Научный руководитель Института космических исследований РАН и российской программы исследования Луны на автоматических космических аппаратах академик РАН Лев Зелёный рассказал RT, с какими сложностями предстоит столкнуться новой российской станции на Луне и какие научные задачи перед ней поставлены.
— Лев Матвеевич, расскажите о миссии, которая возложена на «Луну-25». Предполагается, что среди прочего она займётся поисками воды. Каким образом ландшафтные и метеорологические особенности места, которое было выбрано для посадки, способствуют проведению подобных исследований?
— Сначала я бы хотел рассказать, почему у нашей первой российской лунной экспедиции такой большой номер — «Луна-25». Мы хотим показать свою преемственность великих достижений советской эпохи. Последняя наша «Луна» того времени работала в 1976 году, то есть почти 50 лет назад. Тогда она доставила на Землю около 120 г лунного реголита. Был очень успешный проект, и, показывая, что мы стоим на плечах гигантов, наших учителей, мы назвали нашу первую российскую экспедицию, отсчитывая от того времени. Это важно, потому что какая-то преемственность всё равно существует, хотя многие люди той эпохи ушли.
«Луна-25» — это наша первая экспедиция на полярную Луну, это начало новой лунной программы, она имеет очень важное значение, поскольку, помимо научных целей, предназначена ещё и для отработки ряда технологий. Мы пожертвовали возможными научными экспериментами в пользу технической надёжности этой миссии. Тем не менее «Луна» проведёт ряд серьёзных исследований.
Вы правильно задали вопрос о том, что одним из главных вопросов при организации этой экспедиции был правильный выбор места посадки. Оно должно удовлетворять целому набору критериев. Во-первых, наклон площадки не должен быть очень велик. Одна из советских «Лун» очень хорошо приземлилась, но села на наклонный участок и опрокинулась. Поэтому есть критерий по величине уклона. Второй критерий — это лучи солнечного освещения. Полярная Луна очень интересная: там есть области, где постоянно видно Солнце. Она немного странно устроена, потому что, в отличие от Земли, наклон оси Луны очень мал и есть области, где вообще никогда Солнца не видно. Но нас в данном случае интересуют освещённые участки, потому что наша энергетика хоть и позволяет пережить лунную ночь, но солнечная подпитка всё равно нужна.
Третье важное условие — это радиовидимость этой площадки, потому что какая-то стенка кратера, находящаяся недалеко, может заслонить Землю, это тоже плохо. Поддерживать связь с центром управления особенно важно во время посадки.
Четвёртое, самое важное, — это учёт карт, которые созданы с участием наших предыдущих экспериментов на зарубежных аппаратах, в части распределения водяного льда под поверхностью Луны. Мы, конечно, стараемся выбрать участок с максимальным содержанием такого льда — таких в полярных областях Луны много. Однако они чаще встречаются в местах, о которых я говорил, где никогда не видно Солнца. Туда технически сложно осуществить посадку, поэтому мы выбираем компромисс: чтобы была вода, вне постоянно затемнённой области, было Солнце и был небольшой уклон.
И вот среди таких участков мы выбрали пять или шесть, один — в районе кратера Богуславского, он имеет первый приоритет. В один из этих участков мы должны сесть.
— То есть точное место посадки пока всё-таки не определено?
— Окончательный выбор, возможно, будет сделан, когда станция прилетит к Луне. В зависимости от параметров окончательной траектории Луны. Мы целимся на участок с высшим приоритетом. Но может так сложиться, что мы сядем на второй или на третий, разница между ними не очень велика. Это будет зависеть от локальной баллистики выводов, потому что обеспечить идеально точный вывод в нужную точку при полётах к Луне достаточно трудно.
— Это, по сути, является главной сложностью — правильно сесть?
— Да, сесть на Луну достаточно трудно. Первой станцией, которая осуществила в 1966 году посадку на Луну, была только «Луна-9». Остальные до этого разбивались. Садиться на небесные тела без атмосферы всегда трудно, потому что, если у вас есть атмосфера, как, например, на Венере, или даже разряжённая атмосфера, как на Марсе, вы всегда можете использовать парашюты для сброса скорости, это очень помогает.
На Луне ничего, кроме реактивной силы двигателя, нет, и здесь надо очень точно всё рассчитать. Нашим индийским коллегам в проекте «Чандраян-2», который был в 2019 году, не совсем повезло. У них был небольшой посадочный аппарат, который должен был сесть на Луну, он разбился. Были ещё неудачные попытки сесть на Луну, но здесь дело техники. У нас всё-таки есть опыт советского времени, и сейчас достаточно аккуратно подготовились к этой посадке. Думаю, мы учли основные трудности, и надеюсь, что посадка будет мягкая.
— Какие могут возникнуть сложности после того, как аппарат уже сел?
— Самый сложный момент — это мягкая посадка, сброс скорости, потому что посадка всегда происходит с конечной скоростью, по техническому заданию мы знаем максимально допустимую скорость прилунения. Предположим, что аппарат сел мягко, все системы работают.
Для посадки мы специально выбираем время в лунный день, потому что лунный день длится две земные недели, а потом наступает лунная ночь. Мы выбираем место и время посадки тогда, когда мы сядем при Солнце и будет светло, тогда легче будет, и первая операция — не самая трудная. Сначала включатся приборы, пройдут их испытания. Один из приборов — это манипуляторный комплекс, он попробует зачерпнуть грунт с глубины 30—40 см, который будет доставлен в различные приборы, они будут осуществлять его масс-спектрометрический анализ. Это одна из главных задач. Потом все данные передадут на Землю.
Мы постараемся узнать как можно больше о составе вещества, которое мы возьмём. Действительно, мы много знали о лунном реголите со времён советских станций, со времён посадок «Аполлона», но здесь совершенно другая лунная среда. То есть как на Земле Сахара отличается от Магадана, так же и на Луне полярные области — они совсем другие: как и на Земле, лучи Солнца идут по касательной, инсоляция совершенно другая. Самое странное — в последние годы учёные обнаружили, что и на Меркурии, планете рядом с Солнцем, в полярных областях тоже есть запасы водяного льда, напоминающие лунные. То есть это какое-то общее явление, особенности полярных регионов на всех планетах Солнечной системы, кроме Венеры, — и на Марсе, и на Меркурии, и на Луне. Это интересная особенность, которая пригодится нам при дальнейших исследованиях Солнечной системы.
— Ряд исследований говорит о том, что сам лёд находится под слоем грунта. Есть ли информация, насколько глубоко он залегает?
— Убедительной информации на этот счёт нет, потому что те методы, которыми изучался лёд, основной метод, на котором основывались мы, основан на нейтронных измерениях взаимодействия космических лучей с поверхностью небесного тела и последующего выхода нейтронов из вещества после этого взаимодействия. Он применялся не только для Луны, но и для Марса.
Космические лучи проникают на глубину порядка 1 м; что делается глубже, мы не знаем. И вот в этом метровом слое мы уже интегрально видим следы атомов водорода, то есть это почти наверняка вода. На какой глубине в этом слое эти атомы залегают, мы тоже не знаем. Скорее всего, это не самые верхние участки слоя, потому что он сильно прогревается во время лунного дня и из верхнего слоя в 20—30 см летучее вещество, такое как вода, видимо, может испариться. Поэтому мы ждём вертикальный профиль, его очень важно исследовать.
Для этого существует один из приборов, напоминающий те, которые исследовали лунную вечную мерзлоту с орбиты, он сейчас будет стоять на поверхности и исследовать профиль распределения водорода уже локально. Но более основательно мы к этому приступим уже в миссии «Луна-27», где будет находиться бурильная установка, которая может достигать глубины до 1,5 м.
Может, ему удастся чуть больше — забуриться в грунт, доставить образцы, но здесь есть нюанс, потому что советская «Луна-24» тоже бурила Луну, извлекала вещества, закладывала их в аппараты и отправляла на Землю. Это был просто реголит — грубо говоря, лунный песок. Если мы попробуем этот опыт повторить на полярной области Луны, то вот эти летучие фракции, водяной лёд, они просто нагреются и испарятся. Мы разработали технологию, которая называется «криогенное бурение». Она позволит исследовать и те включения летучих веществ, включая воду, которые являются главной целью для нас.
Почему я так во множественном ключе говорю? Все видели, что Луна испещрена кратерами, живого места нет, — это всё падение астероидов, комет, микрометеоритный дождь постоянно падает: у неё нет атмосферы, и она собирает буквально всё, что летает в космосе.
А кометы — это фактически грязные комки снега, но они одновременно содержат сложные органические молекулы, как выяснили наши коллеги при исследовании кометы Чурюмова — Герасименко. Что-то похожее много лет назад мы видели при знаменитых исследованиях кометы Галлея, советские аппараты пролетели мимо неё. Кометы — очень интересные объекты, они могут содержать какие-то споры жизни. Поэтому, если повезёт, мы тоже сможем увидеть на Луне не только воду.
А вода, сами понимаете, представляет серьёзный интерес уже для дальнейшего практического изучения Луны. Мы пока не знаем точно, сколько её, мы знаем вот эту карту распределения. Насколько глубоко это простирается, сказать трудно.
— То есть на данный момент нет точных гипотез...
— В тех областях, где мы точно понимаем ситуацию, массовая доля вечной мерзлоты — это несколько процентов, но, даже если их просто помножить на площадь полярного региона, получается достаточно много. А если лёд распространяется глубже, то этот запас уже заметно больше. Но его надо ещё добыть.
Всё зависит от модели. Мы пока точно не знаем, как образовался этот водяной лёд. В своё время была большая сенсация, когда Луна оказалась не сухой и мёртвой. Будучи уже не школьником, будучи уже доктором наук, я всегда это представлял и, честно говоря, Луной не интересовался. Это было сенсационное открытие — Луна влажная. Но модели этой влажности разные. Мне больше всего нравится кометная модель, она самая многообещающая в плане научных открытий. Но есть и другие модели: химическая реакция водорода, который падает на Луну от Солнца (солнечный ветер состоит из протонов и альфа-частиц), и кислорода, который содержится в минералах поверхности. Или ещё есть модель, что это какая-то внутренняя вода, которая когда-то сохранилась при образовании Луны и поднимается на поверхность, как мы на Земле воду из скважин берём. Точного ответа нет, для этого нужно понять изотопный состав воды, а мы его не знаем.
Изотопный состав очень важен, потому что по соотношению обычного водорода и тяжёлого изотопа водорода мы можем историю происхождения этой вечной мерзлоты как-то определить, это важный маркер.
— Если мы говорим о миссии «Луны-25» применительно именно к воде, это скорее анализ?
— Это первая попытка разведки. Мы здесь пока ставим не самые амбициозные цели. Как я уже говорил, надо восстановить технологии мягкой посадки на Луну, которые были в советское время с трудом наработаны — много аппаратов разбилось, пока мы не научились доставлять луноходы, забирать с Луны грунт. Попробуем вернуться к этому, но, помимо научных экспериментов, «Луна-25» имеет важное символическое значение — это первый шаг по долгой дороге.
— Главное — положить начало.
— Да. Надеемся, что какие-то серьёзные интересные вещи мы обнаружим уже с этой станцией, но главное, что она откроет дорогу и следующим экспедициям.
— Если мы говорим о воде, что будет означать для всего мирового сообщества космонавтики обнаружение на Луне достаточного количества льда? Может ли это означать, что мы приблизимся к возможности колонизации, созданию более масштабных поселений, которые смогут обеспечивать за счёт этой воды?
— Вы правы. Вода, наверное, самый ценный ресурс. Сейчас идёт много программ по телевизору, доказывающих, что в XXI веке самым ценным ресурсом будет чистая питьевая вода, потому что тают айсберги и запасы пресной воды становятся фактически солёными, так как они стекают в океаны. В чём я уверен: вода на Луне, если она там есть, пресная — солёной воды там нет.
Какие возможности здесь есть? Первое — это постановка, развитие лунной пилотируемой космонавтики, это потребует очень серьёзного ресурсного обеспечения станций. Земля — тяжёлый массивный шар, большая гравитационная яма, стартовать и возить грузы с неё очень сложно и дорого. Вторая космическая скорость, которая нужна для полёта, — это 11 км/с, это много. Поэтому чем меньше ресурсов нам нужно будет доставлять с Земли на Луну, тем более эффективным, перспективным и многообещающим может быть освоение нашего спутника. Поэтому для любых будущих пилотируемых станций, которые человечество сейчас активно обсуждает, на Луне, для всей науки, для экспериментов вода станет важным ресурсом. На Луне облаков нет, Солнце светит ярко, солнечная энергия доступна. Сейчас существуют эффективные способы преобразования солнечной энергии в электрическую, КПД солнечной батареи растёт — кстати, благодаря нашему нобелевскому лауреату Жоресу Алфёрову, который продвинул эти технологии.
