Вам все еще нужно лететь на Луну?

Растущий интерес к Луне виден невооруженным глазом. Полеты (или, как теперь говорят, миссии) к Луне предпринимаются все чаще, и их организует все больше стран. 24 апреля в Совете федерации президент Российской академии наук Геннадий Красников рассказал, что Академия выступает за более продолжительную, нежели та, что сейчас готовится, лунную программу: пока последняя рассчитывается до 2035 года, но «это очень малый период. Мы подготовили программу до 2050 года», — сообщил он.

А в целом, по словам президента РАН, в лунных исследованиях «разворачивается космическая гонка многих стран».

Несколькими днями ранее в Институте космических исследований (ИКИ) РАН с научно-просветительской лекцией на тему «Современные исследования Луны» выступил Максим Литвак, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией отдела ядерной планетологии ИКИ. В лекции, прочитанной в рамках Дня открытых дверей ИКИ, ученый ответил на вопрос: почему все еще нужно лететь на Луну?

Смысл оговорки «все еще» он раскрыл в историческом экскурсе, начатом с достижения естественного спутника Земли советской станцией «Луна-2» в 1959 году. За первыми бурными десятилетиями лунных исследований последовала большая пауза. Но теперь, оказывается, снова все впереди. А что конкретно?

Но сначала все-таки «почему» — в смысле мотивации.

Президент Российской академии наук Геннадий Красников

Алексей Таранин

«Возникает вопрос: почему все еще нужно лететь на Луну, если уже люди, можно сказать, все сделали много-много лет назад? — говорит Максим Литвак. — Здесь я попытаюсь ответить на этот вопрос, как я его сам понимаю, исходя из того, что вижу, из общения людей, вовлеченных в лунные исследования. Я считаю, что человечество по своей природе не может жить в изолированной системе. И как только оно понимает, что есть некие возможности выхода из этой изолированной системы, оно начинает его искать».

Так происходило, отметил он, с великими путешественниками, так получились миссии в Антарктиде, где теперь в суровых условиях работает много станций, и это не говоря про путешествия к полюсам Земли, которые тоже сопровождались большими усилиями и жертвами.

Эти замечания о суровых условиях и жертвах прозвучали попутно, и их можно было даже не заметить, но, пожалуй, они тут важны, поскольку предупреждают о том, с чем придется столкнуться и что пережить будущим лунным исследователям. Тем не менее: «И сейчас кажется, что пришло время космической экспансии, когда мы все-таки с орбиты вокруг Земли хотим выйти в межпланетные пространства».

«Второй важный пункт, который отмечали в том числе и американские астронавты, слетавшие на Луну: вероятность маленькая, но с течением времени она растет, и рано или поздно что-то произойдет с Землей. Может столкнуться неудачно с астероидом, начнется очередное вымирание. И мы можем одномоментно все потерять. Поэтому человечество не может существовать в одной локации, оно должно все-таки пытаться выжить. А для этого нужна экспансия в космос, на другие объекты», — делает вывод Максим Литвак.

Так вот, Луна это, по его словам, идеальный первый форпост на пути такой экспансии. Полеты к ней можно рассматривать как тренировочные (для космонавтов и для отработки технологий) на пути к межпланетным, «а может быть, потом дальше уже и для межзвездных, в сильно отдаленной перспективе».

Ну и теперь, собственно, «зачем»: «Дальше очень важный пункт, который возник именно в двадцать первом веке, — это научные исследования в полярных районах Луны».

Наверное, правильно будет выделить в дальнейших словах ученого две основные цели, которые преследует интерес к полярным областям спутника Земли.

Профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией отдела ядерной планетологии ИКИ Максим Литвак

ras.ru

В космическом холодильнике

Первая цель: «Одним из важных и, может быть, философских моментов служит то, что исследование таких районов может нам помочь ответить на вопрос о происхождении Солнечной системы, а возможно, и о происхождении жизни».

И вторая: «Практический вопрос, который сейчас обсуждается очень много, и, возможно, это действительно станет мейнстримом в конце нашего века. Он связан с тем, что на Луне есть различные ресурсы, и эти ресурсы могут использоваться. В том числе те, которые у нас исчезают на Земле».

Соответственно этим целям меняются предпочтительные районы прилунения космических аппаратов. Отметив это обстоятельство, Максим Литвак назвал его изменением парадигмы: теперь «считается, что наиболее привлекательными являются именно полярные области Луны, куда фактически еще никто не летал».

Эти области, по его словам, представляют собой уникальные кладовые реликтового вещества, хранящегося там миллиарды лет: «И в том числе это вещество может содержать такие вещи, как водяной лед, который могли приносить кометы и астероиды, и различные соединения, как органические, так и неорганические».

Связано это с тем, что на полюсах Луны есть кратеры, в том числе довольно большие, куда никогда не попадает солнечный свет, поэтому там очень холодно и все, что туда попало, оказывается в таком «космическом холодильнике». Он «забирает себе все, что прилетело, и хранит это бережно до тех пор, пока туда не придешь и не заглянешь: что же это такое?»

В том числе там может храниться водяной лед, а также органические молекулы. «И, анализируя это вещество, можно понять, как действительно формировалась система Земля — Луна? Откуда пришла к нам вода? И возможно, даже удастся найти какие-то замороженные следы жизни».

Что касается лунной воды и ее происхождения, то, по словам ученого, можно сказать следующее. Есть гипотеза, согласно которой Луна образовалась в результате удара в молодую Землю планеты размером с Марс. Но все летучие вещества и вода остались на Земле. И долго считалось, что Луна — это сухое тело. 

Но впоследствии стали понимать, что тем не менее могут быть целых три возможных источника, которые приводят к образованию льда в недрах и в приповерхностном слое Луны.

Во-первых, это кометы-астероиды, которые сталкивались с Луной. В результате такого столкновения происходит взрыв, и все вещество, которое они принесли, оказывается в виде временной атмосферы над поверхностью Луны. Она постепенно осаждается в эти холодные ловушки, холодные кратеры, «холодильники» и там хранится вечно.

Вторая гипотеза говорит про «искусственную воду». Поверхность Луны постоянно бомбардирует солнечный ветер. А это «в основном протоны, то есть фактически ядра водорода, и в результате их взаимодействия с поверхностью Луны, где много различных оксидов металлов, может образоваться молекула воды. Она может мигрировать по поверхности, прыгая за счет теплового движения, и в итоге “замереть” в тех же полярных районах, где она примерзнет навечно».

Но часть воды могла образоваться и в недрах самой Луны, «Поскольку мы знаем, что на ранних этапах на Луне была вулканическая деятельность, эта вода могла извергаться в виде водяного пара на поверхность». И в давным-давно охладившихся кратерах вулканов, не всех, а именно полярных, она могла и остаться. И сейчас один из принципиальных научных вопросов состоит в том, чтобы взять образцы лунного водяного льда и изучить. Причем лучше всего привезти его для этого на Землю». 

А кроме собственно научных аспектов вопросов «Что это за лед? Откуда он взялся? Как образовался?» возникает следующий, по словам Максима Литвака, важный сюжет. Если мы планируем начинать освоение космоса с Луны, то лед — это ресурс, где есть составляющие, водород и кислород, просто необходимые для космонавтов, которые будут там работать. Потому что это обеспечение воздухом, водой и даже ракетным топливом для миссий, которые будут летать на Луну и с Луны.

И поэтому очень важно понять: если он там есть, то сколько его, как он распределен, насколько легко его добывать?

Максим Литвак подчеркнул, что пока еще остается под вопросом, «есть там это или нет, или это только наши предположения». То есть наличие льда на Луне не доказано. Пока имеют место попытки его обнаружить. Они дают обнадеживающие результаты. Но собственно открытие льда и, соответственно, воды на Луне еще впереди. Хотя попытки найти воду предпринимаются уже не первое десятилетие.

Lunar Prospector на пути от Земли к Луне

NASA

ОН на полюсах

NASA ближе к концу 90-х годов прошлого века в ходе первых тестовых миссий для ответа на вопрос, могут ли полярные районы Луны содержать водяной лед, отправила туда орбитальную миссию «Луна-проспектор». Детектор на борту аппарата обнаружил нейтроны, которые излучает поверхность Луны. По этому излучению можно судить о том, присутствуют ли в приповерхностном слое лунного грунта, на глубине порядка от одного до двух метров, молекулы воды. 

И действительно, в ходе той миссии американцами были получены данные, что такое возможно. Но прибор был довольно простым, пространство его разрешения составляло десятки километров, И поэтому, как замечает Максим Литвак, сходу отождествить наличие потенциального водяного льда, а также конкретизировать места его возможного присутствия им не удалось. Хотя они и сделали вывод о его наличии на полюсе. 

Спустя десять лет инфракрасные спектрометры на нескольких аппаратах тоже показали либо молекулы воды, либо гидроксильную группу ОН на полюсах в избыточном количестве. Правда, инфракрасный метод не позволяет заглянуть глубоко под землю, виден только верхний слой, изморозь на поверхности. 

«В эту историю Российская Федерация тоже активно подключилась, и в том числе подключился наш институт, — рассказал далее ученый. — А поскольку мы являемся не только космической, но еще и ядерной державой, то был предложен специальный проект для следующей миссии NASA: сделать ядерно-физический прибор, такой же нейтронный спектрометр, как летавший на американской миссии, только сделать его коллимированным, то есть сузить его поле зрения. 

Оно эффективно сужается настолько, что уже можно на поверхности отождествлять различные крупные объекты, в том числе крупные кратеры, которые являются кандидатами на существование там водяного льда». 

В результате была получена карта распределения водяного льда, на данный момент одна из самых последних таких карт — публикация была в журнале Science в 2010 году.

Ученый продемонстрировал эту карту аудитории. Мест потенциального наличия льда там много десятков. Это те, где, по его словам, водяного льда особенно много — много по лунным меркам, то есть меньше 1% воды в среднем по массовой доле, порядка полупроцента. «Сопоставимо с нашими пустынями, но для Луны это огромное количество льда в лунном реголите», — пояснил Максим Литвак.

Впоследствии, сообразуясь с данным от нашего прибора, американцы предприняли целенаправленную бомбардировку лунной поверхности в районе выделенного в качестве особенно перспективного кратера Кабео. Направив в него часть орбитального аппарата — разгонный блок, а вслед за ним прибор с детекторами, уловили взметнувшиеся с поверхности Луны частицы грунта и тоже получили обнадеживающие результаты в плане наличия льда. 

Но все же не только воду ищут ученые на Луне. Как рассказал Максим Литвак, исследователи будут изучать элементный состав грунта, его минералогические свойства, а также экзосферу Луны. Так, на «Луне-25» стояли приборы, которые позволяли изучать и пылевую обстановку, и обстановку с точки зрения заряженных частиц, и нейтральных частиц, которые могут там находиться. То есть это комплексный подход.

Автоматическая станция «Луна-25»

Роскосмос

«Мы не останавливаемся»

Нынешний период лектор охарактеризовал как огромный толчок развитию лунных исследований. Сформировались лунные программы, которые сейчас реализуются разными странами.

И тут ученый привел еще одну причину нового всплеска интереса к Луне: «Если в двадцатом веке, на заре космической экспансии была фактически лунная гонка, когда соревновались Соединенные Штаты и Советский Союз, и когда они устали соревноваться, она закончилась, то сейчас уже это развивается по всему миру».

Соответственно, новые страны-участницы, а это в первую очередь Китай и Индия, сильно подтянули свои технологические возможности к уровню прежних участников гонки, а США и Россия «отдохнули» и вновь почувствовали к ней вкус.

Летать на Луну непросто. Из примерно десяти относительно недавних миссий успешными оказались меньше половины. Остальные либо потерпели неудачу, либо были проведены с теми или иными ошибками.

Говоря же об амбициях Российской Федерации, упомянув «Луну-25» и то, что, несмотря на невыполненную программу посадки, она дала научные результаты в ходе орбитального полета, Максим Литвак указал, что сейчас существует совместная российско-китайская программа, которая планирует создавать международную лунную исследовательскую станцию. И уже расписан график ее создания, начиная с автоматических миссий, продолжая строительством на Луне базы и потом ее эксплуатацию. Это план на ближайшие 15 лет.

«Что хотелось бы отметить: мы не останавливаемся, даже несмотря на такие неудачи, как с “Луной-25”. Российская академия наук активно развивает и пропагандирует лунную программу, активно участвует в составлении Федеральной космической программы на ближайшие годы. В нее войдут миссии “Луна-26”, “Луна-27”. Это горизонт 2026‒2028 годов», — объяснил ученый.

«Одна — это большая орбитальная миссия, вторая — посадочная. Причем с точки зрения посадочной активно обсуждается такое использование наследия советских времен: запустить сразу два аппарата. Один сядет на южный полюс, а другой на северный. И сейчас это все разрабатывается с учетом того задела, который мы имеем, и с анализом тех ошибок, которые необходимо исправить», — рассказал он.

Максим Литвак привел еще некоторые подробности ближайших российских миссий. На южный полюс Луны должна быть доставлена буровая установка, а также достаточно большой, весом 400 килограммов, луноход. Его задача — исследовать распределение водяного льда, для чего примерно за 100 дней аппарату предстоит пройти около 20 километров.