Про Луну и не только

Материалы рубрики читайте также в телеграм-канале «Техносфера, подъем!»

В печати Луну мы часто называем «нашей», и это логично: мы первыми рассчитали траекторию движения к ней, апробировали алгоритм полета, посадки и взлета и даже привезли лунный грунт в свои лаборатории. Сегодня говорят и о больших затратах первого этапа освоения Луны с 1958 по 1972 год. Да, может быть, они и были существенными, но это был новый процесс для всех ученых, которые действовали интуитивно, методом проб и ошибок. Поэтому «успешность» полетов к Луне не превышала в то время 40% и у нас, и у американцев.

Если же оценивать научно-технологическую составляющую первой лунной программы, то кроме приобретенного опыта надо выделить два важных результата, наиболее существенных для будущих поколений исследователей.

Первый результат связан с наличием четко зафиксированных угроз пребывания человека на Луне из-за наличия на ее поверхности острой и очень мелкой пыли (реголита), отсутствия в недрах жидкой воды, постоянной жесткой радиации и тектонической деятельности.

Вторым и самым важным результатом первого этапа исследований Луны надо назвать ее загадки, которые остаются нерешенными до сих пор.

О загадках Луны

Перечислю пока три такие загадки.

Первая. До конца непонятны причины четкой синхронизации вращения двух тел — Луны и Земли. Оказывается, Луна с самого начала образования Солнечной системы стабильно совершает один оборот вокруг Земли и один оборот вокруг своей оси за один и тот же период времени — 27,321661 земных суток. Дальше знаний о том, что этот механизм ученые называют «спин-орбитальным резонансом», мы не продвинулись. Есть лишь предположение, что «вечную» стабильность такого вращения поддерживают два облака мелкой пыли (облака Кордылевского), обращающихся вокруг Земли рядом с лунной орбитой и постоянно меняющие свою форму и размеры. Пока никто даже не моделировал такой регулируемый механизм синхронного вращения, способный периодически изменять состав атмосферы Луны и Земли.

Вторая загадка связана с механизмом образования Луны и ее непонятной внутренней структурой. Было три версии: теория «захвата», теория «отрыва» и теория «двойной планеты». Интересно, что все три сценария исключали наличие в недрах Луны любых форм воды. Но в 2009 году воду все-таки обнаружили, и загадка осталась неразрешенной.

Дело усугубляется еще и тем, что американские исследователи фиксируют на Луне эффект реверберации звука, вызываемого падением тел на ее поверхность. Чем больше масса объекта, тем длительнее по времени звук, похожий на звон колокола. Методом триангуляции местоположения источников звучания ученые установили, что такой гул может возникать только в том случае, если поверхностный слой Луны толщиной один-два километра состоит из сухого материала.

Если противоречивые знания о наличии воды на Луне в одной точке и отсутствии ее в другой существуют, то такая неоднородная структура недр нашего естественного спутника ждет своего объяснения и требует проверки.

Третья загадка Луны связана с ее магнитным полем. Оно там вроде бы есть, а вроде бы и нет. Дело в том, что по результатам дистанционного зондирования ученые сначала сделали однозначный вывод об отсутствии у Луны магнитного поля, а установленные астронавтами стационарные магнитометры зафиксировали точечные магнитные поля в районах, весьма удаленных друг от друга.

Более того, высокая напряженность полей указывает на более сильные внешние их источники. Предположения о том, что источником точечного сильного магнитного поля в каждой конкретной точке Луны могут быть железоникелевые метеориты, признаны сомнительными, так как расчеты показывают, что они должны находиться на глубине не менее 200 метров от магнитометра на поверхности.

Таким образом, первый этап исследования не дал полной информации о магнитном поле Луны. Поэтому в какой-то одной точке Луны можно ориентироваться по магнитному полю Земли, а в другой оно будет искажаться переменными полями, генерируемыми электрическими токами ее недр.

Думаю, что именно из-за этих загадок и надо продолжать исследовать наш спутник. Если мы разрешим их, у нас появится точка опоры для разработки принципиально новых технологий ведения не только лунного, но и земного хозяйства.

Доверяй, но проверяй

Для поиска ответов на все эти вопросы за последние двадцать лет в сторону Луны было запущено около тридцати различных китайских, индийских и американских аппаратов, были также неудачные попытки запусков европейского и израильского спутников. К сожалению, долгожданный российский спутник тоже потерпел неудачу.

Каждая страна решала на этом этапе вполне конкретные собственные задачи:

1. Китайские исследования касались сбора данных для составления цифровой модели рельефа посадки, затем отрабатывался алгоритм благополучного возвращения лунного аппарата на Землю после его мягкого приземления на Луне, а уже потом были успешно выполнены исследования грунта с помощью луноходов. Информация о содержании воды в грунте отсутствует;

2. Индия с помощью запуска двух спутников, один из которых был неудачным, преследовала цель поиска полезных ископаемых и запасов льда в полярных регионах Луны, а также намеревалась составить трехмерную карты ее поверхности;

3. Американцы начиная с 2001 года с помощью десятка своих спутников провели сканирование площадки для высадки астронавтов, измеряли уровень излучения космических лучей и солнечной радиации на всем пути к Луне и оценивали их опасность для человека.

Складывается впечатление, что опыт прошлых полетов «Аполлонов» и советских автоматических станций забыт и все начинается сначала. Думаю, что по этой причине огульно доверять всей полученной информации мы не можем.

Учитывая, что результаты прошлых лунных экспедиций сегодня никем не используются, то и доверять накопленной за прошедшие двадцать лет зарубежной информации о результатах исследования Луны нет смысла. Требуется все проверять и перепроверять.

Например, можем ли мы доверять информации о том, что на Луне есть вода, причем и в полярном реголите, и в ее атмосфере, и даже в освещенных Солнцем зонах. В 1998 году было сделано только предположение, что причиной замедления потока нейтронов с холодных поверхностей Луны может быть водород или его соединения в частицах породы. В 2009 году это гипотеза была «случайно» подтверждена спектрометром индийского спутника, в задачу которого входило только лишь картографирование поверхности Луны.

Сегодня также стало известно еще об одном эксперименте, по результатам которого делается вывод о наличии на Луне воды. Оказывается, что еще в 2010 году в лунный кратер Кабео была направлена ударно-измерительная высокоточная система, с помощью которой американские ученые подтвердили наличие на Луне не только воды, но и диоксида серы, сероводорода и аммиака. Но ведь очевидно, что все эти химические соединения были зафиксированы не в структуре поверхностного реголита, а в газообразном облаке, которое образовалось в результате ударного взаимодействия технического земного устройства с лунной поверхностью. А это уже совершенно иная структура и система измерения. Физикам известно, что наблюдаемые вариации интенсивности нейтронов в различных зонах лунной поверхности являются следствием эффектов различной природы и необязательно свидетельствуют о наличии воды.

Кроме того, для поиска следов воды в неизвестных породах важно иметь и альтернативные методы оценки плотности породы, удельного электрического сопротивления, диэлектрической проницаемости и т. п., чтобы их можно было состыковать с результатами измерений нейтронных потоков. Ведь если такой комплексный подход к поиску воды используется на Марсе, значит, аналогичный алгоритм поиска должен быть и на Луне.

Для подтверждения гипотезы американского ученого о воде на Луне надо бы сначала проверить в земных лабораториях возможность ее образования и длительного сохранения в стеклянных микрочастицах, создав для этого слой «вечной мерзлоты» в условиях лунной гравитации. Даже если это окажется возможным, на следующем этапе требуется разработка одностадийной технологии выделения из частичек реголита воды в нужных объемах.

Без создания модели процесса образования воды и прототипов технологических процессов производства продуктов для жизнедеятельности на Луне никакая концепция технологического освоения лунного пространства не имеет смысла.

Российские концепции освоения Луны

В России есть две концепции освоения Луны. Одна носит сугубо технический характер и напоминает план работы до 2050 года. Эта «концепция» сформирована отраслевыми институтами «Роскосмоса» и РАН в 2018 году и до сих пор согласовывается с «профильными ведомствами». В тексте нет научных идей, которые надо будет реализовать в технические и проектные решения. Приоритетом программы являются не методы разрешения «лунных загадок», а объемы ожидаемой прибыли и расчет затрат. Например, неясно, кто и как считал, что доставка 1 кг груза на Луну в 10 раз дороже, чем его доставка на околоземную орбиту, а возвращение груза с Луны обойдется в 30‒50 раз дороже, чем возвращение этого же груза с орбиты Земли. На основе таких оценок профильные институты «Роскосмоса» начинают генерировать проекты «лунных баз» на 50 человек, а места на ней предлагается сдавать в аренду по цене 10‒30 млн долларов с человека, чтобы окупить затраты за один год. При чтении такой «концепции» возникает ощущение неустойчивости, временности и скрытности.

Совсем иной характер имеет концепция философа Сергея Кричевского. Его достаточно разумная «Новая концепция полного освоения Луны» содержит основные приоритеты, риски, ограничения и гибкие сценарии освоения спутника как нового элемента земного хозяйства. Она читаема, понятна, и на ее основе можно формировать нормы освоения и требования к различным элементам технических систем и принципиально новым технологиям синтеза сырья и его переработки в полезный продукт.

Чтобы приступить к ее реализации, потенциала ученых одного Института космических исследований РАН и финансовых возможностей «Роскосмоса» недостаточно. Нужен международный консорциум доверенных стран для создания своих правил ведения научных исследований, образовательных программ и методов решения прикладных задач. Ключевым требованием к участникам такого консорциума является доверие.

Пока же в сформировавшемся «международном сотрудничестве ученых» такое главное его свойство отсутствует. Ярким примером может служить проект «Луна-25», который с 1997 года сменил не только три наименования, но и трех международных партнеров. По просьбе последнего такого партнера (Европейского космического агентства, ESA) в состав комплекса научной аппаратуры дополнительно к восьми российским телевизионным камерам системы СТС-Л была включена еще и опытная телевизионная система Pilot-D. Обе системы должны выполнять одну и ту же функцию: проводить съемку поверхности на этапе спуска аппарата к поверхности. При всех ограничениях массы научной аппаратуры (до 30 кг) наши ученые почему-то ввели в ее состав этот «чужеродный элемент», доверчиво полагаясь только на слова европейцев о том, что он является «оптической частью перспективной европейской системы обеспечения высокоточной и безопасной посадки космического аппарата на участке вертикального спуска с высоты от 1500 м до касания лунной поверхности».

Учитывая, что причины нештатной работы двигателя (127 секунд вместо 84) до сих пор не выяснены, мне остается только предполагать, что именно система Pilot-D нарушила алгоритм прилунения станции. Может быть, я неправ, но факт остается фактом. Ведь надежда российских ученых на европейского партнера не оправдалась, так как вместо обещанной «высокоточной и безопасной посадки» была создана нештатная ситуация, которую ученые ИКИ РАН почему-то называют «недоразумением».

Можно ли доверять дальнейший этап ответственных исследований Луны таким добродушным ученым и их бескорыстным зарубежным партнерам? Ответом на этот вопрос может быть только решение о том, оставить или не оставить в составе аппаратуры следующих аппаратов «Луна-26» и «Луна-27» те самые дополнительные телевизионные камеры, подаренные Европейским космическим агентством.

Ошибки, конечно же, неизбежны, но все должны знать их причины, чтобы не повторяться и не делать новых. И концепция Сергея Кричевского предлагает достаточно надежный инструмент для этого: принципиально новое международное соглашение об освоении Луны под эгидой ООН. Может быть, так будет лучше для всех, кто хочет объединить знания о Луне и разгадать ее тайны.