Чем вызван ажиотаж вокруг Луны и её Южного полюса, на какие полюса лучше прилуняться российским аппаратам, какие задачи стоят перед «Луной-26» и «Луной-27», и какое место в этих миссиях могут занять роботы — об этом и многом другом Pro Космос расспросил научного руководителя Института космических исследований РАН и члена Общественного совета Роскосмоса академика Льва Зелёного.

Поиск жизни на полюсах Луны

— Лев Матвеевич, уже несколько лет вокруг Луны и его Южного полюса наблюдается ажиотаж многих стран. С чем это связано? Зачем человечеству Луна?

— Непростой вопрос. Если отбросить романтические прогулки под Луной, вздохи на скамейке, то причин такого повышенного интереса к ней несколько.

Вы можете ответить на вопросы, зачем мы летели через Северный полюс, для чего исследуем Антарктиду и спускаемся в Марианскую впадину? Дело не в романтике. Человечество исследует свою планету. Сначала изучает доступные континенты, потом поднимается все выше, опускается все глубже… В космос мы полетели по той же причине естественного процесса познания.

Теперь дошла очередь до Луны. Это новые знания, новое понимание и новые ресурсы. Мы до сих пор не знаем, когда и как она образовалась. На Луне нет атмосферы и потому на ней, вероятно, можно найти вещество, аналогичное первичному, которое на Земле не сохранилось. Поэтому Луна для понимания всей истории нашего космического дома Земли играет уникальную роль.

Вторая причина — это полюса луны. Сегодняшние представления о Луне существенно отличаются даже от тех, что были ещё совсем недавно. В середине XX века, уже после начала космической эры, Луна считалась почти совершенно сухим, «мёртвым» небесным телом. В XXI веке в её полярных районах обнаружены территории с существенным количеством подповерхностного водяного льда.

Откуда взялась эта вода? Ясности нет. её до сих пор не привозили на Землю и подробно не исследовали. У землян сейчас много планов доставки грунта из полярных районов с целью исследования соотношения изотопов водорода для понимания источника происхождения воды на Луне. Так как вода на полюсах миллиарды лет была в замороженном состоянии, то, возможно, в водяном льде сохранились замороженные органические вещества. Их обнаружение, определение структуры этих органических молекул очень важны для понимания возникновения жизни на Земле.

Третья причина — сторона Луны, невидимая с Земли. Это хорошее место для создания сложных астрофизических лабораторий для изучения космических излучений в разных диапазонах длин волн, особенно радиотелескопов, так как Луна является естественным экраном от электромагнитного излучения для земной цивилизации.

Четвёртая причина. Мы с коллегами проанализировали динамику изменения потребностей промышленности Земли в металлах группы платины и редкоземельных элементов. По нашим расчётам, к концу XXI века возникнет сильный дефицит этих материалов, а без них современная промышленность развиваться не может. На Луне они есть в заметном количестве. Миллиарды лет они заносятся туда металлическими астероидами, которые кроме железа содержат немало редких и редкоземельных металлов. Астероиды не сгорают в атмосфере, как при падении на Землю, а при столкновении с Луной со скоростями до 12 км/с разрушаются и больше половины их массы остается на поверхности, остальное вещество выбрасывается в космос. Часть оставшегося на Луне вещества астероида внедряется неглубоко в грунт и частично распыляется по поверхности.

На Луне для добычи дефицитных металлов не надо рыть шахты, делать глубокие шурфы. Остается решить научную задачу: среди миллионов кратеров отыскать те, которые образовались от падения именно металлических астероидов. Конечно, сейчас их добыча нерентабельна. Но через 30-40 лет, думаю, вполне. Подсчитано, что количество вещества, которое попадает на Луну с одним средним по размеру металлическим астероидом, способно обеспечить промышленность Земли редкими металлами на несколько сотен лет.

Таким образом, наличие запасов воды, перспектива добычи необходимых металлов и возможность проведения научных исследований — основные движущие силы сложной и дорогой экспансии на Луну, которая началась прямо на наших глазах, буквально в 2022-23 годах.

«Мы не должны остаться в стороне от будущего лунного пирога»

— Почему «экспансия» прекратилась в середине 70-х прошлого века?

— В прошлом веке достижение Луны было очень сильно мотивировано вопросами государственного престижа. Стоимость лунной гонки между СССР и США была громадна. Как только американские астронавты высадились на Луну, а нам автоматами удалось добыть для исследований лунный грунт, американская сторона и Советский Союз решили эту гонку прекратить. Кроме того, сложилось мнение о Луне, как о сухом и «мертвом» теле. Ведь воду в лунном грунте тогда не обнаружили.

Всем ясно, что вода — это главный ресурс для освоения Луны. Без воды человеку создать станции на Луне нереально. Невозможно все ресурсы возить c Земли.

Когда в конце ХХ — начале XXI века на полюсах обнаружили достаточно большие запасы воды, возник спектр возможностей использования водяного льда для бытовых нужд человека, для получения кислорода для дыхания и водорода для энергетических и двигательных установок. Мы поняли, что Луна гораздо сложнее и интереснее, чем представлялось тогда, и её промышленное освоение может иметь хорошие коммерческие перспективы. Пока появилась только теоретическая возможность добычи редких и редкоземельных металлов, которых на Луне достаточно много. Поэтому Луна сейчас вызывает такой интерес у многих государств и продвинутых, стратегически мыслящих коммерческих компаний.

— Возникают вопросы собственности, присвоения территорий Луны. Кому это будет принадлежать?

— 18 июня 2024 года в Вене состоялась очередная международная конференция, на которой вновь поднимался этот вопрос. От России в ней участие принимала представительная делегация Роскосмоса. Обсуждались правила игры.

Ясно, что бизнес, который все активнее привлекается к освоению Луны, не может вкладывать большие деньги даже в потенциально перспективные проекты, если нет гарантии, что инвестор получит прибыль. Между тем современная юридическая база расплывчата. Закон о космосе 1967 года говорит, что все находящиеся в космосе ресурсы — это достояние всего человечества. Но это положение противоречит реальности. Можно долго спорить и размахивать руками, но сидя на Земле, командовать, кому, какие территории и ресурсы принадлежат на Луне, бессмысленно. Надо летать, быть участником и игроком в этой новой гонке.

Страны, которые отстанут, могут навсегда потерять доступ к потенциальным ресурсам. Поэтому коалиции для полётов на Луну формируются на наших глазах. Коалиция «Артемида» собирается вокруг США. Коалиция Китая с Россией тоже формирует свою команду. В ней Россия, надеюсь, примет достойное участие. Мы не должны остаться в стороне от будущего лунного пирога.

Две «Луны-27»

— Первый после 1976 года полёт российского аппарата к Луне оказался не совсем удачным. В чем причина невыполнения программы?

— Эту экспедицию нельзя назвать полностью неудачной. Я был руководителем научной программы этой станции, а наш институт отвечал за конфигурацию миссии, комплекс научной аппаратуры. «Луна-25» отработала важные этапы полёта: выход на околоземную орбиту, перелет к Луне и выход на приполярную орбиту, выбор места посадки, начало спуска. Перед посадкой мы включали для проверки все наши приборы, и все они работали нормально.

У меня в кабинете висит фотография Луны, сделанная оптическими фотокамерами «Луны-25» примерно с равного расстояния до Земли и до Луны. Значит, эти камеры работали бы и на поверхности Луны.

Таким образом, аппаратура прошла проверку стартовыми вибрациями, условиями перелета, весь научный комплекс работал нормально. Но посадить станцию и использовать приборы по прямому назначению не удалось. Для всех — и учёных и инженеров, работавших над проектом, — это была великая трагедия, ведь мы создавали аппаратуру много лет. Фактически начало работ по современной лунной программе, исследования Лунных полярных областей можно отнести к 2011-2012 годам.

Надо отметить, что посадка на двигателях на безатмосферное тело — очень сложная задача. При посадке на Венеру и Марс основное торможение от второй космической скорости осуществляется в атмосфере планеты сначала с помощью тормозного щитка, потом парашютами. На Луне все это надо делать только на двигателях.

Мы очень волновались за эту стадию, потому что у одного из приборов для измерения высоты при посадке в ходе наземных испытаний были проблемы. Но мы их решили ещё перед стартом. Так что мягкая посадка на поверхность — это критический этап любой лунной миссии. Мы должны были отработать и её, но…

Тормозной импульс, который выдал двигатель аппарата, оказался слишком сильным. Он вовремя не был отключен из-за какого-то тривиального несогласования работы двух устройств, которое не было отработано на Земле. Тормозной импульс оказался слишком длительным, и аппарат, вместо того чтобы лететь вокруг Луны, полётел по замкнутой траектории и врезался в поверхность, создав небольшой кратер, который потом засняли американцы. Вывод такой: нужно всё отрабатывать и отрабатывать, и отрабатывать на Земле. Чем больше, длительнее и внимательнее отрабатывать космический аппарат, тем больше вероятность успеха. В дальнейшем, я уверен, мы этого не допустим.

— В НПО им. С.А. Лавочкина создаются орбитальная «Луна-26», посадочная «Луна-27». Какие научные приборы разрабатывает Институт космических исследований для этих станций?

— Для этих станций у нас разрабатывается довольно большой комплекс приборов. Одна из их главных задач на орбитальной станции — исследование электромагнитного окружения Луны, а также того, как Луна взаимодействует с солнечным ветром и солнечной радиацией.

Кроме того, мы будем изучать довольно протяженную пылевую экзосферу Луны. Это облака левитирующей пыли, которая по различным причинам поднимается над поверхностью Луны. Некоторые пылевые частицы имеют такую большую скорость, что выходят на окололунную орбиту. Потому Луна окружена своеобразным пылевым тором, и его тоже планируется исследовать.

Но главным на орбитальном аппарате будет сложный комплекс оптических приборов, которые с высоким пространственным разрешением будут снимать поверхность Луны. На основе этих снимков будут созданы подробные карты возможных мест посадок будущих станций «Луна-27».

На «Луне-26» мы продолжим исследование нейтронных потоков от Луны, которое велось российским прибором с борта американского аппарата LRO. Именно данные от этого прибора ещё в 2009 году количественно подтвердили представления о наличии воды на полюсах. И, конечно, мы будем изучать динамику движения аппарата вокруг Луны для картирования особенностей гравитационного поля, обладающего очень сложной структурой из-за наличия масконов (не путать с масонами, которых на Луне пока нет). Эти гравитационные аномалии, вызывают серьезные отклонения траекторий орбитальных лунных аппаратов от обычных Кеплеровских траекторий (то есть простого вращения вокруг тяжёлой центральной массы).

Мы пока не знаем причин появления на Луне таких массивных включений. Возможно, они вызваны находящимися под поверхностью фрагментами массивных астероидов, когда-то столкнувшихся с Луной. Интерес для исследований «Луной-26» представляют и другие аномалии — магнитные. Они частично прикрывают локальные зоны лунной поверхности от прямого взаимодействия с Солнечным ветром и реголит в этих зонах может приобрести интересные специфические свойства.

Ещё одна задача «Луны-26» — ретрансляция данных, которые будут поступать со следующей станции «Луна-27», которая должна сесть на Луну. На посадочной «Луне-27» будет уже очень серьезный комплекс научной аппаратуры (по сравнению с «Луной-25»). Прежде всего аппаратура для исследования свойств и особенностей лунной пыли, которая, в отличие от земной, играет очень негативную роль и для техники, и особенно для людей. Мы будем её изучать, искать способы борьбы с пылевой опасностью.

С помощью нейтронных детекторов будет проводиться уже не глобальный (как с орбиты), а локальный мониторинг запасов поверхностной воды. Но всё же главный эксперимент — это манипулятор, который мы делаем. Он будет брать образцы грунта и передавать их в приборы для изучения элементного состава.

На станции будут приборы для изучения электромагнитных полей уже не с орбиты, а с поверхности. Очень важную роль будет играть комплекс видеокамер, которые будут стоять на этом аппарате. Мы планируем получить качественную (с высоким разрешением) панораму Луны и увидеть все особенности строения её поверхности в месте посадки. Предполагается, что эти изображения помогут выбирать образцы грунта для исследования.

— Юрий Борисов на Общественном совете объявил, что предполагается создать две станции типа «Луна-27»...

— После аварии «Луны-25» Роскосмос хотел делать «Луну-27» опять с упрощённой научной аппаратурой для отработки мягкой посадки. Но Академия наук после подробного обсуждения этого вопроса предложила Госкорпорации делать два совершенно идентичных аппарата, что существенно удешевляет их стоимость. Кроме того, возможность запустить два аналогичных аппарата в два раза повышает вероятность выполнения задачи полёта или, в случае успеха, позволит в два раза расширить программу исследований, посадив второй аппарат в другом геологическом районе Луны. И Роскосмос согласился.

Северный не хуже Южного

— Если посмотреть на активность исследований Луны другими странами и сроки реализации наших планов, то, похоже, на Южный полюс мы всё же опаздываем?

— Да, весьма вероятно, в 2028 году в районе Южного полюса самые интересные области, где есть хорошая топология, где не холмы и перекаты (которые уже не пошлёшь как в песне по известному адресу), а относительно ровные площадки, где есть хорошая видимость Земли, освещённость солнцем, и, главное, районы, где вероятно наличие существенных запасов подповерхностного водяного льда будут исследованы и, соответственно , в случае их привлекательности заняты.

Но есть и Северный полюс Луны, где тоже обнаружен водяной лет, правда не в таких больших количествах, но он там есть. И мы сделали предложение переориентироваться с Южного на Северный полюс Луны, ведь технически посадку производить там не сложнее.

И там тоже есть пригодные места для посадок и исследований. Мы сможем стать первыми исследователями Северного полюса Луны. Северный полюс нам даёт простор для маневра, и с точки зрения ресурсов освоения ничем не хуже. Особенно интересно для науки сравнить, чем отличается состав грунта на Северном полюсе от Южного.

Поэтому мы выступаем с идеей послать первый аппарат «Луна-27» на Северный полюс, а его дублёра — на Южный. В оптимальном режиме мы сядем и на Северном, и на Южном. Так мы обеспечим права России на территории, перспективные для дальнейшего освоения и на Северном, и на Южном полюсах.

Сейчас этот вопрос обсуждается. Я об этом специально говорю, потому что считаю, это очень важно как с точки зрения политики, так и будущего развития лунных исследований и освоения Луны.

Я недавно вернулся из Южной Кореи, где принимал участие в 45-й Генеральной ассамблее КОСПАР (Комитет по космическим исследованиям при Международном совете по науке). Прослушал множество докладов об американских, китайских, индийских, японских, корейских амбициозных планах не только исследований, но и освоения Луны. На днях проснулось и Европейское космическое агентство, сообщив о начале работ над программой «Аргонавт». Пять исследовательских аппаратов должны совершить посадку на поверхности Луны в течение следующего десятилетия. Как правдивый старик, я должен откровенно сказать, что нам не просто будет удержаться и в середине этого списка.

Нужен асимметричный ответ — не догонять, а найти свой собственный путь. Освоение Россией Северного полюса Луны, кажется, даёт такую возможность. Но и здесь нельзя медлить. Хорошие идеи плохи тем, что их очень часто перехватывают.

Первым представителем России на Луне будет робот ДИМА?

— Обе «Луны-27» будут изучать грунт на месте. Но ведь на Земле это делать удобнее.

— Следующей в программе является экспедиция «Луны-28». Исследование грунта в земных лабораториях для геологов, для геохимиков, всегда, как говорится, истина в последней инстанции. Мы планируем доставить лунный грунт на Землю, но не как в советское время, а по-другому. В 1970-е годы образцы грунта забирались буровой установкой, при этом, как обычно при бурении, устройство нагревалось, грунт тоже нагревался, и все летучие вещества, которые в нем могли быть, в том числе вода, испарялись и не попадали на Землю.

На «Луне-28» мы будем производить «криогенное бурение». При этом грунт не будет нагреваться и испарений веществ не будет. Затем грунт будет доставлен на Землю в термостатированной капсуле.

Сейчас идет разработка аппаратуры, но срок реализации этого проекта в очередной раз сдвигается уже на самый конец 2020-х, а скорее всего, на начало 2030-х годов. Это недопустимо, так как речь идёт даже не о закреплении участков для освоения, а о научном приоритете. Дело идет к тому, что к началу 2030-х годов задачи лабораторного исследования образцов лунного полярного реголита будут уже решены нашими «друзьями-соперниками». Поэтому мы прикладываем возможные и невозможные усилия, чтобы ускорить процесс.

— Есть возможности ускорения?

— У нас возникла идея, которая пока кажется фантастической: интегрировать исследования Луны автоматами с лунной пилотируемой программой. Конечно, это далекая перспектива, но все же мы уже сейчас должны думать о полёте российских космонавтов на Луну.

Идея в следующем: первая посадка на Луну пилотируемого космического аппарата наверняка планируется в беспилотном режиме. В то же время коллеги из Московского физико-технического института уже несколько лет разрабатывают антропоморфных роботов для участия в мировом чемпионате роботов по футболу. Эти роботы движутся и более чем активно реагируют на окружающую обстановку.

И вот возникла идея посадить в первый пилотируемый посадочный лунный аппарат вместо космонавтов робота такого типа, который будет имитировать человека не только по габаритам и массе (как некогда «Иван Иванович» перед полётом Гагарина), а во многом и его движения, и интеллектуальные функции.

После посадки на Луну робот (назовем его ДИМА) выйдет по лесенке из аппарата, соберёт различные образцы. Затем заложит эти образцы в лунный посадочный корабль вместо себя, захлопнет дверцу, усядется на грунт, и помахав на прощание своим манипулятором, сфотографирует отлёт аппарата и потом пришлёт эти фотографии на Землю.

То есть мы вместо оставшегося на Луне антропоморфного робота доставим на Землю несколько десятков килограмм лунного грунта, которые он соберет. Конечно, роботом будут управлять геологи с Земли, указывать, какие образцы надо брать. Таким образом решатся сразу две задачи. Отработка пилотируемого лунного посадочного корабля, сбор и доставка на Землю лунного грунта. Пока эти задачи развиваются совершенно в разном временном масштабе. Но мы думаем, если автоматическая программа доставки грунта задержится, а пилотируемая, наоборот, ускорится, то такое совмещение вполне возможно.

— Пару лет назад Роскосмос подписал с китайскими партнерами «зелёную карту» создания на Луне базы. Есть ли какая-то перспектива нашего сотрудничества с Китаем?

— Сотрудничество с Китаем для нас очень важно. Мы китайских коллег давно знаем, но раньше Россия выступала в этом сотрудничестве как учитель. Мы с ними довольно откровенно делились своими знаниями в «автоматической космонавтике». Те, кто занимается пилотируемой тематикой, участвовали в подготовке китайских тайконавтов, но сейчас положение изменилось. Китай во многом вырвался вперед.

Я вижу в сотрудничестве с КНР большие перспективы для России. Важно, какую роль мы будем занимать в этом сотрудничестве. Это зависит от наших собственных достижений. Авария «Луны-25» не способствовала уровню нашего партнерства. Например, недавно мы обменялись образцами лунного грунта. Мы им дали несколько граммов, добытого «Луной-16» в 1970 году и хранившегося все эти годы в Институте геохимии РАН имени В.И. Вернадского, а они нам образцы грунта, добытого АЛС «Чанъэ-5». Оказалось, что эти грунты имеет существенно разный возраст. Их сравнение очень важно для науки. Мы ожидаем китайских коллег на нашем ежегодном симпозиуме, который будет проходить в октябре.

Хорошая новость в том, что китайские коллеги предоставили место для нашего пылевого прибора на аппарате «Чанъэ-7», так как они заинтересовались нашими исследованиями вредоносности лунной пыли. Вопрос о поставке в КНР дублера прибора, погибшего вместе с «Луной-25», практически решён.

Что касается Лунной базы, то сейчас идет координация исследований посадочными автоматическими аппаратами: по идее мы будем сажать в близких районах и обмениваться данными. Обсуждается и сотрудничество в пилотируемой космонавтике, но это в далекой перспективе, и в рамках той коалиции, которую собирает Китай.

Всё дальнейшее сотрудничество будет зависеть от того, насколько Россия будет точно и своевременно исполнять свои обязательства. Роль младшего брата или бедного пожилого родственника для нашей страны недостойна.

Текст: Игорь Маринин.
Источник: Pro Космос.