволили сделать карту поверхности Луны. В 2013 году «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту» совершила на Луну.
Преуспел Китай и в исследовании обратной стороны спутника. Там в 2019 успешно сел «Чанъэ-4». Помимо уже стандартных процедур вроде сбора грунта и фотографировании поверхности, зонд провел био-эксперимент по созданию замкнутой экосистемы: на станции были посажены семена хлопка, одно из которых проросло, но затем погибло из-за холодной лунной ночи. Кроме того, по сей день «Чанъэ-4» отправляет на Землю снимки поверхности обратной стороны спутника. Миссия также анализирует радиосреду, чтобы оценить возможности для последующего размещения здесь радиотелескопов.
Еще больше впечатляющих миссий ожидается у Китая впереди. Зонд «Чанъэ-5» будет снабжен искусственным интеллектом (как, впрочем, и два предыдущих аппарата). В декабре 2019 года ему предстоит с помощью отработанных схем прилунения и старта добыть лунный грунт и горные породы спутника, а затем вернуться на Землю.
Запланированные миссии «Чанъэ-6, 7, 8» станут роботизированными исследовательскими станциями у южного полюса Луны. В дальнейших планах Китая — отправить своих астронавтов и построить международную лунную исследовательскую станцию (МЛИС). Для этого проекта в Поднебесной готовы сотрудничать с другими странами и частными компаниями, которые развернули собственные проекты по исследованию Луны.
После завершения программы «Аполлон» исследование Луны американцами было почти полностью прекращено. В начале 21 века в NASA заявили о стремлении вернуться на спутник Земли. В 2009 году были запущены орбитальные зонды Lunar Reconnaissance Orbiter и Lunar Crater Observation and Sensing Satellite. Их целью стали анализ лунной поверхности и поиск воды. Кроме того, LRO осуществила съемку лунных модулей, посадочных площадок и элементов оборудования, оставшихся после миссий «Аполлон». В том же году аппарат LCROSS установил, что на Луне есть вода.
В 2011 году аппараты «Эбб» и «Флоу» были запущены на Луну с целью изучения гравитационного поля и внутреннего строения спутника.
В разработке находится проект «Орион», нацеленный на возобновление полетов людей. В 2010 году проект остановил Барак Обама, однако позже в НАСА продолжили разработку и испытания пилотируемого корабля. Первые эксперименты прошли вокруг орбиты Земли. В перспективе «Орион» должен стать «космическим такси» для 4 человек.
В ближайшие годы различные частные компании намерены отправить на спутник Земли десятки лунных зондов. Например, Orbit Beyond of Edison готовит к запуску аппарат уже для 2020 года.
Новая американская лунная программа носит название «Артемида». На спутник планируют отправить мужчину и первую женщину. Ориентировочно это должно случиться к 2024 году. Для решения транспортно-логистических в НАСА планируют пользоваться услугами частных компаний. Помощь в проекте окажут SpaceX, Blue Origin и другие компании, которых набралось уже больше десяти.
SpaceX займутся разработкой корабля Starship, пригодного для полетов на Марс и Луну. Blue Origin разработает навигационную систему для точной посадки и энергетическую систему для выдерживания холодных лунных ночей. Maxar Technologies займется созданием орбитальной станции Lunar Gateway. Другие партнеры создадут технологии вертикальной посадки аппарата, а также спроектируют способы дозаправки на орбите. Менее крупные компании тоже получат индивидуальные задачи.
Россия
Россия неоднократно анонсировала и модифицировала программу исследования Луны «Сириус», будущими станциями «Луна-25» (бывшее название «Луна-Глоб»), «Луна-Ресурс-2» и «Луна-Ресурс-3». Ориентировочный старт первой миссии был назначен на 2015 год, следующие этапы были запланированы на 2020 и 2022 годов. Технически первая лунная станция была спроектирована, но проект передвинули на 2019 год. Однако и этот срок оказался нереальным: «Луна-25» перенеслась на 2021 год, но и эта дата пока не точная — например, вице-президент РАН Юрий Балега предположил, что проект осуществят до 2024 года.
«Луна-25» (а также последующие Луна-26, 27, 28) спроектирована для получения данных о внутреннем строении Луны, изучения химического состава и для исследования экзосферы. «Луна-Ресурс-1» займется картографированием минералогического состава спутника и топографией лунной поверхности.
В планах РФ есть также космический туризм. Осуществляться он будет сначала на модернизированных «Союзах», а затем на разрабатываемых ПТК НП «Русь». Ориентировочная первая экспедиция на спутник намечена на 2030 год. Роскосмос заявляет, что будет строить лунную базу с помощью аддитивных технологий (3D-печать) и местных ресурсов.
После 2035 года Россия намерена завершить постройку лунных баз.
Другие проекты
Россию, Китай и США сегодня можно назвать ведущими державами по исследованию космоса. И каждой из них впечатляющие планы по освоению Луны, и участники заинтересованы в тесном сотрудничестве друг с другом, когда дело дойдет до лунных станций, пилотируемых миссий и высадке людей на спутнике. Однако другие страны тоже занимаются исследованием Луны.
Индия успешно запустила миссии «Чандраян-1» и «Чандраян-2». Первый аппарат был выведен на лунную орбиту с помощью модернизированной версии индийской ракеты-носителя PSLV-XL в 2008 году. Зонд достиг поверхности Луны, сделав жесткую посадку. Он сообщал данные, обрабатываемые с помощью масс-спектрометра, альтиметра и видеокамеры. «Чандраян-2» был запущен в 2019 году и в данный момент находится в активной стадии выполнения миссии: посадочный аппарат «Викрам» приземлится в район 70-го градуса южной широты (южный полюс), где высадится первый индийский луноход «Прагьян». В обеих индийских миссиях участвуют научные приборы других стран, в частности, НАСА. За счет этой миссии Индия становится четвертой страной мира, которая осуществит посадку на Луне.
Небольшие успехи в освоение Луны делает и Израиль. Аппарат Beresheet от частной компании SpaceIL вышел на лунную орбиту, однако разбился во время мягкой посадки. В компании заявили о начале работ Beresheet 2.
В 2023 Япония и Индия планируют отправить к южному полюсу Луны совместную миссию для поисков воды. Японская сторона предоставит для запуска новую тяжелую ракету H-3 и управляемый луноход, а Индия — посадочный модуль. Ранее Япония также объявила о планах исследовать Луну роботами.
Напоминаем, что на русском языке вышел научно-фантастический роман Дэвида Пэдрейры «Пороховая Луна», в котором подробно и убедительно рассказано о том, как крупные державы борются за контроль над Луной во второй половине XXI века.
Источник
Проекты лунных баз: вчера и сегодня
Первая ласточка
Уже проект 1986 года соединил в себе две до сих пор актуальные идеи — активное строительство на базе местных ресурсов и разворачивание модулей из транспортного положения. Если, в проектах 50-х и 60-х годов, базу, в лучшем случае, засыпали реголитом, или выкапывали туннель в стенке кратера, то тут, в качестве защиты от метеоритов, космических лучей и экстремальных температур, предложили производить на месте из реголита лунный бетон. В лабораторных условиях из сорока грамм настоящего лунного грунта сделали однодюймовый (2,54 см) кубик бетона, который оказался в два раза прочнее обычного земного бетона. Для производства бетона нужна вода, ее крайне нерационально везти с Земли, и довольно сложно производить на месте. Поэтому в последующие годы ученые проводили эксперименты над лунным бетоном с использованием серы. Серу на Луне добыть проще, а получившийся материал имел вполне неплохие характеристики.
Идея разворачивания модулей из транспортного положения была впервые предложена в проекте советской базы «Звезда», но там модули были жесткие. Здесь же предлагалось использовать надувные модули, которые под бетонным куполом могли развернуться из небольших контейнеров в полноценные рабочие и жилые помещения без риска быть пробитыми метеоритом. Вот любопытный ролик об этом проекте:
Лунные девяностые
В 1989 году, в двадцатилетний юбилей высадки человека на Луну, американский президент Джордж Буш старший анонсировал программу, которая впоследствии получила название «Инициатива исследования космоса» (Space Exploration Initiative, SEI). В ней предполагалось строительство орбитальной станции «Freedom», возвращение человека на Луну на постоянной основе и полет к Марсу. С таким стимулом в США появилось несколько хорошо проработанных проектов лунных баз.
First Lunar Outpost (FLO), 1992
В 1992 году этот проект казался парадоксальным — в эпоху многоразовых Спейс Шаттлов все элементы FLO были одноразовыми. Сверхтяжелая ракета, построенная на базе технологий «Сатурна-V», выводила к Луне два модуля — пилотируемый и беспилотный:
Выведение пилотируемого модуля
Беспилотный модуль имел высоту целых 14 метров и после посадки весил 35 тонн. На его борту были расходные материалы для экспедиции длительностью 45 суток. Жилым блоком служил модуль станции Freedom, а энергопитание обеспечивалось солнечными батареями.
Беспилотный модуль на Луне
Пилотируемый модуль имел начальную массу 95 тонн, из которых две трети составляло топливо, и экипаж из 4 человек. В отличие от миссий «Аполлон» пилотируемый модуль садился на Луну целиком. Это было не очень экономно с точки зрения топлива, но в этом случае можно было выбирать для посадки любой участок Луны — «Аполлоны» со схемой встречи на лунной орбите могли садиться только в районе экватора.
Пилотируемый модуль
45-дневная экспедиция включала в себя три восьмичасовых выхода на поверхность в неделю на каждого астронавта и девять поездок на ровере на расстояние до 25 км. Вес научного оборудования достигал трех тонн, в них входили наборы для экспериментов по физике, геологии, астрономии и биологии. Также астронавты должны были проводить эксперименты по извлечению полезных ресурсов и производству строительных материалов из лунного реголита.
Проект погубила высокая стоимость и отсутствие коммерческого использования технологий параллельно освоению Луны — сверхтяжелая ракета была избыточна для запусков коммерческих спутников. Да и амбициозность программы SEI резко уменьшалась — несмотря на победу в холодной войне у США хватало экономических проблем.
LUNOX, 1993
Высокая стоимость FLO породила проект, который всячески старался экономить деньги. У США нет сверхтяжелой ракеты? Но холодная война закончилась, и можно договориться с Россией, у которой есть «Энергия». А астронавтов можно запускать на модификации Спейс Шаттла, на котором вместо многоразового корабля можно поставить одноразовую ступень. Возить топливо на Луну очень дорого? Хорошо, привезем только водород, а кислород добудем на месте.
Предполагалось, что на «Энергии» будут запущены беспилотные компоненты:
А астронавты полетят на одноразовой модификации шаттла:
Но на случай аварий или задержек компоненты системы проектировались универсальными и могли стартовать на любой из двух ракет-носителей.
Сначала на Луну прилетали реактор и кислородный завод. Вторым рейсом отправлялся набор из шести автоматов — два «харвестера» собирали грунт, два «танкера» перевозили кислород, а два «грузчика» должны были использоваться для работы с тяжелыми грузами. А следующими рейсами прибывали два ровера, центральный узел станции, мобильные источники энергии, научное оборудование, расходные материалы и запчасти.
Работает кислородный завод, на первом плане слева «харвестер», справа «танкер»
После шести беспилотных пусков «Энергии»/«Шаттла-С» на Луну должны были отправиться сначала 2 человека на две недели — собирать базу. Полностью собранная база затем могла принимать экспедиции из 4 человек длительностью до 45 дней. Припасы для каждой экспедиции требовали отдельного беспилотного пуска.
Собранная база
Два ровера с мобильными источниками энергии могли уходить в экспедиции на сотни километров. А после 45 дней пилотируемый модуль дозаправлялся десятью тоннами добытого из грунта кислорода и отправлялся к Земле:
Но в 1993 году NASA уже переориентировалось на строительство МКС и планы по полетам на Марс.
Early Lunar Access (ELA), 1993
Желание еще больше снизить стоимость лунных миссий привело к проекту ELA, где максимально использовались существующие наработки. Сначала ракета «Ариан-5» или «Титан-IV» выводила на орбиту разгонный блок «Центавр». Затем пилотируемый модуль на базе «Аполлона» выводился на орбиту Спейс Шаттлом, стыковался с разгонным блоком и отправлялся к Луне.
Стыковка с разгонным блоком на земной орбите
LANTR, 1994
Для перелета к Луне, посадки на ее поверхность, старта и возврата на Землю требуется очень много топлива. Желание снизить объемы топлива на каждую миссию породило интересный проект LANTR — для рейсов «орбита Земли — орбита Луны» предполагалось использовать ядерный буксир и пилотируемый аппарат, который между полетами базировался бы на МКС. А для рейсов «орбита Луны — поверхность — орбита» — шаттл на химических двигателях, водород для которых привозился бы с Земли на ядерном шаттле, а кислород добывался бы из лунного грунта.
Старт ядерного шаттла с земной орбиты
«Маус» по-русски
«Лихие девяностые» не могли полностью заглушить мечты о космосе. А удобство мобильности базы «Звезда» отечественным разработчикам терять не хотелось. В результате в 93-95 годах конструктор И.А. Козлов и астроном В.В. Шевченко, работавшие в Государственном астрономическом институте им. Штернберга, разработали проект полностью мобильной базы. На трех опорах с гусеничным приводом располагались три цилиндра диаметром 5 м и высотой 7 м. Конструкция должна была собираться на орбите и садиться на Луну целиком. Затем, для защиты от космических лучей пространство между цилиндрами заполнялось лунным грунтом. Оставалось дождаться лунного корабля с экипажем, и «лунный супертанк» мог отправляться в путь.
Кстати, сверху расположены не солнечные батареи. Недалеко от мобильной базы должен был ехать ядерный реактор и передавать 100 кВт мощности в микроволновом диапазоне. Конструкция сверху, т.н. «ректенна», выступала антенной и приемником этого излучения.
Дежавю
В 2004 году президентом Джорджем Бушем (теперь уже младшим) была анонсирована программа возвращения на Луну. В рамках программы «Созвездие» было рассмотрено множество вариантов лунных миссий, которые опирались на интересные технологические решения. Например, модули базы могли грузиться на специальные шестиногие колесные шасси и перевозиться на них:
А на переднем плане показаны два ровера LER (Lunar Electric Rover), прототип которого был построен в натуральную величину, был испытан на Земле и даже сейчас развлекает эффектными кадрами.
Но в 2010 году президент Обама закрыл программу «Созвездие», и сейчас NASA, как и 20 лет назад, нацеливается на Марс.
Частная инициатива
Интересный проект появился в последние годы в России. Проект «Луна семь» компании Лин Индастриал предполагает использование существующих отечественных наработок. В качестве пилотируемого корабля предполагается использовать освоенный «Союз» (в последнее время появилась идея использовать ТКС, который в 80-х годах летал в грузовом варианте), разгонный блок делать на базе «Фрегата», а запускать это «Ангарой». В качестве цели названа гора Малаперт в районе южного полюса Луны. Там можно будет обойтись без атомного реактора, одними солнечными батареями, а на дне кратеров должна быть вода. Интересным решением является защита от излучения и метеоритов — модули не засыпают грунтом непосредственно, а ставят над ними крышу, которую уже покрывают грунтом. Такая схема позволит перестраивать базу без проблем с откапыванием модулей. Более подробная информация — в презентации.
На переднем плане слева пилотируемый аппарат, справа — танкер с топливом на обратную дорогу. На заднем плане видны модули базы и солнечная электростанция
Кадр из презентации со схемой базы
Новые технологии
Новый директор Европейского космического агентства Йохан-Дитрих Вернер известен как сторонник идеи лунной базы. Любопытно и символично, что существующий проект ЕКА в чем-то повторяет проект 1986 года. Снова предлагается использовать надувной модуль, но на смену лунному бетону пришел 3D принтер — ровер будет печатать пористую основу и заполнять ее собранным лунным грунтом. На постройку внешнего покрытия, как предполагается, потребуется порядка трех месяцев. Видео иллюстрирует идею и понятно без перевода:
Возвращение на Луну — дело небыстрое, технологии не стоят на месте, думаю, мы увидим еще немало интересных идей для лунных баз.
Похожие публикации по тегу «освоение Луны».
Источник
