Почему высадка на Луне и в 2024 году все еще крайне сложна
14 января 2024 г.
Американские астронавты первыми в истории человечества высадились на Луну в 1969 году, имея на тот момент в распоряжении вычислительные мощности меньшие, чем у наших нынешних мобильных телефонов. Так почему же сегодня людям так сложно это повторить?
Многие, вероятно, не раз встречали такое высказывание. Оно стало одним из тех раздражающих клише, в которых есть и доля правды. И это также тот вопрос, который заслуживает ответа: Россия, Индия, Соединенные Штаты, Китай, Япония и Израиль выражают стремление вновь попасть на Луну - иногда в течение недели друг за другом.
США и Китай хотят отправить людей на Луну
У лунных миссий разные цели, но главная из них - вернуть людей на поверхность естественного спутника Земли. Но сегодня это столь же сложно, как и в период с 1969 по 1972 годы, когда Национальное агентство США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) шесть раз успешно высаживало людей на Луне. Одна миссия, "Аполлон-13", завершилась неудачей. В начале января 2024 года NASA и ее коммерческий партнер, компания Astrobotic, сделали первый шаг к возвращению американских космических аппаратов на Луну, но потерпели неудачу.
Они признали, что у их лунного посадочного модуля Peregrine "нет шансов на мягкую посадку на Луну" - это означает, что будет аварийная посадка, если вообще будет. 8 января вскоре после запуска и отделения Peregrine от ракеты-носителя Vulcan, изготовленной компанией United Launch Alliance, у посадочного модуля отказала двигательная установка, что привело к его внешним повреждениям и критической потере топлива.
Peregrine был частью миссии NASA под названием Artemis и важным шагом перед запуском на Луну космического корабля с экипажем, намеченным на 2025 год. Эти планы теперь отложены как минимум на год, сообщили в NASA. Поскольку все это случилось после предыдущего неудачного тестового запуска ракеты-носителя Starship компании SpaceX, возможно, в будущем возникнет еще больше задержек, но не меньше напряжения в гонке, чтобы вновь стать первым: Китай нацелился высадить экипаж на Луну в 2030 году.
Посадка на Южном полюсе Луны
Другие страны пытаются посадить свои космические аппараты в сложных местах на Луне, например вблизи ее Южного полюса. Большинство спускаемых аппаратов США и СССР, достигших поверхности естественного спутника Земли в период холодной войны, осуществили посадку в "более легком" центральном поясе Луны. Peregrine также должен был сесть в том районе.
Между тем в августе 2023 года Индия стала четвертым (после СССР, США и Китая) государством, покорившим Луну, - на ее Южном полюсе мягкую посадку совершил модуль индийской автоматической межпланетной станции "Чандраян-3". Ранее ни одна страна не делала этого в районе Южного полюса, где, как считается, содержатся замерзшая вода и ценные ресурсы. Индия добилась такого успеха всего через несколько дней после того, как российская автоматическая межпланетная станция "Луна-25" сошла с орбиты и врезалась в поверхность Луны, также планируя посадку в районе Южного полюса.
Южный полюс Луны: за пределами зоны комфорта
Целью миссии "Луна-25" была посадка в Богуславском кратере диаметром около 95 км. Предполагается, что там находятся запасы замерзшей воды и, возможно, других ресурсов, необходимых для жизни и работы человека на Луне и его возвращения на Землю. Таким образом, этот регион заслуживает тщательного изучения.
В 2014 году ученые провели исследование безопасности посадочных площадок в Богуславском кратере. Они обнаружили склоны с углом наклона в 5-10 градусов и другие, более опасные склоны с углом наклона около 45 градусов. Кроме того, на площади 4 кв. км оказалось более 16 000 валунов размером от 0,5 м до 13 м. Таким образом, почти за 10 лет до начала миссии была получена довольно подробная информация. Тем не менее при заходе на посадку, как сообщил потом Роскосмос, космический аппарат "прекратил свое существование в результате столкновения с поверхностью Луны".
По данным исследования, проведенного в 2020 году, число известных кратеров на Луне достигает 140 000, их диаметр колеблется от 1 до 8 км, а некоторые имеют диаметр в сотни километров и часто невероятно крутые склоны. А еще есть валуны.
"Посадка на Луне по-прежнему сложна. Для этого требуется богатый опыт работы в лунной среде, - уточняет Маркус Ландграф (Markus Landgraf), руководитель группы исследований будущего Луны в Европейском центре космических исследований и технологий (ЕКА) в Нидерландах. - Сейчас есть более качественные карты, но ничто не сравнится с тем, чтобы самим побывать там". Кратеры и валуны представляют собой угрозы, которые необходимо оценить при попытке мягкой посадки - чтобы остаться в живых, а не разбиться, как российская станция "Луна-25".
Полет в космос - это не только вычислительные мощности
За 50 с лишним лет, прошедших после космической гонки времен холодной войны, когда Нил Армстронг и Базз Олдрин стали первыми землянами, ступившими в 1969 году на поверхность Луны, инженерные разработки и технологии в ракетостроении получили значительное развитие. Появились новые игроки в космосе, новые космические державы, включая Индию с ее миссией "Чандраян-3" и регулярными запусками искусственных спутников, а также ОАЭ, отправляющие свои миссии на Марс. Китай даже высадился на обратной стороне Луны. Но мы не видим такого же уровня технологического прогресса во всем мире, даже с появлением надежных ракет.
"По сравнению с эпохой "Аполлона" сейчас навигационные системы гораздо более совершенны. Бортовые датчики позволяют более точно и автономно рассчитывать положение и скорость, компьютеры работают гораздо быстрее, а современные интерфейсы повышают уровень ситуационной осведомленности как наземных, так и экипажей космических кораблей", - подчеркивает Маркус Ландграф.
Однако полет в космос - это не только вычислительные мощности. "Технологии в сфере ракетных двигателей продвинулись вперед с 1960-х годов, в основном в плане производительности, за счет более совершенных материалов и понимания гидродинамики и процессов сгорания. Но в то время как компьютеры работают во много раз быстрее, чем 50 лет назад, эффективность ракетных двигателей увеличилась лишь на 10-20%", - констатирует Ландграф.
Лучшее понимание рисков
Технологии сильно усовершенствовались, как и понимание рисков - особенно тех, которые связаны с ракетостроением. "В 60-е и 70-е годы мы просто не осознавали, на что идем. Сегодня мы лучше понимаем риски и, чтобы преодолеть их, используем комплексность решений. Это облегчает обнаружение ошибок и выявление "аномалий", - говорит Малкольм Макдональд, профессор в Университете Стратклайда в Шотландии, занимающийся проектированием космических аппаратов.
Именно поэтому мы испытываем ракеты, прежде чем посадить в них людей, уточняет профессор. По его словам, извлечены уроки из таких катастроф, как пожар, вспыхнувший в кабине американского космического корабля "Аполлон-1" в 1967 году. "Современные космические аппараты гораздо сложнее, что увеличивает не только стоимость их разработки и испытаний, но и риск упустить что-то из виду", - признает Макдональд.
Луна снова в поле зрения
После 50 с лишним лет кажущегося бездействия сейчас происходит целая серия новых полетов на Луну, но также и череда провалов. В 2019 году Израиль отправил туда свой космический аппарат Beresheet, который разбился при посадке. В том же году индийская автоматическая межпланетная станция "Чандраян-2" вышла на окололунную орбиту, однако спуск посадочного модуля Vikram в районе Южного полюса Луны закончился неудачей.
А в апреле 2023 года японский космический аппарат "Хакуто-Р" также не смог сесть на Луне, по-видимому, из-за того, что у него закончилось топливо. "Неудачи "Хакуто-Р" и "Чандраян-2" произошли, грубо говоря, из-за неверных или неполных испытаний, возможно, вызванных мерами по сокращению расходов", - отмечает Маркус Ландграф. Но никто, уверен он, не собирается сдаваться, и успешная мягкая посадка индийского "Чандраяна-3" вблизи Южного полюса Луны, несомненно, вдохновит другие страны на новые свершения.
Смотрите также: