Межпланетная станция «Луна-25»: что это такое, зачем нужна миссия и чем важна, новости

В самом названии современной миссии кроется интересный факт: предыдущая «Луна-24» приземлилась в экваториальной лунной зоне в 1976 году. Станция успешно вернулась на Землю, взяв с собой с поверхности Луны около 200 граммов сыпучего грунта для дальнейших исследований.

С тех пор никакой аналогичной космической программы в СССР и в России не случилось — до 11 августа 2023 года, когда с космодрома Восточный стартовала ракета-носитель «Союз-2.1б» с автоматической станцией «Луна-25».

«Луна-25» — межпланетная станция, исследующая Южный лунный полюс или «обратную» сторону Луны, о которой ходит немало лженаучных теорий. 17 августа миссия отправила снимок южного полярного кратера Зееман, глубиной 8 километров. Интерес для ученых представляет именно эта географическая зона, так как условия на ней отличаются от лунных экваториальных.

Кроме того, цель станции — поиск воды и химических соединений космического происхождения в реголите — лунном грунте, — отработка технологии мягкой посадки на поверхность спутника Земли и создание карты неровностей поверхности Луны для безопасной посадки кораблей будущих космических миссий.

Технические характеристики «Луны-25»

«Сухая» масса: 615 кг;
Масса с топливом: 1 750 кг;
Масса научного оборудования: 31 кг;
Высота аппарата: 3,17 м;
Диаметр по опорам: 3,7 м.

Запуск «Луны-25» и выведение аппарата на траекторию полета к Луне производился с помощью ракеты-носителя «Союз 2.1б» с разгонным блоком «Фрегат». Но после того как аппарат покинул орбиту Земли и был выведен на траекторию, РБ «Фрегат» отделился и дальнейшее путешествие «Луна-25» проделала самостоятельно.

Коррекция траектории, выход на окололунную орбиту и посадка, намеченная на 21—22 августа, будут производиться за счет собственного топлива космического аппарата — именно топливо составило больше половины общей массы «Луны-25», заявленной как 1750 кг. Топливо — примерно 1000 кг.

Общая масса комплекса научной аппаратуры «всего» около 31 кг. Ранее сообщалось о сокращении веса научной аппаратуры до 20 кг, но в итоге на Луну отправился весь заявленный список оборудования.

Для обеспечения космического аппарата энергией на «Луне-25» установлены солнечные батареи и радионуклидный термоэлектрический генератор. Этот генератор превращает тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов, в электрическую. КПД такого генератора невелико, зато в нем нет движущихся частей и поэтому он может работать достаточно долго и не требует обслуживания. Это и определяет выбор его в качестве «электростанции» в ходе космических полетов.

Выходная мощность такого электрогенератора невелика, но у него немного задач: он обогревает научное оборудование и обеспечивает электроэнергией часы реального времени. Они нужны для того, чтобы бортовой компьютер мог вовремя дать команду о включении оборудования: станция должна работать только лунным днем.

Энергопотребление научной аппаратуры невелико — 100 Вт. Для удовлетворения этих потребностей на «Луне-25» установлены солнечные батареи.

Научную информацию аппарат передает на Землю со скоростью до 4 Мбит/с. Максимальная дальность действия радиосвязи, по которой происходит передача информации — 410 тыс. км. Это покрывает максимальное расстояние от Земли до Луны (примерно 405400 км), так что проблем со связью возникнуть не должно. Запланированный срок работы «Луны-25» — 1 год, так что шанс проверить дальнодействие радиосвязи обязательно представится.

Как разрабатывали станцию «Луна-25»

За разработку и конструкцию автоматической межпланетной станции «Луна-25» отвечали специалисты Научно-производственного объединения имени Семена Лавочкина. Выбор пал именно на это промышленное предприятие, так как оно уже выполняло заказы в рамках Федеральной космической программы РФ.

Тесное сотрудничество с «Роскосмосом» и опыт создания станций для изучения Марса, Венеры и Луны сделали НПО им. Лавочкина идеальным кандидатом на роль проектировщика новой «Луны». Кроме этого, сотрудники НПО отвечали за создание всех станций, начиная с «Луны-9».

Главный конструктор новой станции Павел Казмерчук подчеркивал, что самая большая сложность в процессе разработки станции — необходимость постоянно учитывать ограничения по итоговой массе всего оборудования. Объем топливного бака был жестко зафиксирован, а поэтому все остальные составные части приходилось постоянно перерабатывать и дорабатывать, чтобы уложиться в приемлемый вес.

Научные приборы для «Луны-25» создавали в Институте космических исследований РАН. Для успешного функционирования аппаратуры и управления станцией разработали комплекс наземных установок. Он состоит из сектора главного конструктора в составе Центра управления полетами (ЦУП) НПO им. Лавочкина и ЦУП Центрального научно-исследовательского института машиностроения (ЦНИИмаш, входит в состав Госкорпорации «Роскосмос»).

Наземный научный комплекс помогает контролировать условия сбора, обработки и анализа всех типов данных с борта «Луны-25», а также формулирует этапы программ проведения наблюдений и оперативно распространяет научную информацию среди учреждений-участников проекта.

Начало новой лунной миссии откладывалось более 10 раз. Впервые о запуске заговорили еще 15 лет назад — в 2008 году, когда космический аппарат еще назывался «Луна-Глоб», а оборудование для проекта должны были предоставить конструкторы из Японии.

Тогда старт миссии был назначен на 2010 год, но что-то пошло не так: в 2011 году крушение потерпела миссия «Фобос-Грунт», которая рассматривалась как своеобразный «полигон» для лунных исследований. Было решено приостановить осуществление межпланетных миссий до полного выяснения обстоятельств аварии.

К 2012 году в Российской академии наук снова заговорили о потенциальной лунной миссии: станция должна была отправиться с Байконура к спутнику Земли не позднее 2016 года. В Федеральную космическую программу на период с 2016 до 2025 года включили запуски сразу трех «Лун».

Но с 2014 года российская космическая отрасль регулярно испытывает сложности из-за наложенных европейских и американских санкций. Технические трудности при создании оборудования привели к задержке конструирования аппарата до 2019 года, но и тогда он не был готов. Пришлось ждать еще два года, чтобы добиться максимально эффективных баллистических условий для полета и успешной посадки.

К 2023 году «Роскосмос» принял решение перенести все лунные миссии на космодром «Восточный» — во многом, чтобы подтвердить наличие независимого выхода в космос и снизить геополитическое влияние соседних стран.

Для вывода «Луны-25» на орбиту хватит ракеты-носителя среднего класса — такие запуски проводятся с «Восточного». Трассы полетов с этого космодрома все еще проходят над малонаселенными участками Хабаровского края и Якутии, а значит, риск того, что сброшенные ступени принесут вред жителям или сельскому хозяйству, снижается.

В 2022 году сотрудники Центра эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры (ЦЭНКИ) организовали на «Восточном» тренировочные мероприятия с макетами «Луны-25». После прохождения предполетной подготовки, настоящая станция справилась со всеми наземными испытаниями и стыковкой с разгонным блоком «Фрегат» ракеты-носителя «Союз-2.1б». 11 августа 2023 года в 2:10 по московскому времени «Луна-25» успешно начала свою миссию.

Потеря связи с «Луной-25»

За два дня до предполагаемой посадки на поверхность земного спутника, в 14:57 по московскому времени связь с «Луной-25» прервалась. За пару часов до этого момента центр управления дал станции команду выйти на предпосадочную орбиту. Поиски аппарата продолжались два дня и 20 август ГК «Роскосмос» опубликовала комментарий, в котором объяснила потерю связи с «Луной-25» переходом станции на нерасчетную орбиту и ее дальнейшим столкновением с поверхностью Луны.

Глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявил, что причиной крушения аппарата стал вовремя не отключившийся тормозной двигатель. Согласно первоначальным расчетам, он должен был проработать 84 секунды, а не 127, как получилось по факту. При этом о «тревожащих признаках» на «Луне-25» еще до получения команды о переходе на предпосадочную орбиту говорил ведущий научный сотрудник ИКИ РАН Натан Эйсмонт. По мнению ученого, после получения этой информации стоило повременить с дальнейшими командами станции и понаблюдать за тем, как поведет себя аппарат. Каких-либо критических последствий для миссии это бы не вызвало.

Следующий подобный российский проект «Луна-26» запланирован только на 2027 год. Сказать о перспективах лунной программы можно будет только после изучения результатов работы межведомственной комиссии по расследованию инцидента с «Луной-25». По словам экспертов, космические миссии Индии и Японии уже заканчивались аналогично. Кроме этого, осуществить успешное «прилунение» на полюсах значительно сложнее, чем на экваторе спутника — хотя бы потому, что эти участки не видны с земли.

После «прилунения», запланированного на 21 августа, «Луна-25» будет около года заниматься поиском и сбором полезных ископаемых и потенциально интересной для исследователей информации о Южном полюсе земного спутника.

Принципиальную значимость имеют данные о наличии на Луне воды — на полюсах космического тела особенно много льда. А значит, есть возможность организовать добычу воды прямо на спутнике, а не транспортировать ее с Земли для будущих научных миссий. Кроме этого, вода состоит из кислорода и водорода: первый решит проблему дыхания для космонавтов, а второй компонент можно использовать в качестве возобновляемого топлива.

Еще одна задача, которая стоит перед «Луной-25» — поиск редкоземельных материалов, земные запасы которых, рано или поздно, истощатся. Отработав полеты на Луну и проведение исследований на ее территории, которая является ближайшей к Земле точкой космической посадки, можно использовать те же самые принципы и технологии при исследовательских миссиях на Марс. Таки образом Луна становится тренировочным полигоном для марсианских полетов.

В случае успешной стыковки с лунной поверхностью 21 августа перед автоматической станцией стоят следующие научно-исследовательские задачи:

изучение состава верхнего слоя лунного грунта;
поиск летучих соединений космического происхождения и определение доли воды на лунной поверхности;
поиск минеральных соединений;
сбор информации об электрических полях в радиусе места стыковки и взаимодействии верхних слоев Луны с солнечным ветром;
забор грунта в количестве около 30 проб.

Интересная особенность касается эргономичности работы станции. Во время лунной ночи все оборудование на «Луне-25» будет выключаться, кроме часов реального времени. Два радионуклидных тепловых блока и один радиоизотопный термоэлектрический генератор, работающие на диоксиде плутония-238, будут греть станцию во время падения температуры до — 170 °C. Эта же энергия обеспечит работу часов, запускающих оборудование каждое утро.

Несмотря на то, что значимость проекта «Луна-25» в первую очередь определяется возможностью доказать имидж России как государства, технологический статус которого дает ему возможность доставить на Луну полезную нагрузку. Также у лунных миссий есть и фундаментальные научные задачи, решение которых может способствовать прогрессу прикладных технологий.

Первая прикладная задача, которую предстоит решить в самом ближайшем будущем — отработка мягкой посадки на поверхность спутника Земли. Это будет важно для обеспечения успеха дальнейших миссий на Луну, в которых планируется использовать значительно больше научного оборудования или другой полезной нагрузки (до 267 кг в миссии «Луна-28» с общей массой космического аппарата 6450 кг).

Кроме того, посадка «Луны-25» запланирована в полярной области — раньше там никто не садился. Впрочем, успешных прилунений в XXI веке почти не было, кроме двух китайских миссий, и в целом лунные программы космических держав не блистали свершениями.

Если посадка пройдет успешно, все остальное время пребывания на поверхности Луны космический аппарат будет изучать лунный грунт и экзосферу. Это очень разреженная атмосфера Луны, состоящая из газов и плазмы.

Изучение грунта в полярном районе может дать новые сведения о воде на Луне — об этом уже говорили орбитальные исследования, впервые наличие на спутнике Земли воды было доказано в результате анализа результатов советской миссии «Луна-24», состоявшейся в августе 1976 года. Но «потрогать» воду на Луне пока не удавалось никому, поскольку в экваториальных районах и умеренных широтах, куда прилунялись ранее, воды не было.

Если удастся доказать наличие воды на Луне и примерно оценить запасы, это может стать хорошим заделом для дальнейших полетов на Луну уже не только роботизированных и дистанционно управляемых аппаратов, но и научных миссий с экипажем на борту, развертывания станций, нацеленных на долгосрочную работу.

Вода — соединение кислорода и водорода. Ее можно использовать не только как живительную влагу, но и как источник кислорода, необходимого для жизнедеятельности станции, и водородного топлива для возвращения на Землю.

Изучение полярного грунта может быть полезно и с точки зрения космологии. В течение сотен миллионов лет на полюсах накапливались летучие космические вещества. Они могут многое помочь понять о формировании солнечной системы. Однако возможности забора грунта «Луной-25» ограничены: аппарат не может перемещаться, поэтому площадь для раскопа — это самые ближайшие окрестности места посадки.

Советская лунная программа существовала в двух видах: автоматические аппараты, подобные нынешней «Луне-25» (нетрудно догадаться, что всего было 24 миссии) и пилотируемая программа, которая была строго засекречена и информация о ней стала достоянием общественности только в 1990 году.

В самом начале космической эры президент США Джон Кеннеди предлагал советскому лидеру Никите Хрущеву совместную программу. Тогда генсек предположил, что это хитрый ход чтобы выведать советские секреты, и отказался. В дальнейшем режим строжайшей секретности и соперничество между разными конструкторскими бюро сильно тормозили развитие советской лунной программы, в особенности ее пилотируемого извода.

Советские корабли «Союз-7К-Л1», предназначенные для пилотируемого облета Луны, сделали семь пробных запусков. Самый большой успех, которого удалось добиться — беспилотный облет Луны и возвращение на Землю двух среднеазиатских черепах. Они стали первыми живыми существами, которые облетели спутник Земли и вернулись на Землю.

Через три месяца американский «Аполлон-8» сделал десять витков вокруг «Луны, 24» декабря 1968 года. А 16 июля 1969 года состоялся запуск «Аполлона-11», двое членов экипажа которого высадились на Луне. Эта высадка астронавтов США и вторая, состоявшаяся 19 ноября того же года, сделали планы Советского Союза по пилотируемому облету Луны бессмысленными в контексте соперничества двух сверхдержав.

Предварительный план следующих трех миссий выглядит так:

орбитальная станция «Луна-26» будет проводить исследования спутника Земли дистанционно. С помощью стереофотографии планируется создание топографической карты Луны с разрешением 2−3 метра. Также в ее задачи будет входить отработка линии радиосвязи с посадочной станцией на поверхности Луны;
«Луна-27» должна отработать технологии высокоточной и безопасной посадки на поверхность в непосредственной близости от Южного полюса Луны. В ее задачи будет включено очередное исследование лунного грунта и экзосферы. Для этих целей планируется установка на аппарат до 60 кг научного оборудования;
Последний в обозримом будущем аппарат — «Луна-28» — должна будет прилуниться, забрать образцы лунного грунта с глубины до 2 м. и доставить на Землю. Вдобавок, планируется использовать в ходу миссии оборудование, которое позволит сохранить замерзшую воду и летучие соединения. Чтобы иметь возможность вернуться на Землю, аппарат должен будет обладать запасом топлива, поэтому «Луна-28» станет самым тяжелым аппаратом из запланированных: 6450 кг в заправленном состоянии, из них 267 кг полезной нагрузки.