Лунная гонка: у кого база, у того и ресурсы

Развитие инженерных и аэрокосмических технологий в середине прошлого века позволили человечеству заняться освоением ближайшего космоса – прежде всего околоземного пространства, включающего Луну. Большую роль в процессе сыграла лунная гонка между СССР и США, в результате которой люди наконец достигли поверхности нашего естественного спутника.

Текст: Филипп Хорват

Иллюстрация на обложке: Дарья Павлова

Луна в иллюминаторе: как разные страны готовятся к высадке на спутник

К 80-м годам космическая тема в рамках идеологического противостояния отошла на второй план. США, формально «выиграв» после высадки человека, занялись более насущными вопросами, связанными с другими научными направлениями. Советский Союз в годы застоя и последовавшей перестройки не вытягивал дальнейшее изучение космоса даже финансово, что привело к отставанию в этой отрасли.

С начала нулевых годов стала заметна активизация интереса со стороны самых разных стран к теме полетов на Луну и ее освоению.

Американские ученые, переформатировав наработки старой программы Space Shuttle, занялись развитием программы «Артемида» (Artemis), в рамках которой NASA работает и сегодня. В ближайших планах у американского лунного ведомства подготовка 4 астронавтов для облета спутника. В следующем году в рамках миссии «Артемида-3» американцы планируют высадиться и на поверхность.

Заинтересовались ближайшим космосом и новые экономические лидеры – Китай и Индия.

Китайские летательные аппараты не раз выходили на окололунную орбиту, автоматическая межпланетная станция (АМС) «Чанъэ-3» впервые успешно прилунилась в 2014 году. Сейчас китайцы в рамках развития своей лунной программы активно прорабатывают проект спуска на поверхность спутника нескольких космонавтов для выполнения научных задач и сбора образцов лунного грунта.

Индия догоняет Китай. На ее счету с начала тысячелетия были 2 неудачные попытки прилунения в рамках миссий АМС «Чандраян-1» и «Чандраян-2». Лишь в августе прошлого года посадочный модуль «Викрам» индийской миссии «Чандраян-3» сумел совершить мягкую посадку в южной приполярной области Луны. Таким образом, Индия стала четвертой страной после СССР, США и Китая, которая посадила космический аппарат на Луне.

Возникает вопрос: а что же сейчас происходит в сфере развития космических технологий у России? И каковы наши планы освоения ближайшего космоса?

Основные этапы российской лунной программы и неудача с миссией «Луна-25»

Новую российскую лунную программу утвердили в 2018 году, практическая ее реализация стартовала в 2021-м.

Программа намечала работу в рамках нескольких последовательных этапов в промежутке с 2021 до 2040 года:

– Этап «Вылазка» (до 2025 года).

Предполагал отправку в космос нескольких автоматических исследовательских аппаратов, как посадочных, так и орбитальных. В частности планировались создание базового модуля окололунной станции и испытание пилотируемого корабля «Орел», были также намечены беспилотные облеты Луны.

Разработка корабля «Орел» велась с 2009 года, его хотели запустить в прошлом году, однако сейчас полет отложен до 2025-го, когда в строй будет введена новая ракета «Ангара-А5М», которая и отправит корабль на орбиту. Возможно, срок отправки «Орла» будет еще сдвинут.

– Этап «Форпост» (с 2025 по 2035 год).

Предполагает проведение беспилотных и пилотируемых научных полетов с выводом орбитальной станции и разворачиванием спутников связи на окололунной орбите. На этом этапе также планируется полноценная высадка космонавтов на Луне.

Основной ракетой на этом этапе должна была стать сверхтяжелая ракета «Енисей». Создание этой ракеты началось в 2018 году, однако в 2021-м «Роскосмос» приостановил работы без объяснения причин.

– Этап «База» (с 2041 по 2050 год).

На финальном этапе лунной программы изначально предполагалось завершить строительство базы на спутнике и развернуть всю необходимую для научной деятельности инфраструктуру. В том числе планировалось построить астрономические обсерватории, антирадиационные убежища и промышленные площадки для добычи водяного льда.

Согласно первоначальным планам, «Роскосмос» хотел в 2023 году прилунить автоматическую станцию «Луна-25». Старт миссии был успешным: аппарат добрался до лунной орбиты, проведя 2 коррекции траектории. Но затем произошла нештатная ситуация: двигатели «Луны-25» отработали при торможении в 1,5 раза дольше, чем нужно, и станция разбилась. Специалисты комиссии, занимавшейся изучением причин неудачного прилунения, пришли к выводу, что причиной аварии стала ошибка в программном управлении блока акселерометров в приборе БИУС-Л.

Ученые предполагали с помощью «Луны-25» заняться изучением лунного полярного реголита и лунной экзосферы. Несмотря на неудачу с посадкой, летаппарат успел передать на Землю несколько снимков и некоторые научные данные. В частности, станция измерила потоки гамма-лучей и нейтронов, исходящих от поверхности спутника, а также зарегистрировала событие удара микрометеорита.

Космические аппараты с прицелом на Луну ближней и дальней перспективы

Неудачная миссия «Луны-25» влияет на хронологическую корректировку планов «Роскосмоса» в отношении всей лунной программы, хотя и не принципиально.

Известно, что за «Луной-25» последует миссия космического аппарата «Луна-26», по итогу которой ученые хотят создать трехмерную карту Луны. Она поможет подобрать место для будущего прилунения космонавтов. Также в рамках миссии предполагается исследовании магнитных, гравитационных аномалий Луны и окололунного пространства. Все это поможет спроектировать будущую орбитальную станцию.

Изначально «Луну-26» хотели отправить к спутнику в 2024 году, но со временем стало понятно, что сроки придется сдвигать: сейчас отправка космического аппарата запланирована на 2027-й.

После отправки на лунную орбиту аппарата «Луна-26» «Роскосмос» сосредоточится на подготовке миссии следующего корабля – «Луна-27», который попробует успешно сесть на поверхность спутника в 2028 году. Недавно глава «Роскосмоса» Юрий Борисов заявил, что в рамках этого проекта может быть отправлено 2 аппарата: по 1 на северный и южный полюсы.

Ученые РАН, оценив идею спаренной миссии, говорят, что этот вариант более надежен в плане страховки: такой подход практиковался и в советское время. Никакой раздутой финансовой нагрузки не понадобится: бюджет для изготовления и отработки 2 аппаратов увеличивается всего лишь на треть от запланированного, поскольку испытываться будет 1 макет для 2 копий.

На «Луне-27» будет сконструирована более надежная и проверенная система посадки, улучшена система управления аппаратом. Также на борту будет больше, чем на «Луне-25», научного оборудования: с помощью аппарата предполагается исследовать реголит (лунный грунт), тепловой поток в месте посадки, сейсмичность и экзосферу (пылевую оболочку Луны). Электропитание на «Луне-27» будет завязано на солнечные батареи, во время лунной ночи будет работать радиоизотопный источник. Станция (или 2 станции) будет действовать на Луне 1 год.

Дальнейшие планы лунной программы связаны с работой аппаратов «Луна-28», «Луна-29», «Луна-30» и «Луна-31», которые продолжат научные работы. В частности, миссия «Луны-28», которая отправится на спутник после 2030 года, будет связана со взятием и доставкой на Землю лунного грунта в замороженном виде. Миссия «Луны-29» будет орбитальной, а в рамках запуска «Луны-30» «Роскосмос» планирует доставить на Луну планетоход. С борта «Луны-31» на поверхность спутника предполагается «высадить» многоразовую посадочную платформу. Но все это уже планы дальней перспективы.

Стоит отметить, что осенью 2023 года Правительство России одобрило совместный с Китаем проект создания Международной научной лунной станции (МНЛС). В рамках партнерского космического проекта планируется не только создать станцию на лунной поверхности, но и совместно исследовать ресурсные возможности спутника для дальнейшего промышленного производства.

Проработанный в общих чертах проект разбит на несколько этапов. На первом этапе лунные миссии РФ и КНР будут исследовать Луну для определения наилучшего места прилунения и разработки оптимальной мягкой посадки. После этого запланировано создание Центра управления станцией, специалисты которой будут решать вопросы доставки необходимых грузов и введения в работу орбитальных модулей для обеспечения систем жизнедеятельности.

На третьем этапе предполагается полноценное освоение Луны с высадкой команды астронавтов на поверхность и с расширением функционала модулей. В рамках дальнейшего промышленного освоения спутника все товары и продукты для Луны будут освобождены от налогов и таможенных пошлин.

Строительство МНЛС планируется в промежутке между 2035 и 2040 годами, при этом детали объема предполагаемых инвестиций на данный момент не раскрываются.

Ресурсные богатства Луны

Чем же ученым, а вместе с ними и промышленникам так интересна Луна?

Дело в том, что давно научно доказано присутствие в лунных недрах множества металлов, в том числе редкоземельных – железа, титана, алюминия, кремния, магния, фосфора, хрома. Помимо этого, в лунных кратерах сохраняются значительные запасы воды в виде льда, а грунт содержит кислород.

Железо на Луне представлено в виде оливина, гематита и пироксенов. Земная черная металлургия основана на восстановительных свойствах монооксида углерода, который получают из каменного угля. Для обработки же металла на Луне придется применять экзотические методы. К примеру, американская компания не так давно получила от NASA заказ на разработку прототипа установки с возможностью добычи металлов из расплавленного реголита с помощью электролиза. Несмотря на энергоемкость метода – для его использования потребуется мощная электростанция, ожидается, что готовая установка отправится на Луну для испытаний в этом или следующем году.

Альтернативный метод заключается в использовании железосодержащего металлического порошка из лунной пыли, который можно фильтровать магнитами для формовки деталей с помощью 3D-принтеров и порошковой металлургии. Эти технологии будут полезными при строительстве объектов на самой Луне. Наличие воды на Луне позволит обеспечить жизнь космонавтов на построенных базах – из жидкости можно выделять кислород.

Перспективна Луна и с точки зрения добычи редкоземельных металлов. Поскольку спутник находится под постоянной бомбардировкой астероидов, содержащих различные ценные элементы, то в верхних слоях грунта наверняка есть редкие металлы. Это титан, молибден, ванадий, галлий, рений, германий, церий и некоторые другие металлы, запасы которых на Земле близки к истощению. К примеру, по оценкам некоторых ученых, разведанные запасы металлической группы лантаноидов через несколько десятилетий на нашей планете могут закончиться – их можно было бы заменить лунными богатствами. Предварительные расчеты показывают, что с учетом развития технологий ближней космической транспортировки экспорт именно этих металлов на Землю вполне может быть экономически целесообразен.

Еще более заманчива Луна с точки зрения возможности получения изотопа гелий-3. На Земле он практически отсутствует – небольшое количество (примерно 35 тыс. т) содержится только в атмосфере. Сейчас его добывают с помощью радиоактивного распада искусственно полученного трития. Между тем на Луне в реголитовых «карманах» содержится большое количество этого изотопа: согласно предварительным оценкам, не менее 500 тыс. т. Стоимость изотопа колеблется в пределах 2 тыс. долл. за литр, рыночная стоимость всего возможного лунного объема изотопа таким образом составляет свыше 10 квдрлн долл.

Гелий-3 достаточно ценен для человечества: его используют медики в аппаратах МРТ, ученые – в исследованиях для получения низких температур. В будущем ученые планируют использовать изотоп в качестве топлива для термоядерных реакторов. Термоядерный синтез даст возможность получать из 1 кг гелия-3 19 МВт электроэнергии. Соответственно, 1 т изотопа в теории сможет дать столько же электричества, сколько сегодня вырабатывается при сжигании 15 млн т нефти. Таким образом, при промышленной добыче гелия-3 Земля избавится от ресурсно-топливной зависимости на несколько тысяч лет.

Россия на Луне: успех миссий и промышленного освоения спутника зависит от финансов

Фактически возобновившаяся с начала нулевых годов лунная гонка идет за промышленное освоение Луны, и кто успеет первым, тот получит все «сливки».

В лидерах пока что США, поскольку там сейчас активно развивается несколько параллельных межпланетных программ: частные и под «зонтиком» NASA. Наиболее амбициозны, в том числе и по закладываемому финансированию, именно частные. Более бюджетные программы включены в серию проектов Discovery, цель которых укладывается в научные рельсы, а также – в проведение испытательных работ, экспериментальную отработку новых технологий и подготовку квалифицированных кадров.

С развитием частной космонавтики NASA начало вкладываться в отдельные вневедомственные проекты. К примеру, была запущена программа Commercial Lunar Payload Services для поддержки и развития проектов по доставке на Луну всей необходимой исследовательской нагрузки.

Бюджеты «Роскосмоса», конечно, скромнее, чем у NASA. Этим объясняется тот факт, что Россия пока может позволить запуск 1 межпланетной станции раз в 7–10 лет. Нестабильность геополитических условий, разрыв сотрудничества по отдельным космическим проектам с западными странами не способствуют ускорению работ.

Тем не менее, запуск орбитальной «Луны-26» и посадочной «Луны-27» и развитие российско-китайского проекта МНЛС дает надежду на то, что наша страна в результате не окажется в отстающих. Впереди – утверждение окончательного финансирования всех запланированных программ, и от полноценного обеспечения Федеральной космической программы на 2025–2035 гг. в конечном итоге зависит будущее российской Луны.