К Луне полетели исследовательские аппараты LRO и LCROSS

В ночь на пятницу, в 1.32 мск, к Луне с мыса Канаверал отправилась пара исследовательских космических аппаратов. Прибытие на окололунную орбиту специалисты NASA планируют уже через 5 дней, а начало работы – в течение месяца. После этого «лунный орбитальный разведчик» LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) должен в течение минимум года исследовать условия на поверхности естественного спутника Земли с помощью 7 исследовательских приборов, один из которых – российский инструмент LEND – будет искать на Луне воду.

А спутник для наблюдения лунных кратеров LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) сопроводит к Луне разгонный блок Centaur ракеты-носителя Atlas V, сбросит его на лунную поверхность и посмотрит, что из этого получится. Через четыре минуты после столкновения Centaur с Луной LCROSS повторит судьбу своего ведомого. Следить за октябрьским фейерверком собираются два окололунных аппарата, два околоземных и дюжина профессиональных обсерваторий на Земле, не считая тысяч телескопов астрономов-любителей.

Запоздалый старт

Запуск пары LRO/LCROSS поначалу планировался еще на прошлый год, однако задолго до предполагаемого старта стало ясно, что он не состоится раньше 2009 года. Причина тому – нехватка ракет-носителей среднетяжелого класса Atlas V, первая ступень которой сделана на основе российского ракетного двигателя РД-180. Производство их шло чуть медленнее, чем планировалось, нынешний запуск станет для Atlas V 16-м в истории.

К началу 2009 года стало ясно, что запуск LRO/LCROSS состоится не раньше лета, и поначалу датой старта даже установили 2 июня. В мае, однако, она снова перенеслась – на 17-е число. Инженерам пришлось дополнительно проверить некоторые клапаны разгонного блока Centaur – при проектировании он, понятно, не предназначался для последующего сброса на Луну. А на прошлой неделе дату старта снова подвинули – из-за протечки клапана в стартовой системе шаттла Endeavour. Именно шаттл занял место LRO в стартовом календаре, подвинув лунный запуск. Правда, у Endeavour нашлись новые проблемы, и он так никуда и не отправился. А LRO/LCROSS все-таки отправились к Луне, хотя и этот старт едва не сорвал сильный ветер, который разгулялся на высоте около четырех километров.

Ищем место человеку

Девиз миссии LRO – «Исследования для освоения и освоение для исследований». Его основная номинальная задача – поиск мест для безопасной посадки на Луну и, возможно, основания постоянных обитаемых форпостов на нашем спутнике. Даже разрабатывался аппарат под эгидой управления не научных исследований, а пилотируемых полетов NASA. Именно ему Джордж Буш поручил вернуть человека на Луну к 2020 году – и дал на это денег. На небольшую часть этих средств ($504 млн + $79 млн), собственно, и создали LRO и LCROSS. Правда, по признанию ученых, если бы его делали на научные деньги, состав аппаратуры был бы несколько иным.

Чтобы люди смогли обосноваться на Луне, им нужно там приземлиться, найти кислород, воду и источники энергии, а также быть уверенными, что их здоровью не угрожают разнообразные космические излучения. Эти задачи будут решать шесть научных инструментов LRO (седьмой – радар Mini-RF --  предназначен для проверки новых технологий радиозондирования).

Там, где ровно и тепло

Выбрать безопасное место для посадки будущих пилотируемых миссий – если, конечно, финансовые возможности позволят довести планы Буша до логического завершения – помогут лазерный альтиметр LOLA, инфракрасный радиометр DIVINER и главная оптическая камера LROC.

LOLA, как и положено альтиметрам, составит точную карту высот Луны, сбрасывая на ее поверхность по 5 лазерных импульсов 28 раз в секунду. Кроме того, он должен определять местный наклон рельефа и даже (приблизительно) свойства поверхности. Для этого LOLA проанализирует не только задержку отражения каждого из импульсов, но и их форму и спектральный состав.

DIVINER станет картировать отражательную способность лунной поверхности и ее температуру. Это интересно само по себе, а также позволит определить, насколько много в том или ином месте мелких булыжников и прочих неровностей. Для этого ученые проследят за тем, как температура реагирует на изменения освещенности в течение лунных суток.

Много или хорошо

Ну, а оптическая установка LROC просто составит карту видимой поверхности. Она содержит как камеру низкого разрешения, которая видит сразу большой кусок лунной поверхности с разрешением порядка сотни метров, так и камеру высокого разрешения с небольшим полем зрения.

С высоты 50 км, на которой должен двигаться LRO, камера высокого разрешения сможет увидеть детали всего лишь полметра размером. Правда, снять с таким разрешением всю Луну не получится – эта информация не влезла бы ни в один телеметрический канал. Камера сосредоточится на 50 потенциально интересных для посадки площадках, заранее выбранных специалистами пилотируемой программы.

В промежутках же между этими высокоприоритетными участками она должна подробно изучить еще около тысячи площадок поменьше, отобранных уже учеными. Среди них, говорят, будет и место посадки одного из «Аполлонов» (скорее всего, «Аполлона-14»). По внешнему виду посадочного блока, оставленного на Луне астронавтами, можно будет судить, насколько активно идет деградация искусственных сооружений за счет бомбардировки микрометеоритами.

Искусственная плоть

Однако угрозу будущим обитателям Луны составят не только микрометеориты, но и корпускулярное излучение солнечных вспышек и космические лучи, приходящие из-за пределов Солнечной системы. Луна не защищена ни магнитным полем, ни атмосферой, а потому бомбардировка космическими частицами представляет проблему.

Насколько серьезную – выяснит инструмент Crater, в состав которого входит специальный пластик, созданный медицинскими физиками. Он имитирует свойства человеческого тела в смысле пропускания космических лучей и нашпигован разнообразными датчиками. Они и позволят выяснить потенциальные последствия долгого пребывания человека на Луне. Ну, а другие данные по космическим частицам умеренных энергий весьма интересуют земных астрофизиков.

Солнце, воздух и вода

Будущим обитателям Луны также понадобятся автономные источники энергии, воды и кислорода. Было бы неплохо наладить и снабжение пищей, но вряд ли лунную поверхность в обозримом будущем покроют плантации и пастбища. Кислород можно добывать электролизом, а вот источники воды и энергии ученые надеются обнаружить вблизи полюсов.

Здесь есть горы, на поверхности которых почти никогда не заходит Солнце, а значит, солнечные батареи, установленные здесь, смогут практически бесперебойно снабжать будущие лунные базы электричеством. Кроме того, здесь же расположены кратеры, на дно которых никогда не заглядывает Солнце, и ученые надеются, что в их вечной тьме может сохраниться лед, занесенный сюда с ударами комет.

Почувствовать присутствие воды призван российский прибор LEND, разработанный учеными под руководством Игоря Митрофанова из Института космических исследований (ИКИ) РАН. Собственно, искать LEND будет не воду, а водород, измеряя энергию нейтронов, прилетающих со стороны Луны. Они образуются на глубинах до нескольких метров при взаимодействии лунного грунта с космическими лучами. И если по пути к детектору нейтрон встретит атом водорода, он потеряет энергию (при отражении от более массивных ядер потери энергии минимальны). По соотношению «быстрых» и «медленных» нейтронов ученые смогут определить содержание водорода в верхних нескольких метрах грунта с точностью до 0,1% и разрешением около 5 км. И если его будет особо много на дне вечно темных ям, это будет явным указанием, что водород здесь входит в состав водяного льда.

А прибор LAMP позволит даже заглянуть на дно этих темных ям. Он принимает излучение в очень узкой линии ультрафиолетового спектра водорода, в которой светят межпланетное вещество и звезды. Этот рассеянный свет и позволит заглянуть на дно темных кратеров. Попытки сделать это не в узкой линии, а в широком диапазоне практически обречены на провал – камеру ослепит яркое излучение Солнца от близлежащих освещенных областей.

Удар по Луне

Ну, а самое яркое событие миссии должно произойти в начале октября. По предварительным расчетам, 9 октября по Москве в один из кратеров в районе южного полюса Луны упадет разгонный блок Centaur. 2,3-тонная махина врежется в лунную поверхность на скорости около 2,5 км/c, высвободив кинетическую энергию примерно в 2 тонны тротилового эквивалента. Взрыв должен взметнуть над спутником облако вещества – и, возможно, паров той самой воды, которая миллиарды лет лежала на дне какого-нибудь темного кратера.

Через четыре минуты судьбу разгонного блока повторит и сам LCROSS, однако за время падения он должен подробно изучить поднятый первым взрывом выброс. Помогать ему с окололунной орбиты будут LRO и индийский исследовательский спутник «Чандраян-1», с околоземной – космический телескоп имени Хаббла (Hubble) и европейский спутник Odin, а также более десятка профессиональных наземных обсерваторий.

Центром наземных исследований станут Гавайи – здесь расположена уйма астрономических инструментов, а Луна во время взрыва как раз расположится над Тихим океаном. К профессионалам присоединятся тысячи любителей астрономии вдоль всего тихоокеанского побережья – по оценкам сотрудников миссии LCROSS, чтобы увидеть вспышку, хватит телескопа с диаметром объектива 25-30 см.

Жителям Сибири и европейской части России в этом плане, конечно, не повезло. Но и нам не стоит отчаиваться – на пресс-конференции, предварявшей запуск, руководитель исследовательской программы LCROSS Тони Колапрете пообещал транслировать событие в интернете в реальном времени – так, как увидит его несущийся к Луне LCROSS. Вряд ли можно рассчитывать на лучшее зрительское место.