Источник
Формула гонки
В общем случае изучение Луны можно разделить на четыре этапа. Исторически самыми первыми были миссии по пролету мимо Луны или разбиванию аппарата о ее поверхность, но сейчас это нерационально, потому что межпланетная станция работала бы у Луны слишком короткое время. Впрочем, миссии, покидающие Землю, могут включать свои приборы, пролетая мимо Луны, например, по дороге к Марсу.
Композитное фото с зонда GALILEO, летевшего к Юпитеру, изображение NASA
Первый полноценный этап — зонд на орбите Луны. Это уже не совсем просто, потому что из-за неравномерности гравитационного поля Луны есть только несколько устойчивых орбит, на которых можно работать годами. На этом уровне уже можно решать задачи не только государственного престижа, повторяя достижения прошлого, но и собирать полезные научные данные, сканируя Луну в разных диапазонах.
Второй этап — мягкая посадка. Здесь задача усложняется необходимостью погасить минимум 1,68 км/с скорости (с низкой орбиты), зато научные данные дополняются разнообразной геологией, и всегда можно выбрать интересное место для посадки, где еще никто не побывал. Посадочную станцию можно дополнить луноходом, что резко расширит как объемы научных данных, так и количество красивых фотографий, которые увидит весь мир.
Третий этап — возвращение образцов. Инженерные вызовы дополняются необходимостью решить задачи старта с Луны, навигации и прицеливания по дороге домой, а также мягкой посадки уже на Землю. Зато привезенные образцы с восторгом будут разбирать ученые, и появятся крайне наглядные свидетельства успеха страны в виде экспонатов в музеях.
Четвертый этап — пилотируемая программа. В глобальном смысле, конечно, когда-нибудь человечество начнет жить в космосе на постоянной основе, но пока что пилотируемая лунная программа — это очень дорого и доступно только крупнейшим экономикам планеты или же совместной работе многих стран.
Начало
Все участники новой лунной гонки стартовали почти в одно время. Формально, конечно, была японская миссия 1990 года из двух спутников — «Хитэн» и «Хагоромо», но перерыв в 17 лет до следующего полета не позволяет засчитать ее как входящую в последовательную программу. Все же нет ничего удивительного, что первыми полетели японцы. 14 сентября 2007 к Луне отправились три спутника — большой «Кагуя» и два маленьких — «Окина» и «Оуна».
«Кагуя» отделяет малые спутники, изображение JAXA
«Кагуя» несла на себе 13 приборов, среди которых были камеры, спектрометры, радар, лазерный альтиметр, детекторы плазмы и другие. Два маленьких спутника использовали радиодиапазон: «Окина» работал как ретранслятор и измерял гравитационное поле Луны при помощи эффекта Доплера, «Оуна» использовал интерферометрию со сверхдлинной базой для той же цели, потому что около лунного лимба эффект Доплера не работал (зонд смещался вбок, а не ускорялся/замедлялся относительно земного наблюдателя).
В результате работы японской «триады» мы узнали много интересного. Прежде всего, вопреки предположениям ученых, никакая точка лунной поверхности не была освещена все время. В районе северного полюса максимальная освещенность составляла 89%, южного — 86%. Это накладывает определенные требования на конструкцию приполярных посадочных станций или лунной базы — если бы нашлись всегда освещенные места, то там можно было бы развернуть солнечные панели без необходимости в аккумуляторах. Зато зоны постоянной тени были обнаружены в изобилии, и это хорошо, потому что там холодно и в какой-то форме есть водяной лед.
Карта освещенности полюсов, изображение JAXA
Увы, на поверхности льда обнаружить не удалось — очень чувствительная камера, заглянув в кратер Шеклтона, не заметила блеска.
Фото кратера Шеклтона, изображение JAXA
Кроме того была составлена очень подробная карта Луны и ее гравитационных аномалий, а также обнаружены слои базальта и реголита в лунных морях и слой анортозита в кратере Тихо.
Чуть больше, чем через месяц, 22 октября, к Луне отправился китайский «Чанъэ-1» (назван в честь богини Луны). Инженерные проекты длятся годами, так что это значит, что работы велись одновременно и уже можно говорить о «гонке». Китайский аппарат был чуть легче (2,3 тонны против 2,9 «Кагуи»), зато нес 24 прибора — камеры, спектрометры, радиометры, детектор частиц, лазерный высотомер и другие.
Макет «Чанъэ-1», фото Hong Kong Science Museum
Результатом работы аппарата стала самая качественная на тот момент карта Луны и много данных о распределении химических элементов.
Распределение железа, в пункте b слева данные «Чанъэ-1», справа — американского Clementine 1994 года, источник
Распределение урана (сверху) и калия на Луне, источник
Через год, 21 октября 2008 (что тоже означает, что работы велись параллельно), к Луне полетел индийский зонд «Чандраян-1» с пенетратором. Он был самым легким (1,3 тонны), но стал самым большим ньюсмейкером. Именно по его данным было подтверждено наличие на Луне воды. Причем сразу двумя способами — с орбитального аппарата и пенетратора. На спутнике одним из 11 научных приборов стоял американский Moon Mineralogy Mapper, по данным которого получили карту распределения воды (синее) и железа (красное) на Луне.
Распределение воды и железа, изображение ISRO/NASA
А на пенетраторе стоял очень чувствительный спектрометр, который во время снижения зафиксировал наличие молекул воды в окололунном пространстве.
Самый высокий пик на 18 — вода. Изображение ISRO
Кроме того, аппарат опроверг широко распространенное убеждение, что реголит почти полностью поглощает солнечный ветер. В реальности оказалось, что 20% отражается обратно.
Распределение отражения солнечного ветра, изображение ISRO
Все три аппарата первой волны завершили работу в 2009. Японский и китайский были управляемо сведены с орбиты, а индийский сломался и до сих пор крутится вокруг Луны.
Китай вырывается вперед
В конце нулевых наиболее вероятным лидером азиатской лунной гонки виделась Япония. Но в реальности им оказался Китай. Уже 1 октября 2010 в полет отправился «Чанъэ-2», который по длительности и сложности миссии был сравним с аппаратами NASA или ESA. Проработав до лета 2011 на лунной орбите, зонд перешел на гало-орбиту вокруг точки L2 Земля-Луна (расположена за Луной), а затем отправился к астероиду (4179) Таутатис, посетив который, стал аппаратом для отработки дальней связи и проверки длительно функционирующих межпланетных станций — он улетел уже в сотни раз дальше Луны и до сих пор работает.
Главной задачей «Чанъэ-2» было составление подробной карты и подбор мест для будущих посадок. Для этого его перевели на орбиту с перицентром (нижней точкой) всего 15 км. Это позволило получить стереоскопическую карту всей поверхности с разрешением 7 метров на пиксель и отдельные изображения с разрешением 1,3 метра, лишь в пять раз хуже сегодняшнего рекордсмена, аппарата NASA LRO, который для этого переводили на специальную пониженную орбиту уже после выполнения основной программы.
Фото Китайского космического агентства
Астероид Таутатис. Фото «Синьхуа»/CAS
А в 2013 году Китай успешно выполнил второй этап — мягкую посадку. Аппарат «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту» успешно прилунился 14 декабря, пусть и с недолетом относительно запланированного района.
Посадочная ступень, фото Китайского космического агентства
Луноход, фото Китайского космического агентства
Луноход проработал 31 месяц (пусть и потерял способность передвигаться на втором), а вот посадочная станция функционирует до сих пор (летом с нее фиксировали сигнал). Впервые на поверхности Луны появилась долговременная обсерватория. Результатом работы стали данные по геологии, астрономические наблюдения и, конечно, гордое фото флага Китая на поверхности Луны.
Структура грунта под местом посадки, данные георадара, изображение CAS
Плазмасфера Земли в экстремальном ультрафиолете, изображение CAS
Параллельно Китай стал готовиться к следующему шагу — возврату образцов лунного грунта. Для этого 23 октября 2014 года к Луне запустили тестовый стенд «Чанъэ-5Т1», который проверил технологические решения для мягкой посадки на Землю аппарата, возвращающегося со второй космической скоростью.
Спускаемый аппарат после посадки
Сегодня и завтра
У Китая был второй, резервный, набор из посадочной ступени и лунохода на случай неудачи «Чанъэ-3». Раз миссия оказалась успешной, следующую задачу имело смысл усложнить. Поэтому четвертый аппарат решили отправить на обратную сторону Луны. Но для этого нужен ретранслятор — напрямую связаться с обратной стороной невозможно. Эксперименты «Чанъэ-2» с точкой Лагранжа L2 проводились в том числе и поэтому — для ретранслятора это очень удобная орбита.
Изображение Planetary Society
20 мая 2018 к Луне отправился аппарат «Цюэцяо». Название («Сорочий мост») взято из китайской легенды, это мост из птиц через Млечный путь, раз в год соединяющий влюбленных. Главная его задача — стать ретранслятором для обратной стороны, но на него установили также научное оборудование — нидерландский низкочастотный радиотелескоп. Вместе с «Цюэцяо» полетели два 45-килограммовых спутника «Лунцзян-1» и "-2". К сожалению, один сломался и не смог выйти на окололунную орбиту, но второй успешно функционирует, наблюдает за небом в радиодиапазоне и делает фотографии — у него есть камера производства Саудовской Аравии.
Макет «Цюэцяо», источник
Виды Луны с «Лунцзян-2», фото CNSA
А 7 декабря 2018 полетел «Чанъэ-4», который должен будет совершить посадку в бассейне Южный полюс – Эйткен. Его конструкция очень похожа на «Чанъэ-3», но есть и различия. С посадочной платформы убрали ультрафиолетовый телескоп, зато установили вторую камеру, дозиметр нейтронов, низкочастотный спектрометр (для изучения солнечных вспышек) и 3-кг контейнер с семенами и яйцами насекомых, которые должны образовать замкнутую по кислороду экосистему. С ровера сняли манипулятор, но поставили радиоизотопный обогреватель (теперь ожидаемый срок работы 3 месяца), спектрометр VINS и шведский анализатор нейтральных частиц ASAN. Георадар на луноходе оставили, так что фотографии будут дополняться структурой грунта на десятки метров вниз.
Запуск прошел успешно, аппарат сейчас находится на пути к Луне. Траектория настолько хороша, что первую коррекцию в субботу отменили. Вторую коррекцию выполнили в воскресенье. Посадка ожидается в начале 2019, потому что сначала аппарат выйдет на орбиту вокруг Луны и некоторое время пробудет там, проверяя системы и готовясь к прилунению.
Ну и, возвращаясь к азиатской лунной гонке, стоит отметить, что в 2019 году будет еще два связанных с ней события. На 31 января запланирован старт индийской миссии Чандраян-2 из орбитального аппарата и посадочного с луноходом. А в декабре 2019 должна отправиться в полет первая китайская миссия по доставке лунного грунта «Чанъэ-5».
Комментарии (31)
MyshinyjKorol
10.12.2018 08:58Впервые на поверхности Луны оказался телескоп.
Если телескоп ультрафиолетовый (а ниже говорится, что сняли с Чаньэ-4 именно такой), то не впервые (Аполлон 16).
mukoladerevlo
10.12.2018 09:24и 3-кг контейнер с семенами и яйцами насекомых, которые должны образовать замкнутую по кислороду экосистему.
где можно почитать про кислородную систему на основе насекомых? и зачем это делают, для эксперимента?
lozga Автор
10.12.2018 10:04Самое подробное описание, думаю, на сайте «Синьхуа». Да, это биологический эксперимент — растения выделяют кислород, животные его потребляют.
p_fox
10.12.2018 09:36" к Луне полетел индийский зонд «Чандраян-1» с пенетратором"
С чем?!
" но стал самым большим ньюсмейкером."
Кем-кем стал?
На каком языке вообще статья?
lozga Автор
10.12.2018 10:00+1Пенетратор — ударный зонд. Термин используется от сайта ИКИ до орфографического словаря.
С ньюсмейкером вопрос чисто стилистический, обыгрывается «был самым маленьким но стал самым большим». Лучше варианта я не придумал.
Простите за любопытство, но мне бы хотелось задать пару вопросов:
1. У вас слово «компьютер» тоже вызывает возмущение?
2. Что вы предлагаете делать? «Хорошилище грядет по гульбищу из ристалища на позорище в мокроступах»?
saag
10.12.2018 13:26Уран на Луне, это часом не ошибка?
lozga Автор
10.12.2018 13:50+2Нет, не ошибка. Планеты формировались из протопланетного диска, где были и тяжелые элементы (которые рассеялись в пространстве после взрывов сверхновых) и случайный атом урана из диска мог оказаться как на Земле, так и на Луне или, например, Марсе. Кстати, «Кагуя» уран тоже находила. Увы, обнаруженные концентрации пока непригодны для промышленного освоения, а то был бы еще один стимул на Луну лететь.
Lexxnech
10.12.2018 14:25+1а то был бы еще один стимул на Луну лететь.
Это что должно на Земле произойти, что бы природный уран имело бы смысл на Луне добывать? Даже с гелием-3 натяжки выходят, а тут уран, который стоит ~65$ за кило.
Он в разы дешевле даже не золота, а серебра.striver
10.12.2018 14:33+1Это что должно на Земле произойти, что бы природный уран имело бы смысл на Луне добывать?
Стоимость запусков упали в 100-1000 раз, постоянное поселение на Марсе (население 5-10 миллионов), полный запрет на добычу ископаемых на планете. Нужный вариант подставьте/придумайте сами.Lexxnech
10.12.2018 15:03Стоимость запусков упали в 100-1000 раз
Этого мало. Нужна еще и копеечная инфраструктура по добыче и доставке добытого. Причем не просто дешевая, а более дешевая чем на Земле. А это, ровно как и
постоянное поселение на Марсе (население 5-10 миллионов), полный запрет на добычу ископаемых на планете.
никак не идет по сценарию «был бы еще один стимул на Луну лететь.»
Сценарии «какая может быть промышленная инфраструктура в космосе, если у нас уже есть еще большая инфраструктура где-то еще в космосе» не интересны. Если на вопрос «как и зачем мы будем осваивать Луну?» мы начинаем отвечать с вводных уровня «сперва допустим, что у нас на Марсе колония» или «для начала предположим мы уже добываем ресурсы только в космосе» то значит у нас есть проблемы с реалистичными сценариями промышленного освоения космоса.
lozga Автор
10.12.2018 15:00Можно придумать пик урана, но тогда мощный толчок получает закрытый ядерный топливный цикл. Так что да, пока со стимулами тяжко )
huhen
10.12.2018 15:54Смысл может появится если его не отправлять на землю, а использовать там(например для заправки РИТЭГов). Отправка урана с земли достаточно рисковое занятие.
Lexxnech
10.12.2018 17:25Во первых, в контексте «стимула лететь на Луну» это достаточно бессмысленно. Как я уже писал в комментариях выше, если для инфраструктуры в космосе вам нужна другая инфраструктура в космосе, то из этого следует одно — стимулом для освоения космоса эта инфраструктура являться не может.
Во вторых, уран топливом для ритегов не является.
В третьих, природный уран даже для ядерных реакторов является плохим топливом, требующим либо обогащения, либо использования тяжелой воды. То есть к инфраструктуре добычи потребуются еще и реакторы и заводы по разделению изотопов. Все это стоит очень дорого даже на Земле, а на Луне ценник будет совершенно астрономический.vassabi
10.12.2018 23:19кстати, вместо ритегов сейчас усиленно работают над реактором, работающем на уране: kilopower. Так что его есть смысл получать на Луне — заражения биосферы нет, затраты на подъем и разгон — минимальные (нет атмосферы, меньше сила тяжести).
Lexxnech
11.12.2018 07:59Эх, ну написал же, природный уран для этого не пригоден. А kilopower использует даже не обычный реакторный уран, а высокообогащенный (более 90% u-235, при 0,7% в природном). Сколько нужно закинуть реакторов, что бы оправдать инфраструктуру и по добыче и по обогащению? Или что бы было понятнее — на какое потребление в гигаваттах рассчитываем на Луне и что с этого планируем иметь? А то пока такая идея выглядит как строительство шельфовой подледной нефтедобывающей платформы и завода по нефтепереработке, для заправки двух мопедов, одного трактора и одного дизельного генератора на полмегаватта.
black_semargl
11.12.2018 10:15Для того чтобы окупить запуск добывающего завода — достаточно добыть всего несколько тысяч тонн урана.
Если на Луне есть месторождение тяжёлых металлов — то проект вполне имеет шанс окупиться.Lexxnech
11.12.2018 10:38достаточно добыть всего несколько тысяч тонн урана.
Уран стоит 65$ за кг. 10000 (10 это достаточно «несколько»?) тонн стоят 650,000,000$.
За такую сумму максимум можно что-нибудь вроде Луны-16 отправить, а не завод по добыче. И добыть не тысячи тонн урана а 100 грамм реголита с места посадки.
При текущей цене за уран возить с Луны его бессмысленно даже если он там уже лежит штабелями добытый и готовый к отправке. Просто доставка топлива на поверхность Луны за кг будет дороже.black_semargl
11.12.2018 12:15За 650 млн можно десять раз запустить флакон.
Ну пусть пять раз и привезти на Луну 50 тонн завода на которые уйдёт вторая половина суммы. Завод не научная аппаратура, ему особо дорогим быть не с чего.
А дальше просто переработка породы пока не сломается. Хоть десятки лет.
Ну и не только уран у него будет на выходеLexxnech
11.12.2018 14:11Один фалькон на Луну 10 тонн не посадит. Он на ГПО 8 тонн пускает в одноразовом варианте, а на Луну хорошо если 4 тонны. Но допустим даже 12 фальконов.
Насчет завода Вы серьезно сейчас? Завод, способный годами перелопачивать десятки-сотни тысяч тонн породы, с энергоснабжением, температурной регуляцией и прочим, полностью автономный, не требующий никакого обслуживания и при этом мобильный, будет весить 50 тонн и стоить менее 350 миллионов?
Блин, да даже на Земле такую штуку с руками оторвут.
И потом еще уран на Землю доставить надо — видимо Вы предложите еще один завод, который будет ракетное топливо делать? Потому что на каждый кг урана на поверхности нужно кило топлива минимум, это даже без учета массы грузового аппарата. А сейчас даже на орбите цена килограмма топлива в десятки раз выше, чем цена кило урана.
И еще
Завод не научная аппаратура, ему особо дорогим быть не с чего.
Мне кажется, что Вам стоит подкинуть эту идею JPL. Незачем отправлять дорогие аппараты, проще ставить приборы на предложенные Вами заводы — будет гораздо дешевле.black_semargl
11.12.2018 15:09Один фалькон на Луну 10 тонн не посадит.
Если выводиться только на НОО а дальше лететь на электродвижках — то на лунную орбиту можно привезти порядка 10-15 тонн. И завод надо по большому счёту там и оставить, а на поверхности иметь только катапульту по запуску грунта — тогда не будет проблем с полумесяцем темноты.
Завод, способный годами перелопачивать десятки-сотни тысяч тонн породы, с энергоснабжением, температурной регуляцией и прочим, полностью автономный, не требующий никакого обслуживания и при этом мобильный, будет весить 50 тонн и стоить менее 350 миллионов?
По сути, весь завод — просто индукционная печка для испарения породы. Плавно повышаем температуру — и у нас все вещества последовательно сублимируют и оседают в разных сборниках.Lexxnech
11.12.2018 16:46Извините, это не серьезно. У Вас и бесплатная электроракетная платформа на орбиту Луны бесплатно выходит, и катапульта грунт прямо на орбиту кидает, и грунт сам себя в катапульту загружает, причем это все без затрат энергии, судя по всему (раз инфраструктура на поверхности не испытывает проблем лунной ночью), и все это бесплатно в разработке.
В реальном мире, даже при 20% содержания урана в грунте и плотности в 2,5г/см^3, для добычи 10000 тонн урана потребуется перелопатить грунт на площади 50*50 метров на 8 метров вглубь, но у Вас это незначимая мелочь. Катапульта, даже с КПД 80%, за 10 лет при отправке такого количества грунта на лунную орбиту будет требовать ~0,3 мегаваттного реактора только на разгон при работе в 24/7. А тут у нас вылезают сверхпроводящие катушки, принципиально импульсный режим, который не позволит просто так задействовать 0,3 мегаваттный реактор, и ускорение в 140g, что бы ограничить длину катапульты хотя бы 1км, потом разгоняемое нужно будет довыводить на круговую орбиту и ловить заводом. У Вас же это такие мелочи, что на фоне орбитальной печки даже не достойны упоминания.
Kosmoss
12.12.2018 13:11Хотел спросить — если со спутника можно видеть уран (а как?), то может и что-то более ценное можно увидеть? Золото, или еще чего. Из-за урана и тем более железа лететь не стоит.
Теоретически, на Луне должно быть больше полезных ископаемых, потому что когда формировалась Земля, она была расплавлена и все тяжелые элементы ушли в ядро планеты. Ресурсы тяжелых элементов что есть сейчас — это результаты поздней бомбардировки. На Луну же астероиды должны были чаще падать чем на Землю, если она к тому времени была, поэтому там должно быть больше ресурсов.lozga Автор
12.12.2018 13:14Для того, чтобы увидеть используют главным образом спектрометры. Хотя есть и другие варианты, воду, например, ищут детекторами нейтронов.
Проблема с ресурсами состоит в том, что самые дорогие вещества производятся искусственно. Из естественных ископаемых самые дорогие — золото, платина, алмазы, но все равно стоимость добычи в космосе пока что делает экономически невыгодной их добычу. Даже на Земле, например, алмазное месторождение в кратере Попигай (Сибирь) экономически невыгодно разрабатывать.
Javian
офф Двусмысленность в «азиатская лунная гонка» — других участников в мире нет. Россия с Луна-гроб только на картинках. НАСА — оно везде и с агентством никто соревноваться не может. Скорее гонка развивающихся стран.
vassabi
То есть вы хотите сказать, что ни у Японии, ни у Индии не было миссий на Луну?
(И нет будущих планов стать первыми по каким-то параметрам, как же как же)
Javian
Хочу сказать, что интерес есть у этих стран. Другие или не могут, или не интересно. Конкуренция Пекина, Дели и Токио происходит во всем. Луна — это одно из проявлений. Еще для полноты картины не хватает Пакистана.