Для чего мы исследуем луну
Зачем нам нужно на Луну? И как она поможет «захватить» другие планеты
Зачем нам на Луну? И как она может помочь человечеству освоить Марс и другие дальние планеты? Об этом и многом другом в годовщину высадки первого человека на лунную поверхность – в колонке обозревателя Николая Гринько.
21 июля 1969 года американский астронавт Нил Армстронг, командир экипажа миссии «Аполлон-11» впервые в истории ступил на поверхность Луны, произнеся историческую фразу «Это один маленький шаг для человека, но гигантский скачок для всего человечества». За следующие три года США высадили на наш естественный спутник еще 12 человек, отправив к Луне 6 пилотируемых миссий – и это не считая множества беспилотных аппаратов, запущенных и Америкой, и Советским Союзом.
Вскоре «лунная гонка» сошла на нет главным образом из-за колоссальных средств, затраченных на полеты. Однако в последнее время мы вновь все чаще слышим о новых исследованиях Луны, новых экспедициях и даже планах постройки лунных баз – Россия, США, Индия, Япония, Китай активно работают в этом направлении.
Исследования Луны, как ни странно, очень напоминают историю освоения Антарктиды. В начале прошлого столетия к южному полюсу Земли отправлялось множество экспедиций, между ведущими мировыми державами существовала жесткая конкуренция, которую можно назвать «антарктической гонкой».
Технические достижения того времени – радио, авиация, навигационное оборудование и так далее – позволили людям «застолбить» свое присутствие на полюсе, но находиться там долгое время было невозможно. Почти на полвека интерес к Антарктиде угас, а затем люди, накопив новые знания и технологии, вернулись в Антарктику и начали строить базы для постоянной работы.
С Луной все обстоит точно так же. Люди смогли на пределе своих возможностей «допрыгнуть» до нее, но для того, чтобы остаться там, нужно гораздо больше ресурсов –и технологических, и научных.
Люди, больше других заинтересованные в лунных миссиях, – это планетологи, геологи и другие ученые, занимающиеся историей в глобальных масштабах. Дело в том, что Земля – довольно активное место с точки зрения геологических процессов, и они достаточно активно стирают «записи», относящиеся к истории планеты и Солнечной системы.
Но на Луне нет атмосферы, тектоническая деятельность гораздо слабее, и вообще за последние 4,5 миллиарда лет она мало изменилась. Это значит, что, исследуя ее, геологи смогут намного дальше заглянуть в прошлое. Мы, например, до сих пор не можем определить, как именно образовалась Луна: из вещества Земли после столкновения с крупным космическим объектом, из общего с Землей исходного вещества, или же она пришла откуда-то извне и была захвачена притяжением Земли – у всех гипотез есть и сторонники, и ярые противники. Возможно, новые экспедиции помогут прояснить этот вопрос.
Сегодня люди достаточно уверенно эксплуатируют Международную космическую станцию, расположенную на высоте около 400 километров над Землей. Луна находится в тысячу раз дальше, и это следующий наш шаг в космос.
Научившись жить и работать на ее поверхности, мы сможем двигаться дальше: следующая цель – Марс, расстояние до которого в миллион раз больше, чем до МКС. Освоив технологии постройки лунных баз, человечество сможет перенести их дальше, отправившись в путешествие по Солнечной системе. И кстати, стартовать с Луны намного проще, ведь ее гравитация в 6 раз слабее земной.
Конечно, все это произойдет не быстро. До высадки первых людей на поверхность Марса могут пройти десятки лет, а может быть, и больше.
Лунные тайны: история исследования спутника Земли
Как образовалась Луна?
Согласно теории «гигантского столкновения» (или модели ударного формирования), у молодой Земли не было Луны. В какой-то момент в ранней истории нашей планеты гипотетическая планета Тейя, размером с Марс или чуть более, столкнулась с Землей. Мгновенно большая часть массы Тейи и значительная часть Земли испарились. Облако поднялось на высоту более 22 000 км, где сконденсировалось в неисчислимые твердые частицы, которые, вращаясь вокруг Земли, собирались во все более крупные объекты, и в итоге слились воедино в Луну.
Измеряя возраст образцов лунного грунта, мы знаем, что Луне около 4,6 миллиарда лет, или примерно столько же, сколько Земле.
Цифры и факты о Луне
Вращение Луны — время, необходимое для вращения вокруг своей оси — занимает столько же времени, сколько и вращение вокруг орбиты Земли — около 27,3 суток. Это означает, что вращение Луны синхронизировано таким образом, что Луна постоянно повернута к нам одной и той же своей стороной. Обратная сторона Луны (или темная сторона) была сфотографирована только с космического аппарата.
Луна вращается вокруг Земли со средней скоростью 3700 километров в час.
Гравитационное притяжение Луны на Земле является основной причиной приливов и отливов океанских вод. Вращение Земли вызывает два прилива и два отлива каждый день.
Безвоздушная лунная поверхность нагревается на солнце до 117 градусов по Цельсию в течение двух недель (лунный день длится около месяца). Затем, в течение такого же периода, пространство находится в темноте. Темная сторона охлаждается до −169 градусов по Цельсию.
История изучения Луны
В январе 1959 года небольшой советский аппарат «Луна-1» стал первым космическим кораблем, достигшим второй космической скорости. Он же стал первым искусственным спутником Солнца. Хотя «Луна-1» не достигла поверхности Луны, как предполагалось, космический корабль пролетел на расстоянии около 6500 километров от нее. Его набор научного оборудования впервые показал, что на Луне нет магнитного поля.
Позже, в 1959 году, «Луна-2» стала первым космическим кораблем, который достиг поверхности Луны. Третья лунная миссия впоследствии сделала первые размытые снимки обратной стороны нашего спутника.
Первое изображение, переданное АМС «Луна-3», показывающее обратную сторону Луны
В 1966 году советский космический корабль «Луна-9» стал первым аппаратом, благополучно совершившим мягкую посадку на поверхности спутника. Небольшой корабль был снабжен научным и коммуникационным оборудованием и сфотографировал лунную панораму. «Луна-10» была запущена позднее в том же году и стала первым космическим кораблем, который успешно облетел Луну.
В 1961 году Джон Ф. Кеннеди обязал Соединенные Штаты высадить человека на Луну до завершения десятилетия. Программа «Аполлон» была разработана для безопасной отправки людей на Луну и обратно.
В 1966 и 1967 годах НАСА запустило пять миссий «Лунный орбитер», которые были предназначены для облета Луны и составления карты ее поверхности для подготовки к последующим посадкам с экипажем. Эти орбитальные аппараты сфотографировали около 99 процентов поверхности Луны и предоставили фотографии потенциальных мест высадки.
Снимок кратера Уэбб , «Лунар орбитер-1», август 1966 г.
20 июля 1969 года Нил Армстронг и Эдвин «Базз» Олдрин стали первыми людьми, ступившими на поверхность Луны, когда их посадочный аппарат «Аполлон-11» приземлился в Море Спокойствия. Весь мир запомнил слова Армстронга: «Один маленький шаг для человека и огромный скачок для человечества».
Услышать знаменитые слова можно на сайте NASA.
Эдвин Олдрин на поверхности Луны в 1969 году
«Аполлон-16» и «Аполлон-17» в 1972 году были последними двумя полетами на Луну с экипажем, а советский космический корабль «Луна-24» в 1976 году был последним приземлившимся на лунную поверхность до следующего столетия. Образцы, собранные во время этих лунных исследований, дали нам огромное количество знаний о геологии и образовании лунной поверхности.
Возвращение на Луну не стояло на переднем крае космических программ на протяжении десятилетий. По словам эксперта по космической политике Джона Логсдона, нет никаких научных причин возвращаться на Луну — миссии Аполлона уже собрали 382 килограмма лунных камней, некоторые из которых до сих пор не проанализированы.
Недавний и будущий статус исследования Луны
Недавние достижения в изучении Луны связаны с китайскими и израильскими космическими программами.
В 2013 году, спустя 37 лет после последнего успешного прилунения, китайский луноход Юйту достиг поверхности Луны.
В январе 2019 года китайский посадочный аппарат Chang’e-4 приземлился на противоположной стороне Луны, став первым космическим кораблем, который когда-либо сделал это.
В апреле 2019 года израильский космический корабль «Берешит» облетел вокруг Луны, но потерпел крушение при попытке приземлиться. Несмотря на то, что он потерпел неудачу при посадке, его успешный запуск с частной ракеты SpaceX считается значительным достижением.
Если говорить о будущем лунных экспедиций, то Генеральный директор Amazon Джефф Безос и его космическая компания Blue Origin объявили о проекте создания лунной базы, где люди будут работать и жить. Ракета New Glenn может совершить свой первый полет уже в 2021 году, поддерживая цель НАСА по возвращению человека на Луну к 2024 году.
Кто и зачем стремится закрепиться на Луне?
55 лет назад на лунную орбиту вывели первый искусственный спутник. С космодрома «Байконур» была запущена автоматическая межпланетная станция «Луна 10». Какие страны сейчас заняты исследованиями Луны и зачем это нужно, телеканалу «МИР 24» рассказал директор Института космических исследований РАН Анатолий Петрукович.
— Можно ли считать, что с этого момента началась серьезная эра освоения Луны?
Анатолий Петрукович: Началась эра исследования Луны, не было задачи вести постоянную деятельность на Луне, а была задача исследовать это небесное тело, подготовить список астронавтов и космонавтов.
— Сегодня Россия, США, Китай, Япония неоднократно говорили, что в течение ближайших 15 – 20 лет на Луне будет построена некая инфраструктура, там начнутся постоянные действия. Почему сразу несколько стран так стремятся закрепиться на Луне?
Анатолий Петрукович: Причин несколько. Эта история возникла не на пустом месте. Если мы оглянемся на последние 10 – 20 лет с начала 21 века, то после тех первых лунных проектов СССР и США, которые закончились в середине 70-х, после 2000 года началась новая эра исследований Луны, было запущено порядка 20 космических аппаратов, которые исследовали Луну с учетом возможностей современной науки и техники, было найдено много всего интересного.
Ранее считалось, что Луна – безжизненный шарик каменный, выжженный солнцем на протяжении миллиардов лет. Тем не менее, удалось найти, в том числе с помощью рук и приборов российских ученых, на Луне залежи водяного льда в приполюсных районах. Водяной лед в космосе – это возможность получить энергию и поискать в нем остатки примитивных органических соединений, которые могли способствовать появлению жизни на Земле, поэтому к Луне вернулся интерес космических держав. Постепенно в последние годы он развивался, сейчас сформировалось мнение, что на Луну надо идти всерьез и надолго.
Сложно говорить, что будет через 20 лет, сколько там будет деревень лунных и поселков. Уже сейчас ясно, что до 2025 года на Луну будут совершаться посадки космических автоматических практически раз в год. У нас будет приличная сеть исследовательских станций на Луне, многие из которых ставят цель не только исследовать с точки зрения фундаментальной науки Луну, но и попытаться использовать ее – там будут устройства, чтобы лунный реголит как-то обрабатывать и какие-то устройства для проверки связи с Землей. Такая подготовительная фаза, которая позволит обеспечить высадку астронавтов и космонавтов на Луну, которая, скорее всего, будет ближе к 2030 году у Китая, у России и США.
— На Луне можно добывать полезные ископаемые?
Анатолий Петрукович: Везде в космосе что-то есть полезное. Конечно, консенсус ученых и космических специалистов в том, что на Луне мы не знаем продукта, который было бы выгодно там добыть и использовать его. Слишком дорого туда оборудование завозить, а потом это возвращать.
— А как же волшебное слово гелитрий?
Анатолий Петрукович: Это история очень древняя и уже прошедшая. Это штука, конечно, потенциально интересная лет через 50 на Земле. Термоядерный синтез – это такая вещь, которая до сих пор не достигнута, а гелитрий – это нужно еще после простейшей реакции термоядерного синтеза в 10 раз температуру повысить, чтобы его можно было использовать. Это дело далекого будущего, но главное, что гелитрий сегодня есть, но он рассеян равномерным очень малым процентом в верхнем слое реголита.
Чтобы добыть значимое количество гелитрия на Луне, пусть даже это очень высокоэнергетический продукт с точки зрения энергии, но фактически надо перелопатить столько грунта, сколько эквивалентно примерно количеству угля той же энергетической ценности. Выгоды здесь никакой нет, все уйдет в переработку шлаков.
— Между лунными программами разных стран есть принципиальные отличия? Какая страна сейчас вкладывает больше средств в освоение Луны?
Анатолий Петрукович: Примерно все лунные программы идут одним путем с точки зрения приоритетов. Общее мнение – наиболее интересные районы находятся в окрестностях Южного полюса. Там как раз есть, по всей видимости, наибольшие запасы водяного льда, и дальше надо найти место, где и Земля хорошо видна, и Солнце. Мы сидим, как на макушке сферы, Солнце и Земля как у горизонта находятся, поэтому любая гора соседняя на Луне может закрыть Луну и Солнце, что будет нехорошо с точки зрения технической.
Если говорить о ресурсах, за которые идет борьба, то сейчас видно, что первый ресурс – это место хорошее занять.
— Именно поэтому в район Южного полюса полетит «Луна 25»?
Анатолий Петрукович: Там место хорошее занять надо, но пока не очень ясно, какое самое лучшее, и мест не такой дефицит, что нужно первым быть, иначе кто-то проскочит. Думаю, запас 5 – 10 лет есть, чтобы выбрать место и там начать какую-то деятельность, но это, прежде всего, будет подготовка к пилотируемой миссии. Это второй шаг всех космических агентств мировых, которые считаются общепринятой политикой, что мы готовимся к какой-то более-менее постоянной деятельности на Луне, какой большой бы она ни была. Это может быть маленький луноход, который будет осуществлять осмотр окрестностей. Где-то на следующих этапах уже появятся люди. Здесь, наверное, надо еще подождать, чтобы планы космических агентств по полету человека стали более конкретными.
Президент Трамп говорил, что в 2024 году на Луну высадит астронавтов, но сейчас уже ясно, что этого не будет по финансовым причинам.
— Как страны будут делить Луну?
Анатолий Петрукович: Пока этот вопрос активно обсуждается, и подходы есть разные. Все приводят аналогии на Земле, но пока неясна степень полезности, поэтому не совсем ясно, что на Луне надо охранять, какую территорию? Сейчас существует международный договор, что космос и Луна являются достоянием человечества, и их приватизировать нельзя, но существует очень большое течение, движение среди международных юристов. Оно подогревается коммерческими компаниями, которых такое не устраивает, потому что они хотя бы должны пообещать своим вкладчикам и инвесторам, что они вернут затраченные финансы рано или поздно, поэтому коммерческим компаниям важно иметь хоть какое-то обоснование легальности их действий на Луне, и появляется тренд – разного рода обсуждений, отступлений от международного договора, весьма размытого в своих формулировках, что сама территория ресурсом не является, но если вы там что-то добыли…
Мировой океан есть – он ничей, но если вы поймали там рыбу, то рыба ваша. Это довольно сложный международный юридический вопрос, и сейчас активно и МИД российский работает по выработке национальной позиции и на международной арене, чтобы не получилось так, что какие-то страны получат решающие преимущества, которые потом ограничат деятельность других стран. Процесс идет, пока срочности в этом нет, но работать надо.
Зачем мы снова летим на Луну? Специалист по пилотируемым космическим программам рассказывает о лунных станциях, которые помогут людям добраться до Марса
Почему с 1972 года люди не летали дальше Луны, чем отличается полет на МКС от полета на Марс и как Луна может стать тестовой площадкой для полетов в глубокий космос? Об этом на вебинаре, организованном Фондом инфраструктурных и образовательных программ (Группа РОСНАНО) и «Бумагой», рассказал научный журналист, член Федерации космонавтики России и специалист по пилотируемым космическим программам Дмитрий Олиферович.
В воскресенье, 14 июня, пройдет фестиваль Science Bar Hopping Online. Десять лекций можно послушать в петербургском и московском пабликах проекта во «ВКонтакте». На фестивале выступят космонавт-испытатель Марк Серов, ИИ-евангелист компании ABBYY Иван Ямщиков, профессор факультета антропологии Европейского университета Илья Утехин и другие ученые и эксперты.
Дмитрий Олиферович
Специалист по пилотируемым космическим программам
Почему люди не летали дальше Луны
— Главная причина — политика. «Аполлоны» летали на Луну в рамках лунной гонки. Джон Кеннеди поставил американской космонавтике задачу: до 1970 года отправить человека на Луну и безопасно вернуть на Землю. В итоге, когда это было сделано, последующие экспедиции проводились по инерции. Программа «Аполлон» была свернута в 1972 году.
Пилотируемая часть советской лунной программы не удалась, потому что у нас были проблемы с лунной ракетой Н-1. Ее испытания закончились неудачей (из-за проблем в первой ступени ракеты — прим. «Бумаги»), и в 1974 году программа была отменена. В итоге и советская, и американская космонавтика перешли на освоение околоземной орбиты.
В результате из опыта американской и советской космонавтики получилась совместная программа, сначала «Мир» — «Шаттл», а в конце 1990-х началось сооружение орбитальной станции МКС — постоянно населенного форпоста на орбите.
После полета «Аполлона» никто не развивал технологии высадки на другие небесные тела. Соответственно, когда в начале 2000-х администрация Джорджа Буша — младшего объявила программу Constellation по возвращению американских астронавтов на Луну, оказалось, что нужно фактически разрабатывать с нуля сверхтяжелую ракету, которая может вывести к Луне примерно 50 тонн груза, специальный космический корабль для экипажа и взлетно-посадочный комплекс.
В 2010 году эту программу отменили, а в 2019 году NASA объявило о новой лунной программе «Артемида». Эта программа уже качественно другая. Если по программе Constellation предполагалось только высадиться на Луну, то по программе «Артемида» на Луну прилетят, чтобы там остаться.
Зачем возвращаться на Луну
— Автоматы на Луну летают достаточно давно. И СССР, и США запускали много автоматических лунных станций. Они выходили на лунную орбиту, совершали посадку, добывали образцы грунта. Но вскоре, в 1976 году, полеты автоматических станций тоже прекратились.
В 1990 году Япония запустила свой пробный небольшой аппарат к Луне, и таким образом началась новая эра автоматического освоения Луны. Сейчас на обратной стороне Луны работает китайский луноход, на окололунной орбите находится американский зонд LRO, который делает снимки Луны в огромном разрешении и даже смог запечатлеть следы американских астронавтов. В ближайшие годы планируется запуск других автоматических станций. Например, Россия планирует запустить станцию «Луна-25».
Новая американская программы «Артемида» предусматривает не только посадку на Луне, но и создание специальной окололунной станции. По сути, это МКС на окололунной орбите. Ее предлагается создавать тем странам, которые участвуют в МКС. Россия тоже может участвовать. Но главную роль хочет играть NASA. В прошлом году NASA раздало первые контракты на создание модулей этой станции.
Если в 1960-е годы освоение космоса было связано с политикой, и важно было просто доставить туда человека, то сейчас Луна видится как постоянный научно-инженерный полигон, где будут строиться базы и совершаться постоянные экспедиции.
Луна отличается тем, что, с одной стороны, она находится в глубоком космосе, а с другой — достаточно близко от Земли. Это означает, что Луна может стать нашей тестовой площадкой для отработки пилотируемой миссии на Марс. Понятно, что с оговорками, потому что у Луны нет атмосферы, а у Марса есть, на Луне сила тяжести слабее, а на Марсе больше. Но в целом, Луна — это подходящий полигон для будущих пилотируемых миссий в глубокий космос.
Чем полет на Марс отличается от полета на Луну или МКС
— Сейчас люди летают на МКС, а МКС находится, по сути, внутри радиационных поясов Земли (300–400 километров), которые захватывают космическую солнечную радиацию, и поэтому внутри них, на низкой околоземной орбите, достаточно спокойная радиационная обстановка. Она выше, чем на Земле, но при этом, если не находиться там слишком долго — обычная экспедиция длится примерно полгода, человек не получает критическую дозу радиации.
Кроме того, с МКС на Землю людей можно эвакуировать буквально за несколько часов, а если мы полетим, например, на Марс, это уже не получится — он находится на расстоянии как минимум 60 миллионов километров и средняя дорога к нему занимает семь-восемь месяцев.
Причем если стартовать на МКС можно практически в любое время, то на Марс оптимально летать только примерно раз в два года, когда Земля и Красная планета находятся в таком положении относительно друг друга, что можно запустить корабль по оптимальной, так называемой гомановской траектории.
Также на МКС есть постоянная связь с центрами управления полетами в реальном времени. И в случае нештатной ситуации можно сразу же получить помощь. При полетах на Луну связь также доступна. А Марс находится на таком расстоянии, что задержка сигнала будет составлять минимум 8 минут и максимум 40.
Поэтому если мы хотим летать за пределы лунной орбиты, то нам придется придумывать такие протоколы полетов и методы работы экипажа, при которых люди смогут автономно сами починить свой корабль или решить какую-то проблему, не надеясь на помощь с Земли.
Каким будет возвращение на Луну в XXI веке
— До Луны лететь где-то трое суток: расстояние от Земли в среднем 380 тысяч километров. Как туда лететь, мы знаем. Но ракету, корабль и посадочный аппарат нужно создавать заново.
Сейчас NASA создает и испытывает сверхтяжелую ракету SLS. В основе этой ракеты уже используемые технологии. Ее боковые части — это боковые твердотопливные ускорители, как в системе Space Shuttle. Центральная ступень ракеты SLS уже готова к полету, который планируется в ноябре следующего года.
Первая миссия по программе «Артемида» запланирована на 2021 год, космический корабль для нее уже готов. Он полетит без людей, выйдет на окололунную орбиту, будет там находиться в течение нескольких недель, после чего вернется на Землю. Это будет такая генеральная репетиция будущего полета. В 2022 году должна будет состояться миссия «Артемида-2» — облет Луны с экипажем на борту. Тогда, скорее всего, полетят четыре астронавта.
Параллельно планируется строительство окололунной станции Gateway. Она будет находиться на высокой орбите над Луной. Когда Gateway достроят, она будет состоять из целого ряда модулей, созданных разными странами. Возможно, Роскосмос также внесет свой вклад. К этой станции сможет стыковаться космический корабль «Орион» и коммерческие грузовые корабли.
В частности, компания SpaceX недавно получила контракт от NASA для создания грузового корабля для доставки грузов на окололунную станцию Gateway. Эта станция будет частью большой инфраструктуры, которая позволит и NASA, и партнерам совершить посадку и экспедиции на поверхность Луны и даже послужит трамплином для полетов к другим небесным телам, потому что стартовать с орбиты Луны проще, чем с околоземной орбиты: сила тяжести на Луне примерно в шесть раз меньше, чем на Земле.
Но если мы хотим осваивать Луну, нам никак не обойтись только одной окололунной орбитальной станцией, нужно сесть на поверхность. Поэтому NASA объявило конкурс на создание коммерческого взлетно-посадочного корабля, который сможет либо напрямую, либо от станции Gateway садиться к Южному полюсу Луны, а потом и в другие регионы нашего спутника.
Почему Южный полюс? На Луне есть запасы водяного льда, и находятся они на Южном полюсе. На Северном полюсе тоже есть, но меньше. Лед обнаружен на дне кратеров, куда никогда не проникает солнечный свет и всегда тень, и там образуются так называемые холодные ловушки. Это места, где миллионы лет температура составляет минус 150–180 градусов. Если там поблизости построить базу, то можно будет этот лед добывать и превращать в водород и кислород.
Сейчас три компании — SpaceX, Blue Origin и Dynetics — разрабатывают три варианта пилотируемых посадочных кораблей для NASA, первая посадка запланирована на 2024 год.
Свои пилотируемые миссии к Луне планируют и другие страны, например Китай. Он впервые в истории космонавтики уже доставил луноход на обратную сторону Луны. Кроме того, буквально пару недель назад совершил тестовый орбитальный полет их лунный корабль, который, по планам, будет возить людей к Луне. Также в ближайшее время может состояться китайская миссия по доставке образцов лунного грунта.
У Роскосмоса тоже есть своя лунная программа. В следующем году планируется посадка автоматической станции «Луна-25» в район Южного полюса. Она будет исследовать залежи водяного льда. Также планируются пилотируемые миссии, для которых создается корабль нового поколения «Орел» (ранее он назывался «Федерация»), который сможет летать и на МКС, и к Луне. Но пока дело стоит за разработкой сверхтяжелой ракеты.