3. Луна.

3.1. Луна после «Аполлона».

У Земли и Луны весьма непростые взаимоотношения. После активного и тесного общения в 60-е и 70-е, после высадок астронавтов и поездок луноходов, после доставки и изучения грунта, мировая космонавтика практически забыла о спутнике Земли, сконцентрировав деятельность на других направлениях. Это даже стало причиной появления мифа, повествующего о запрете изучения Луны кем-то или чем-то. Однако исследования продолжаются, причем довольно активные.

После старта в 1976 году возвращаемого модуля «Луна-24» и доставки последней щепотки реголита между Землей и Луной остался только вакуум. Лишь спустя 14 лет космонавтика стала возвращаться к Луне. Правда, о пилотируемых путешествиях пока что забыли – слишком невыгодное соотношение между затратами и научно-практической пользой от полета. Поэтому сейчас летают в основном спутники, слетал один луноход, и готовятся другие посадочные аппараты.

В 90-е годы первыми к Луне вернулись японцы, снарядившие миссию Hiten. Спутник по большей части предназначался только для отработки технологии перелетов, гравитационных маневров и аэродинамического торможения в атмосфере Земли, то есть японцы в то время учились летать между Землей и Луной. На борту Hiten находился еще микроспутник, который хотели выбросить на окололунной орбите, но аппарат не включился.

В 1994-м году к Луне отправился американский исследовательский аппарат Clementine.

Его тоже использовали для тестов и изучения влияния дальнего космоса на электронику, но к этому добавили еще и несколько приборов: ультрафиолетовый и инфракрасные спектрометры, а также камеру высокого разрешения с шестью цветными фильтрами. Благодаря оборудованию на аппарате Clementine, ученым удалось начать геологическое картографирование Луны. Полезным устройством стал лазерный высотомер для создания трехмерной карты лунной местности.

Clementine.

На основе данных Clementine удалось создать онлайн-карту Google Moon, которую позже дополнили снимками с орбитальных модулей Apollo и второй японской автоматической станции Kaguya.

Снимки камеры высокого разрешения Clementine оказались не очень высокого разрешения (от 7 до 20 метров), так как спутник летал на высоте около 400 километров – с такого расстояния много не рассмотришь. Зато благодаря Clementine ученые получили первые косвенные данные о наличии на полюсах Луны воды в повышенной концентрации.

Следом, в 1998 году, полетел Lunar Prospector, тоже от NASA.

Его камерами вообще не оборудовали, и устроен он был довольно просто, но зато смог провести первое геологическое картографирование Луны при помощи нейтронного датчика и гамма-спектрометра. Спутнику удалось определить, что на полюсах Луны вода может достигать концентрации 10 % в грунте.

Применение гамма-спектрометра позволило определить распределение по поверхности Луны кремния, железа, титана, алюминия, фосфора и калия. Были проведены более точные измерения гравитационного поля и выявлены новые неоднородности – масконы – места повышенной «концентрации массы», то есть повышенной плотности, которая увеличивала гравитацию.

В 2000-х к «лунному клубу» стали присоединяться новые участники. В 2003 году Европейское космическое агентство запустило экспериментальную миссию Smart-1. Задачи полета тоже были по большей части технологические: Европа училась использовать плазменный двигатель для перелетов в дальнем космосе. Но кроме этого имелись и бортовые камеры для съемки в видимом и инфракрасном диапазонах.

Камера у Smart-1 была небольшой, а орбита – высокой: от 400 до 3000 километров, поэтому кадры получались в основном широкоугольными с низким разрешением. Наиболее детальные кадры были всего 50 м на пиксель, а глобальную карту удалось построить только из кадров в 250 м на пиксель.

Smart-1.

Когда Smart-1 летел к Луне, он опробовал лазерную связь с Землей. Передавать данные по лучу тогда не предполагали, только пытались «пострелять» в однометровый телескоп обсерватории на острове Тенерифе. Цель была изучить влияние земной атмосферы на луч. Попытка оказалась удачной: в телескоп попали, но развивать технологию не стали – радиосвязь показалась тогда надежнее.

Здесь надо отвлечься и ответить на вопрос, который, наверняка, уже у многих возникал: почему нельзя спуститься пониже, чтобы снимки поверхности были качественнее? Вроде бы атмосферы нет, летай хоть на 10 метрах! Но с Луной не все так просто. И атмосфера с пылью там какая-никакая есть, но ей можно пренебречь, а пренебрегать нельзя масконами. Маскон – это локальное увеличение гравитационного поля.

Гравитационное поле Луны неоднородно. Предположим, что мы летим на высоте 10 километров над однородной равниной. Сила притяжения, действующая на аппарат, имеет одно неизменное значение. Мы его компенсируем ускорением двигательной установки, набираем первую космическую скорость и можем летать на этой высоте бесконечно, если нам ничто не помешает. Но если мы будем летать не вокруг гигантского бильярдного шара, а вокруг, к примеру Луны, то равнина быстро кончится. И встретится нам, к примеру горный хребет, высотой 5 километров. Что будет с гравитационным полем? Правильно: притяжение аппарата возрастет. Этакая гравитационная выбоина на орбите спутника. И чем ниже спутник прижимается к поверхности, тем более мелкие «выбоины» начинают на него оказывать воздействие.

Луна же еще сложнее. Когда-то на нее падали огромные астероиды, которые пробивали кору и вызывали поднятие более плотной мантийной породы к дневной поверхности. А дневная поверхность сложена из более рыхлых и легких вулканических пород. В результате мы получаем относительно гладкую равнину с разнородным гравитационным полем. Мантийное вещество – более плотное и массивное, то есть притягивает сильнее и получается эквивалент гравитационной «горы». Это, собственно, и называется маскон – концентратор массы.

В 2007 году к Луне отправилась японская Kaguya. Научившись летать к естественному спутнику Земли, японцы решили усердно заняться его изучением. Масса аппарата достигала почти 3 тонны – проект назвали «самой масштабной лунной программой после программы Apollo».

На борту были установлены два инфракрасных, рентгеновский и гамма-спектрометр для изучения геологии Луны. Заглянуть глубже в недра спутника Земли должен был прибор Lunar Radar Sounder.

Kaguya.

Kaguya сопровождалась двумя малыми спутниками-ретрансляторами Okina и Ouna, каждый массой по 53 килограмма. Благодаря им удалось исследовать неоднородности гравитационного поля на обратной стороне – составить более подробную карту масконов. Kaguya сначала летала на высоте 100 километров, затем снизилась до 50 километров, сделала шикарные кадры лунных пейзажей и прекрасный закат Земли, но увидеть Apollo или Луноходы не смогла – разрешения камеры не хватило.

За два года работы Kaguya аппарат смог получить богатый набор данных со своих приборов, в интернет-архивах можно найти фото и видео с лунной орбиты, сделанные аппаратом (http://wms.selene.darts.isas.jaxa.jp/selene_viewer/index_e.html). Открыт для всех и архив научной информации: http://l2db.selene.darts.isas.jaxa.jp/index.html.en.

Вслед за Kaguya к Луне отправились новички: индийцы и китайцы. У них сейчас разворачивается целая лунная гонка в беспилотном режиме.

В 2008 году к Луне стартовала первая в дальнем космосе автоматическая миссия Индии – Chandrayaan-1.

Chandrayaan-1.

Аппарат нес на борту несколько индийских и иностранных приборов, среди которых находились инфракрасные и рентгеновские спектрометры. На борту была установлена стереокамера, которая снимала поверхность с разрешением до 5 метров.

Интересное исследование было проведено американским прибором Mini-SAR – небольшим радаром с синтезированной апертурной решеткой. Ученые хотели выяснить запасы льда на лунных полюсах. После нескольких месяцев работы полюса были как следует осмотрены, и первые отчеты оказались весьма оптимистичными. Радар определял рассеяние радиоволн на различных элементах рельефа. Повышенный коэффициент рассеяния мог возникать на раздробленных элементах породы, как писалось в отчетах – «roughness» – шероховатостях. Похожий эффект могли вызывать и залежи льда. Анализ приполярных областей показал два типа кратеров, которые демонстрировали высокую степень рассеяния. Первый тип – молодые кратеры, которые рассеивали радиолуч не только на дне, но и вокруг себя, то есть на породе, которая была выброшена при падении астероида. Другой тип кратера – «аномальный», такие кратеры рассеивали сигналы только на дне. Причем отмечалось, что большинство эти кратеров находится в глубокой тени, куда никогда не попадают лучи Солнца. На дне одного из аномальных кратеров зарегистрировали температуру, вероятно, самую низкую на Луне: 25 Кельвинов или минус 248 градусов Цельсия. Ученые NASA пришли к выводу, что радар видит на склонах «аномальных кратеров» отложения льда.

Оценки ледяных залежей по данным радара Chandrayaan-1 примерно подтверждали оценки нейтронного детектора Lunar Prospector – 600 миллионов тонн.

Позже китайские ученые провели свое независимое исследование на основе данных Chandrayaan-1 и LRO и пришли к выводу, что «нормальные» и «аномальные» кратеры на Луне ничем не отличаются по коэффициенту рассеяния ни у полюсов, ни у экватора, где льда не ожидается. Они же напомнили, что исследование с Земли при помощи радиотелескопа Аресибо не обнаружило никаких залежей льда. Так что, лунные запасы воды по-прежнему хранят тайну и еще ждут своего первооткрывателя.

Chandrayaan-1 нес еще один интересный прибор – Moon Mineralogy Mapper – инфракрасный гиперспектрометр для геологического картографирования Луны в высоком разрешении. Он тоже дал противоречивые результаты. Во-первых, в очередной раз подтвердил повышенное содержание воды или водородсодержащих минералов в приполярных регионах. Во-вторых, нашел признаки воды и гидроксила в тех местах, где Lunar Prospector не показывал никаких признаков повышенного содержания водорода. Проблема с Moon Mineralogy Mapper в том, что он анализировал буквально верхние миллиметры грунта, и та вода, которую он нашел, может быть результатом воздействия солнечного ветра на лунный реголит, а не указывать на ее богатые залежи в недрах.

К сожалению, миссия Chandrayaan-1 прекратилась раньше запланированного срока из-за технической неисправности на аппарате – он не проработал и года. Сейчас Индия готовится осуществить посадочную миссию и высадить на Луне мини-луноход.

Дальше всех из «новичков» в изучении Луны продвинулся Китай. На его счету два спутника Chang’e 1 и 2, один луноход Yutu и один технологический облет Луны с возвращением капсулы – так они готовятся к доставке лунного грунта, а в перспективе и к пилотируемому полету.

3.2. GRAIL: как NASA бомбило Луну.

Два лунных зонда-близнеца Ebb (GRAIL-A) и Flow (GRAIL-B), вошедшие в программу GRAIL, стартовали 10 сентября 2011 года. Всю работу зондам удалось выполнить практически за год, что достаточно быстро для межпланетных космических миссий. Главной задачей двух аппаратов размером со стиральную машину было подробное изучение гравитационного поля Луны.

Благодаря их работе ученые смогли практически заглянуть Луне под кору.

Удалось уточнить и толщину самой коры. Выяснилось, что ранее ее толщину переоценивали. По данным сейсмометрической съемки, проведенной экипажами «Аполлонов», толщина коры выходила около 40–50 километров. GRAIL-А и GRAIL-В же определили, что она не превышает 30–40 километров.

Ebb (GRAIL-A) и Flow (GRAIL-B).

В толще коры были выявлены структуры, которые не проявляются на поверхности и заметны только в виде линейных гравитационных аномалий. Этими аномалиями оказались дайки – трещины в нижней части коры, в которые проникло мантийное вещество и застыло в виде длинных «шрамов».

Когда работа спутников была сделана, а топливо подошло к концу, NASA приняло решение прекратить миссию, обрушив спутники на безымянную гору у Северного полюса Луны. Гора была выбрана из-за того, что летящим на очень низкой орбите спутникам нужно было препятствие с крутым углом. Если бы их просто уронили на ровную поверхность, то они поскакали бы как «блинчики», разбрасывая детали по всей округе. Поэтому NASA решило: если мусорить, то компактно. В момент падения аппараты миссии GRAIL стали самыми северными рукотворными объектами на Луне. Ученые, которые отправляли зонды в последний путь, позаботилось о том, чтобы спутники не повредили предыдущие человеческие аппараты на Луне, которые уже являются достоянием истории.

GRAIL – не первые объекты, целенаправленно обрушенные на Луну. Во времена Apollo разгонные ступени ракет и пустые лунные модули падали на поверхность Луны для создания сейсмических волн, которые регистрировались оставленными сейсмометрами.

В 2009 году была проведена операция LCROSS: разгонную ступень Centaur, доставившую спутник LRO на лунную орбиту, направили в приполярный лунный кратер, чтобы понять, есть ли там вода. Следом пустили аппарат, который анализировал вспышку от падения ступени и тоже падал.

Сила взрыва и объем выброшенного вещества тогда оказались почти в 6 раз слабее предсказанного, поэтому с Земли следов падения аппаратов практически не увидели. Результаты LCROSS получились противоречивыми: спектрометр летящего следом аппарата зарегистрировал во взрыве водород и кислород. Казалось бы удача, но разгонная ступень перед стартом заправлялась этими же газами – кислородом и водородом, поэтому невозможно было определить происхождение элементов, которые увидели спектрометры.

Размеры GRAIL были намного меньше, чем LCROSS, поэтому их взрывы увидеть с Земли и не пытались, зато места падений сфотографировал спутник LRO.

Вторая «бомба», упавшая на Луну – это ударный зонд индийского спутника Chandrayaan-1, последствия падения которого также не были видны с Земли – за результатами взрыва следил только сам индийский аппарат.

3.3. LADEE: на охоту за лунной пылью.

В среде уфологов до сих пор ходят легенды о стеклянных башнях и замках, которые увидели астронавты на Луне. Люди, побывавшие на Луне, действительно оставили зарисовки свечения и лучей на горизонте, которые они наблюдали с теневой стороны. Автоматические посадочные модули 60-х годов программы Surveyor точно также передавали ночные снимки, где было видно свечение горизонта. Нынешние знания о нашем естественном спутнике отрицают возможность присутствия сказочных строений, но что тогда наблюдали астронавты и автоматические станции? Если бы Луна была простым камнем в космосе, то никаких световых эффектов на горизонте бы не было, но наблюдаемое свечение указывало на рассеяние солнечного света, которое могла дать только атмосфера и висящая в ней пыль. Для исследования окололунной среды в 2013 году стартовала новая миссия NASA: LADEE Lunar Atmosphere Dust Environment Explorer.

Само название аппарата способно вызвать удивление. Какая атмосфера? Там же вакуум!

Как выяснилось, Луна – довольно массивное тело, поэтому ее гравитация способна поддерживать некое подобие атмосферы. Хотя, более правильное название – экзосфера.

LADEE.

Если плотность атмосферы Марса составляет примерно 1 % от земной атмосферы, то плотность атмосферы Луны – примерно 0,001 %. На Земле в одном кубическом сантиметре содержится примерно 100 миллиардов молекул газов воздуха, на Луне – от 100 тысяч до 10 миллионов молекул газов. Таким образом, плотность атмосферы у поверхности Луны составляет примерную плотность земной атмосферы на высоте Международной космической станции. И, хотя формально такие условия можно назвать вакуумом, околоземную станцию приходится регулярно поднимать, так как она тормозит об атмосферу и постепенно снижается.

Существенный вклад в состав лунной экзосферы вносит пыль. Несмотря на отсутствие видимых метеорологических явлений, на Луне концентрация пыли над поверхностью может меняться. То есть фактически можно говорить о пылевых бурях на Луне. Конечно, они не идут ни в какое сравнение с марсианскими или земными, но именно пыль вместе с экзосферными газами отвечает за эффект наблюдаемого свечения над поверхностью Луны в предрассветное время.

Причины, которые поднимают пыль на Луне, еще предстоит изучить, а пока рабочих гипотез две: метеоритные воздействия и электризация пыли под действием солнечного излучения.

Предположения ученых проверял аппарат LADEE в ходе своей 128-дневной миссии: с ноября 2013 года по апрель 2014-го. Решение о проведении таких исследований приняли еще в 2007 году. Главным принципом миссии была ее дешевизна: использование только тех приборов, которые не нужно разрабатывать не с нуля, а при помощи готовых чертежей. Бюджет миссии был намечен совсем скромный по меркам NASA – 80 миллионов долларов (по факту получилось в два раза больше).

Активная фаза строительства началась в 2012 году. Таким образом, NASA построило межпланетный аппарат меньше чем за два года.

Космический корабль разработан в NASA Ames Research Center по модульной схеме, которая позволяет собирать аппараты различного назначения подобно бусам. Внутри его корпуса располагался ракетный двигатель, баки с топливом и бортовые служебные системы: управления, ориентации, энергоснабжения, терморегуляции и т. п.

LADEE не был предназначен для посадки, но разрабатываемая для него модульная схема предполагает возможность создания и посадочных аппаратов. Такие исследовательские станции могут отправляться на Луну, Меркурий или ближайшие астероиды. Сегодня эта технология развивается частной компанией Moon Express, и NASA готово заказывать у нее доставку научного оборудования на Луну. LADEE стал первым экспериментальным модульным аппаратом, который проверил эффективность такой конструкции.

Научные и экспериментальные приборы были расположены на внешней стороне корпуса аппарата. Три из них позволили исследовать атмосферу и пыль Луны, а четвертое устройство – LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration – демонстратор технологии лазерной связи) – должно было приблизить мечту о широкополосной связи в Солнечной системе и HD видео с Марса, Юпитера или Сатурна.

Прибор UVS (Ultraviolet-Visible Spectrometer) – это небольшой телескоп, который наблюдал свечение атмосферного лимба во время пересечения спутником терминатора (границы освещенной Солнцем и теневой стороны поверхности). Ультрафиолетовый спектрометр определял, какие вещества присутствовали в атмосфере.

Состав лунной атмосферы изучал NMS (Neutral Mass Spectrometer). Это квадрупольный масс-спектрометр, способный определить массу молекул и атомов газов, находящихся в атмосфере нашего спутника. Конструкция NMS была позаимствована у станции Cassini, которая успешно изучала Сатурн, Титан и другие спутники в системе окольцованного гиганта.

Пыль была изучена тоже по массовым характеристикам, но прибором другой конструкции (LDEX). Прибор LDEX (Lunar Dust Experiment) – это детектор ударной ионизации. По конструкции он напоминает автомобильную фару, только работает наоборот: параболическая ловушка повернута вперед по ходу полета аппарата и ловит встречные пылинки. На высокой скорости полета при столкновении пылинки с ловушкой происходит микровзрыв, пылинка превращается в облако плазмы, и специальный датчик регистрирует ее интенсивность. Чем ярче вспышка, тем выше масса пылинки.

Эксперимент LLSD (Lunar Laser Communication Demonstration) продемонстрировал возможность передачи информации в космосе по лазерному лучу. Устройство лазерной связи, размещенное на LADEE, обеспечило скорость передачи данных до 38,5 Мбит/с на однометровый телескоп. Правда, передать данные по лучу с Земли не удалось. Для передачи научных данных в традиционном режиме LADEE был оборудован радиопередатчиком и антенной S-диапазона.

Научная программа LADEE проходила на разных высотах, – от 250 до 50 километров – чтобы определить разницу распределения пылевых частиц и молекул газов в зависимости от расстояния до поверхности.

После того, как основные научные эксперименты завершились, аппарат перешел к снижению, которое завершилось столкновением с поверхностью. Место удара сняли камерой высокого разрешения на спутнике Lunar Reconnaissance Orbiter, подобно аппаратам миссии GRAIL.

Главная научная работа была направлена на определение зависимости лунной «погоды» от влияния Солнца, поэтому особое внимание уделялось границе лунного дня и ночи. Ожидания оправдались, но совсем не так, как предполагали. Наибольшая концентрация пылевых частиц наблюдалась на утренней стороне Луны, однако это связано не с солнечным излучением. Утренняя сторона – это «ведущая» сторона Луны, которой она летит вперед вместе с Землей по своей орбите вокруг Солнца. Орбитальная скорость системы Земля-Луна – около 30 км/с, именно на такой скорости происходят столкновения лунной поверхности и пыли в межпланетном пространстве. Одна межпланетная пылинка выбивает тысячи лунных, которые поднимаются облаком над поверхностью.

Существенное увеличение пыли возникало и во время прохождения Луной метеорных потоков. Поток космической пыли Геминиды, происходящий из астероида Фаэтон, привел к увеличению почти в сто раз количества пылевых частиц над поверхностью Луны, но их число быстро сократилось после прохождения потока.

Во время своей миссии аппарат LADEE улавливал газы как поступающие от солнечного ветра, так и выделяющиеся из поверхности Луны. От Солнца приходят атомы водорода, гелия и неона. Из поверхности Луны выделяются атомы кислорода, аргона-40, натрия, калия, железа, титана, совсем немного алюминия. Выделения натрия и калия связаны с бомбардировкой метеорными частицами, причем над лунными морями их больше. Аргон-40 может указывать на геологические процессы, происходящие в недрах. Сумел LADEE засечь и пары воды, но их концентрации очень незначительные и встречаются редко.

Исследования LADEE имеют вполне конкретное практическое применение. В ходе пилотируемых полетов NASA, которые длились считанные дни, лунная пыль создавала весьма существенные проблемы для астронавтов. Существуют опасения, что частицы пыли, имеющие нанометровые размеры, способны представлять канцерогенную опасность для людей. Очевидно, негативное воздействие пыли на устройства и механизмы. Поэтому человечество и изучает эту проблему, чтобы быть готовым ко всем трудностям возвращения на Луну и ее возможной колонизации.

Выводы команды LADEE в отношении пылевых частиц на изучаемых высотах 50–250 километров: «в основном безвредна». Правда, зонд так и не смог дать объяснение интенсивному свечению лунного горизонта, которое наблюдали аппарат Surveyor и астронавты.

3.4. Chang’e 3 и Yutu: китайская Луна.

Летом 2016 года нам пришлось попрощаться с еще одним исследователем космоса – луноходом Yutu. О нем известно совсем немного, отчасти потому, что пиарщикам Китайского космического агентства еще надо учиться работать, отчасти потому, что у аппарата начались технические проблемы через месяц работы – про неудачные миссии никому не нравится рассказывать.

Yutu.

Луноход Yutu («Нефритовый заяц») массой 120 килограмм опустился на поверхность естественного спутника Земли в декабре 2013 года при помощи спускаемой платформы Chang’e 3 массой 1200 килограмм. Техническая реализация программы очень напоминала полеты советских аппаратов «Луна-17» и «Луна-21», с луноходами на борту.

Chang’e 3.

Yutu успешно высадился на поверхность, и развернулся, чтобы Китай мог продемонстрировать всему миру красный флаг на Луне. В этот момент главная пропагандистская задача миссии была выполнена, и информационное освещение программы резко сократилось еще даже до начала проблем.

Обогнув платформу, Yutu двинулся на исследование Луны.

По ходу движения осуществлялись остановки, на которых разворачивался манипулятор и проводились спектрометрические исследования. Панорамная камера платформы Chang’e 3 снимала окрестности, луноход и Землю в небе.

Когда Yutu удалился на несколько десятков метров от точки старта, информация о нем практически перестала попадать в прессу. Как стало ясно по скупым официальным комментариям, у лунохода возникли проблемы с системами передвижения и терморегулирования – на ночь не закрылась крышка солнечных батарей.

Луноход больше не ходил, и о нем не публиковались новости, поэтому он оказался практически забыт. Однако его работоспособность сохранялась. Примерно через полгода после посадки опубликовали новую панораму Луны, снятую аппаратом во время пути на место вечной стоянки.

Фотографии китайского лунохода и посадочной станции выложены на сайте Китайской академии наук, правда сайт работает нестабильно и редко доступен.

Сеансы связи с Yutu продолжались еще более двух лет и прекратились только в июне 2016 года.

Луноход обладал четырьмя научными приборами: цветной стереокамерой, инфракрасной камерой, альфа-протонным спектрометром на манипуляторе и георадаром. Все исследования были направлены на геологию: изучение грунта, сравнение полученных данных с предыдущими исследованиями, в том числе американских Apollo и советских «Лун».

На посадочной платформе Chang’e 3 располагалась цветная мачтовая камера и ультрафиолетовый телескоп для наблюдения экзосферы Земли, звезд и галактик. Фактически станция оказалась первой автоматической астрономической обсерваторией на поверхности Луны.

Китайская Луна на снимках цветных камер лунохода и посадочной станции оказалась желтее или коричневее той поверхности, которую удалось снять астронавтам в 60–70-е. Впрочем, если взглянуть на снимки Луны с Земли, несложно увидеть, что посадка прошла примерно на границе двух регионов, один из которых отличается как раз коричневыми оттенками. Посадка состоялась в Море Дождей, на расстоянии 50 метров от края 450-метрового кратера, который позже получил название Ци Вей. По мнению китайских геологов, им удалось изучить выбросы из этого кратера, исследовав крупные валуны, лежащие в окрестностях, и каменистую поверхность.

Данные спектрометра APXS показали отличие в химическом составе лунных горных пород от американских и советских образцов. Прежде всего, это касается обогащения породы оксидом титана и оксидом железа. В то же время, исследования на поверхности подтвердили спутниковые данные, которые показывали обогащение минералами: ильменитом (куда относятся оксиды титана) и оливином с высоким содержанием оксидов железа – вероятно, именно они ответственны за коричневые оттенки местности.

Георадар использовал две рабочие частоты: 60 МГц и 500 МГц. Первая позволяла заглянуть на глубину почти в полкилометра, но с низкой детализацией, вторая – «пробивала» поверхность на несколько метров, но с высокой детализацией.

Высокочастотный канал показал, что реголит залегает до глубины 3–5 метров. Дальше идут коренные плотные породы.

Анализ окрестных кратеров по спутниковым данным подтвердил, что полученная оценка близка к реальности, и что выбросы из кратера Ци Вей не повлияли серьезно на толщину реголита в месте посадки.

Гораздо глубже, на 195, 215 и 345 метров, обнаружилось еще несколько слоев породы, благодаря низкочастотному каналу радара. Вероятнее всего, эти слои отражают несколько периодов вулканизма, когда регион полностью затапливался лавовыми морями. Отделяются друг от друга эти слои прослойками реголита, который формировался во время длительного вулканического спокойствия, когда поверхность бомбардировалась метеоритами.

К сожалению, луноход сумел пройти только 114 метров, к тому же он изрядно петлял, поэтому радарные профили удалось изучить на небольшом расстоянии. Тем не менее, китайские ученые подчеркивают, что результаты исследований говорят о более разнообразной геологической истории Луны, чем принято считать.

В задачи лунного телескопа на станции Chang’e 3 входило наблюдение земной плазмосферы и взаимодействия ее с солнечным ветром, а также астрономические наблюдения далеких объектов. Плазмосфера – это окружающая Землю среда, наполненная заряженными солнечным излучением атомами и молекулами газов верхних слоев земной атмосферы, прежде всего, водорода. Плазмосфера распространяется на несколько диаметров Земли и ограничивается магнитными линиями земного магнитного поля. Наблюдение плазмосферы Земли возможно только со стороны. Ультрафиолетовый телескоп возили и на Apollo 16, а китайский телескоп стал первым роботизированным.

Хотя Земля и наблюдалась всего пару дней в апреле 2014, это принесло научные плоды. В частности удалось наблюдать увеличение толщины плазмосферы в ответ на солнечные вспышки, что указывает на ее пополнение от солнечного ветра.

Кроме Земли телескоп наблюдал и астрономические объекты, например галактику Вертушка (M101).

Всего телескоп работал не менее 18 месяцев, успевая отснять до 10 тысяч снимков ежемесячно. Позже китайским ученым удалось составить звездный каталог из 86 тысяч звезд.

Следующая цель Китая на Луне – повторить подобное исследование, только на этот раз на обратной стороне Луны, где не садился еще ни один аппарат, созданный человеческими руками. Луноход должен будет изучить необычное геологическое образование Бассейн Южный полюс-Эйткен. Космический аппарат Chang’e IV сможет поддерживать связь с Землей при помощи спутника-ретранслятора, который был запущен весной 2018 года. Соответственно, луноход отправится позже.

3.5. Audi Lunar Quattro: как заработать на Луне.

Команда участников конкурса из Германии Google Lunar XPrize готовит запуск двух луноходов и посещение места посадки Apollo 17. И это лишь начало их планов, впереди – бизнес по доставке на Луну полезной нагрузки от заказчиков со всего мира. Пока их луноход Audi Lunar Quattro, снимается в рекламе и кино, но ракета Falcon 9 уже предзаказана, и ее запуск ожидается в течение двух-трех лет. Мне удалось встретиться с основателем компании Робертом Бёме, и узнать, как развивался их проект, и что движет его стремлением в межпланетный бизнес.

Audi Lunar Quattro.

Частная космическая компания PTScientists (Part-Time Scientists, «Ученые по совместительству») существует уже 9 лет. Мы начали развивать нашу технологию и построили несколько космических аппаратов и несколько роверов. Сегодня разработано уже четвертое поколение луноходов.

– Вы работаете с DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt: Германский Центр Авиации и Космонавтики)?

– Да, мы работаем с DLR и с Европейским космическим агентством с 2010 года.

– И четыре поколения космических аппаратов разработали вместе с ними?

– Нет, мы работаем с ними, но разрабатываем самостоятельно.

– Кем оплачивалась эта работа?

– Начали мы на частных инвестициях, эту технологию разрабатывали для себя и, по сути, сами выступали заказчиками. Как, например, SpaceX – разрабатывать технологию для себя (вероятно имеется в виду технология многоразовости). Первые три года работали исключительно на деньги частных инвесторов. Деньги вложены были мои личные, моих хороших друзей. Они позволили прожить компании до 2010 года, до появления первых контрактов.

Затем были спонсорские взносы небольшие и крупнее, затем выигрыш от Google Lunar XPrize. Проблема с конкурсом была в том, что ранее заявленные условия соревнования не работали. Обещанный в далекой перспективе крупный приз оказался недостаточно привлекательным, нужно было стимулировать постоянную работу и оплачивать прохождение отдельных отрезков пути участниками соревнования. Google выделил два приза общей суммой 750 тысяч долларов (250 тысяч за разработку камеры, и 500 тысяч за разработку ровера). Это очень сильно помогло. Они не давали нам наличность, но они обеспечили нашу платежеспособность.

Очень важное достижение для нас – это начало работы с Европейским космическим агентством. Google не мог напрямую оплачивать наши услуги из-за ограничений ITAR (американская программа нераспространения оружейных технологий), поэтому он оплатил услуги Европейского космического агентства, чтобы оно протестировало наши технологии. ESA потребовалось 18 месяцев на все проверки. Они провели весь спектр испытаний и электроники, и механики, и компьютерных систем. Термовакуумные, радиационные, вибродинамические…

– Тестировали уже готовые изделия или элементы?

– Когда как, иногда тестировались отдельные подсистемы, иногда проходили испытания завершенных систем. Полному испытанию подвергся ровер (луноход) – это было еще предыдущее поколение. Вместе со специалистами ESA мы выехали на вулканический кратер на острове Тира (вулкан Санторин). Очень сложно провести полный тест для перелетного модуля, поэтому его тестировали по подсистемам.

Стоит сказать о целях миссии. Главная цель – и это важно! – не менялась на протяжении всех девяти лет: реализовать первую частную миссию к месту посадки Apollo.

В нашей команде я единственный, кто не является космическим инженером. Я специалист в сфере информационной безопасности. Благодаря этому мой взгляд на космонавтику немного отличается от остальной команды.

Я очарован космосом, но девять лет назад меня разочаровывал низкий прогресс в его освоении. Тогда еще не было заметных успехов SpaceX. И тогда я сам занялся космонавтикой, хотя понимал, что для этого потребуется немало времени. У нас была цель, но не было даже названия. Когда присоединились компании Audi и Vodafone, было выбрано название Mission to the Moon.

Сейчас у нашей миссии две основные цели.

Первая цель – научная, в ее реализации мы работаем со многими космическими агентствами по всему миру: Германское космическое агентство, европейское, канадское, шведское, марокканское и NASA, конечно. Их научный интерес – проанализировать останки Apollo, понять, что произошло с материалами, которые находились неприкосновенными на Луне в течение 45 лет. Наша цель – осмотреть лунный ровер и узнать, что произошло с материалами, причем некоторые сегодня в космонавтике не используются: алюминий, пластик, полиэтилен, липкая лента, рояльная струна.

Вторая цель – техническая, облегчить освоение космоса с технологической стороны. Первая миссия используется для проведения летных испытаний нашего космического аппарата ALINA и лунохода. Оба этих аппарата – развитие инфраструктуры для обеспечения доступа к Луне для любого заказчика.

Для того чтобы заручиться поддержкой Германского и Европейского космического агентства, нам потребовалось подтвердить реальность нашей технологии. После испытаний, проведенных на средства Google, мы смогли подтвердить космическую квалификацию нашего оборудования. И это было очень важно для дальнейшего вовлечения Audi. Переговоры с ними продолжались три с половиной года, но всё безрезультатно – мы общались просто не с теми людьми из Audi. Их позиция была чем-то вроде «Мы можем делать маркетинг сами, вы нам не нужны». Для них мы были никем. Только после победы в промежуточных этапах Google XPrize и прохождения космической сертификации мы приобрели публичный вес.

Переговоры с Audi сдвинулись с мертвой точки и продолжались 18 месяцев до подписания первого договора. Главный страх Audi был в том, что людям это не интересно. Они не были уверены, что космос на самом деле интересен. Изменить к лучшему это отношение мы смогли при помощи нашей победы на Каннском фестивале (PTScientist получили бронзового каннского льва в категории творческих инноваций в маркетинге).

Эффект был экстремально сильным. Финансовый эффект этой рекламной кампании втрое перекрыл затраты на нее в первые пятнадцать минут с момента начала. Это было еще до того, как мы стали сотрудничать с технической лабораторией Audi. С тех пор мы работаем с ними уже три года и достигли выдающихся результатов.

Вот, для примера, реальное колесо ровера. Оно не такое стильное, как на наших официальных фото и видео, но на Луне будут использоваться именно такие. Колеса из презентаций мы называем «забавная обувь для официальных мероприятий».

– Почему вы назвали космический аппарат ALINA?

– Это моя идея, я решил впервые в истории космонавтики дать женское название для космического аппарата. Разумеется, это аббревиатура, она означает Autonomous Landing and Navigation Module (Автономный посадочный и навигационный модуль). Она очень важна для реализации нашей программы. Пока никто не возвращался на место посадки дважды…

– Apollo 12…

– Да, они прилетели к месту посадки Surveyor-3 через 16 месяцев после его посадки. Мы же вернемся через 45 лет. Кроме того, они сели слишком близко к модулю и загрязнили его поверхность своим реактивным выхлопом во время посадки.

Сотрудничество с Audi означало для нас новый уровень работы. Она стала более организованной. Кроме того, они дали нам свои технологии. Вот это колесо – это технологии Audi. Это 3D-печать: алюминий-магний-кремниевый сплав. Около 80 % лунохода и некоторые элементы посадочной платформы изготовлены из этого сплава. Он очень легкий, с ним ровер стал легче на 10 килограмм, больше и легче. Как оказалось, менеджеры Audi, с которыми мы работали, даже не знали, что у них есть такие технологии в лаборатории. И, конечно, они поддержали нас финансово. Многие компании были готовы дать свое имя, но не деньги. Audi тоже начинало с предложения имени, но их маркетологи определили высокий маркетинговый эффект от сотрудничества и пошли на финансирование. Сейчас с каждым годом наше сотрудничество расширяется и в технологиях, и в маркетинге, и в финансировании.

После того как на ровере разместилось лого Audi, компания приобрела первого клиента. Сегодня несколько заказчиков оплатило размещение своей полезной нагрузки на борту ALINA, в том числе NASA Ames, Канадское и Шведское космические агентства. Для первой миссии мы продаем доставку каждого килограмма за 750 тысяч евро.

– Сколько полезной нагрузки вы можете доставить?

– ALINA обеспечивает доставку 100 кг на поверхность Луны. Но два ровера и система их выгрузки занимают около 70 кг, поэтому мы имеем возможность выставить на продажу 30 кг нагрузки. Сейчас у нас осталось свободных 13 кг. Полезная нагрузка крепится на две панели на борту спускаемого аппарата. Используется стандартный формат CubeSat (класс малых космических аппаратов массой от 1 кг), и нагрузка размещается либо в типовые контейнеры, либо остается на панели и подключается через стандартный интерфейс CubeSat.

Мы можем выгрузить спутник на окололунной орбите, можем оставить полезную нагрузку на борту ALINA после посадки и можем сбросить ее в реголит. Один спутник у нас уже выкупили для запуска на орбиту, и один, CubeSat 3U, мы сбрасываем на грунт после посадки. Наша бизнес модель предполагает продажу полного пуска или же продажу мест для полезной нагрузки на каждом запуске. Первый полет мы реализуем в качестве демонстрации наших возможностей. При загрузке 100 кг по 750 тысяч евро каждый, выручка с одного полета должна составлять 75 миллионов евро. Первый пуск обходится примерно в 50 миллионов евро, поэтому этот бизнес обещает приносить прибыль.

Самая дорогая статья расходов – это пуск. Стоимость космического аппарата довольно низкая, потому что мы используем коммерчески доступные компоненты (COTS).

– Какова полная масса космического аппарата?

– Полная сухая масса ALINA со всей полезной нагрузкой, но без топлива – 330 кг. Заправленная полетная масса – 1250 кг. В ней 980 литров топлива.

– Вам требуется выведение на низкую околоземную орбиту?

– Геопереходную (стандартная орбита запусков телекоммуникационных околоземных спутников). Мы уже арендовали один пуск SpaceX на следующий год. Интересно, что наш аппарат занимает не более полутора тонн на ракете, а остальной запас массы, около 4 тонн, мы можем выделить под коммерческий или исследовательский спутник. Еще важно, что ALINA специально разработана так, чтобы разместиться практически на любой коммерчески применяемой космической ракете. Для нас Falcon 9 предлагает лучшие возможности, но мы также рассматривали российскую ракету «Днепр» и индийскую ракету-носитель PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle – «Ракета-носитель для вывода спутников на полярную орбиту»).

Для крупных производителей, вроде французской ракетостроительной корпорации Arianspace, наша платформа может быть интересна в качестве основы для их собственного производства по схеме OEM, когда они выступают только производителем комплектующих. В таком случае мы берем на себя разработку и поддержание платформы. Об ALINA можно сказать, что это не самый оптимальный с точки зрения техники космический аппарат, но он очень удобный с точки зрения бизнеса. Для примера, SpaceX подтвердил возможность пуска всего 4 месяца назад. За это время мы смогли адаптировать космический аппарат под Falcon 9, хотя ранее он был уже подготовлен для PSLV XL.

Сотрудничество с Vodafone – это первый пример, когда коммерческий партнер инвестирует в развитие инфраструктуры на Луне. Партнерство с Audi у нас самое долгое, но Vodafone заинтересован во всех последующих полетах наших аппаратов. Они хотят развернуть 4G LTE сеть на Луне. С каждой нашей миссией на Луну LTE покрытие будет расширяться, и каждый сможет использовать эту систему для телеметрии и триангуляции. Это будет стандартный LTE, не какой-нибудь лунный подстандарт. Это позволяет всем желающим разрабатывать технологии на основе этой сети, и уже миллионы устройств разработаны для этой цели. У нас есть еще один партнер мобильный оператор, но мы пока не называем его. Они планируют приобрести один слот под CubeSat, чтобы разместить на него обычный смартфон, который позвонит домой.

Мы технологическая компания, которая развивает инфраструктуру на Луне, и мы заинтересованы в участии в таких проектах ESA как Moon Village (проект строительства долговременной лунной обитаемой базы). Наша цель – участие в таком строительстве.

– Как вы планируете решать проблему траекторных измерений на лунной орбите?

– Мы хотим задействовать сеть наземных станций ESA Estrack. Бортовой компьютер ALINA позаимствован от стандартных коммерческих спутников и очень похож на тот, что использовался на космических кораблях ATV (Automated Transfer Vehicle – «Автоматическое [грузо]переносящее транспортное средство»).

Возможно, вам будет интересно узнать и о двигательной установке. Сопло, трубопроводы, баки и система управления позаимствованы тоже у ATV. Это привлекательное решение, так как всё это оборудование уже прошло летные испытания и сертифицировано к использованию в пилотируемых миссиях.

– Какую частоту вы используете для передачи данных?

– Мы используем X-диапазон и S-диапазон для связи с Землей и LTE для связи у поверхности.

– LTE используется между луноходом и платформой?

– Да, и еще между платформой и отделяемой полезной нагрузкой. Между ровером и платформой можно поддерживать связь по LTE на дальность до 15 километров. Ровер тоже имеет антенны X и S диапазона, но они резервные, так как LTE требует гораздо меньше энергии на передачу. Для высокоскоростной передачи в ровера на Землю по X-диапазону требуется 40 ватт, это очень много. Для передачи в LTE потребуется 1–2 ватта.

– Будете делать свой центр управления полетами?

– Да, мы сейчас работаем с компанией, которая готовила программное обеспечение для ЦУП миссии Rosetta. У нас есть центр разработки площадью, примерно, 2,5 тысяч квадратных метров в Берлине, там же будет и ЦУП, и мы еще ищем площадку для резервного.

– Посадочная система проходила полные испытания?

– Частичные проходила. Полные испытания мы моделируем программно. Тестируется два типа посадки: баллистический, по схеме Surveyor, и интеллектуальный, на основе видеосистемы, анализирующей поверхность на предмет кратеров или камней.

– Планируете делать полный тест?

– Частично мы уже его провели, мы провели полную сборку инженерной модели, тест на падение, и впереди еще много испытаний. Важная причина, по которой мы выбрали Apollo-17 в том, что это самая исследованная область на Луне. Имеются самые высококачественные спутниковые карты, потому что спутник LRO совершил над этим местом очень глубокий нырок к поверхности и сделал снимки разрешением 45 см. И нам это может хорошо помочь: если мы спускаемся по баллистической схеме, то статистически, камни в месте посадки могут повредить посадочный модуль менее чем в 5 % случаев. Мы выбрали место в 3–5 километрах от Apollo-17 и работаем с NASA, чтобы показать, что мы не повредим их модуль при посадке. Поэтому мы выбрали ровер – он позволяет получить научные материалы, сделать снимки, но при этом не подходить к посадочной ступени Apollo ближе, чем на 200 метров.

С нашей помощью NASA смогло разработать процедуры взаимодействия со всеми частными компаниями, которые желают запустить свои луноходы к Apollo.

Я считаю, что Apollo – хорошая цель, потому что вдохновляет людей. Разумеется, я думаю, что астронавты там были. Я считаю, если показать, что полеты на Луну были реальностью в 60-70-е, то это привлечет больше внимания к космосу и сегодня.