Попытки человечества исследовать Луну долгое время ограничивались лишь визуальным изучением при помощи оптической техники. Новый этап в исследовании естественного спутника Земли начался в 1959 году с посадки советской автоматической станции «Луна-2». Через десять лет на Луну впервые ступила нога человека — астронавта США Нила Армстронга. С тех пор между крупнейшими космическими державами — Россией, США и Китаем — продолжается соревнование в освоении спутника. «Лента.ру» рассказывает о ближайших планах этих государств относительно Луны, а также их реализации.
«Из-за чего началась вторая лунная гонка? Если мы хотим лететь к далеким планетам, то множество космических технологий дальних полетов должно быть отработано на Луне. Она вблизи нас находится, и много всего можно попробовать здесь», — так в 2021 году резидент РАН Александр Сергеев описал, зачем вообще нужно покорять Луну.
Основной лунный проект, над которым работают в России, — запуск автоматической межпланетной станции (АМС) «Луна-25». В рамках программы осуществляется разработка транспортного корабля нового поколения и совершенствование технологий ядерной космической энергетики. Миссия включает в себя отправку автоматического зонда для исследований в районе Южного полюса Луны.
Орбитальная часть аппарата будет проводить дистанционное изучение спутника и искать подходящие посадочные площадки для последующих кораблей. Посадочная часть также предназначена для исследования поверхности и криогенного бурения до глубины двух метров. Основная задача этого устройства — поиск воды. Ожидается, что автоматический зонд проработает на Луне не менее одного земного года.
В «Роскосмосе» анонсировали запуск первого космического аппарата «Луна-25» 13 июля 2023 года. Модуль должен будет совершить посадку недалеко от кратера Богуславского.
Также запланирована серия других миссий, которые начнутся в 2027-2028 годах: «Луна-26» (орбитальная) и «Луна-27» (посадочная), «Луна-28». Разработка первого аппарата начнется до 2024 года, а стоимость (по госконтракту) составила 9,3 миллиарда рублей, цена контракта на посадочный аппарат — 7,2 миллиарда рублей. Завершающим этапом станет миссия «Луна-28», которая доставит на Землю образцы реголита.
На данный момент проводится согласование с властями программы по высадке российских космонавтов на Луну, которую планируется реализовать в течение десяти лет.
Техническая разработка станции проекта «Луна-25» уже завершена, она находится в работоспособном состоянии. Однако все еще ведется доработка программного обеспечения специалистами из НПО имени Лавочкина.
Параллельно идет подготовка к освоению Луны и по другим аспектам. Так, например, Россия принимает участие в международном эксперименте SIRIUS (Scientific International Research In Unique Terrestrial Station) по имитации полета на спутник. Программа проводится в четыре этапа, в каждом из которых различные модели социальной изоляции с продолжительностью 17, 120, 240 и 360 суток.
Последний этап завершился в июле 2022 года. Тогда команду из трех женщин и троих мужчин из России, США и ОАЭ на восемь месяцев изолировали на тренажере космического корабля в Институте медико-биологических проблем (ИМБП) РАН. В ходе испытаний были сымитированы «выход на околоземную орбиту», «полет до орбиты Луны» на межпланетном комплексе, а также «выходы на лунную поверхность».
Кроме того, продолжается разработка вариантов обустройства быта первых сотрудников лунной станции. Необходимо предусмотреть технологию добычи воды, защиту космонавтов от радиации и другие задачи. К примеру, один из способов, которым специалисты предлагают защититься от радиации на поверхности Луны, — строительство «землянок» из реголита.
Исполнительный директор «Роскосмоса» по пилотируемым программам Сергей Крикалев считает, что для возведения сооружений эффективнее всего использовать местные ресурсы.
Добывать воду (для станции и заправки ракетных двигателей) рациональнее всего также из лунного грунта — исследования показали, что он чрезвычайно богат льдом. В Курчатовском институте представили робота, который способен справиться с этой задачей. Луноход будет оборудован концентратором солнечных лучей, солнечной батареей, фрезой и системой управления.
Оснащать аппараты дополнительными деталями и запчастями планируется с помощью 3D-принтера. Схемы будут отправлять с Земли, а производить их смогут сразу в космосе. Такое устройство было изготовлено предприятием РКК «Энергия» совместно с Томским политехническим университетом и Томским государственным университетом. Его уже удалось протестировать в рамках испытаний на МКС. Пробный элемент напечатали методом послойного наложения филамента (при помощи расплавленной полимерной нити).
В единственной ступившей на Луну стране планируют существенно изменить программу новой высадки астронавтов. Глава НАСА Билл Нельсон заявил, что в следующий раз американцы будут находиться на спутнике более продолжительное время. Однако эти задачи касаются только наработки опыта и изучения новых условий жизни людей, полномасштабного заселения Луны не планируется.
Основная программа США по освоению спутника называется Artemis. В качестве партнера НАСА выступают Европейское космическое агентство, Японское агентство аэрокосмических исследований и Канадское космическое агентство. Программа состоит из серии миссий, которые будут возрастать по сложности. Проводить их планируется с интервалом примерно в год.
Каждая миссия предполагает запуск ракеты-носителя Space Launch System (SLS) и космического корабля Orion.
В рамках Artemis 1, прошедшей в ноябре-декабре 2022 года, были запущены SLS и Orion без экипажа. Корабль был выведен на дальнюю полярную лунную орбиту, где он провел шесть дней, а затем вернулся на Землю. Общая продолжительность миссии чуть более 25 дней.
Запуск Artemis 2 с экипажем на борту запланирован на 2024 год, а посадка Artemis 3 с людьми на поверхность Луны на 2025-2026 годы. К 2027 году произойдет стыковка Artemis 4 с Lunar Gateway, а затем последуют ежегодные посадки на спутник.
На данный момент в НАСА уже определили возможные районы для будущей высадки астронавтов. Всего было выделено 13 регионов, в том числе участок кратера Фаустини и возвышенность у кратера Шеклтон. Все точки располагаются около Южного полюса спутника Земли, в каждом из них имеется несколько потенциальных посадочных площадок.
По оценкам, стоимость программы Artemis до 2025 года превысит 93 миллиарда долларов. Запуск первых четырех миссий обойдется НАСА в 4 миллиарда долларов каждая.
В 2020 году НАСА составило международное «Соглашение Артемиды» (Artemis Accords), в котором описаны десять принципов освоения спутника и добычи полезных ископаемых на ее территории. Соглашение подписали более 20 стран, включая США. Оно предполагает наличие «безопасных зон» вокруг будущих лунных баз, публичный обмен полученными научными данными, а также регистрацию космических аппаратов на спутнике.
Для второй миссии Artemis в НАСА выбрали команду. Первой женщиной-американкой, которая совершит облет Луны, станет Кристина Куч, а первым афроамериканцем — Виктор Гловер. Также команду дополнят Рейд Уайзман и Джереми Хансен — астронавт Канадского космического агентства.
Строительство лунной станции требует наличия массива энергетических ресурсов. Чтобы добывать их из лунного реголита, необходимо построить заводы, которые также нужно как-то снабжать. Бесперебойную подачу планируют организовать без применения дорогостоящих аккумуляторных батарей.
В Университете имени Бен-Гуриона представили проект, который собирает солнечную радиацию с системами фотогальванических батарей, установленных вдоль лунной широты рядом с полюсами. Конструкция образует кольцо, большая часть которого всегда будет находиться на солнечной стороне.
Соотношение стоимости проекта с производимой энергией в сто раз ниже, чем у солнечных батарей с аккумуляторами, и в шесть раз ниже, чем у ядерных реакторов. В НАСА уже заявили о готовности пересмотреть существующий план по обеспечению лунных колоний ядерной энергией вместо солнечной.
Построить лагерь для исследователей тоже могут непосредственно из лунного грунта: напечатанные из такого материала на 3D-принтере кирпичи позволят сократить расходы. В процессе тестирования на сжатие (способность выдерживать давление) выяснилось, что при соблюдении оптимальной температуры спекания лунные кирпичи выдерживают вес несущих конструкций.
Еще одним вариантом для проживания колоний могут стать пещеры спутника. В НАСА обнаружили на Луне углубления с комфортной для жизни людей температурой — около 17 градусов Цельсия. Ямы с подземными ходами впервые были зафиксированы еще в 2009 году. Теперь удалось доказать, что их возможно использовать в качестве укрытия от солнечной радиации, метеоритов и космических лучей.
Высадиться на Луне тайконавты (китайские космонавты) планируют к 2030 году, а позднее там хотят создать обитаемую международную лунную исследовательскую станцию International Lunar Research Station (ILRS). В проекте примет участие ряд стран, включая Россию. Соответствующее соглашение было подписано между китайскими и российскими представителями в 2021 году. Позднее о присоединении к программе сообщила Венесуэла.
Согласно плану, на период с 2031 по 2035 год запланировано несколько миссий. ILRS-1 предполагает строительство командного центра, энергетической и коммуникационной инфраструктуры; ILRS-2 — создание инфраструктуры для исследования луны, геологических профилей, изучение лавовых трубок, сбор образцов; ILRS-3 — разработку и тестирование технологий использования лунных ресурсов; ILRS-4 — биомедицинские эксперименты, сбор и возврат на Землю образцов; ILRS-5 — формирование инфраструктуры для астрономии и наблюдений Земли с поверхности спутника.
Станцию хотят оснастить прыгающим роботом и несколькими исследовательскими и техническими луноходами. Также рассматривается вопрос о строительстве домов на Луне. Такие строения смогут решить проблему долгосрочного проживания космонавтов. Обсуждается возможность печати зданий методом 3D-печати.
В проект ILRS включены миссии по разведке и подготовке основных этапов — «Чанъэ». Всего по нарастанию технической сложности подразумевается восемь таких миссий, разделенных на четыре фазы. Три из них уже завершены, а последняя, четвертая, включает в себя миссии «Чанъэ-6» — «Чанъэ-8». На этом этапе будет развернута роботизированная научная станция на Южном полюсе Луны. «Чанъэ-7» и следующие миссии будут скоординированы с миссиями «Роскосмоса» «Луна-26» и «Луна-27».
Пока Китайское национальное космическое управление (CNSA) выполнило три этапа программы «Чанъэ». Первый, включавший в себя выход на окололунную орбиту, выполнялся аппаратами «Чанъэ-1» в 2007 и «Чанъэ-2» в 2010 году. Второй этап заключался в сборе образцов «Чанъэ-5» на видимой стороне Луны и в последующей отправке их на Землю.
Полученные пробы лунного грунта позволили совершить множество открытий. Анализ показал, что в грунте содержатся 32 стеклянных шарика из фрагментов горных пород и минералов. Внутри них были зафиксированы следы воды, хотя и в незначительных количествах. Однако в грунте могут содержаться триллионы таких бусин. Потенциально пирокластические шарики могут стать существенным источником воды, но для этого требуется разрешить проблему ее добычи. Теоретически это можно реализовать с помощью нагревания.
В другой работе по анализу реголита, полученного в районе Океана Бурь, выяснилось, что в этом регионе не так много воды: всего 28 частей на миллион. Результаты говорят о том, что формирование влаги на Луне преимущественно должно происходить из ее недр, а не путем заноса солнечным ветром.
Альтернативный вариант использования лунного грунта — превращение его в топливо. Технологию разработали ученые из Нанкинского университета. Исследование образцов с «Чанъэ-5» показало высокое содержание в них железа и титана. Реголит может послужить катализатором для получения необходимых веществ и синтеза топлива. Протестировать систему планируют в будущих лунных миссиях.
Новые образцы грунта со спутника будут получены в ходе следующего запуска «Чанъэ» в мае 2024 года. Тогда аппарат доставят на обратную сторону Луны вместе с ретранслятором Magpie Bridge 2.