Деревня луноходов

CNSA, Роскосмос

Как Китай и Россия собираются осваивать Луну

В начале года Роскосмос после долгих терзаний окончательно отказался от участия в американском проекте окололунной станции Gateway. Вместо этого Россия будет осваивать Луну вместе с Китаем — и построит на ней базу, сначала для роботов, а затем и для людей.

Еще несколько лет назад будущее российской (и не только российской) космонавтики казалось более-менее ясным: МКС утопят в океане, а NASA, Роскосмос и другие партнеры переключатся на создание окололунной станции, которая станет плацдармом для возвращения человека на Луну.

Осенью 2017 года NASA и Роскосмос подписали соглашение о совместном создании этой станции. Предполагалось, что РКК «Энергия» построит один из модулей станции — шлюзовой — на основе наработок по модулю МКС «Пирс» (о том, какими тогда представлялись устройство и задачи окололунного форпоста, можно прочитать в нашем материале «Промежуточная станция»).

Но спустя несколько лет лунный союз NASA и Роскосмоса дал трещину — а затем вдоль нее развалился. Россия хотела быть равноправным участником проекта, NASA настаивало на своем лидерстве, и в январе 2021 года Роскосмос отказался участвовать в проекте Gateway. Следом за отказом от лунного сотрудничества российская сторона начала сворачивать и другие проекты с США — в мае этого года заговорили о том, что Россия выйдет из числа участников проекта МКС уже в 2025-м, а не в 2030 году, и сосредоточится на создании собственной станции (читайте о ней в материале «Прекрасная РОСС будущего»).

Но от Луны Роскосмос при этом не отказался. Просто лететь на нее теперь собрался в паре с другой державой, Китаем. При чем не задерживаясь на лунной орбите, как это собираются делать американцы — а сразу садиться на поверхность.

«Деревня» и «полигон»

Для Китая естественный спутник Земли — уже вполне освоенное тело. С 2007 года китайские ученые и инженеры воспроизвели все советские лунные достижения полувековой давности — от луноходов до доставки грунта на Землю. Венцом лунной программы Китая должна стать лунная база на поверхности, сначала автоматическая, а потом и обитаемая. В докладах космических организаций КНР станцию ILRS (International Research Lunar Station) начинают упоминать во второй половине 2010-х годов, но не вдаваясь в детали.

Самым подробным описанием китайского плана до недавних дней был доклад заместителя директора Центра лунных исследований Китайского космического агентства, Чжаоюя Пэя (Zhaoyu Pei), сделанный в феврале 2019 года. С его слов выходило, что КНР прорабатывает проект уже третий год, а источником вдохновения для них служит европейская «Лунная деревня», проект обитаемой базы, предложенный в 2016 году (его главная особенность — использование технологий 3D-печати из лунного реголита для строительства корпусов станции) и российские планы по строительству лунной базы.

Рендер будущей китайской лунной базы ILRS, по версии 2019 года. В центре виден посадочный аппарат «Луна-27» / CNSA    

Российский проект станции на поверхности Луны, «Лунный полигон», кочевал по докладам и отчетам не первое десятилетие. Для руководителей космических предприятий «поселение» роботов с энергетической инфраструктурой, роверами, посадочными и взлетными модулями — было последним этапом после череды посадочных и орбитальных зондов, луноходов и аппаратов для доставки грунта на Землю.

Сроки запуска аппаратов двигались, состав станции менялся, в некоторых вариантах проекта предполагалось, что там будут добывать из лунного реголита редкоземельные металлы и гелий-3 для доставки на Землю и кремний для производства солнечных батарей на месте.

Но основа «Лунного полигона» не менялась. Предполагалось, что он будет состоять из:

• нескольких автоматических аппаратов (исследовательских и служебных), в частности, роботизированных мобильных модулей для стройки и ремонта,

• стационарных модулей связи и энергетики,

• мобильной лаборатории,

• челночных ракет для доставки грузов с поверхности на орбиту и обратно.

Связь должны были обеспечить спутники-ретрансляторы.

В планах был и радиотелескоп площадью в несколько десятков квадратных километров. Похожий проект, кстати, есть и у NASA: его специалисты предлагают найти большой ровный кратер и застелить его поверхность тросами с приемниками.

Территорию полигона условно разбили на функциональные зоны со: научную, служебно-энергетическую, технологическую и взлетно-посадочную. В центре полигона должна расположиться большая энергетическая установка — круг из солнечных панелей, установленных под углом примерно 45 градусов к поверхности.

Облик «Лунного полигона», каким он предполагался в 2012 году / НПО имени Лавочкина

Лунный генплан

В середине июня 2021 года Роскосмос и Китайское космическое агентство опубликовали дорожную карту создания будущей станции. На схемах и планах можно увидеть уже хорошо знакомую еще по российским документам последовательность лунных зондов, которая завершается созданием лунной базы.

Общий вид полностью построенной базы ILRS согласно «дорожной карте» 2021 года / Роскосмос

Программа создания станции разбита на три этапа: разведка местности, строительство станции и ее практическое использование.

Первый этап пройдет с 2021 по 2025 год, поэтому в него включили только запланированные ранее миссии, которые либо уже находятся на Луне, либо проходят финальные этапы создания:

• луноход и посадочная платформа «Чанъэ-4», высадившиеся на Луну в первые дни 2019 года,

• миссия по доставке грунта на Землю «Чанъэ-6», которая почти идентична «Чанъэ-5», успешно выполнившей свои задачи в конце 2020 года

• «Чанъэ-7» с орбитальным модулем, посадочным аппаратом, луноходом и летающим аппаратом. Что это за аппарат — пока неизвестно, но в совместном ролике на одном из поздних этапов показан «прыгающий» аппарат с реактивными двигателями, который, судя по названию, будет перелетать с одной точки на другую.

Российские миссии, вошедшие в первый этап — посадочные «Луна-25» (подробнее об этой миссии читайте в материале «От Луны до Луны») и «Луна-27», а также орбитальный аппарат «Луна-26». На этом этапе Китай и Россия выберут место строительства станции и отточат технологии точной посадки в заданную точку.

Второй этап пройдет с 2026 по 2031 год и разбит на две стадии.

В первую стадию вошли две миссии (если к проекту не присоединятся новые партнеры со своими планами), обе уже разрабатываются:

• первая российская миссия по доставке лунного грунта с 1976 года — «Луна-28»,

• китайский аппарат «Чанъэ-8», который станет прототипом командно-управляющего модуля ILRS. Ранее в китайских СМИ появлялась информация о том, что эта миссия будет проверять возможность использования лунных ресурсов.

Поскольку к моменту отправки этих миссий место строительства базы уже должно быть утверждено, а в плане указано, что страны будут оттачивать точную посадку и начнут совместную деятельность, видимо, «Луна-28» и «Чанъэ-8» будут сажать вплотную друг к другу.

И наконец с 2031 по 2035 год начнется самое интересное, вторая стадия — по сути, основная фаза строительства лунной базы.

В документе перечислено пять миссий: ILRS-1, ILRS-2 и так далее, но отмечается, что их может быть и больше. Сначала на базу с помощью тяжелой ракеты (китайской сверхтяжелой «Чанчжэн-9» или российской «Ангара-5В») доставят энергетические модули — ядерные и солнечные. Тогда же на станцию привезут командный модуль и телекоммуникационное оборудование. Пока неизвестно, как именно оно будет выглядеть, но в  о ILRS есть специализированная вышка связи.

В рамках этих миссий на базу полетят научно-исследовательские аппараты. Среди них авторы документа упоминают:

• аппарат для сбора образцов грунта,

• ровер для 3D-печати структур из реголита

• робозмею (!), которая будет исследовать лунные лавовые трубки.

Третья миссия отправит на базу один или несколько модулей для добычи и переработки лунных ресурсов. Целью ILRS-4 будет проверка технологий для следующих миссий, в том числе проведение биологических экспериментов, распределенный сбор образцов грунта и их доставка на Землю. В последней из уже анонсированных миссий на базе установят телескопы для астрономических наблюдений и съемки Земли.

На рендерах и ролике есть и другие «жители» базы, точное назначение которых пока неизвестно: рой ходячих роботов и роверы, передающие друг другу некие образцы. Также в материалах по базе фигурирует спутник-ретранслятор, но вполне вероятно, что для этого удастся задействовать уже имеющийся у Китая аппарат, который запустили в 2018 году, чтоб обеспечить связью китайский луноход на обратной стороне Луны.

С 2036 года начнется третий этап — на базу впервые отправятся люди. Это заметно отличает китайский подход от американского — США планирует начать пилотируемые миссии уже в 2024 году, хотя реалистичность этих планов вызывает вопросы даже у главы NASA.

Станция изначально разрабатывалась как открытая к участию других стран программа. Сооснователи заявляют, что готовы сотрудничать с любыми странами, международными организациями и даже частными компаниями, которые согласны разрабатывать и реализовывать миссии в соответствии с общей концепцией IRLS. При этом они отмечают, что новые участники не будут находиться на «вторых ролях», а смогут возглавить любую часть программы наравне с Китаем и Россией.

Роскосмос и Китайское космическое агентство уже официально пригласили в проект ESA, которая давно сотрудничает с Китаем и, например, совместно тренирует космонавтов для полета на китайскую орбитальную станцию. А вот американцы — как NASA, так и частники — в проекте скорее всего участвовать не будут из-за запрета на любое сотрудничество с китайскими космическими организациями.  

Занимайте места

Нигде в документах пока не говорится, в каком именно лунном регионе предполагается разместить будущую базу. И, похоже, найти подходящее место будет непросто.

Выбор района посадки даже для «Луны-25» был «долгим и мучительным», а за места, подходящие для размещения лунной базы, будет идти острое соперничество, предупреждал академик Лев Зеленый из Института космических исследований РАН, выступая на круглом столе в Совете Федерации в конце 2020 года.

Дело в том, что место для «лунной деревни» должно отвечать сразу нескольким критериям.

1. Во-первых, там должен быть водяной лед — для выработки кислорода и водорода для использования в качестве топлива, а впоследствии — для систем жизнеобеспечения. Кроме того, исследование лунного льда сегодня — одна из самых интересных научных задач (читайте об этом в материале «За водой на Луну»).

2. Во-вторых, в зоне посадки должен быть достаточный уровень освещенности, чтобы можно было использовать для энергоснабжения солнечные батареи. Поскольку лед на Луне находится на полюсах, поэтому солнечные батареи придется ставить вертикально и искать освещенные места по соседству с зонами вечной тени.

3. В-третьих, база должна быть размещена в зоне прямой видимости Земли, чтобы можно было поддерживать радиосвязи без необходимости в спутника-ретрансляторе, подобном китайскому «Цюэцяо».

4. Наконец, сама поверхность должна быть достаточно ровной, без валунов и уклона, чтобы не повторить неудачу «Луны-23», которая удачно затормозила при посадке, но завалилась на бок из-за наклона рельефа.

Зеленый отметил, что таких мест мало, и их необходимо «застолбить» за собой, посадив туда автоматический аппарат. Он также сказал, что необходимо прорабатывать законы о праве собственности на лунные территории и правах стран, посадивших космический аппарат.

Тему «национализации» частей Луны обсуждают уже довольно давно, но эти разговоры прежде всегда оставались абстрактными рассуждениями. Но в 2020 американцы дали уже серьезный повод перейти от рассуждений к переговорному процессу : осенью NASA подписало с агентствами-коллегами «Соглашения Артемиды», которые, по мнению многих, переинтерпретируют «Договор о космосе» 1967 года, главный космический договор на текущий момент, в пользу США и делают их «лунным привратником» (подробнее об этой позиции можно узнать в статье канадских ученых в Science).

«Соглашения Артемиды» содержат несколько пунктов, два из которых спровоцировали дискуссию в космическом сообществе. Первый описывает базовые правила добычи ресурсов на Луне, а второй вводит понятие «зоны безопасности» — обтекаемо сформулированный термин, который можно интерпретировать как фактические зоны с национальным суверенитетом, на которых может вести деятельность страна, первой заявившая свои претензии на нее. Этот пункт явно противоречит духу «Договора о космосе», который гласит:

Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит национальному присвоению ни путем провозглашения на них суверенитета, ни путем использования или оккупации, ни любыми другими средствами.

Статья II «Договора о космосе»

В пункте о зонах безопасности «Соглашений Артемиды» оговорено, что зоны должны лишаться такого статуса, когда деятельность в них прекращается, но это не мешает «застолбить» их за собой одним простым долговременным аппаратом, как предложил Зеленый.

Не слишком тесно?

Поиск подходящего места, разработка и строительство множества роверов, посадочных платформ и ракет-носителей для них сами по себе сложная задача, но есть технологическая проблема, критически важная для будущей «деревни» — и она пока не решена.

В разговоре с N + 1 директор Института космических исследований РАН Анатолий Петрукович пояснил, что российско-китайские планы предусматривают создание базы со множеством луноходов, кабелей, антенн и сооружений. Чтобы они могли взаимодействовать друг с другом, необходимо, чтобы все компоненты базы оказались на дистанции в нескольких десятков метров друг от друга, не больше. Однако все существующие сегодня системы посадки дают такой точности.

Скажем, посадочный эллипс «Луны-25» имеет размер 30 на 15 километров, область посадки марсохода «Персеверанс» была 7,7 на 6,6 километра, а перспективная система посадки «Луны-27» должна обеспечить точность в полтора-два километра. Более того, пока еще ни разу в истории космические аппараты не садились на другие небесные тела поблизости от уже севших ранее других аппаратов. Единственное исключение — посадка лунного модуля «Аполлон-12», который прилунился в 163 метрах от «Сервейера-3». Но «Аполлон» сажали астронавты, роботы для лунной базы же полетят самостоятельно.

Астронавт Чарльз Конрад рядом с «Сервейером-3», в правом углу виден лунный модуль «Аполлона-12» / NASA

Петрукович считает, что лунная база на первых порах, до решения проблемы посадки, будет совсем не похожа на «деревню роботов». Скорее это будет несколько аппаратов на орбите и на поверхности, разделенные большими расстояниями, но взаимодействующие друг с другом, координирующие свои усилия.

У Роскосмоса почти нет опыта координации работы двух полноценных миссий с другими странами, к примеру, луноходов. Планы по координации «Чанъэ-7» и «Луны-27» помогут выработать стандарты совместной работы и подготовиться к тесному соседству на Луне, считает собеседник N + 1.

Параметры, по которым отбиралось место посадки для «Луны-25». Карта уклонов посадочного сектора, больше 15 градусов — черный цвет, от 7 до 15 — серый, меньше 7 — белый. / М. В. Дьячкова и др. / Астрономический вестник, 2017

    

Карта освещенности посадочного сектора / М. В. Дьячкова и др. / Астрономический вестник, 2017

Карта содержания воды в реголите / М. В. Дьячкова и др. / Астрономический вестник, 2017

    

11 районов-кандидатов в места посадки «Луны-25» / М. В. Дьячкова и др. / Астрономический вестник, 2017

Ближайшая задача, которую можно решить — это передача образцов грунта или какое-либо другое взаимодействие двух аппаратов через луноход. По сути, это та же схема, которую планируют и отчасти уже начали реализовывать американцы на Марсе: недавно туда сел марсоход «Персеверанс», который будет собирать образцы грунта для доставки на Землю, а через несколько лет их у него заберет другой марсоход, чтобы отвезти образцы к взлетному модулю(подробнее об этом проекте читайте в нашем материале «Марс: туда и обратно»). Такая схема расширяет допустимую погрешность посадки до нескольких километров и в целом упрощает требования к разработке миссии.

А пока Россия и Китай дочерчивают планы лунной деревни, перед инженерами Роскосмоса стоит задача попроще и вместе с тем поважнее — успешно посадить «Луну-25», которую, судя по всему, снова перенесут на год. У России со времен СССР не было ни одной посадки на другие космические тела. СССР справился с этой задачей полвека назад, но Индия и Израиль недавно доказали, что такая, казалось бы, простая посадка — огромное дело, которое под силу не любому космическому агентству.

Григорий Копиев при участии Ильи Ферапонтова