Подай сигнал с Луны!

Скоро исполнится шестьдесят лет с того момента, как в сторону Луны был запущен первый в мире космический аппарат. Им стала советская межпланетная станция «Луна-1». Этот юбилей россияне отметят, как и полагается, подготовкой новой лунной миссии. Не последнюю роль в этом масштабном проекте сыграют казанские учёные.
ПРИЛУНИТЬСЯ НА СЕЛЕНУ
Станция «Луна-25» – первая лунная миссия России в новом тысячелетии и, по большому счё­ту, продолжение той лунной про­граммы, которую СCCР свернул ещё в 1976 году. По сути, «Луна-25» – разведка. Аппарат должен будет исследовать ландшафт Луны и её поверхность. Предполагается, что в будущем туда отправится пи­лотируемый корабль с экипажем и научно-исследовательским обо­рудованием на борту. На спутнике Земли будет развёрнута полноцен­ная обитаемая база.
Запуск станции «Луна-25» офи­циально запланирован на 2020 год. Одна из основных задач этой кос­мической миссии – отработка мяг­кой посадки, то есть прилунения. Решить её призваны в том числе и учёные КФУ.
– Возможно, кто‑то думает, что это достаточно просто – раз и приземлился туда, куда нужно. На самом деле прилунение – про­цесс очень сложный, – говорит Юрий Нефедьев, профессор КФУ, ру­ководитель Научно-исследователь­ской лаборатории «Космической навигации и планетных исследова­ний» САЕ «Астровызов», директор Астрономической обсерватории имени Энгельгардта. – В 2016 году мы отмечали пятьдесят лет с мо­мента автоматической мягкой по­садки советского аппарата на Луну. Тогда, в Королёве, на конференции, посвящённой пилотируемой космо­навтике, я делал доклад о навига­ционном обеспечении лунных мис­сий. Один из специалистов спросил меня: «Вот вы говорите, что даже сегодня точную посадку на Луну довольно сложно осуществить, а как же тогда американцы смог­ли прилуниться?!» «Так в ручном режиме, с помощью соответству­ющих рулей и рычагов!» – ответил я ему. А советскую станцию сажали с 15-секундной задержкой: сначала отправлялся сигнал на Землю, и уже оттуда шла команда на обеспечение прилунения. Специалисты, которые управляли процессом, должны были минимум на 30 секунд предсказы­вать, что дальше будет. И то, что это было в итоге осуществлено, стало большой победой нашего народа, потому что отправка на спутник Земли советских луноходов была задачей, по сложности не уступаю­щей пилотируемому полёту!
 

Фото: Роскосмос. Фотоотчет из экспедиции МКС 32/33
 

Юрий Нефедьев рядом с Луноходом №3.
Фото из архива Юрия Нефедьева.
К слову, в вопросах прилунения, а именно в точности его коорди­натного обеспечения, казанцы до­стигли значимых результатов. Даже в масштабах мировой науки. Дело в том, что спутник Земли совершает сложные колебательные движения относительно собственного центра масс. Явление это в астрономии на­зывается физической либрацией. Кроме того, до сих пор в арсенале специалистов нет точного селено­центрического динамического ка­талога – проще говоря, тех расчётов, к которым можно было бы при­вязать космический аппарат с це­лью определения его координат, а также временного обеспечения. Без точного учёта всех этих пара­метров прилунить автоматическую станцию очень сложно – например, космический аппарат «Луна-15» просто-напросто разбился о лун­ные горы.
Вопросами селенодезии и физи­ческой либрации Луны в Казанском университете занимаются уже бо­лее ста лет. И этот опыт успешно используют в своих космических миссиях разные страны. К счастью, и сегодня в данном вопросе Казань своих позиций не сдаёт. Одна из по­следних разработок – исследование магистранта КФУ Алексея Андреева. Под руководством Юрия Нефедьева он создал новый метод, позволя­ющий снизить риски по точности прилунения космического корабля в десятки раз!
– Сегодня расчётный эллипс посадки космического аппарата на Луну составляет 30 на 15 кило­метров. Точность самих лунных ко­ординат при этом достигает трёх километров! – рассказывает Юрий Нефедьев. – Вы можете предста­вить, чтобы с подобной точностью сажали самолёт? Мы стараемся довести её до нескольких десят­ков метров, и в целом эта задача во многом решена.
Сейчас учёные КФУ работают над ещё одной сложной пробле­мой – как привязать сам косми­ческий аппарат к системе лунных координат уже на окололунной орбите.
ПЕРВЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ «ПРИВЕТ»
Ни много ни мало, десять кра­теров на Луне названы в честь казанских учёных! Так на самом звёздном уровне был увековечен вклад казанцев в развитие лун­ной астрономии. Причём многие из этих кратеров имеют свои – уни­кальные – особенности. Например, кратер Лобачевский, что на об­ратной стороне Луны, содержит в себе загадочные столбы. Природа их пока неясна. Кратер Энгельгардт американский лунный орбиталь­ный зонд LRO отметил как самую высокую точку на Луне. Или вот, на­пример, кратер Нефедьев, назван­ный в честь известного астронома Анатолия Нефедьева, располагается на Южном полюсе и, возможно, станет местом прилунения рос­сийских кораблей. А вдруг именно в этом «казанском» кратере будет развёрнута первая обитаемая база? Вполне может быть, считает Юрий Нефедьев.
– Предполагается, что на Южном полюсе есть большие залежи на­носного льда, – говорит он. – А без воды, как мы знаем, невозможна жизнь, а также какие‑либо научные эксперименты, требующие непо­средственного участия человека. Следует отметить, что транспор­тировка воды на Луну – самая до­рогостоящая процедура!
Первой в обозримом будущем на Южном полюсе прилунится та самая космическая станция «Луна-25». Предполагается, что этот аппарат, кроме всего прочего, будет оборудован лазерным маяком, свет которого мы сможем видеть даже с Земли. Не без телескопа, конечно же. Этот маяк станет первым шагом к созданию системы навигации вы­сокой точности. Причём не только на Луне, но и на её орбите. И нема­лую роль в решении этой задачи снова сыграют казанские учёные, занимающиеся вопросами коор­динатно-временного обеспечения на спутнице Земли. Ведь без при­вязки к конкретным координатам маяк – бесполезная груда металла, с привязкой – мощное подспорье в вопросе прилунения всех последу­ющих космических аппаратов. Воз­можно, со временем данный проект вырастет в целую систему лазерных маяков на Луне, и у каждого из них будут свои – лунные – координаты.
– В будущем на окололунной орбите планируется создать такие же навигационные группировки, как российская ГЛОНАСС или аме­риканская GPS, – рассказывает Юрий Нефедьев. – Маяки позво­лят определять точное положение орбиты и, соответственно, коорди­натно-временное обеспечение кос­мического аппарата или станций, которые будут вращаться вокруг Луны – так же, как сейчас вокруг Земли вращается МКС. Будет инте­ресно посмотреть, как этот первый лазерный маяк справится со сво­ей технической задачей. На Луне нет атмосферы, поэтому он будет виден достаточно далеко. По край­ней мере, на лунной орбите – точно. Если на космическом корабле будет установлено соответствующее угло­мерное устройство, то можно будет не только определять положение орбиты космического аппарата, но и динамические параметры самой Луны. Будут решены очень многие задачи!
ЗАЧЕМ НАМ, ЗЕМЛЯНАМ, ЛУНА?
Ещё пару лет назад на Междуна­родной аэрокосмической конфе­ренции Илон Маск, глава частной космической компании SpaceX, рас­сказывал о планах колонизации че­ловеком Марса. Согласно расчётам SpaceX, корабль Dragon 2 должен был стартовать на Марс букваль­но через пару лет. Отпущенные два года истекли, а марсианская миссия пока так и осталась мечтами и фантазиями – основные проблем­ные вопросы полёта на Красную планету до сих пор не разрешены. Но почему Россия пожелала скон­центрировать свои усилия «всего лишь» на Луне?
Это оправданный взгляд на суть вещей. Сегодняшние технологии пока не позволяют реализовать марсианские проекты. А вот Луна – это вполне реально! Кроме того, на основе осуществления лунных миссий можно будет говорить и о марсианских проектах. Ведь запускать корабль на Марс про­ще и эффективнее не с Земли, а с её естественного спутника! Уже су­ществуют необходимые расчёты.
Если Марс сегодня рассматри­вается землянами как «запасной аэродром» на случай гибели нашей собственной планеты, то Луна – как вполне прикладная единица для спокойного проживания че­ловечества на своей родной Земле. Так, например, есть экспертное мнение, что добыча на Луне такого элемента, как гелий‑3, поможет предотвратить энергетический кризис на нашей планете. Кстати, изучением состава лунных природ­ных ископаемых также занимаются казанские учёные.
– Несмотря на то что мы уже дав­но изучаем Луну, загадок остаётся по-прежнему очень много, – го­ворит профессор Нефедьев. – Ге­лий‑3 – одна из них. Полагают, что он в сто раз энергоэффек­тивнее, чем нефть. И на спутнике Земли его огромное количество. Но гелий‑3 – всего лишь одно из множества полезных ископае­мых, которые могут быть найдены там. Дело в том, что на Луне нет ат­мосферы, поэтому на неё падало огромное количество астероидов и метеоритов. Они могли содер­жать в себе медь, железо и дру­гие полезные соединения. Вместе с нашими московскими коллегами мы изучаем и эту проблему.
Ещё один прикладной аспект лунных исследований – располо­жение на ней многоцелевой кос­мической обитаемой базы. И этот проект будет гораздо более эконо­мически целесообразен, чем уже привычная для землян МКС. Да и в научных аспектах лунная миссия открывает для нас новые перспек­тивы.
– Говоря о профессиональной астрономии и космической тех­нике, мы подразумеваем самые современные горизонты науки, – подводит итог нашей беседе Юрий Нефедьев. – Для лунной миссии нам понадобятся передовые науч­ные разработки, а многое из того, что когда‑то создавалось для кос­моса, вернулось обратно на Землю и стало – в виде новых технологий – использоваться для улучшения жизни простых людей.