Россия летит на Луну

Где-то больше, где-то меньше. Осенью была опубликована подробная карта ее распределения, составленная по данным прибора LEND, сконструированного российскими учеными. Сейчас готовится экспедиция к воде в приполярных областях. Впервые за тридцать с лишним лет Россия летит на Луну.

Там удобно будет вечером к нам при­ехать, попозже? А то у нас эти дни совершенно перегружены. Опреде­ляем места посадки на Луне, - сказал по телефону заведующий лабораторией Игорь Митрофанов. - По нашей карте распределения воды.

Космическая держава Россия так давно не путешествовала дальше земной орбиты, что новость о скорой посадке аппарата на Луну, конечно, подстегивает воображение. И, конечно, мы поехали вечером в пятницу в Институт космических исследований и, конечно, застали там полон дом сотрудников, занимающихся как Луной, так и прочими планетами Солнечной системы.
Много лунного льда

К стене плакатными кнопками прибита микросхема стоимостью в средний автомобиль. Прибита зверски, навылет. Но умерла она не от этого. «Героически погибла в борьбе с высоким напряжением» - следует из распечатки на листе под микросхемой.

Плата, надпись и собственно стенка, на которой вся эта радость присутствует, находятся в лаборатории космической гамма-спектроскопии московского Института космических исследований. Лаборатория - это большое помещение с техническими и офисными столами, разделенное на несколько отсеков перегородками.

На офисных столах, как положено, бумаги и компьютеры, на технических - разнообразная электроника, в том числе и детектор для будущего американского марсохода. Именно эта металлическая коробка сантиметров тридцати в длину через полгода отправится на Марс искать воду, и мы, журналисты, конечно, не удержались, потрогали. Так что теперь, если на Марсе обнаружится жизнь, мы будем знать, чьи это бактерии. Впрочем, нас заверили, что коробку обязательно помоют перед отправкой...

А погибшая микросхема тестировалась для другого детектора - LEND, который вошел в состав приборов американского аппарата LRO, благополучно стартовавшего в 2009 году и сейчас летающего вокруг Луны на высоте 50 километров. Естественно, LEND полетел с другой, живой платой внутри. Задача его та же - искать воду, только на Луне. Про лунную воду мы и пришли поговорить с сотрудниками лаборатории.

- Этот прибор предназначен для поиска водного льда в лунном грунте, - говорит Игорь Митрофанов, руководитель проекта. - Он летит над поверхностью и видит изменение состава грунта с разрешением в десять километров. Вот карту, так сказать, влажности Луны мы уже построили.

- И много воды нашли? - спрашиваем.

- Вполне достаточно - несколько процентов.

Когда американцы запускали аппарат с нашим LEND на борту, про лед на Луне было мало что известно. Понятно было, что он есть, в первую очередь в виде остатков комет, которые уже четыре миллиарда лет врезаются в наш спутник. Было и второе предположение: что вода может образоваться в химических реакциях солнечного ветра с лунным грунтом, реголитом. В любом случае, лед на Луне обнаружили американцы в ходе миссии «Клементина» в 1993-94 годах (25 января 1994). Но все ду­мали, что если вода где-то и сохранилась в значимых количествах, то, наверное, в вечной тени кратеров на Северном и Южном полюсах. Все оказалось не так.

- Видите, черными контурами обведены так называемые постоянно затененные области, - показывает Митрофанов карту распределения воды на Луне. - В полярных областях Солнце стоит низко к горизонту, поэтому если есть кратер, то за его гребень лучи никогда не попадают. Мы ожидали, что лед в основном там и обнаружится, потому что в других местах вода должна была испариться в результате нагрева солнечными лучами. Но оказалось, что содержание воды не особенно зависит от затененности.

На карте синим изображены места, где воды много, а желтым и красным - где мало. Мозг привычно соотносит картинку с земными картами, и у него, у мозга, получается, что на Луне прямо-таки океаны. На самом деле количество замерзших частичек льда в красных областях отличается от синих на несколько процентов. И действительно, синие области никак не совпадают с кратерами. Ученые полагают, что вода на освещенных участках находится под слоем грунта. Ведь реголит - очень хороший теплоизолятор, поэтому в десятке сантиметров от раскаленной солнцем поверхности уже космический холод.

- Как же вы с пятидесяти километров эти проценты считаете? - спрашиваем.

- Так и считаем, - говорит Митрофанов. - Принцип работы какой? Прибор регистрирует нейтроны, которые вылетают из лунного грунта при взаимодействии с космическими частицами. Число этих нейтронов зависит от состава грунта, особенно от количества водорода. Потому что нейтрон, сталкиваясь с атомом водорода, теряет половину своей энергии, замедляется и может поглотиться. То есть там, где водорода много, нейтронов мало. А водород на Луне как раз должен находиться в составе водяного льда.

- А почему прибор был вызовом?

- Потому что нейтронов действительно мало. Мы регистрируем всего пять нейтронов в секунду. Мы счетчики сделали максимально чувствительными. Ну и... Да вот у Максима спросите, он - разработчик. Максим, расскажи, как делали!

Максим Мокроусов, молодой мужчина с уверенными движениями и голосом, выдвигается к столу, на котором расположен инженерный образец LEND.

-О! - говорит он. - Во-первых, цикл разработки прибора в среднем пять лет, а LEND мы разработали очень быстро, за два с половиной года. Во-вторых, в идеальном случае все испытания проходят с успехом. Здесь так не было. Было несколько отказов, причем в тех условиях, которые вроде бы сто раз проходили: сутки-двое работает, а на третьи - отказ. Для того чтобы чувствительность прибора была высокая, мы усиливаем слабые токи. И вот у нас возникал пробой, слабая искра, но из-за усиления импульс тока доходил до интегральной схемы. Вырубало мозги. Эти платы как раз так и сгорели, две штуки. Потом разобрались: оказалось, лак, которым покрывают микросхему, начинает испаряться при высоких температурах. И через газ шел пробой. Это ведь никак не засечь, кроме как додуматься! - Максим выразительно показывает пальцем на свою голову.
Полярные посадки

Когда LEND накопил статистику, к радости исследователей стало ясно, что вода на Луне присутствует не только в кратерах, но и на вполне доступных и удобных для посадки солнечных равнинах. Нужно было проверить, действительно ли это вода, и поточнее сказать, сколько ее. Тогда американцы провели эксперимент LCROSS. 9 октября 2009 года в Луну ударили разгонным блоком «Центавр». Удар выбил столб пыли из поверхности на высоту в полтора километра, а затем на Луну через этот столб «уронили» и сам аппарат LCROSS, который, пока падал, анализировал состав лунного грунта. Все это происходило на границе кратера Кабеус у Южного полюса. Воды нашли действительно много - примерно 5% по массе.

- Теперь нам нужно подобрать место для посадки наших аппаратов в 2013 и 2014 годах. Ну вот, смотрите, какой хороший район! Или вот... - Митрофанов показывает на синенькие пятна на карте. - В общем, мы предложим список из трех-четырех районов, которые нужно еще поизучать два-три месяца. Грунт, условия освещенности...

Первой в 2013 году полетит «Луна-Ресурс», за ней «Луна-Глоб». Обе миссии по приборам похожи, а модуль мягкой посадки вообще один и тот же. При этом «Луна-Ресурс» - совместный проект с Индией, которая предоставляет ракету-носитель, орбитальный аппарат и небольшой луноход собственной разработки. Но ясно, что наша страна выполняет самую сложную часть - посадку на поверхность и контактные исследования грунта. «Луна-Глоб» - чисто российская экспедиция, и вообще мы собирались ее запустить раньше «Ресурса», но потом, как это сплошь и рядом происходит в нашей космической отрасли, перенесли сначала на два года, а затем еще на два.

Эти две миссии можно, вообще говоря, рассматривать как одну с условным названием «Россия возвращается». Потому что мы на Луну не сажали аппараты с 1976 года, когда автомат «Луна-24» доставил на Землю 170 граммов лунного грунта. На тот момент страна исчерпала технические возможности по Лунной программе и переориентировалась на отработку комплекса «Энергия-Буран», впоследствии так и не нашедшего применения. И теперь нужно восстанавливать позиции.

- Поскольку я персонально отвечаю за научную часть посадочного аппарата, то с задачами знаком хорошо, - говорит Митрофанов. - Задача такая: детально изучить условия в районах полюсов. Полярная Луна, как мы любим говорить, - это новая Луна, совсем не та, которую изучали наши луно­ходы и американские астронавты. Главное отличие в том, что именно на полюсах в грунте сохраняется вода в виде льда и прочие летучие вещества, занесенные кометами. На аппаратах будут стоять приборы для дистанционного анализа пыли, плазмы, температуры под поверхностью. Грунт поднимут внутрь прибора манипулятором и изучат его элементный и изотопный состав. Также на Луну впервые привезут радиомаяк. И тогда можно будет очень точно сажать другие аппараты.

- Кто гарантирует, что вы попадете именно в тот участок, где хоть какая-то вода есть? Может, она будет всего в ста метрах, а вы попадете в то место, где совсем сухо.

- Никто. Но мы будем выбирать участок с однородной поверхностью, и маловероятно, что там будут резкие различия на мелких масштабах. С другой стороны, вопрос правильный, и именно поэтому следующим этапом нужно делать хороший долгоживущий луноход, а затем возврат грунта. Нужно отбирать и доставлять не любые, а самые интересные образцы. Причем обязательно без разморозки, чтобы не потерять летучие соединения. А если будут органические соединения, то, наверное, сначала нужно доставлять на МКС, чтобы, не дай бог, не привезти на Землю что-то нехорошее.
Лунный полигон

Что вообще Россия хочет от Луны в ближайшие годы? Какие у нас там задачи, кроме простого «отметиться» и еще раз поизучать грунт? И, главное, насколько твердо мы намерены эти задачи выполнять?

Такие вопросы мы задали Александру Лукьянчикову, директору Центра планетарных исследований НПО им. Лавочкина - организации, создающей аппараты для лунных миссий. Встречались мы с ним в музее космонавтики объединения: посреди зала в качестве экспоната луноход - овальная тележка, нагруженная приборами, дальше первые спутники, аппарат, привезший лунный грунт, карта Луны во всю стену... Советские футуристические объекты. И сам Лукьянчиков - коренастый мужчина в пиджаке и с картами в руках, такой классический советский инженер. На картах забавные роботы, как из детской раскраски. Проект нашей будущей лунной станции или, как ее еще называют, полигона.

- После 2015 года начнется вторая фаза Лунной программы. По всей видимости, это и будет доставка образцов лунного грунта на Землю. А наша конечная цель - хотя конечной, наверное, не бывает никогда, но все же - создание лунного полигона. По сути это лунная база, состоящая из автоматических модулей, - говорит Лукьянчиков. - Ее инфраструктура в чем-то напоминает пилотируемую станцию. Но масштабы гораздо скромней, она не требует таких колоссальных затрат на обеспечение жизнедеятельности космонавтов, как проекты 1960-1970-х годов.

Предполагается, что будут средства транспортировки, мощная энергетическая установка для питания механизмов, парк луноходов. Потом можно будет доставлять с Земли новые модули и расширять базу.

- Например, туда можно транспортировать крупногабаритный телескоп для исследований дальнего космоса, полномасштабную станцию для исследований грунта, - уточняет Лукьянчиков. - Правда, лунный полигон не прописан в текущей Федеральной космической программе, срок ее действия - до 2015 года. Но я думаю, лет через пять-десять мы создадим все необходимые строительные кубики для такой базы.

- Планируется ли промышленное освоение Луны?

- Есть несколько разных взглядов на эту проблему. Например, ярый сторонник идеи использования Луны для получения энергетического сырья - это Институт геохимии им. Вернадского. Я имею в виду изотоп гелий-3 как потенциальное топливо для чистого термоядерного реактора, - поясняет Лукьянчиков. - Если речь идет об устройствах по добыче, по выделению этого изотопа, по его хранению и так далее, то такие устройства нами пока не разрабатываются. Информации о подобных проектах в других странах у нас тоже нет.

Пока ракетчики строят базу для роботов, но строят ее у воды. А это значит, что в перспективе туда отправятся живые люди. Вода нужна и нам, и любым теплицам-оранжереям, которые будут на Луне непременно, если будет обитаемая база. Лед на Луне позволяет поставить простую установку для получения кислорода и водорода из воды. Берем грунт, нагреваем, получаем водяной пар. Воду разлагаем электричеством на кислород и водород - сразу и воздух, и горючее для ракет.

Те данные, которые получили ученые из Института космических исследований, показывают, что из тонны местного грунта можно выжать пятидесятилитровый бак воды. Не так уж и плохо. В некоторых регионах Земли почва гораздо суше.

Сам вопрос - нужна ли нам Луна? - людьми, причастными к космонавтике, давно решен.

- Я считаю, что Луна неизбежно будет освоена. Не изучена, а именно освоена, то есть включена в цивилизационную среду обитания, - говорил нам Митрофанов. - Она будет использоваться и как площадка для освоения Марса. Думаю, что неизбежно возникнет регулярный трафик между Землей и Луной, а в дальнейшем и между Землей и Марсом. На полюсах Луны будут присутствовать форпосты землян. Не могу поручиться, что там постоянно нужно держать экипаж, но условия для посещения там будут.

- Но нет же пока хорошего двигателя, чтобы дешево поднять ракету с Земли! Разве можно в таких условиях массово путешествовать?

- Мы сейчас делаем проект «Фобос-Грунт», он стоит пять миллиардов рублей, это примерно по сто рублей с работающего гражданина страны. Это даже не Луна, это орбита Марса! А о массовых путешествиях давайте пока не будем говорить, давайте сначала просто слетаем. Мы уже 20 лет не посылали аппараты в дальний космос. Если мы сейчас не поддержим дальнюю космонавтику, то ответы на вопросы станут предопределены: мы уже не сможем участвовать в лунной космонавтике. Совершенно точно, что космонавтика XXI века - лунная. Либо мы будем летать, либо придется проситься на борт.

Лаборатория в Институте космических исследований заполнена приборами и деталями приборов, которые со временем разлетятся по Солнечной системе. Держишь в руках кусок металла, набитый микросхемами, а он через год будет ездить по Марсу.

- Вам не странно здесь работать? - спрашиваем.

- Ну, привыкаешь!