Красный космос

В декабре прошлого года Китай запустил миссию «Чанъэ-4» и уже в этом году стал первой страной, посадившей аппарат на обратную сторону Луны. И пока внимание любителей космоса приковано к красивым видео, которые присылают луноход и посадочная платформа, китайские инженеры и ученые вовсю готовят новые экспедиции к Луне и даже более далеким космическим телам. Мы решили рассказать о том, как Китай планирует развивать свою межпланетную космическую программу.

До недавнего времени межпланетные космические полеты были уделом СССР (а затем России), США, Евросоюза и Японии. Однако в последние годы в клуб космических держав, способных отправлять свои аппараты к другим телам Солнечной системы, вошли еще две страны — Китай и Индия. Некоторые эксперты даже полагают, что между Пекином и Дели разворачивается новая космическая гонка, наподобие относительно недавнего состязания между космическими программами СССР и США.

Так, Индия успела отправить свой аппарат на орбиту не только Луны, но и Марса. Китай уже запустил к Луне свой четвертый аппарат и готовит еще два, а Марс планирует исследовать через два года. Индия также собирается повторить последнее достижение Китая и уже весной намерена доставить на спутник Земли свой первый луноход. В общем, между странами началось продуктивное соперничество, которое в итоге поможет как Пекину и Дели по отдельности, так и всему человечеству.

Луна

Луна — очень удобный объект для развития космической программы. С одной стороны, там можно отрабатывать технологии, необходимые для дальних космических полетов, в том числе методику автоматической посадки. С другой стороны, отправлять аппарат на Луну и поддерживать с ним связь проще, чем в случае с другими объектами Солнечной системы. А если говорить про возможные пилотируемые миссии, которые Китай, кстати, тоже планирует, то на полноценную экспедицию к Луне потребуются всего несколько десятков дней, а не много месяцев или лет.

Китай подошел к исследованию Луны основательно и организованно. Китайская лунная программа состоит из нескольких этапов, последовательно наращивающих сложность задач. Пока бóльшая часть планов разбита на три этапа, в рамках которых инженеры готовят по два практически идентичных аппарата, предназначенных для схожих целей.

На первом этапе китайские инженеры решили самую простую задачу (хотя сама по себе она крайне сложна и требует огромных человеческих и финансовых ресурсов) — отправку зондов на окололунные орбиты. Первые два зонда стартовали к Луне в 2007 и 2010 году и занялись изучением поверхности спутника нашей планеты. Как и почти все прочие лунные аппараты Национального космического управления КНР, они получили имена в честь богини Луны из китайской мифологии — «Чанъэ-1» и «Чанъэ-2».

Второй этап отчасти опирается на результаты первого. Теперь Пекин впервые высадил аппараты на лунную поверхность, причем в миссии «Чанъэ-3» участвовало два аппарата, а в «Чанъэ-4» — сразу три. Оба зонда состоят из посадочной платформы и закрепленного на ней лунохода, выезжающего на поверхность после «прилунения». В целом миссии были аналогичны, но «Чанъэ-4» стала первой, осуществившей мягкую посадку на обратной стороне Луны.

Здесь-то и пригодился третий аппарат. В состав «Чанъэ-4», помимо платформы и лунохода, входит еще и орбитальный спутник-ретранслятор «Цюэцяо», расположившийся за Луной в точке Лагранжа L₂ системы Земля-Луна. Благодаря этому спутник постоянно «видит» как посадочную платформу с луноходом, так и антенны центра управления полетами.

Но Китай не собирается останавливаться на достигнутом и уже в этом году планирует приступить к третьему этапу своей лунной программы. Аппараты «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6» должны будут не просто высадиться на лунной поверхности, но и вернуться на Землю с образцами грунта.

В обеих экспедициях будут участвовать по несколько аппаратов. Перелет от околоземной орбиты к окололунной и обратно обеспечит служебный модуль. После выхода на окололунную орбиту от служебного модуля отделится посадочный, который начнет снижение и сядет на лунную поверхность. Он будет оснащен камерами, спектрометром и другими научными приборами, но главные его инструменты — это бур и роботизированный манипулятор. С их помощью аппарат сможет взять образцы грунта общей массой до двух килограммов.

Затем образцы предстоит переместить во взлетный модуль, который стартует с посадочного и выйдет на окололунную орбиту, где состыкуется со служебным модулем. После этого образцы будут перемещены в защитную капсулу. Затем служебный модуль отправится к Земле и сбросит капсулу, способную выдержать вхождение в атмосферу. Если все пройдет успешно, то ученые впервые за последние 40 лет получат новые образцы лунного грунта.

Миссия «Чанъэ-6» устроена аналогично, но она отправится в полет в 2020 году — через год после «Чанъэ-5», чей старт намечен на конец 2019 года. Кроме того, в задачу второго аппарата входит доставка образцов с полярного региона Луны.

На период с 2020 по 2030 год, помимо «Чанъэ-6», Китай предварительно запланировал еще две миссии, которые пока находятся на стадии разработки.

В первую экспедицию отправятся посадочная платформа, луноход, ретрансляционный спутник и летающий детектор. Аппаратам экспедиции предстоит собрать данные о составе и распределении минералов в лунном грунте, а также найти и исследовать лед в областях, постоянно скрытых от солнечных лучей. Специалисты не поясняют предназначение и конструкцию летающего детектора, отмечая лишь, что он будет оборудован анализатором изотопного состава молекул воды и водорода.

Возможно, по своему предназначению аппарат будет напоминать марсианский вертолет, который NASA планирует отправить вместе со своим следующим марсоходом «Марс-2020». С его помощью команда миссии будет собирать данные об окружающих марсоход областях и заранее планировать его маршрут к наиболее интересным точкам.

Кроме того, в ходе этой миссии планируется использовать зонд на Луне и антенну на Земле в качестве радиотелескопа, работающего по методу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Поскольку разрешение таких телескопов пропорционально расстоянию между их составляющими элементами, ученые надеются получить крайне точный инструмент.

Вторая миссия также включает в себя посадочную платформу, луноход и летающий детектор. Ее основная цель заключается в проведении экспериментов по использованию лунных ресурсов и созданию стабильной экосистемы. Благодаря этим экспериментам китайские ученые и инженеры планируют отработать технологии, которые в будущем могут пригодиться для пилотируемых лунных экспедиций и строительства обитаемой базы.

Очевидно, что пилотируемые полеты с высадкой китайских космонавтов на Луну начнутся не раньше, чем в конце 2020-х годов, но подготовка к ним уже идет. К примеру, в 2018 году завершился очередной эксперимент по имитации жизни на лунной базе. Для него в Пекине построили трехмодульный герметичный комплекс общей площадью 160 квадратных метров. Все, что получали участники экспериментов извне — это электроэнергия. На искусственной базе располагались два сельскохозяйственных модуля с растениями, помогавшие покрывать бóльшую часть потребностей в еде и вырабатывать кислород. Кроме того, в жилом модуле располагался отсек для выращивания животных. Помимо имитации частично самоподдерживаемой базы на лунной поверхности эксперимент также помог проверить психологические аспекты жизни в замкнутом пространстве.

Марс

У Пекина уже есть утвержденные планы относительно исследований Марса. Но поскольку достичь его гораздо сложнее, чем Луны, марсианские исследования китайских ученых будут проходить в два этапа и без дублирующих миссий.

Летом 2020 года на Марс отправится экспедиция в составе орбитального аппарата, посадочной платформы и марсохода. При приближении к Красной планете аппараты разделятся, и зонд выйдет на стабильную орбиту высотой 400 километров, а посадочный модуль с марсоходом начнут снижение — сначала на парашютах, затем на ракетных двигателях, а за мягкий контакт с поверхностью Марса будет отвечать надуваемая камера наподобие подушки безопасности.

Орбитальный зонд будет оборудован двумя камерами, причем разрешение одной из них составит всего два метра на пиксель, а также спектрометром, магнитометром и радаром для исследования грунта. Марсоход также будет оборудован различными камерами, в том числе мультиспектральной, инструментом для исследования состава грунта, метеостанцией и радаром, позволяющим исследовать грунт на глубине до ста метров. С их помощью китайские ученые рассчитывают собрать данные о строении Марса, его климате, магнитном поле и других параметрах.

Вторая китайская миссия на Марс пока находится в начале разработки (еще не утвержден ни ее формат, ни количество используемых аппаратов), но она может стать по-настоящему исторической. Дело в том, что ей предстоит доставить на Землю первые образцы марсианского грунта. Учитывая, что Пекин предпочитает полагаться на проверенные и простые (насколько это возможно в межпланетной космонавтике) решения, эта миссия, возможно, будет основываться на наработках «Чанъэ-5».

Правда, эта экспедиция предварительно запланирована на конец 2020-х годов, а значит, к этому времени Национальное космическое управление КНР могут опередить NASA и другие космические агентства. К примеру, NASA планирует отправить аппарат для сбора образцов в герметичные контейнеры на марсоходе «Марс 2020», а через несколько лет отправить на Красную планету орбитальный модуль, посадочный и взлетные аппараты и, возможно, еще один марсоход для доставки собранных образцов к взлетному аппарату.

Как любая другая космическая держава, Китай хочет не только исследовать Марс с помощью автоматических станций, но и, в конечном итоге, послать на Красную планету людей. Однако до тех пор, пока не будут решены многие технологические задачи, связанные с выводом на орбиту огромного корабля и безопасным пребыванием людей в космическом пространстве на протяжении многих месяцев, межпланетный пилотируемый полет невозможен. Предварительно Пекин намечает пилотируемую фазу освоения Марса на 2040-2060 годы в надежде на позитивный (и негативный) опыт, полученный во время беспилотных миссий.

Неизвестный астероид

Еще одна экспедиция, запланированная на 2020-2030 годы, займется изучением какого-нибудь астероида в окрестностях Земли. Китайский аппарат сблизится с астероидом, выйдет на его орбиту и долгое время будет исследовать его на этом расстоянии. Затем он совершит посадку на поверхность астероида, изучит ее, соберет образцы грунта и доставит их на Землю в герметичной капсуле. В результате китайские ученые надеются получить больше данных о ранних этапах существования Солнечной системы и о происхождении ее объектов.

Пока эта миссия окончательно не распланирована, но китайские ученые уже рассматривают конкретные цели и проводят расчеты полета к ним. К примеру, в 2017 году они описали возможную экспедицию к 2010 TK₇ — единственному известному на сегодня троянскому астероиду Земли. Он находится на орбите вокруг точки Лагранжа L₄ системы Солнце-Земля, благодаря чему он летит впереди нашей планеты на примерно одно и том же расстоянии.

Возможно, в окрестностях точек L₄ и L₅ есть и другие, пока не обнаруженные троянские астероиды, и они также представляют большой интерес для ученых, поскольку на полет к ним и взлет с них требуется даже меньше топлива, чем в случае с Луной. Именно поэтому астероиды такого типа рассматриваются некоторыми учеными как удобный источник полезных ископаемых.

Однако, как уже было сказано, пока обнаружен лишь один такой астероид, и назвать его удобным никак нельзя. Дело в том, что его орбитальная плоскость совсем не параллельна земной и ее наклонение составляет более 20 градусов. Из-за этого китайским ученым пришлось озаботиться расчетом оптимальной траектории, следуя которой аппарату не придется тратить много топлива на изменение наклонения орбиты. В результате траектория была найдена — но с тремя гравитационными маневрами (два возле Венеры и один возле Земли). Зато в этом случае масса топлива для 800-килограммового аппарата будет составлять всего 36,74 килограмма.

Кстати, опыт сближения с астероидом у китайских ученых уже есть. В 2012 году после завершения основной миссии лунного орбитального зонда «Чанъэ-2» его направили к астероиду (4179) Таутатис. Расчеты ученых оказались верными, и 13 декабря 2012 года аппарат пролетел мимо астероида на расстоянии 3,2 километра, что позволило получить снимки поверхности с разрешением десять метров на пиксель, а также накопить опыт по сближению зондов с астероидами.

Марс — не самая далекая цель, которую ставят перед собой китайские ученые. В сфере их интересов — система Юпитера. Пока в качестве главных целей рассматриваются два его спутника — Ганимед и Каллисто. Судя по всему, Ганимед станет первым объектом за пределами марсианской орбиты, куда Пекин пошлет свои аппараты.

Оба юпитерианских спутника примечательны тем, что под их поверхностью может находиться океан из жидкой воды. В этом случае там могут существовать условия, пригодные для выживания некоторых видов земных микроорганизмов.

Кроме того, Китай собирается исследовать атмосферу самого Юпитера, а также, возможно, и более далекую планету — Уран. Наконец, еще одной целью ученых из этой страны может стать Венера, на которую также может отправиться экспедиция в составе орбитального зонда и спускаемого модуля.

Первым делом — ракеты

Поскольку набор инструментов и возможности китайских автоматических межпланетных станций постоянно растут, вместе с ними растет и их масса, и вскоре Китаю понадобятся новые ракеты. Одна из них — «Чанчжэн-5» — уже летала в космос в 2016 году. Однако второй и последний на данный момент запуск прошел неудачно, из-за чего пришлось передвинуть сроки научных миссий. К примеру, миссия «Чанъэ-5» по доставке лунного грунта на Землю должна была отправиться в свой полет еще в 2017 году, но в итоге ее перенесли на 2019 год.

«Чанчжэн-5» представляет собой ракету-носитель тяжелого класса, способную выводить полезную нагрузку массой до 25 тонн на низкую околоземную орбиту, до 14 тонн — на геопереходную орбиту или до 8,2 тонны — на траекторию полета к Луне. Ракета, в зависимости от модификации, состоит из двух или трех последовательных ступеней, а также четырех боковых ускорителей. До начала лунной миссии «Чанъэ-5» ракета должна отправить на орбиту геостационарный спутник «Шицзянь-20».

Также китайские инженеры работают над сверхтяжелой ракетой «Чанчжэн-9», которая позволит отправлять за пределы низкой околоземной орбиты пилотируемые космические корабли и тяжелые автоматические межпланетные станции, такие как аппарат для доставки марсианского грунта на Землю. Она сможет выводить на низкую околоземную орбиту грузы массой до 140 тонн, на траекторию полета к Луне — до 50 тонн и на траекторию полета к Марсу — до 44 тонн. Как и «Чанчжэн-5», она будет иметь трехступенчатую конструкцию с четырьмя боковыми ускорителями.

Однако «Чанчжэн-9» пока находится на раннем этапе разработки, а ее первый полет намечен на 2030 год. Так что ее технические параметры еще могут поменяться.

Григорий Копиев