Спустя многие годы ожиданий была наконец-то запущена российская миссия «Луна-25», которая должна будет совершить мягкую посадку на естественный спутник Земли. Это первый отечественный аппарат за 47 лет, запущенный для изучения Луны.
В этой статье описаны пуск и траектория полёта к Луне, кратко освещена история создания «Луны-25» и причины, почему её часто называют долгостроем, планируемое место прилунение. Более детально описаны технические особенности аппарата.
Содержание:
- Запуск
- Полёт к Луне и посадка
- Наперегонки с Индией
- Долгая, трудная история «Луны-25»
- Технический обзор «Луны-25»
«Луна-25», иллюстрация. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Запуск
Пуск трёхступенчатой ракеты-носителя (РН) среднего класса «Союз-2.1б» с разгонным блоком (РБ) «Фрегат» и миссией «Луна-25» был произведён 11 августа в 02:10:57 по московскому времени с площадки 1С космодрома Восточный.
Ракета отработала в штатном режиме, а «Фрегат» с «Луной-25» успешно отделился от третьей ступени ракеты.
Это был 11 пуск российской РН в 2023 году, 3 с космодрома Восточный. Для РН «Союза-2.1б» данный полёт стал 65, для семейства РБ «Фрегат» — 117 в истории.
«Союз-2.1б» с «Луной-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос».
Пуск РН «Союз-2.1б» с «Луной-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
РН «Союз-2.1б» с «Луной-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
Головной обтекатель РН «Союз-2.1б» для миссии «Луна-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
Накатка головного обтекателя. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
РБ «Фрегат» с «Луной-25» перед накаткой головного обтекателя. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
РБ «Фрегат» перед установкой на него «Луны-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/ЦЭНКИ.
Полёт к Луне и посадка
«Луна-25» будет двигаться по «быстрой» схеме и выйдет на окололунную орбиту спустя 5 дней. Это отличает миссию от множества других, таких как, например, «Чандраян-3», Hakuro-R, KPLO, CAPSTONE, Beresheet и др., что иногда летели к Луне по несколько месяцев, но «роднит», к примеру, с «быстрыми» миссиями «Чанъэ» или «Артемида-1». Причина заключается в том, что «медленная» схема позволяет экономить топливо, а также используется при запусках тяжёлых аппаратов, применении не самых мощных РН и т .д., но в случае с «Луной-25» потребности в этом нет.
Траектория «Луны-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Первоначально РБ «Фрегат» с «Луной-25» был выведен на суборбитальную траекторию, но после первой коррекции миссия вышла на околоземную орбиту. После второго включения РБ «Фрегат» вывел комплекс на перелётную траекторию и отделится, с этого момента «Луна-25» будет совершать все манёвры лишь с использованием своей двигательной установки. Примерно через 5 дней аппарат выйдет на орбиту Луны и начнёт подготовку к посадке, которая состоится в период с 21 по 24 августа. Да, точная дата прилунения пока не определена, хотя специалисты отрасли надеются на более ранние сроки, а из-за индийской миссии «Чандраян-3» этот факт обретает особый интерес, но об этом позже.
Всего специалисты рассмотрели 12 потенциальных районов прилунения, выбрав из них основной и 2 резервных. Основным выбран район к северу от кратера Богуславский, который расположен в южной приполярной области видимой стороны Луны и назван в честь немецкого астронома Палма Хенрика Людвига фон Богуславского. Резервные районы прилунения: юго-западнее кратера Манцини и южнее кратера Пентланд А. Зона посадки миссии представляют собой эллипсы с размерами 15 х 30 км. Основной район посадки — самый южный и дальний от экватора регион, где планируется мягкое прилунение земного аппарата. Предыдущий такой рекорд принадлежал китайской миссии «Чанъэ-4», которая совершила посадку 3 января 2019 года на обратной стороне Луны в кратере Фон Карман. Кстати, тут «Луну-25» тоже может обойти «Чандраян-3», но об этом тоже позже.
Основной и один из резервных районов прилунения «Луны-25», наложенные на карты распределения водяного льда и высот от Lunar Reconnaissance Orbiter. Также показаны район крушения индийской миссии «Чандраян-2» в 2019 году и место преднамеренного сброса РБ «Центавр» в рамках американской миссии LCROSS в 2009 году. Credits: Павел Шубин.
Регион прилунения выбран не просто так. Южный полюс Луны вызывает большой интерес с точки зрения колонизации из-за наличия кратеров вечной ночи, куда никогда не попадают прямые солнечные лучи и где есть залежи водяного льда. Это универсальный источник воды, которую не придётся доставлять с Земли, что облегчит и удешевит колонизацию. Её можно использовать для питья, полива растений, необходимых для производства еды и кислорода, в работе оборудования, производстве. С помощью электролиза воды можно получать кислород и водород, которые являются компонентами водородного ракетного топлива. Также в этом регионе есть пики вечного света, что всегда освещены Солнцем — отличное место для солнечных батарей. Неудивительно, что взгляды всех стран прикованы именно к Южному полюсу Луны.
Для выбора районов посадки специалисты использовали карты рельефа, высот и содержания водяного льда, созданные с помощью американского аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, который работает до сих пор и даже сможет запечатлеть «Луну-25» после её посадки. Кстати, один из его научных приборов российского производства — LEND (The Lunar Exploration Neutron Detector, русс. «Лунный исследовательский нейтронный детектор»). Он предназначен для поиска атомов водорода и напрямую участвовал в поисках льда.
Можно заметить, что зоны посадки очень крупные. Дело в том, что «Луна-25» не имеет системы активного маневрирования на этапе посадки, поэтому специалисты выбирали крупные ровные участки. Иные критерии выбора: уклон поверхности в пределах эллипса не может быть больше 15°; линия горизонта не должна скрывать Солнце и Землю надолго, так как в полярных широтах Солнце находится низко над горизонтом; продолжительность светлого времени лунных суток должна быть не меньше 40%, а интервал радиовидимости с Земли не меньше 50%.
Посадка будет проходить по сценарию последних советских посадочных миссий, то есть аппарат будет двигаться по низкой полярной орбите вокруг Луны, а затем совершит торможение и вертикальный спуск.
Наперегонки с Индией
Так получилось, что «Луна-25» будет прилуняться почти одновременно с индийской миссией «Чандраян-3», содержащей луноход. Она была запущена 14 июля этого года, но двигалась к Луне по «медленной» траектории, поэтому вышла на орбиту Луны только 5 августа. Планируется, что прилунение «Чандраян-3» должно состояться 23 августа, причём примерно в 120 км от основного района посадки «Луны-25». Как уже было указано выше, точная дата прилунения российской миссии не утверждена, поэтому вполне возможно, что «Луна-25» обгонит «Чандраян-3».
«Чандраян-3» уже на орбите Луны. Credits: ISRO/News Nine.
При этом «Луна-25» должна прилуниться немного южнее «Чандраян-3». Но если будут выбраны резервные районы посадки, то тогда самая южная точка мягкой посадки на Луну в истории будет принадлежать индийской миссии.
Долгая, трудная история «Луны-25»
История «Луны-25» очень сложная и запутанная, проект менял концепцию, название, РН и космодром, а планируемые сроки запуска, что неудивительно, регулярно переносились.
Предыдущая отечественная миссия «Луна-24» была запущена в 1976 году, она успешна доставила несколько грамм лунного грунта. После этого советские автоматические станции к естественному спутнику Земли не летали, а советская лунная программа, предполагающая отправку к Луне космонавтов, была и вовсе закрыта в 1974 году. После завершения программы «Аполлон» интерес к Луне потеряли и американцы. Нет, самые различные проекты были, но они так и не были реализованы. Такое прекращение исследований двумя странами быстро обросло слухами и домыслами, но причины банальны. Сложность и стоимость лунных миссий росли постоянно, при этом получать принципиально новые знания о небесном теле становилось всё сложнее и сложнее. Также к этому времени учёные начали больше интересоваться Венерой и Марсом, а также более дальними планетами, что тоже требовало много ресурсов. Много средств уходило на развитие околоземной орбитальной группировки, имеющую более важное практическое значение, чем дальний космос, особенно в условиях Холодной войны. Также падал интерес общественности и элит к космосу. Всё же постепенно разные страны начали вновь отправлять зонды к Луне, но делали это неспешно и с долгой подготовкой — лунная гонка давно кончилась. Пока японцы строили свой «Хитэн» (кстати, первый лунный аппарат землян после этого перерыва), а американцы Clementine, СССР было не до Луны — страна, когда-то первая в космосе, доживала свои последние годы.
Уже в России вновь начали появляться проекты по исследованию Луны, большинство из которых, правда, остались лишь на уровне идей и ранних концептов. Но в девяностых возник проект «Луна-Глоб», предполагающий доставку на небесное тело специальных пенетраторов для исследования подповерхностных слоёв Луны. Несмотря на активное международное сотрудничество по проекту, пенетраторы создать так и не удалось. Уже в нулевых проект «Луна-Глоб» был полностью пересмотрен в сторону упрощения, появилась примерная дата пуска — 2010 год. И тут началось то, за что «Луну-25» начали считать долгостроем — постоянные переносы. Но стоп, причём тут «Луна-25», если речь шла о «Луне-Глоб»? В 2013 году «Луну-Глоб» переименовали в «Луну-25» с целью преемственности с советскими миссиями. Это была инициатива Льва Матвеевича Зелёного, научного руководителя проекта. Но переименование — далеко не единственное, что произошло с создаваемым аппаратом. РН «Зенит», с помощью которой планировали запустить миссию, заменили на «Союз», а после космодром Байконур заменили на Восточный. После аварии аппарата «Фобос-Грунт» пришлось менять бортовой компьютер и большую часть авионики.
Сравнение «Луны-9», «Луны-16» и «Луны-25». Credits: Павел Шубин.
В 2018 году из-за задержек проект покинули шведские учёные, а прибор XSAN, изначально разрабатывавшийся для нас, отправился к Луне на китайской миссии «Чанъэ-4». В 2022 году Европейское космическое агентство заявило, что не будет поддерживать работу своей демонстрационной камеры для навигации и посадки на Луну Pilot-D, её пришлось демонтировать и вернуть.
Возникали и другие проблемы. Например, в 2022 году пуск был вновь перенесён из-за доплеровского измерителя скорости и дальности ДИСД-ЛР, который был отправлен на дополнительные испытания и доработку.
Технический обзор «Луны-25»
«Луна-25» является миссией первого этапа («Вылазки») российской лунной программы, предполагающая в перспективе создание российской колонии на естественном спутнике Земли.
У «Луны-25» две цели: практическая и научная. Если с последней всё понятно, то практическая цель миссии — вновь научиться летать к Луне и прилуняться. Да, в своё время советские аппараты это делали, но с тех пор прошло много десятилетий, шагнули вперёд многие технологии, сменились поколения, а часть организаций и предприятий, занимавшиеся советскими «Лунами», оказались теперь за границей из-за распада СССР или прекратили своё существование.
Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина.
Планируется, что «Луна-25» проработает не менее одного года.
Головная организация по научной полезной нагрузке — Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), аппарат построен Научно-производственным объединением (НПО) им. С. А. Лавочкина. Научный руководитель проекта — академик Лев Матвеевич Зелёный, главный конструктор проекта — Павел Владимирович Казмерчук.
Многим интересно, насколько же «Луна-25» является именно отечественной станцией? Она и её основные блоки действительно спроектированы и построены в России. Но учитывая долгую историю её создания и возможности российской промышленности можно предполагать, что часть деталей в ней (отдельные микросхемы, элементы и т. д.) импортная.
Так что же из себя представляет «Луна-25»?
«Луна-25» — малоразмерная демонстрационная посадочная станция для отработки базовых технологий мягкой посадки в околополярной области и проведения контактных исследований Южного полюса Луны.
Стартовая масса «Луны-25» — 1605 кг (по данным ИКИ РАН), 1750 кг (НПО им. С. А. Лавочкина) или даже 1800 кг (в пресс-ките проекта) из которых 1000 кг — топливо. При этом масса научной аппаратуры составляет лишь 31 кг, однако она составлена из довольно большого числа приборов. Высота «Луны-25» — 3,17 м, диаметр по опорам — 3,7 м.
Расположение технического оборудования на «Луне-25». Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина.
«Луна-25» состоит из двух основных частей: нижняя — посадочная платформа, верхняя — негерметичный приборный контейнер. Это отличает «Луну-25» не только от советских «Лун», но и от большинства современных исследовательских аппаратов. Негерметичный контейнер имеет меньшую массу и считается более надёжным, но требует более сложную систему охлаждения. В «Луне-25» она осуществлена с помощью системы термостабилизированных оснований с сотовыми заполнителями, к которым крепятся приборы, трубок внутри этих оснований и радиатора снаружи аппарата, в качестве теплоносителя использован аммиак. Кроме научных приборов установлены различные служебные: антенны, солнечный и звёздные датчики, вычислительная аппаратура, аккумуляторная батарея и пр.
Нижняя часть — посадочное устройство, представляющее собой конструкцию с амортизационными посадочными опорами. На посадочном устройстве закреплена маршевая двигательная установка аппарата, с помощью которой производится коррекция траектории перелёта до Луны, торможение при сходе с орбиты и мягкая посадка. Точно топливо не указано, но известно, что это гидразин или его производные, в таком случае окислитель — тетраоксид азота. В нижней части монтированы топливные баки, контактные датчики, доплеровский измеритель скорости и дальности, антенны, манипулятор грунтозаборного устройства.
Регулировать температуру маршевого двигателя во время полёта будут при помощи крышки, закрывающей или открывающей сопло. Перед прилунением она будет отстреляна.
«Луна-25» без экранно-вакуумной теплоизоляции во время акустических испытаний. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Внешне «Луна-25» покрыта экранно-вакуумной теплоизоляцией, которой покрываются почти все современные космические аппараты и которая необходима для регуляции их температуры. Это многослойная оболочка из тонкой плёнки с металлическим напылением, которое в случае с «Луной-25» золотое.
«Луна-25» перед установкой на РБ и накаткой головного обтекателя РН.Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Источник питания — 4 панели солнечных батарей, способные суммарно генерировать 821 Вт мощности. Но имеется также радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) 238-6,5/3 АВР002Р, его электрическая мощность — 6,5 Вт, тепловая — 130 Вт, масса — 6,2±0,4 кг. У него две функции: обогрев лунной ночью приборов, чувствительных к низким температурам, и бесперебойное обеспечение часов реального времени энергией. РИТЭГ представляет собой цилиндр с фланцем (корпус), выполненный из алюминиевого сплава. Внутри корпуса размещены тепловой блок ТБ-238-130 на основе диоксида плутония-238 и полупроводниковая термоэлектрическая батарея.
Бортовой интегрированный вычислительный комплекс БИВК-Р — бортовой компьютер «Луны-25». Как уже упоминалось, ранее предполагалось использовать бортовой компьютер ЦВМ22, идентичный установленному на «Фобос-Грунте», но после аварии по его вине его было решено заменить. БИВК-Р построен на базе микропроцессора серии R4000 с производительностью 10 млн операций в секунду, объём оперативной памяти — 4 Мбайт, объём электронно программируемого постоянного запоминающего устройства — 8 Мбайт, энергонезависимая память – 32 Кбайт, потребляемая мощность — 33 Вт, масса — 7,1 кг. Не стоит удивляться такой низкой производительности — это нормально для космической техники. Да, БИВК-Р всё равно уступает многим своим космическим аналогам, но его мощности для «Луны-25» хватает. Тем более управление и обработка данных с научных приборов будет осуществляться не им, а с помощью блока управления научной информацией (БУНИ).
БИВК-Р. Credits: АО НТЦ «Модуль».
БУНИ. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Передача научных данных осуществляется со скоростью не менее 4 Мбит/с в X-диапазоне частот (7 — 10,7 ГГц), служебная связь (передача телеметрии и команд) осуществляется в С-диапазоне частот (3,4 — 7 ГГц) со скоростью до 1 Кбит/с. Для управления работой аппарата и приёма научной информации будут привлекаться наземные станции, расположенные в Евпатории, Уссурийске и Медвежьих Озёрах. Ранее упоминалось, что связь также будет осуществляться станцией Европейского космического агентства, расположенной в Аргентине. Но в связи с последними политическими событиями неизвестно, будет ли этот центр поддерживать связь с «Луной-25».
Научные приборы «Луны-25». Европейская камера Pilot-D была демонтирована в 2022 году. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
А что по научной нагрузке?
- Для получения снимков будет использоваться Служебная телевизионная система СТС-Л, состоящая из 8 камер и системы их управления (в управлении этой системой не используется БУНИ).
- Лунный манипуляторный комплекс ЛМК с грунтозаборным устройством. Будет изучать физико-механические свойства грунта в радиусе до 1,5 м, брать его образцы и доставлять в ячейки грунтоприёмника лазерного масс-спектрометра ЛАЗМА-ЛР, будет наводить инфракрасный спектрометр ЛИС-ТВ-РПМ для проведения измерений и съёмок.
- Инфракрасный спектрометр ЛИС-ТВ-РПМ будет изучать в видимом и инфракрасном диапазонах спектра минералогический состав поверхностного слоя реголита Луны и содержания в нем воды (в имплантированной или связанной форме).
- Лазерный масс-спектрометр ЛАЗМА-ЛР будет проводить прямые измерения методом лазерной масс-спектрометрии химического, элементного и изотопного состава образцов реголита с равновероятной регистрацией всех химических элементов.
- Нейтронный и гамма-детектор АДРОН-ЛР предназначен для изучения элементного состава реголита методом как активной, так и пассивной гамма-спектроскопии, а также массовой доли воды в реголите методом активного нейтронного зондирования верхнего слоя поверхности на глубину до 2 м.
- Ионный энерго-масс-анализатор АРИЕС-Л будет исследовать экзосферу Луны, её ионы и нейтральные частицы, изучать взаимодействие солнечного ветра с поверхностью Луны и десорбцию ионов из поверхностного слоя реголита.
- Пылевой монитор ПмЛ будет изучать физические характеристики лунной пылевой экзосферы и поверхностного реголита, рассеиваемого под действием микрометеоритных воздействий.
- Уголковый отражатель, который будет использоваться для лазерной локации Луны благодаря способности отражать лучи строго в обратном направлении.
Схема расположения блоков прибора Пылевой монитор. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Иллюстрация работы Лунного манипуляторного комплекса с грунтозаборным устройством. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Уголковый отражатель. Сверху видна часть радиатора, снизу — часть солнечной панели. Credits: Госкорпорация «Роскосмос»/НПО им. С. А. Лавочкина/ИКИ РАН.
Будем надеяться, что всё пройдёт гладко! Ведь перед «Луной-25» стоит ещё одна цель — доказать, что мы можем продолжать дело наших великих отцов и дедов, которые когда-то были первыми!
Первоисточник статьи
Author: Колпаксиди Александр Павлович.
Источник: kosmos-x.net.ru