«Чандраян-3»

На фото — спускаемый аппарат «Викрам» индийской автоматической межпланетной станции (АМС) «Чандраян-3». Снимок сделал луноход «Прагъян» 30 августа 2023 года, через неделю после посадки станции на Луну. Станция была запущена 14 июля 2023 года ракетой LVM-3 с космодрома имени Сатиша Дхавана на острове Шрихарикота в Бенгальском заливе. Спустя месяц после старта «Викрам» отделился от перелетного модуля на высоте 100 км над поверхностью Луны, а еще через шесть дней, 23 августа 2023 года, сел на широте 69°. До того ни один аппарат не совершал мягкую посадку так близко к Южному полюсу. Индия стала четвертой страной после СССР, США и Китая, осуществившей мягкую посадку АМС на Луну. А еще через пять месяцев, после посадки японской станции SLIM, список таких держав расширился до пяти.

Место посадки «Викрама» получило название в честь индуистских божеств Шивы и Шакти (см. Statio Shiv Shakti). Сам аппарат назван в честь основоположника индийской космической программы Викрама Сарабхая. А название «Чандраян» переводится с хинди как «Лунный корабль». Индекс «3» сообщает о том, что это третья индийская АМС, направившаяся на исследование Луны. Первая, «Чандраян-1», была запущена в 2008 году. В этой экспедиции посадка на Луну не планировалась, станция лишь сбросила на поверхность спутника ударный зонд. Спускаемый аппарат (посадочный модуль) АМС «Чандраян-2» (2019 год) должен был совершить мягкую посадку, но разбился о поверхность Луны.

«Чандраян-3» в цеху: в нижней половине снимка — перелетный модуль, на нем — спускаемый аппарат «Викрам». Черные панели — солнечные батареи. Фото с сайта isro.gov.in

«Викрам» был оборудован несколькими научными инструментами. Один из них — ChaSTE (Chandra’s Surface Thermophysical Experiment) — измерил теплопроводность и температуру реголита (см. картинку дня Частица лунного грунта) на поверхности и на глубине до 10 см. Свойства реголита важны, в частности, при проектировании лунных баз и поселений. Результаты принесли первый сюрприз: температура поверхности составила 50° C, в то время как ученые, опираясь на результаты предыдущих исследований, ожидали величины 20–30°. Температура быстро убывала с глубиной: в 8 см от поверхности грунт оказался на 60° холоднее.

Другой прибор, ILSA (Instrument for Lunar Seismic Activity), измерял сейсмическую активность. Его чувствительность позволила даже зафиксировать колебания лунной поверхности, вызванные проездом лунохода. А 26 августа сейсмограф зарегистрировал небольшое сотрясение, обусловленное естественными причинами. Это было лунотрясение или падение крошечного метеорита.

Третий прибор — зонд Ленгмюра RAMBHA-LP (Radio Anatomy of Moon Bound Hypersensitive ionosphere and Atmosphere) для измерения концентрации ионов и электронов в плазме в ионосфере Луны. Результаты этого исследования будут важны на последующих этапах освоения Луны, при создании лунных систем навигации и связи: чем концентрированнее плазма, тем больше задержка радиосигнала при его прохождении через ионосферу. Также «Викрам» был оснащен небольшим массивом уголковых отражателей LRA (LASER Retroreflector Array), которые будут использоваться для лазерной локации Луны. И, наконец, «Викрам» доставил луноход «Прагъян» (в переводе с санскрита — «мудрость»), который покинул посадочный модуль и приступил к работе 24 августа.

«Прагъян» покидает «Викрам». Фото с сайта commons.wikimedia.org

«Прагъяном» управляли с Земли по изображениям, получаемым двумя его навигационными камерами. При необходимости маршрут лунохода оперативно корректировался: например, 27 августа камеры обнаружили большой кратер прямо по направлению его движения. Изменив курс, «Прагъян» благополучно миновал опасность. Агрегируя данные с камер, команда сопровождения лунохода создала цифровую модель рельефа (см. Digital elevation model).

Кратер, встретившийся «Прагъяну» 27 августа. Фото с сайта commons.wikimedia.org

На «Прагъяне» были установлены рентгеновский спектрометр альфа-частиц APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) и лазерно-искровой эмиссионный спектрометр LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscope) для определения химического и минералогического состава лунного грунта и горных пород в районе места посадки. Эти приборы смогли обнаружить серу, алюминий, кремний, магний, кальций, железо, хром, титан, марганец, кислород. Особый интерес в этом списке представляет сера. Согласно распространенной гипотезе, Луна сформировалась из обломков, выброшенных на околоземную орбиту в результате столкновения Земли с другой планетой. В течение 100 миллионов лет после этого вся поверхность Луны была покрыта затвердевшим впоследствии слоем расплавленной магмы (см. Луна могла сформироваться из выплеснувшейся на орбиту земной магмы, «Элементы», 16.05.2019) с заметным содержанием серы. Измерение концентрации различных изотопов серы на поверхности Луны, в грунте и горных породах может дать ученым ценные сведения о геологической истории Луны.

Следы «Прагъяна», запечатленные его навигационной камерой. Фото с сайта isro.gov.in

Посадочный модуль и луноход могли выполнять исследования только лунным днем, который длится 14 земных суток. На аппаратах отсутствовала теплоизоляция, а их электроника не годилась для работы холодной ночью, когда температура опускается до минус 120–130° C. Поэтому с приближением ночи, 2 сентября, луноход был переведен в спящий режим. К этому моменту он проехал чуть больше 100 метров. Посадочный модуль «уснул» утром 4 сентября. Незадолго до того он совершил эксперимент, запустив двигатель и подпрыгнув на 40 сантиметров, одновременно переместившись на 30–40 сантиметров вбок. Этот эксперимент важен для проектирования будущих миссий, в которых спускаемый аппарат будет стартовать с Луны, чтобы вернуться на Землю.

22 сентября, на рассвете нового дня, «Викрам» и «Прагъян» получили сигнал к выходу из спящего режима. Хотя основная программа исследований была завершена, ученые надеялись, что, проснувшись, аппараты смогут провести еще некоторые эксперименты. К сожалению, этого не произошло: ни посадочный модуль, ни луноход не отреагировали на сигнал.

Перелетный модуль проработал дольше. После отделения «Викрама» он продолжил обращаться вокруг Луны и проводил наблюдения за Землей, сочетающие методы спектрометрии и поляриметрии. Такое исследование дает информацию об особенностях поверхности и атмосферы планеты: о наличии океанов, об облачном покрове, атмосферных газах и аэрозолях. В данном случае оно носило тестовый характер, но в будущем эти методы могут помочь в изучении экзопланет и определении того, насколько они пригодны для жизни. Сперва планировалось оставить перелетный модуль на орбите вокруг Луны, но достаточный остаток топлива позволил вернуть его к Земле. Соответствующий расчет траектории стал хорошим «упражнением» перед будущими миссиями, предполагающими возвращение аппаратов с Луны. Два импульса, выданных в октябре 2023 года, перевели аппарат с окололунной на околоземную орбиту, где он продолжал свои исследования до августа 2024 года.

Тем временем Индийская организация космических исследований уже готовит новые экспедиции. В прошлом году завершилось проектирование АМС «Чандраян-4» (см. Chandrayaan-4), ее полет намечен на 2028 год. Планируется, что АМС должна будет доставить на Землю 3 кг лунного грунта. После этого в рамках проекта Lunar Polar Exploration Mission к Луне отправится японо-индийская станция, основной задачей которой станет разведка водных запасов вблизи Южного полюса (см. Вода на поверхности Луны образуется под действием солнечного ветра, «Элементы», 10.04.2024). Планируются в Индии и пилотируемые экспедиции на Луну, хотя это — дело отдаленного будущего.

Схема АМС «Чандраян-4». Рисунок из презентации индийской делегации на 67-й сессии Комитета по использованию космического пространства в мирных целях (COPUOS)

Большие планы по исследованию Луны строят и другие космические агентства, в первую очередь — США, Китая и России. В планах — автоматическая доставка лунного грунта (Китай уже сделал это в 2020 году в ходе миссии «Чанъэ-5»), возвращение человека на Луну (американская экспедиция «Артемида-3» намечена на 2027 год), создание обитаемых баз как на Луне (МНЛС), так и на орбите вокруг нее (Lunar Gateway).

Интерес к исследованию Луны космическими аппаратами, почти угасший во второй половине 1970-х годов и вновь возникший в начале XXI века, объясним. Сейчас Луна рассматривается как потенциальный источник полезных ископаемых, малораспространенных на Земле или таких, с дефицитом которых человечество может столкнуться в ближайшие десятилетия. Это, например, редкоземельные элементы и платина, используемые в электронной промышленности, или гелий-3, который теоретически мог бы использоваться в термоядерном синтезе. А лунные базы могут стать пересадочными и заправочными станциями в дальних космических экспедициях — в частности, пилотируемых полетах к Марсу. В некоторых СМИ нынешнюю активность в исследованиях Луны даже окрестили «второй лунной гонкой» — по аналогии с «первой», развернувшейся в 1960-х годах между СССР и США.

Фото с сайта isro.gov.in.

Алексей Деревянкин