Избыточный импульс для лунной гонки
Неудача миссии «Луна-25» должна стать стимулом для ускоренной подготовки новых стартов и возвращения России в «большую игру» по освоению дальнего космоса
За стремлением нашей страны к очередному космическому рекорду — впервые посадить межпланетную станцию в сложном рельефе Южного полюса Луны — стоял прагматичный научный интерес: поиск воды, которая в теории должна обнаружиться на полюсах. Получение доказательств ее наличия считается одним из важнейших условий для будущей отправки на Луну колонистов — нового и пока самого реального проекта человечества по освоению дальнего космоса. Полярная вода должна стать главным ресурсом для систем жизнеобеспечения лунных баз и выработки компонентов ракетного топлива для планируемых межпланетных экспедиций. Роботизированная рука «Луны-25» должна была углубиться на 50 сантиметров в дно кратера Богуславский в поисках льда. Полученные данные позволили бы ученым понять механизмы образования воды на спутнике Земли и, возможно, в Солнечной системе в целом. Кроме того, на борту станции находилось восемь приборов для исследования состава, структуры и физико-механических свойств поверхностного лунного реголита, изучения приповерхностной пылевой и плазменной экзосферы.
Поначалу все шло нормально: аппарат, запущенный 11 августа ракетой «Союз» с космодрома Восточный, в течение девяти дней своего полета исправно корректировал траекторию, вышел на окололунную орбиту, отправил на Землю селфи с российским флагом и снимок южного полярного кратера Зееман на обратной стороне Луны, успешно пролетел через метеорный поток Персеиды. «Роскосмос» по несколько раз в день сообщал о корректной работе всех систем «Луны-25», но вечером 19 августа прислал тревожную новость о «возникновении нештатной ситуации, которую пытаются разрешить специалисты». Ближе к полудню следующего дня надежды на успех миссии окончательно рухнули. В очередном релизе сообщалось: «19 августа в соответствии с программой полета КА “Луна-25” была предусмотрена выдача импульса для формирования его предпосадочной эллиптической орбиты. Около 14:57 мск связь с КА “Луна-25” прервалась. Реализованные 19 и 20 августа мероприятия по поиску аппарата и вхождению с ним в связь результатов не дали. По результатам предварительного анализа, в связи с отклонением фактических параметров импульса от расчетных аппарат перешел на нерасчетную орбиту и прекратил свое существование в результате столкновения с поверхностью Луны».
Тайна четвертой коррекции
Сейчас выяснением причин потери «Луны-25» занимается специально сформированная комиссия. Главная из обсуждаемых экспертами версий потери аппарата — несвоевременное отключение корректирующего двигателя, который проработал 127 секунд вместо положенных 84 при переходе на предпосадочную орбиту. До этого двигательная установка функционировала надежно, четко реагировала на все команды управления и выполнила три похожих маневра. Во время перелета от Земли к Луне орбита дважды менялась для максимально точного «прицеливания» аппарата при приближении к спутнику. Затем двумя включениями корректирующего и посадочного двигателей станция была выведена на круговую орбиту вокруг Луны высотой 100 километров и наклонением около 90 градусов и стала ее первым российским искусственным спутником. Четвертая коррекция 19 августа должна была перевести станцию с круговой на предпосадочную эллиптическую орбиту — ее минимальная высота над поверхностью в области Южного полюса Луны в проекте составляла 18 км. Через два дня на одном из последующих витков на этой высоте аппарат должен был начать снижение и осуществить посадку.
«Технологически эта коррекция похожа на предыдущие, но с большей долей риска, — поясняет заместитель научного руководителя проекта “Луна-25”, заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований (ИКИ) РАН Игорь Митрофанов. — Если на более высоких орбитах отклонения фактически получившихся параметров орбиты от заданных можно поправить дополнительной коррекцией, то при таком минимальном расстоянии от поверхности Луны даже незначительная ошибка может стать роковой. В нашем случае из-за того, что двигатель отработал дольше положенного, космический аппарат потерял больше кинетической энергии, чем ему предписывалось. В итоге при переходе на посадочную орбиту станция выдала импульс на торможение в полтора раза выше нормы».
Был ли шанс спасти «Луну-25» от «жесткой посадки», вопрос открытый. В первых комментариях прессе после крушения ведущий научный сотрудник ИКИ РАН Натан Эйсмонт сообщил, что «тревожащие признаки» в работе аппарата появились еще до его перехода на предпосадочную орбиту, и, возможно, этот маневр следовало отложить по меньшей мере на один виток вокруг Луны, но было принято иное решение.
Позже глава «Роскосмоса» Юрий Борисов в интервью «России-24» назвал ошибки в управлении полетом маловероятными. «Чтобы перевести аппарат на предпосадочную эллиптическую орбиту, нужно было провести соответствующий комплекс траекторных измерений бортовыми и наземными средствами для определения параметров импульса корректировки. Вся эта процедура была удачно завершена, и было сформировано так называемое полетное задание на корректировку орбиты аппарата. Эта операция сложная и требует выверенных решений. После определения всех необходимых параметров в соответствии с инструкцией полета на наземном стенде было проведено неоднократное моделирование и подтверждены результаты, и только после этого полетное задание было загружено на борт “Луны-25”. Перед осуществлением корректировки аппарат провел переориентацию и в 14 часов 10 минут включились двигатели, которые должны были скорректировать аппарат на предпосадочную орбиту. К сожалению, отключение двигателя произошло не в соответствии с циклограммой».
Причины сбоя двигателя
Таким образом, на сегодня известно только следствие нештатной ситуации на борту — избыточный импульс на торможение аппарата, возникший из-за сбоя в работе корректирующего двигателя. Причины этого форс-мажора еще предстоит выяснить. Самые вероятные из них — ошибки в конструкции двигателя, погрешности в расчетах при формировании параметров движения станции, проблемы в системе связи или управления либо человеческий фактор.
Обсуждаются и экзотические версии. Академик Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского, член Общественного совета «Роскосмоса» Игорь Маринин обращает внимание на то, что станция пересекла метеорный поток и зафиксировала безопасный контакт только с одним микрометеоритом, что не исключает повреждения какой-либо из ее систем другим микрометеоритом.
Гипотетически возможно и внешнее искусственное воздействие на летящую станцию. Однако специалисты считают этот трюк маловероятным, хотя технологии противодействия беспилотникам имеются у многих стран. Все же «Луна25» по сравнению с военными дронами является очень сложным аппаратом с защищенной системой управления, и она находилась на очень большом расстоянии от Земли, где вредоносные устройства пока, к счастью, не летают.
Признаниям украинских хакеров в MITM-атаках с помощью наземного терминала Starlink эксперты тоже не верят. По словам Игоря Митрофанова, такие манипуляции невозможны. Станция до последней секунды передавала на Землю служебную телеметрию, которая не содержала признаков подобного вмешательства.
Добавим, что эксперимент проводился в зоне устойчивой радиосвязи. Специалисты знали все о положении корабля вплоть до потери с ним контакта.
Плюсик за выход на орбиту
Но есть и более глубокая причина досрочного завершения миссии «Луна25». Игорь Митрофанов в беседе с «Экспертом» сформулировал ее так: «Чтобы успешно осваивать дальний космос, нужно туда регулярно летать». Россия не отправляла аппараты к Луне почти полвека и, несмотря на впечатляющий советский бэкграунд (55 запусков разной сложности), не имеет опыта лунных экспедиций с использованием современных комплектующих и технологий.
Что же касается вообще стартов автоматических межпланетных станций, то в постсоветской истории их было всего три: «Марс-96», «Фобос-Грунт» и «Луна25», причем интервал между ними составлял 12–15 лет. Это очень много: за время длительных простоев из космических программ уходили профессионалы, терялись знания, прерывалась преемственность поколений. Каждый проект приходилось начинать с чистого листа, в итоге из-за недостатка финансирования и специфического управления он растягивался на много лет. Более того, ученых только в 2021 году вывели из-под действия Федерального закона № 44-ФЗ «О госзакупках», по которому на каждый контракт требовалось проводить конкурс, что сильно тормозило ход работ.
При этом каждая миссия была беспрецедентной по сложности и новизне. Казалось, что в «Луне-25» учли ошибки почивших в Тихом океане аппаратов «Марс-96» и «Фобос-Грунт» — по крайней мере, уменьшили вес ее полезной нагрузки. И все же это была непростая версия «пробного шара» — автоматическая межпланетная станция с мягкой посадкой в неизведанном рельефе Южного полюса (сложнее был бы только корабль с человеком на борту). Кстати, впервые удачно прилуниться удалось нашей АМС «Луна-9» в 1966 году, но до этого СССР с переменным успехом запустил к спутнику Земли более 20 аппаратов в течение семи лет.
Современные методы моделирования позволяют сократить количество тестовых шагов, однако исключить их полностью по-прежнему не удается. Сейчас уже понятно, что, если бы старту «Луны25» предшествовал запуск орбитальной лунной станции (например, разрабатываемой «Луны-26»), эксперимент завершился бы успешно. И разогнавшийся в космосе Китай, и набирающая темп Индия начинали свои программы именно с запуска более простых аппаратов на селеноцентрическую орбиту. И в первом российском проекте «Луны-25» 1997 года (тогда он еще назывался «Луна-Глоб») аппарат был всего лишь космическим зондом с орбитальным модулем, в задачи которого входили дистанционные исследования высоких широт южного полушария Луны и выбор подходящих площадок для будущих спускаемых модулей. После планы несколько раз пересматривали; нынешний концепт окончательно утвердили лишь в 2017 году. В околонаучных кругах уверены: ключевую роль в трансформации миссии сыграло то, что более дерзкий проект было проще продвигать в «высоких кабинетах».
Впрочем, сами ученые считают утвержденный порядок запусков логичным: в нем разбившаяся «Луна-25» оказывается испытательным прототипом для всех последующих автоматических станций — и орбитальных, и посадочных. С ее помощью был протестирован вывод аппарата на заданную орбиту вокруг другого небесного тела и сделана попытка отработать посадку, с неудачей которой сейчас разбирается комиссия.
«Потерянная станция проложила дорогу будущей орбитальной “Луне26” и другим проектам. Мы знаем, что “Луна-25” сумела стать искусственным спутником Луны, прекрасно летала на 100-километровой орбите, проводила там научные эксперименты — и это как раз те технологии, которые удалось успешно испытать. В данном пункте программы летных испытаний “Луны-25” нужно плюсик поставить. Новые лунные проекты будут учитывать не только отрицательные, но и положительные результаты этой миссии», — полагает Игорь Митрофанов.
На низком старте
«Луна-26» и «Луна-27» должны полететь в 2027 и 2028 годах соответственно. Однако Юрий Борисов заявил, что сроки подготовки этих станций форсируют. На сайте НПО им. Лавочкина датой запуска «Луны-26» по-прежнему значится 2027 год, но для «Луны-27» указан уже 2025-й. Вероятно, посадочную станцию запустят раньше орбитальной, по горячим следам «Луны-25», тем более что все комплектующие для потерянного аппарата создавались с запасом. Но официальные решения по этому вопросу пока неизвестны.
Обе станции по вполне земным причинам являются долгостроем. Официально разработка «Луны-26» началась 1 мая 2017 года, запуск был назначен на начало 2020-го. Но финансирования постоянно не хватало: астробиологическая программа «Роскосмоса» и Европейского космического агентства (ЕКА) «ЭкзоМарс» и создание орбитальной спутниковой группировки оказались более приоритетными проектами. В итоге старт поочередно переносился на 2021, 2022, 2023, 2024, 2026 и наконец на 2027 год.
Согласно проекту, «Луна-26» должна проработать год на орбите высотой 50 × 80 километров и два года на орбите высотой 150 километров. В ее задачи входит изучение минералогического состава Луны, создание топографической карты для выбора места будущей высадки космонавтов, картирование распределения водяного льда на поверхности, исследование структуры приповерхностных слоев, экзосферы и плазменного окружения спутника Земли, космических лучей и нейтрино ультравысоких энергий.
«Луна-27» представляет собой почти полную копию «Луны-25», также главным образом нацеленную на поиск и изучение полярного грунтового льда. Изначально это был совместный проект «Роскосмоса» и ЕКА. В частности, европейские специалисты должны были изготовить буровую установку, способную проникать в грунт на глубину до двух метров, и систему высокоточной безопасной посадки, но обе разработки так и не были переданы российскому заказчику. Конфуз с ними случился еще в 2018 году: в НПО им. Лавочкина тогда заявили, что западные партнеры превысили лимит по массе устройств, в связи с чем понадобится создать российские аналоги. В апреле 2022 года сотрудничество с ЕКА и вовсе сошло на нет, теперь уже по политическим причинам. В настоящее время отдельные импортные комплектующие меняют на отечественные, а буровая установка находится на этапе разработки конструкторской документации.
Учимся летать
Если лунную программу сейчас не приостановят — а тем более если ее форсируют, как обещают в «Роскосмосе», — больших перерывов в стартах не будет. От создания концепции межпланетной станции до ее воплощения в железе и летных испытаний проходит в среднем от трех до пяти лет, никак не десятилетия. По словам Игоря Митрофанова, «Луна-26» уже находится в высокой степени готовности — по конструкции, бортовой аппаратуре, технике, — а значит, она вполне способна стартовать раньше намеченного срока.
При достаточном финансировании и правильной организации лунные миссии могут быть поставлены на поток, как в СССР, когда неудачные старты и посадки никого не пугали (более 65% советских лунных проектов оказывались аварийными). Собственно, аварии и сегодня считаются рутиной в космических проектах всех стран. Так, в 2019 году при попытке сесть на Луну разбились первый израильский космический аппарат Bereshet и первый индийский спускаемый лунный модуль «Викрам» миссии «Чандраян-2», в 2023 году погибла первая японская лунная станция Hakuto-R. Индии, как известно, удалось в кратчайший срок исправить ошибки — доработать двигательную установку и программное обеспечение — и поставить рекорд, на который претендовала Россия, впервые посадив аппарат на Южном полюсе Луны. «Чандраян-3» уже шлет эксклюзивные кадры с поверхности спутника.
В следующем году ровер NASA VIPER, а также космический аппарат MicroNova фирмы Intuitive Machines из Хьюстона (США) также попробуют покорить Южный полюс Луны для поиска водяного льда внутри кратеров. Результаты различных наземных миссий помогут ученым сузить круг возможных источников на Луне. Если воду там найдут, в чем наука почти не сомневается, ажиотаж будет нарастать. Число желающих вступить в рискованную гонку за освоение земного спутника велико уже сейчас, хотя технологии полета и посадки на небесное тело все еще ненадежны, сложны и доступны лишь нескольким странам. Всерьез говорят и о возможной добыче редких металлов, и о вероятности обнаружения неизвестных суперминералов. Но на ближайшее десятилетие задача-минимум остается прежней: научиться безопасно, уверенно и желательно не очень дорого летать на Луну.
Фото: AP photo/Aijaz Rahi, TASS, AP photo/rafiq Maqbool
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl