Кубанский государственный технологический университет

Лунные зонды разобьются во имя науки

02-12-2011
Зонд Shepherding (слева) готовится регистрировать облако пыли, которое поднимет врезавшийся в Луну большой зонд-ударник (приближатеся к Луне). Рисунок с сайта www.universetoday.com

В 2008 году, вместе с запуском космического корабля Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), начнет свой отсчет миссия Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). Весь смысл миссии состоит в том, чтобы большой зонд на высокой скорости врезался в Луну, образовав при этом достаточно крупный кратер и подняв облако лунной пыли. Вслед за большим зондом в точку падения устремится его меньший собрат Shepherding Spacecraft, который также разобьется, разделив участь первого.

Но во время падения Shepherding успеет проанализировать состав облака поднятой пыли и предоставит ученым беспрецедентные научные данные для исследований.

Десятки космических кораблей разбились о поверхность Луны в период начального освоения космического пространства. Первым аппаратом, достигшим поверхности нашей небесной соседки, был советский космический корабль «Луна-2». Запущенный 12 сентября 1959 года, аппарат достиг поверхности Луны 13 сентября в районе с координатами: 0° долготы и 30° северной широты (около кратера Автолик в Море Спокойствия). Космический посланец доставил на поверхность естественного спутника Земли вымпел с изображением герба Советского Союза и разлетелся на куски.

Несмотря на трагический финал проекта, в те времена это был громадный прорыв в области космических исследований, так как даже просто попасть в Луну оказалось не так просто. Во время полета «Луны-2» коррекция ее траектории не предусматривалась, поэтому для обеспечения попадания в Луну расчетные значения параметров движения в конце активного участка должны были быть выдержаны исключительно точно. Так, например, ошибка в скорости ракеты всего на один метр в секунду, то есть на 0,01%, приводит к отклонению точки встречи с Луной на 250 км. Очевидно, что обеспечение такой точности представляет собой весьма сложную задачу. Однако эта задача была успешно решена.

Вслед за нашими космическими кораблями к Луне устремились американские зонды агентства NASA. Сначала это были такие же камикадзе, как «Луна-2», поскольку первоначальной целью Америки было просто попасть в Луну. Аппараты из серии с эффектным названием «Рейнджер» (Ranger), построенные и запущенные в начале 1960-х годов, пять раз сталкивались со спутником Земли. Во время падения камеры обреченных зондов неустанно снимали приближающуюся поверхность Луны и тут же передавали изображения на Землю. «Рейнджеры» получили первые подробные фотографии лунных кратеров и деталей их рельефа.

После таких «посадок», сопровождающихся непременной гибелью космического корабля, назрел вопрос о мягком прилунении на поверхность нашей небесной соседки. Первую мягкую посадку на Луну в феврале 1966 года совершила космическая станция «Луна-9», передав первые панорамы окружающего ландшафта.

Но даже после того, как космическая наука нашей страны, а затем и NASA (спустя 4 месяца после «Луны-9») овладели мягкими посадками на Луну, лунные зонды преследовали многочисленные аварии. Виной этому были неточные расчеты, отказы оборудования, а также плотные массивные лунные области с аномально высокими значениями силы тяжести, получившие название масконы.

Масконы тормозили движение искусственных спутников Луны, и те, не имея возможности скорректировать орбиту, неизменно попадали в объятия коварного небесного тела. Таким образом, Луна стала кладбищем для многих космических кораблей. Это — все пять американских Lunar Orbiter (1966-1967), четыре «Луны» (1959-1965), два субспутника от космических кораблей серии «Аполлон» (1970-1971), японский космический корабль Hiten (Muses-A) (1993) и Lunar Prospector космического агентства NASA (1999), закончившие свой путь в кратерах собственного изготовления.

Падение на Луну 367-килограммового орбитального аппарата SMART-1 назначено на 3 сентября 2006 года. Рисунок с сайта www.universetoday.com

Но если в начале освоения Луны ученые вовсе не хотели губить лунные аппараты, то одна из предстоящих лунных миссий — Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), наоборот, предназначена для продуманного падения космических модулей на Луну. Преддверием этого амбициозного проекта будет запланированное падение 367-килограммового космического корабля космического агентства ESA SMART-1 на выбранную область лунной поверхности.

Запущенный 27 сентября 2003 года, SMART-1 находится на орбите Луны вот уже 21 месяц (с 15 ноября 2004 года; к реализации программы научных исследований зонд приступил в марте 2005 года). Обошедшийся агентству в 110 миллионов долларов, орбитальный исследователь производил детальную съемку лунной поверхности в различных диапазонах, а также изучал след, образующийся при его движении в потоке солнечного ветра. Теперь топливо искусственного спутника Луны заканчивается, и он неминуемо упадет на поверхность ночного светила. Но чтобы падение совершилось не напрасно, SMART-1 заставят упасть так, чтобы и его кончина принесла пользу науке.

Первоначальная дата падения была намечена на 17 августа 2006 года, но для того, чтобы падение можно было наблюдать в телескопы с Земли, окончательной датой назначено 3 сентября 2006 года. Чтобы продлить жизнь аппарата, его орбиту «приподняли» на 90 километров, используя для этого остатки топлива. Как и его давние «собратья по несчастью» «Рейнджеры», SMART-1 закончит свою миссию весьма эффектно. Во-первых, он будет продолжать съемку до контакта с лунной поверхностью. Во-вторых, сообщит о своей гибели яркой вспышкой и выбросом пыли, который и станет самым ценным исследовательским материалом для ученых.

Но если за выбросом, образованным SMART-1, ученым придется наблюдать лишь с Земли, то в рамках миссии LCROSS астрономы буквально окунутся в пучину лунной пыли. Один из зондов миссии упадет первым и поднимет пылевое облако, а второй — Shepherding («Пастух») — полетит вслед за ним, но до падения успеет проанализировать состав взвешенного вещества.

Хотя для Луны подобный целенаправленный проект будет осуществлен впервые, агентству NASA уже не привыкать «атаковать» небесные объекты. Год назад (4 июля 2005 года) зонд Impactor от космического корабля Deep Impact врезался в комету Темпеля 1 с той же целью — позволить изучить состав выброса из кометы.

Как и в варианте с Deep Impact, Shepherding будет искать в первую очередь воду, которая в замерзшем состоянии может находиться под поверхностью Луны или в кратерах «вечной тьмы». Такие кратеры находятся у полюсов, а их дно, расположенное на достаточной глубине, никогда не видит солнечных лучей.

Изучение участков лунной поверхности с возможным наличием замерзшей воды крайне важно для подготовки будущих пилотируемых экспедиций на Луну, и, самое главное, для создания долговременных обитаемых лунных баз. Вода, привозимая с Земли, в полном смысле слова будет цениться на вес золота. Поэтому нужно искать ее источники на месте.

Зонд LCROSS устремляется к Луне. Рисунок с сайта www.universetoday.com

Вода — главный элемент для жизни, но не только. Молекулы воды можно расщепить на водород, необходимый для ракетного топлива, и на кислород — для дыхания. Кроме этого, вода может смешиваться с лунной пылью, и в результате получится превосходный бетон — строительный материал для лунных дорог и т. п. Немаловажным (а для Луны — одним из главных) свойством воды является способность экранировать губительные для людей излучения. Таким образом, поиски воды на Луне — главная задача программ по освоению спутника Земли человеком.

Очередные поиски воды на Луне начнутся в конце 2008 года, когда с Земли стартует аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), на борту которого будет находиться двойной зонд LCROSS, состоящий из массивной болванки и из исследовательского зонда Shepherding. После выхода на «линию огня», оба зонда отделятся от LRO и по очереди устремятся к Луне. Сначала искусственный метеорит с массой 2 тонны врежется в лунную поверхность, образовав при этом кратер диаметром 20 метров. От удара выделится энергия 10 миллиардов джоулей, а обломки и частицы лунного грунта будут выброшены на высоту до 40 километров!

За выброшенными частицами начнет охоту Shepherding, который сначала сфотографирует облако взрыва, а затем начнет анализировать его при помощи бортового спектрометра. Зафиксированные спектры тут же будут переданы на Землю для последующего детального их изучения. При помощи этих данных, исследователи надеются получить сведения о воде (H2O), молекулах ОН, солях, глине, гидроминералах и разнообразных органических молекулах. Работа спектрографа и видеокамер зонда будет продолжаться до последнего мгновения его существования.

Ученые смогут управлять аппаратом вплоть до 10 секунд перед падением. Это даст возможность прицелиться в место падения первого зонда с ошибкой не более 100 метров. При падении Shepherding создаст вспышку в три раза менее яркую, чем его «большой брат», поэтому вновь образовавшийся кратер будет пропорционально меньшим. Но астрономы надеются увидеть с Земли комбинированное облако от обоих взрывов, продолжая наблюдения уже после того, как «Пастух» будет уничтожен.

Кратер Шеклтона на Южном полюсе Луны — одно из возможных мест будущего падения зонда LCROSS (фото с сайта www.transformspace.com)

Будет ли достигнут нужный результат? Пока трудно давать положительные прогнозы, так как еще свежо в памяти падение аппарата в 1999 году. Тогда исследователи направили космический корабль в район южного полюса Луны, в надежде обнаружить воду. Но, увы, никакой воды при изучении выброса от падения не нашли.

Тем не менее миссия LCROSS имеет больше шансов на успех, так как при падении новых зондов выделится в 200 раз больше энергии, чем от падения Lunar Prospector, и возникнет больший кратер. Более того, в 1999 году за падением наблюдали лишь с Земли в телескопы. Но хотя современные оптические инструменты обладают большой мощностью, наблюдение с расстояния в треть миллиона километров не идет ни в какое сравнение с непосредственным изучением вещества при помощи приборов, специально разработанных для этой цели.

Остается только одни вопрос: куда направить LCROSS? Наилучшими местами являются, конечно, полярные кратеры с вечно темным дном, куда вода была доставлена кометами, давно замерзла и сохранилась до сегодняшнего дня в первозданном виде. Менее ортодоксальный выбор — каньоны, русла от лавы и сами лавовые натеки.

Ждать осталось недолго. Скоро мы узнаем, куда упадет LCROSS и есть ли все-таки на Луне вода.

Источник: Crashing Into the Moon... On Purpose // Universetoday.com, 31.08.2006.

Александр Козловский, Астрогалактика

‹‹