Падали и разбивались: тяжелое начало новой лунной гонки

Но новая лунная гонка показала, что космические полеты – это все еще область задач повышенной сложности. Трудно поверить, но с начала так называемой космической эры только около 45 процентов всех лунных миссий оказывались удачными. Что самое неприятное – больше половины из них проваливаются даже в наши дни.

Новая эра

Моментом старта новой лунной гонки можно считать 2017–2018 годы. Космическое агентство США NASA объявляет о создании масштабной программы «Артемида», которая включает в себя планы по возвращению людей на Луну с созданием сопутствующей инфраструктуры. Принципиальным отличием «Артемиды» от «Аполлона» является намерение создать на спутнике Земли постоянную базу, сделать Луну аванпостом для дальнейших космических исследований, «приучить» человечество к тому, что оно должно выходить за рамки околоземной орбиты.

Но «Артемиды» могло и не случиться, если бы не объявленные амбициозные планы Китая. Пока остальной мир отвлекся от Луны, китайские власти поставили перед своим инженерным и научным сообществом задачу пройти в ускоренном режиме все те этапы освоения спутника Земли, которые США и СССР прошли несколько десятилетий назад. Поначалу на китайские миссии «Чанъэ» все смотрели снисходительно – это было повторение простейших шагов. Но уже к 2018 году стало понятно, что Китай начинает превращаться в серьезную космическую державу.

В конце 2018-го он реализовал миссию «Чанъэ-4», которая стала для землян первым опытом успешной посадки аппарата на обратной стороне Луны. А через два года миссия «Чанъэ-5» доставила на Землю лунный грунт. Китай показал, что накопил достаточно технологий, чтобы не просто повторить успехи США и СССР, а превзойти их. Так была запущена новая космическая гонка за Луну.

Цель одна – Южный полюс

Цель этой новой гонки – создание обитаемой базы около Южного полюса Луны. Любопытно, что и Китай, и США выбрали приблизительно одинаковые районы, что делает «забег» еще интереснее, сужая область интересов до одного региона.

Впрочем, у этого есть вполне рациональное объяснение. Если мы хотим обосноваться где-то очень далеко и надолго, то нам важно понимать, откуда мы будем брать энергию и ресурсы.

Так сложилось, что угол наклона оси вращения Луны очень мал, и в районе полюсов есть кратеры, внутрь которых никогда не заглядывает прямой солнечный свет (только отраженный от ландшафта). Орбитальные исследования показали, что в этих постоянно затененных областях должен сохраниться водяной лед, причем в больших объемах. С его помощью можно было бы решить проблему водных ресурсов. Конечно, еще предстоит составить подробную карту распределения льда и понять, в каком виде он там находится. Все это составляет ближайшие задачи новых лунных миссий.

У полюса можно решить и вопрос с энергией. Лунный день и лунная ночь длятся примерно по 14 земных суток. Это очень неудобно с точки зрения равномерного распределения энергии: аккумуляторы такой емкости будут весьма тяжелыми, то есть трудными в доставке. Но на краях кратеров около полюсов есть места, где Солнце практически все время находится над горизонтом. И здесь обычные солнечные батареи могут решить вопрос с энергией в сочетании с небольшим количеством аккумуляторов.

Визуализация кратера Шеклтона. Ближняя (обращенная к Земле) сторона Луны находится справа. Цветовая маркировка и очерченная высота освещают дно кратера. Фото: NASA / GSFC / SVS, nasa.gov

Поэтому особых сомнений по поводу того, где строить базу, ни у Китая, ни у США не возникает. Вопрос сводится лишь к тому, какой именно участок выбрать. Тут уже исходят не только из соображений близости ресурсов, но и из ландшафта. Все-таки там придется размещать инфраструктуру и совершать посадки, а рельеф в этой области непростой.

Международная кооперация

Еще одной отличительной особенностью новой гонки является стремление некоторых ее участников к кооперации. Опыт США и СССР показал, что космические соревнования – вещь весьма затратная. Поэтому программа «Артемида» была задумана как международная, и к ней уже присоединились ведущие космические агентства Европы, Японии и Канады. Уже распределены роли, задачи и функции. А опыт международного сотрудничества с МКС будет перенесен на окололунную орбитальную станцию Lunar Gateway, которая станет новой «вавилонской башней» в космосе и будет базой для экипажа в лунных миссиях.

Продолжение традиций

Россия в смысле лунной гонки пытается подчеркивать себя преемницей СССР в космосе, что логично – ведь он там был первым, как, собственно, и первым посадил аппарат на Луну. Поэтому в 2013 году проект «Луна-Глоб» был переименован в «Луна-25». Это подчеркивало, что он будет логическим продолжением миссии «Луна-24», которая совершила полет в далеком 1976 году. «Луна-25» могла стать первым аппаратом в истории, севшим так близко к столь желанному Южному полюсу.

11 августа 2023 года «Луна-25» была запущена с космодрома «Восточный» на ракете «Союз 2.1б» с разгонным блоком «Фрегат». Выход на окололунную орбиту прошел в штатном режиме. Однако 19 августа при корректировке орбиты для перехода в предпосадочный режим случился сбой, и «Луна-25» врезалась в поверхность спутника Земли. Проведенное расследование показало, что при коррекции орбиты двигатель проработал 127 секунд вместо положенных 84. Лишние секунды оказались роковыми. А откуда они взялись? Комиссия выявила нештатную работу блока акселерометров, которые не включились вовремя и не передали управляющему компьютеру информацию о наборе требуемой скорости, что должно было привести к выключению двигателя в нужный момент. Как оказалось, ошибка крылась в программном обеспечении.

На данный момент Россия продолжает лунную гонку, пусть и не основным ее участником. Миссия «Луна-26», состоящая из орбитального аппарата, который будет вращаться вокруг Селены, ранее планировалась к запуску в 2027 году. А посадка аппарата «Луна-27» – в 2028 году. Однако теперь «Роскосмос» намерен ускорить обе программы.

По проторенной дорожке

Но вернемся к Китаю. В своей миссии «Чанъэ-4» в 2018 году он показал, что обладает достаточно развитыми технологиями, чтобы совершить не просто мягкую посадку на Луну, но сделать это в усложненном варианте – на обратную сторону спутника Земли. До Китая этого никто не делал. Сложность в том, что на этой стороне Луны затруднена любая связь.

Поэтому КНР сначала запустил небольшой спутник-ретранслятор «Цюэцяо» в стабильную гравитационную точку Лагранжа L2 системы Земля–Луна. Из этой точки он имел возможность поддерживать прямую связь с Землей, а также наблюдать обратную сторону Луны и передавать туда сигналы.

Не прошло и двух лет, как Китай показал, что может не только успешно сажать на Луну аппараты, но и возвращать их оттуда. Китай сделал то, что ранее удавалось только США и СССР, – «Чанъэ-5» доставил на Землю образцы грунта с Луны.

Эта миссия была самой сложной в космической программе Китая за всю его историю. Там, к слову, вполне были готовы к неудаче, потому что параллельно готовился дублер – миссия «Чанъэ-6». Чтобы добро не пропадало, этот аппарат все же запустят в следующем году. Китай усложняет себе задачи и пока в этой гонке идет безошибочно.

Свой путь

Не вступающая ни в какие гонки Индия, трезво оценивая свой научно-технический и финансовый потенциал, тем не менее развивает космическую программу, а также ее лунную часть. Первая же орбитальная миссия «Чандраян-1», запущенная в 2008 году, внесла едва ли не ключевой вклад в доказательство наличия водяного льда на Луне. После нее был большой перерыв. Продолжилась лунная программа Индии уже в контексте общей гонки, что добавило ей остроты.

В 2019 году миссия «Чандраян-2» должна была сделать Индию четвертой страной, совершившей мягкую посадку на поверхность Луны. Аппарат был запущен 22 июля 2019 года, а 20 августа вышел на орбиту. Почти через две недели от орбитального аппарата, который обладает собственными научными инструментами и по сей день благополучно работает, отделился спускаемый модуль «Викрам». 6 сентября началась процедура посадки. И закончилась она неудачей: аппарат разбился о поверхность. Последние телеметрические данные, отправленные зондом, показывали скорость спуска 58 м/с (пара сотен км/ч) на высоте 330 метров, что не сулило мягкой посадки.

Что показало расследование? Комплекс недоработок, связанных, прежде всего, с программным обеспечением (опять!). Первая фаза снижения с высоты 30 км до 7,4 км прошла в штатном режиме, скорость удалось сбить с 1683 до 146 м/с.

Во второй фазе спуска двигатели выдавали большую тягу, чем нужно, и аппарат замедлился сильнее, чем следовало. Компьютер должен был парировать эту ошибку к концу фазы, но алгоритмы запрещали ему совершать резкие маневры и вносить слишком большие коррективы, так как это могло привести к потере ориентации. В результате программных противоречий, а также из-за жесткого требования попасть в ограниченную 500-метровую зону посадки, модуль увеличил скорость до 48 м/с, при этом неправильно высчитав оставшееся время полета, что привело к столкновению с поверхностью на скорости около 50 м/с, тогда как посадка должна совершаться при 2 м/с.

А вот «Чандраян-3» с задачей справился – 23 августа он благополучно прилунился. Его миссия обошлась всего в 75 миллионов долларов. Он нес на своем борту мини-луноход, который был спущен на поверхность и немного там покатался, собирая данные. Удалось провести анализ состава поверхностного слоя реголита, а также измерить температуру под поверхностным слоем грунта. Кстати, она оказалась существенно ниже ожидавшейся по расчетам: Луна в высоких широтах холоднее, чем считалось ранее.

Частная инициатива

Впервые участниками лунной гонки становятся частные коммерческие компании. Начало этому положил дерзкий проект израильской SpaceIL «Берешит». 585-килограммовый аппарат, массу которого почти на две трети составляло топливо, имел скорее символическое значение и был призван сделать Израиль четвертым в истории посадок на Луну, а также показать способность частных компаний отправлять свои аппараты на спутник Земли.

Поэтому помимо магнитометра, камер и уголковых отражателей на борту «Берешита» разместили внушительную электронную библиотеку и колонию тихоходок, которые способны выживать в самых суровых условиях. Тихоходки были отправлены «тайно», поэтому авторы проекта удостоились мощной критики от научного сообщества. Ведь угроза загрязнения объектов Солнечной системы земными формами жизни очень жестко контролируется.

Аппарат был запущен 22 февраля 2019 года с помощью ракеты «Фалькон 9» с мыса Канаверал во Флориде. А 11 апреля была предпринята попытка посадки. Во время предпосадочного торможения из строя вышел гироскоп инерциального измерительного блока, но перезагрузить управляющий им компонент системы не успели, так как в нужный момент произошла потеря связи. Когда ее восстановили, «Берешит» был еще цел, но двигатель не работал. Его удалось запустить только для торможения, однако аппарат находился слишком низко, чтобы маневр успел погасить его скорость. Последние данные с высоты 150 метров показывали, что модуль двигался со скоростью более 500 км/ч – это верная гибель. Первая попытка частной компании сесть на Луну провалилась.

А спустя четыре года свою попытку предприняла японская компания ispace. Цели тоже заявлялись демонстрационные. Но нагрузка была более разнообразной: от мини-лунохода из ОАЭ до канадских панорамных камер и японского робота-трансформера. Сама платформа Hakuto-R тоже была крупнее – около тонны в заправленном состоянии и 340 кг в «сухом».

Запуск снова состоялся на «Фалькон 9» в декабре 2022 года. Причем аппарат направлялся к Луне по так называемой низкоэнергетической траектории, чтобы сэкономить топливо. Поэтому, совершив большую петлю за пределами лунной орбиты, он сблизился с Луной в марте, а 25 апреля была предпринята попытка посадки.

И снова роковой стала вроде бы мелочь: программный нюанс. Дело в том, что посадку было решено проводить в кратере Атлас, а не на равнинной поверхности, как предполагалось изначально. Компьютер был настроен на плавное снижение, и по мере спуска данные лазерного высотомера и инерциальной системы измерения не противоречили друг другу. Но когда Hakuto-R пролетел над краем кратера, данные высотомера резко изменились – из-за рельефа подстилающей поверхности. Однако компьютер модуля расценил такое резкое изменение как сбой и стал игнорировать показания лазерного высотомера, действуя так, как будто поверхность уже рядом, – как аппарату и «показалось» в момент пересечения края кратера. Высотометр показывал, что аппарат находится на высоте 5 км от поверхности, а компьютер стал поддерживать эту высоту, пока не закончилось топливо, и модуль фактически упал с этой высоты.

И все же ispace добилась серьезного результата: само достижение орбиты Луны удается тоже далеко не всем миссиям. Компания собрала достаточно инвестиций, чтобы провести вторую лунную миссию в 2024 году. Если учесть, что до одного досадного сбоя все складывалось успешно, можно поверить в успех этого предприятия. Кроме того, ispace через свое американское дочернее предприятие выиграла один из контрактов NASA по отправке на Луну научной полезной нагрузки.

Большое будущее

И тут мы переходим к другому важному игроку в лунной гонке – США. Пока ведется работа с крупными подрядчиками над пилотируемой программой «Артемиды», NASA запустило привычную коммерческую программу для привлечения частных партнеров. Проект CLPS позволяет NASA привлекать компании, подобные ispace, которые за фиксированную цену в обозначенный район Луны будут запускать свои платформы, а агентство разместит на них определенные научные инструменты. На данный момент заключено десять контрактов с разными компаниями, это уже гарантированные десять попыток посадок на Луну в ближайшие годы.

Агентству такой подход выгоден тем, что оно себя напрямую не будет ассоциировать с возможными неудачами. Затраты на каждый такой пуск относительно невысоки, а компании легко взаимозаменяемы. Таким образом количество будет переводиться в качество. А попутно это не будет отвлекать от главной цели – создания окололунной станции Gateway и работы над пилотируемыми полетами «Артемиды». Заодно создается новая экономика – космическая. В ней не только крупные агентства и государственные бюджеты будут определять формат освоения космоса, но и частные компании.

Следующей на очереди на посадку должна стать миссия IM-1 компании Intuitive Machines. Она планирует 16 ноября запустить свой модуль Nova-C на ракете Falcon 9 к кратеру Малаперт в 300 км от Южного полюса Луны. На борту аппарата пять научных инструментов NASA и шесть грузов от других заказчиков – элемент той самой космической экономики. И это только первая из серии миссий по программе CLPS.

NASA выбрало трех коммерческих поставщиков для обеспечения высадки на Луну. Их посадочные модули будут доставлять научно- технические полезные нагрузки в рамках программы Commercial Lunar Payload Services (CLPS) — части программы Artemis. Фото: NASA, flickr.com

Вскоре после Nova-C на ее поверхность должен сесть японский аппарат SLIM, который уже в пути. Он был запущен японской ракетой H-IIA 6 сентября по низкоэнергетической траектории, поэтому выйдет на орбиту Луны только в конце года, а в январе будет предпринята попытка посадки. С его помощью Японское космическое агентство хочет показать технологию сверхточного прилунения – в пределах ста метров от точки интереса. Для этого будет использоваться комбинированная система навигации, включающая в себя не только классические приборы ориентации, но и комплекс автономной обработки визуальных данных. Ведь для будущих лунных баз точная посадка будет необходима.