Космическая вода

В России готовятся к запуску автоматической станции «Луна-25». Космический аппарат совершит мягкую посадку в районе лунного Южного полюса и доставит туда 30 кг полезного груза. В том числе восемь уникальных приборов, которые будут исследовать спутник Земли. Разработчики оборудования из Института космических исследований РАН рассказали «Известиям», как оно будет работать и какие научные открытия можно сделать с его помощью.

— Наша зона ответственности условно начинается после посадки. Планируемый срок службы аппарата составляет один земной год. Важнейшие задачи — исследовать элементный состав реголита (грунта) и экзосферы (плазменно-пылевой оболочки) Луны, — сообщил академик РАН, научный руководитель ИКИ РАН Лев Зеленый.

Он пояснил, что все вещества на земном спутнике — это ценные ресурсы, которые в дальнейшем помогут в освоении космического пространства. Важнейшие из них — это частицы воды, которые содержатся в реголите, и редкоземельные металлы, которые на Луну приносили метеориты.

При этом Лев Зеленый подчеркнул, что ученые не были бы самими собой, если бы не стремились заглядывать далеко «за горизонт». В частности, они надеются, что лунная экспедиция поможет понять, как появилась жизнь на Земле.

— Вода, если она будет найдена, — это не только полезное ископаемое, но и ценный объект для изучения. Существует гипотеза, что на Луну ее принесли кометы, — рассказал академик.

Он пояснил, что ядра кометы — это, по сути, куски грязного льда, которые могут содержать органические молекулы. Ученый считает, что, если в «лунной воде» будет найдена органика, это докажет ее космическое происхождение. Это может иметь значение для понимания того, как жизнь появилась на нашей планете.

Панорамное «зрение»

Сотрудники ИКИ рассказали, что научное оборудование «Луны-25» — это самосогласованный комплекс. Каждый входящий в него аппарат имеет самостоятельное значение, но наибольших результатов можно добиться при их общей работе. Первой на станции включат прибор СТС-Л — это телевизионный комплекс, который состоит из восьми камер.

— Одна камера начнет работать еще на орбите, фотографируя лунную поверхность. Это позволит уточнить место посадки и собрать данные о рельефе спутника в южной приполярной зоне. Это важно для следующих экспедиций, — рассказал главный конструктор проекта СТС-Л Иван Полянский.

Также он сообщил, что во время прилунения камеры будут снимать окрестности в панорамном режиме. Это нужно, чтобы в дальнейшем разработать систему автоматического выбора места посадки. Такая система будет реализована на следующей лунной станции. Она обеспечит большую надежность, чем нынешнее снижение «Луны-25» по баллистической траектории.

После посадки комплекс СТЛ-С будет выполнять съемку лунных окрестностей в районе прилунения и протоколировать ход экспериментов, помогая ученым получать визуальную информацию и управлять манипулятором при копании и заборе грунта. Для выполнения этой операции специалисты используют роботизированную «руку». В истории отечественной космонавтики такое решение применяется впервые. Прежде межпланетные станции использовали бурильные установки. «Рука» оснащена ковшиком для копания и «шприцем» для забора грунта. Их внутренний объем составляет 5 и 3 куб. см соответственно.

При этом у агрегата есть пять приводов, которые обеспечивают ему шесть степеней свободы. Его рабочая область — это сектор примерно 45 см на 130 см. Манипулятор сможет заглубиться на 30–40 см. По мнению ученых, этого достаточно для того, чтобы обнаружить воду.

— ЛМК («Лунный манипуляторный комплекс». — «Известия») легкий, всего 5,5 кг. Он двигается медленно, но усилия развивает хорошие. Во время испытаний на Земле был создан аналог реголита, который смешивался с 1,5% воды и замораживался до –100 ℃. В таких условиях грунт превращался в камень. Но манипулятор справлялся. Он срывал куски льда и забирал их в качестве образцов «породы», — рассказала руководитель лаборатории робототехнических систем для планетных исследований ИКИ РАН Татьяна Козлова.

Управлять прибором ученые будут с помощью циклограмм — сообщений с программой действий. Перед каждым этапом они будут проверять правильность работы манипулятора.

Левитирующие частицы

Одно из самых загадочных явлений на Луне — это пыль. Она состоит из твердых микрочастиц неправильной формы, у которых есть острые зазубрины. Пыль опасна для человека, поскольку раздражает кожу, попадает в глаза и забивает дыхательные пути. Также она «ослепляет» приборы, оседая на сенсорах и закрывая солнечные батареи. Ученые выяснили, что поднять пыль на Луне может не только механическое воздействие, но и естественные причины.

— На рассвете под воздействием солнечных лучей доля частиц электрифицируется и поднимается вверх. При этом положительно заряженные частицы остаются на поверхности. Так образуется электрическая волна, которая «катится» вместе с границей света и тени по Луне, вздымая фонтаны пыли. Они потом долго «висят» над поверхностью, образуя в лучах рассветного солнца «багровый туман», — объяснил «Известиям» главный научный сотрудник отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН Александр Захаров. Он разработал прибор для изучения лунной пыли в составе станции «Луна-25».

Ученый добавил, что пока не существует окончательно понимания механизма левитирующих частиц пыли. Однако похожие процессы можно наблюдать и на других планетах Солнечной системы.

Лунные почвоведы

«Сердце» «Луны-25» — это лазерный масс-анализатор ЛАЗМА-ЛР. Он предназначен для того, чтобы определить, из каких элементов состоит лунный грунт. Всего прибор содержит 11 ячеек. В них манипулятор будет складывать отобранные пробы.

— В ячейках на исследуемый материал направляется сильный лазерный луч. Он испаряет грунт и переводит его в плазму — ионизированный газ. После специальные датчики исследуют ионы и определяют их массу. Сопоставляя эту информацию с известными данными, мы узнаем состав всех элементов, которые присутствуют в пробе, — пояснил руководитель эксперимента, научный сотрудник отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН Александр Чумиков.

Также исследовать грунт будет прибор ЛИС-ТВ-РПМ. Он рассчитан на работу в видимом и инфракрасном диапазоне. Преимущество этого оборудования состоит в том, что он закреплен на манипуляторе и сможет заглянуть в самые дальние и темные уголки выкопанной траншеи. Также прибор оснащен стереокамерами. Они дают объемную картинку. С их помощью ученые рассчитывают изучить препятствия, которые могут встретиться на пути манипулятора. Такие как камни или застрявшие в лунном грунте метеориты.

— Одна из интересных задач прибора — изучить, с какой скоростью «испаряются» частицы H2O в обнаженных при раскопе слоях реголита. Это важно для разработки методов добычи лунной воды, — рассказал один из разработчиков прибора, ведущий инженер отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН Илья Дзюбан.

Большое значение для исследования лунной поверхности имеет прибор АДРОН-ЛР. Он также предназначен для изучения грунта, но в отличие от прочей аппаратуры умеет «смотреть» сквозь толщу породы.

— Прибор «бомбардирует» грунт нейтронами на глубину до 1 м и регистрирует отклик. По тому, какие нейтроны выходят обратно, можно судить и о химическом составе породы, и о том, на какой глубине расположены те или иные элементы, — объяснил разработчик эксперимента руководитель лаборатории нейтронной и гамма-спектроскопии отдела ядерной планетологии ИКИ РАН Максим Литвак.

Он отметил, что подобный «нейтронный зонд», разработанный российскими специалистами, уже более десяти лет работает на Марсе на борту научной лаборатории Curiosity и прекрасно себя зарекомендовал.

Это только первый этап

Эксперты считают, что миссия «Луны-25» задаст новый темп в исследовании и освоении естественного спутника Земли. Особенно значимо прилунение в южном приполярном районе.

— Многие считают изучение этой области не только полезным, но и выгодным. По уже известным данным здесь сосредоточена значительная часть лунных полезных ресурсов. Таких как вода и редкоземельные материалы, — рассказал «Известиям» заведующий отделом исследования Луны и планет Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга МГУ Владислав Шевченко.

Специалист пояснил, что из компонентов воды — водорода и кислорода — можно производить ракетное топливо. Это даст возможность использовать Луну в качестве «промежуточной базы» при организации дальних космических экспедиций в будущем. Редкоземы, в свою очередь, простимулируют развитие многих отраслей промышленности на нашей планете.

— Вблизи лунного Южного полюса известны кратеры, в которые Солнце не заглядывало ни разу за последние 4 млрд лет, — отметил популяризатор науки, заведующий лабораторией теоретического отдела Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Алексей Семихатов. — Поэтому мы ожидаем увидеть там космические «осадки», которые накапливались со времен младенчества Солнечной системы и при этом не подвергались воздействию солнечных лучей.

Ученый пояснил, что Луна не защищена атмосферой, поэтому всё, что с ней сталкивается, долетает до ее поверхности. Именно поэтому, изучая земной спутник, мы можем больше узнать об истории Солнечной системы.

— Важно, что «Луна-25» — это не изолированный проект, а лишь первый этап масштабной программы по изучению спутника Земли. Он включает и орбитальную миссию «Луна-26», и дальнейшее освоение приполярья на «Луне-27», и последующие экспедиции, — поделился мыслями специалист по космическим аппаратам и автор Telegram-канала «Добрый Овчинников» Илья Овчинников.

Он добавил, что для нашей страны значимо возращение отечественных ученых к непосредственным межпланетным исследованиям. Специалист считает, что «Луна-25» даст стимул появлению новых команд разработчиков оборудования и постановщиков экспериментов для изучения космоса и других миров.