Штурм продолжается: что индийский луноход будет искать у южного полюса Луны

14 июля к Луне отправился индийский космический аппарат «Чандраян-3» (слово «чандраян» на санскрите означает «лунный корабль»). Это вторая за пять лет попытка Дели осуществить мягкую посадку на Селену. Успех введет Индию в узкий круг держав, чьи аппараты работали на лунной поверхности (пока это только СССР, США и Китай). Посадка в полярном регионе, где еще не бывали исследовательские зонды, очень порадует и ученых. Но ее успех совершенно не гарантирован.

Лунный корабль

«Чандраян-3» был запущен индийской ракетой-носителем LVM-3 с космодрома имени Сатиша Дхавана в Бенгальском заливе. Зонд массой 3900 кг и стоимостью $73 млн состоит из орбитального и посадочного модуля. Главная задача орбитального модуля — долететь до Луны. Там он выйдет на окололунную орбиту, сбросит посадочный модуль и будет работать как спутник связи для него. Впрочем, на борту орбитального зонда все же есть один научный прибор. Он проанализирует солнечный свет, отраженный Землей. Астрономы надеются, что эти данные помогут в поиске обитаемых планет во Вселенной.

Посадочный модуль имеет массу 1726 кг (не считая массы лунохода) и несет на борту четыре научных прибора. Устройство RAMBHA будет изучать заряженные частицы (ионы и электроны), проносящиеся в вакууме у поверхности Луны. Инструмент ChaSTE измерит температуру и теплопроводность грунта. Сейсмограф ILSA попытается зафиксировать лунотрясения. Считается, что Луна давно остыла внутри и прекратила всякую геологическую активность. Тем не менее сотрясения грунта случаются. Их вызывает падение крупных метеоритов, растрескивание постепенно сжимающейся коры и другие причины. Сейсмические волны просвечивают лунные недра, помогая уточнить внутреннее строение Луны.

Особое место занимает система зеркал LRA. Облучая эти зеркала лазерами с Земли, ученые измерят дистанцию до Селены с точностью до сантиметров и отследят сложные движения нашего спутника.

Посадочный модуль несет на себе шестиколесный луноход. Миниатюрный ровер массой 26 кг несет два научных прибора, оба — для изучения лунного грунта. Лазерный спектрометр будет превращать небольшие образцы в плазму с помощью короткого, но мощного лазерного импульса. Свечение этой плазмы позволит определить содержание основных химических элементов. Еще один инструмент будет бомбардировать образцы альфа-частицами и рентгеновскими лучами. Так можно измерить содержание нескольких элементов: кремния, кальция, магния, алюминия, калия, железа и титана. Сравнив показания двух приборов, ученые определят, из каких соединений и минералов состоит местный грунт.

Полярный исследователь

Подобные приборы отправляются на Луну далеко не в первый раз. Но все предыдущие аппараты садились в низких или умеренных широтах. Полярные области Селены изучались в основном с орбиты. Еще несколько зондов совершили запланированную жесткую посадку (попросту говоря, были разбиты о поверхность Луны) и перед крушением успели кое-что снять крупным планом. Естественно, ни в том ни в другом случае не могло быть и речи о пробах грунта, сейсмограммах или замерах на поверхности. Так что в каком-то смысле «Чандраян-3» должен открыть для науки новый регион нашего спутника.

Именно здесь, судя по наблюдениям с орбиты, в постоянно затененных кратерах скрываются залежи водяного льда. Вечная тьма и холод сохраняют нетронутыми не только запасы воды для будущих лунных баз, но и вещество, оставшееся со времен юности Солнечной системы. Остальные регионы Луны испытывают на себе все прелести смены дня и ночи при отсутствии атмосферы и невероятно долгих сутках (более 29 земных дней от восхода до восхода). На лунном экваторе грунт днем прогревается до +130 °С, а ночью остывает до -170 °С. Лишь очень прочные химические соединения могут выдерживать подобные качели в течение миллиардов лет.

Правда, «Чандраян-3» не будет спускаться в глубокие кратеры: это непосильная задача для миниатюрного лунохода. Так что он произведет только первую разведку местности. Она будет полезна и для будущих пилотируемых миссий: американская «Артемида III» в 2025 году тоже будет садиться в район южного полюса.

Посадочный модуль и ровер «Чандраяна-3» никак не защищены от тьмы и холода лунной ночи. Они получают энергию от солнечных батарей и не имеют системы обогрева. Поэтому срок их работы — один лунный день (примерно 14 земных суток). Исключение — система LRA. Это просто зеркала, они не нуждаются в особых условиях и могут прослужить много лет.

Разумеется, можно было бы снабдить аппарат радиоизотопными обогревателями, как советские и китайские луноходы. Это продлило бы работу, но сделало зонд сложнее и дороже. Несмотря на немалую научную ценность миссии, ее главная цель все же политическая: «застолбить» мягкую посадку и тем самым ввести Индию в клуб лунных держав. Учитывая немалый риск крушения, в Дели предпочли сделать аппарат подешевле.

Опасное сближение

Первая индийская лунная миссия «Чандраян-1» стартовала в 2008 году. Она прошла не совсем гладко: орбитальный зонд проработал менее года из запланированных двух лет. Посадочный модуль был рассчитан только на жесткую посадку (запланированное крушение).

Вторая попытка состоялась в 2019 году. Орбитальный модуль «Чандраяна-2» работает и сегодня, сканируя Селену внушительным арсеналом приборов. А вот посадочный модуль с первым индийским луноходом разбился при попытке мягкой посадки.

Официального документа с анализом причин аварии нет до сих пор. Руководитель Индийской организации космических исследований недавно заявил, что главную проблему создали пять посадочных двигателей. Они тормозили аппарат быстрее, чем ожидалось. Автопилот пытался выправить положение маневром на большой скорости. Но эта попытка была заблокирована программой, обязанной не допускать чересчур скоростных пируэтов. Вдобавок, когда зонд уже был у самой поверхности, выяснилось, что он слишком далеко от запланированной «посадочной площадки». Пытаясь добраться до нее, аппарат увеличил скорость... и с размаху врезался в поверхность. Все это время инженеры не только не могли вмешаться, но и не вполне понимали, что происходит: посадку на Луну невозможно контролировать с Земли в реальном времени.

В том же 2019 году потерпел крушение израильский зонд «Берешит». А совсем недавно о поверхность Селены разбился японский посадочный модуль HAKUTO-R, несший арабский луноход «Рашид». Американский наноспутник «Лунный фонарик», тоже летевший на борту HAKUTO-R, благополучно отделился, но не смог выйти на окололунную орбиту. Все это хорошо иллюстрирует, насколько сложно и рискованно идти на тесный контакт со своенравной Селеной.

Разработчики «Чандраяна-3» извлекли уроки из неудачи. Количество посадочных двигателей было уменьшено с пяти до четырех. Запланированный район посадки расширен с 500 × 500 м до 4 × 2,4 км. Инженеры удвоили количество бортовых камер, контролирующих посадку, и сделали их более надежными. Были внесены и другие улучшения, но помогут ли они — покажет только посадка, запланированная на конец августа.

К слову, в этом же августе должна стартовать российская «Луна-25». Несмотря на регулярные неудачи, лунная гонка XXI века набирает обороты.