Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке

в 4:07, , рубрики: исследования луны, космонавтика, космонавтика Китая, Научно-популярное

В нулевых годах в Азии началась вторая «лунная гонка». В отличие от первой, когда в 1960-х соревновались СССР и США, стран-участников оказалось больше, а вот бюджеты меньше, и общие сроки дольше. На старте было три участника — Индия, Китай, Япония. Сейчас же определился четкий лидер. Китай вырвался вперед еще в 2013, первым совершив мягкую посадку и высадив луноход. Летящая сейчас к Луне автоматическая межпланетная станция «Чанъэ-4» совершит первую посадку на обратной стороне Луны (что потребовало отдельной миссии для обеспечения связи) и является одним из шагов большой программы.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 1
Источник

Формула гонки

В общем случае изучение Луны можно разделить на четыре этапа. Исторически самыми первыми были миссии по пролету мимо Луны или разбиванию аппарата о ее поверхность, но сейчас это нерационально, потому что межпланетная станция работала бы у Луны слишком короткое время. Впрочем, миссии, покидающие Землю, могут включать свои приборы, пролетая мимо Луны, например, по дороге к Марсу.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 2
Композитное фото с зонда GALILEO, летевшего к Юпитеру, изображение NASA

Первый полноценный этап — зонд на орбите Луны. Это уже не совсем просто, потому что из-за неравномерности гравитационного поля Луны есть только несколько устойчивых орбит, на которых можно работать годами. На этом уровне уже можно решать задачи не только государственного престижа, повторяя достижения прошлого, но и собирать полезные научные данные, сканируя Луну в разных диапазонах.

Второй этап — мягкая посадка. Здесь задача усложняется необходимостью погасить минимум 1,68 км/с скорости (с низкой орбиты), зато научные данные дополняются разнообразной геологией, и всегда можно выбрать интересное место для посадки, где еще никто не побывал. Посадочную станцию можно дополнить луноходом, что резко расширит как объемы научных данных, так и количество красивых фотографий, которые увидит весь мир.

Третий этап — возвращение образцов. Инженерные вызовы дополняются необходимостью решить задачи старта с Луны, навигации и прицеливания по дороге домой, а также мягкой посадки уже на Землю. Зато привезенные образцы с восторгом будут разбирать ученые, и появятся крайне наглядные свидетельства успеха страны в виде экспонатов в музеях.

Четвертый этап — пилотируемая программа. В глобальном смысле, конечно, когда-нибудь человечество начнет жить в космосе на постоянной основе, но пока что пилотируемая лунная программа — это очень дорого и доступно только крупнейшим экономикам планеты или же совместной работе многих стран.

Начало

Все участники новой лунной гонки стартовали почти в одно время. Формально, конечно, была японская миссия 1990 года из двух спутников — «Хитэн» и «Хагоромо», но перерыв в 17 лет до следующего полета не позволяет засчитать ее как входящую в последовательную программу. Все же нет ничего удивительного, что первыми полетели японцы. 14 сентября 2007 к Луне отправились три спутника — большой «Кагуя» и два маленьких — «Окина» и «Оуна».

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 3
«Кагуя» отделяет малые спутники, изображение JAXA

«Кагуя» несла на себе 13 приборов, среди которых были камеры, спектрометры, радар, лазерный альтиметр, детекторы плазмы и другие. Два маленьких спутника использовали радиодиапазон: «Окина» работал как ретранслятор и измерял гравитационное поле Луны при помощи эффекта Доплера, «Оуна» использовал интерферометрию со сверхдлинной базой для той же цели, потому что около лунного лимба эффект Доплера не работал (зонд смещался вбок, а не ускорялся/замедлялся относительно земного наблюдателя).

В результате работы японской «триады» мы узнали много интересного. Прежде всего, вопреки предположениям ученых, никакая точка лунной поверхности не была освещена все время. В районе северного полюса максимальная освещенность составляла 89%, южного — 86%. Это накладывает определенные требования на конструкцию приполярных посадочных станций или лунной базы — если бы нашлись всегда освещенные места, то там можно было бы развернуть солнечные панели без необходимости в аккумуляторах. Зато зоны постоянной тени были обнаружены в изобилии, и это хорошо, потому что там холодно и в какой-то форме есть водяной лед.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 4
Карта освещенности полюсов, изображение JAXA

Увы, на поверхности льда обнаружить не удалось — очень чувствительная камера, заглянув в кратер Шеклтона, не заметила блеска.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 5
Фото кратера Шеклтона, изображение JAXA

Кроме того была составлена очень подробная карта Луны и ее гравитационных аномалий, а также обнаружены слои базальта и реголита в лунных морях и слой анортозита в кратере Тихо.

Чуть больше, чем через месяц, 22 октября, к Луне отправился китайский «Чанъэ-1» (назван в честь богини Луны). Инженерные проекты длятся годами, так что это значит, что работы велись одновременно и уже можно говорить о «гонке». Китайский аппарат был чуть легче (2,3 тонны против 2,9 «Кагуи»), зато нес 24 прибора — камеры, спектрометры, радиометры, детектор частиц, лазерный высотомер и другие.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 6
Макет «Чанъэ-1», фото Hong Kong Science Museum

Результатом работы аппарата стала самая качественная на тот момент карта Луны и много данных о распределении химических элементов.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 7
Распределение железа, в пункте b слева данные «Чанъэ-1», справа — американского Clementine 1994 года, источник

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 8
Распределение урана (сверху) и калия на Луне, источник

Через год, 21 октября 2008 (что тоже означает, что работы велись параллельно), к Луне полетел индийский зонд «Чандраян-1» с пенетратором. Он был самым легким (1,3 тонны), но стал самым большим ньюсмейкером. Именно по его данным было подтверждено наличие на Луне воды. Причем сразу двумя способами — с орбитального аппарата и пенетратора. На спутнике одним из 11 научных приборов стоял американский Moon Mineralogy Mapper, по данным которого получили карту распределения воды (синее) и железа (красное) на Луне.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 9
Распределение воды и железа, изображение ISRO/NASA

А на пенетраторе стоял очень чувствительный спектрометр, который во время снижения зафиксировал наличие молекул воды в окололунном пространстве.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 10
Самый высокий пик на 18 — вода. Изображение ISRO

Кроме того, аппарат опроверг широко распространенное убеждение, что реголит почти полностью поглощает солнечный ветер. В реальности оказалось, что 20% отражается обратно.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 11
Распределение отражения солнечного ветра, изображение ISRO

Все три аппарата первой волны завершили работу в 2009. Японский и китайский были управляемо сведены с орбиты, а индийский сломался и до сих пор крутится вокруг Луны.

Китай вырывается вперед

В конце нулевых наиболее вероятным лидером азиатской лунной гонки виделась Япония. Но в реальности им оказался Китай. Уже 1 октября 2010 в полет отправился «Чанъэ-2», который по длительности и сложности миссии был сравним с аппаратами NASA или ESA. Проработав до лета 2011 на лунной орбите, зонд перешел на гало-орбиту вокруг точки L2 Земля-Луна (расположена за Луной), а затем отправился к астероиду (4179) Таутатис, посетив который, стал аппаратом для отработки дальней связи и проверки длительно функционирующих межпланетных станций — он улетел уже в сотни раз дальше Луны и до сих пор работает.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 12

Главной задачей «Чанъэ-2» было составление подробной карты и подбор мест для будущих посадок. Для этого его перевели на орбиту с перицентром (нижней точкой) всего 15 км. Это позволило получить стереоскопическую карту всей поверхности с разрешением 7 метров на пиксель и отдельные изображения с разрешением 1,3 метра, лишь в пять раз хуже сегодняшнего рекордсмена, аппарата NASA LRO, который для этого переводили на специальную пониженную орбиту уже после выполнения основной программы.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 13
Фото Китайского космического агентства

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 14
Астероид Таутатис. Фото «Синьхуа»/CAS

А в 2013 году Китай успешно выполнил второй этап — мягкую посадку. Аппарат «Чанъэ-3» с луноходом «Юйту» успешно прилунился 14 декабря, пусть и с недолетом относительно запланированного района.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 15
Посадочная ступень, фото Китайского космического агентства

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 16
Луноход, фото Китайского космического агентства

Луноход проработал 31 месяц (пусть и потерял способность передвигаться на втором), а вот посадочная станция функционирует до сих пор (летом с нее фиксировали сигнал). Впервые на поверхности Луны оказался телескоп. Результатом работы стали данные по геологии, астрономические наблюдения и, конечно, гордое фото флага Китая на поверхности Луны.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 17
Структура грунта под местом посадки, данные георадара, изображение CAS

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 18
Плазмасфера Земли в экстремальном ультрафиолете, изображение CAS

Параллельно Китай стал готовиться к следующему шагу — возврату образцов лунного грунта. Для этого 23 октября 2014 года к Луне запустили тестовый стенд «Чанъэ-5Т1», который проверил технологические решения для мягкой посадки на Землю аппарата, возвращающегося со второй космической скоростью.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 19
Спускаемый аппарат после посадки

Сегодня и завтра

У Китая был второй, резервный, набор из посадочной ступени и лунохода на случай неудачи «Чанъэ-3». Раз миссия оказалась успешной, следующую задачу имело смысл усложнить. Поэтому четвертый аппарат решили отправить на обратную сторону Луны. Но для этого нужен ретранслятор — напрямую связаться с обратной стороной невозможно. Эксперименты «Чанъэ-2» с точкой Лагранжа L2 проводились в том числе и поэтому — для ретранслятора это очень удобная орбита.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 20
Изображение Planetary Society

20 мая 2018 к Луне отправился аппарат «Цюэцяо». Название («Сорочий мост») взято из китайской легенды, это мост из птиц через Млечный путь, раз в год соединяющий влюбленных. Главная его задача — стать ретранслятором для обратной стороны, но на него установили также научное оборудование — нидерландский низкочастотный радиотелескоп. Вместе с «Цюэцяо» полетели два 45-килограммовых спутника «Лунцзян-1» и "-2". К сожалению, один сломался и не смог выйти на окололунную орбиту, но второй успешно функционирует, наблюдает за небом в радиодиапазоне и делает фотографии — у него есть камера производства Саудовской Аравии.

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 21
Макет «Цюэцяо», источник

Китай подтверждает лидерство в азиатской лунной гонке - 22
Виды Луны с «Лунцзян-2», фото CNSA

А 7 декабря 2018 полетел «Чанъэ-4», который должен будет совершить посадку в бассейне Южный полюс – Эйткен. Его конструкция очень похожа на «Чанъэ-3», но есть и различия. С посадочной платформы убрали ультрафиолетовый телескоп, зато установили вторую камеру, дозиметр нейтронов, низкочастотный спектрометр (для изучения солнечных вспышек) и 3-кг контейнер с семенами и яйцами насекомых, которые должны образовать замкнутую по кислороду экосистему. С ровера сняли манипулятор, но поставили радиоизотопный обогреватель (теперь ожидаемый срок работы 3 месяца), спектрометр VINS и шведский анализатор нейтральных частиц ASAN. Георадар на луноходе оставили, так что фотографии будут дополняться структурой грунта на десятки метров вниз.

Запуск прошел успешно, аппарат сейчас находится на пути к Луне. Траектория настолько хороша, что первую коррекцию в субботу отменили. Вторую коррекцию выполнили в воскресенье. Посадка ожидается в начале 2019, потому что сначала аппарат выйдет на орбиту вокруг Луны и некоторое время пробудет там, проверяя системы и готовясь к прилунению.

Ну и, возвращаясь к азиатской лунной гонке, стоит отметить, что в 2019 году будет еще два связанных с ней события. На 31 января запланирован старт индийской миссии Чандраян-2 из орбитального аппарата и посадочного с луноходом. А в декабре 2019 должна отправиться в полет первая китайская миссия по доставке лунного грунта «Чанъэ-5».

Автор: lozga

Источник


* - обязательные к заполнению поля