Деревня луноходов

В начале года Роскосмос после долгих терзаний окончательно отказался от участия в американском проекте окололунной станции Gateway. Вместо этого Россия будет осваивать Луну вместе с Китаем — и построит на ней базу, сначала для роботов, а затем и для людей. До этого момента космические агентства двух стран о совместных планах на Луну говорили лишь в общих чертах, но после «расставания» с американцами слова зазвучали уже более определенные, и в середине июня программу создания российско-китайской станции представили официально. N + 1 разбирается, что собрались строить на Луне Китай и Россия.

Еще несколько лет назад будущее российской (и не только российской) космонавтики казалось более-менее ясным: МКС утопят в океане, а NASA, Роскосмос и другие партнеры переключатся на создание окололунной станции, которая станет плацдармом для возвращения человека на Луну.

Осенью 2017 года NASA и Роскосмос подписали соглашение о совместном создании этой станции. Предполагалось, что РКК «Энергия» построит один из модулей станции — шлюзовой — на основе наработок по модулю МКС «Пирс» (о том, какими тогда представлялись устройство и задачи окололунного форпоста, можно прочитать в нашем материале «Промежуточная станция»).

Но спустя несколько лет лунный союз NASA и Роскосмоса дал трещину — а затем вдоль нее развалился. Россия хотела быть равноправным участником проекта, NASA настаивало на своем лидерстве, и в январе 2021 года Роскосмос отказался участвовать в проекте Gateway. Следом за отказом от лунного сотрудничества российская сторона начала сворачивать и другие проекты с США — в мае этого года заговорили о том, что Россия выйдет из числа участников проекта МКС уже в 2025-м, а не в 2030 году, и сосредоточится на создании собственной станции (читайте о ней в материале «Прекрасная РОСС будущего»).

Но от Луны Роскосмос при этом не отказался. Просто лететь на нее теперь собрался в паре с другой державой, Китаем. Причем не задерживаясь на лунной орбите, как это собираются делать американцы — а сразу садиться на поверхность.

«Деревня» и «полигон»

Для Китая естественный спутник Земли — уже вполне освоенное тело. С 2007 года китайские ученые и инженеры воспроизвели все советские лунные достижения полувековой давности — от луноходов до доставки грунта на Землю. Венцом лунной программы Китая должна стать лунная база на поверхности, сначала автоматическая, а потом и обитаемая. В докладах космических организаций КНР станцию ILRS (International Research Lunar Station) начинают упоминать во второй половине 2010-х годов, но не вдаваясь в детали.

Самым подробным описанием китайского плана до недавних дней был доклад заместителя директора Центра лунных исследований Китайского космического агентства, Чжаоюя Пэя (Zhaoyu Pei), сделанный в феврале 2019 года. С его слов выходило, что КНР прорабатывает проект уже третий год, а источником вдохновения для них служит европейская «Лунная деревня», проект обитаемой базы, предложенный в 2016 году (его главная особенность — использование технологий 3D-печати из лунного реголита для строительства корпусов станции) и российские планы по строительству лунной базы.

Российский проект станции на поверхности Луны, «Лунный полигон», кочевал по докладам и отчетам не первое десятилетие. Для руководителей космических предприятий «поселение» роботов с энергетической инфраструктурой, роверами, посадочными и взлетными модулями — было последним этапом после череды посадочных и орбитальных зондов, луноходов и аппаратов для доставки грунта на Землю.

Сроки запуска аппаратов двигались, состав станции менялся, в некоторых вариантах проекта предполагалось, что там будут добывать из лунного реголита редкоземельные металлы и гелий-3 для доставки на Землю и кремний для производства солнечных батарей на месте.

Но основа «Лунного полигона» не менялась. Предполагалось, что он будет состоять из:

• нескольких автоматических аппаратов (исследовательских и служебных), в частности, роботизированных мобильных модулей для стройки и ремонта,

• стационарных модулей связи и энергетики,

• мобильной лаборатории,

• челночных ракет для доставки грузов с поверхности на орбиту и обратно.

Связь должны были обеспечить спутники-ретрансляторы.

В планах был и радиотелескоп площадью в несколько десятков квадратных километров. Похожий проект, кстати, есть и у NASA: его специалисты предлагают найти большой ровный кратер и застелить его поверхность тросами с приемниками.

Территорию полигона условно разбили на функциональные зоны: научную, служебно-энергетическую, технологическую и взлетно-посадочную. В центре полигона должна расположиться большая энергетическая установка — круг из солнечных панелей, установленных под углом примерно 45 градусов к поверхности.

Лунный генплан

В середине июня 2021 года Роскосмос и Китайское космическое агентство опубликовали дорожную карту создания будущей станции. На схемах и планах можно увидеть уже хорошо знакомую еще по российским документам последовательность лунных зондов, которая завершается созданием лунной базы.

Программа создания станции разбита на три этапа: разведка местности, строительство станции и ее практическое использование.

Первый этап пройдет с 2021 по 2025 год, поэтому в него включили только запланированные ранее миссии, которые либо уже находятся на Луне, либо проходят финальные этапы создания:

• луноход и посадочная платформа «Чанъэ-4», высадившиеся на Луну в первые дни 2019 года,

• миссия по доставке грунта на Землю «Чанъэ-6», которая почти идентична «Чанъэ-5», успешно выполнившей свои задачи в конце 2020 года

• «Чанъэ-7» с орбитальным модулем, посадочным аппаратом, луноходом и летающим аппаратом. Что это за аппарат — пока неизвестно, но в совместном ролике на одном из поздних этапов показан «прыгающий» аппарат с реактивными двигателями, который, судя по названию, будет перелетать с одной точки на другую.

Российские миссии, вошедшие в первый этап — посадочные «Луна-25» (подробнее об этой миссии читайте в материале «От Луны до Луны») и «Луна-27», а также орбитальный аппарат «Луна-26». На этом этапе Китай и Россия выберут место строительства станции и отточат технологии точной посадки в заданную точку.

Второй этап пройдет с 2026 по 2031 год и разбит на две стадии.

В первую стадию вошли две миссии (если к проекту не присоединятся новые партнеры со своими планами), обе уже разрабатываются:

• первая российская миссия по доставке лунного грунта с 1976 года — «Луна-28»,

• китайский аппарат «Чанъэ-8», который станет прототипом командно-управляющего модуля ILRS. Ранее в китайских СМИ появлялась информация о том, что эта миссия будет проверять возможность использования лунных ресурсов.

Поскольку к моменту отправки этих миссий место строительства базы уже должно быть утверждено, а в плане указано, что страны будут оттачивать точную посадку и начнут совместную деятельность, видимо, «Луна-28» и «Чанъэ-8» будут сажать вплотную друг к другу.

И наконец с 2031 по 2035 год начнется самое интересное, вторая стадия — по сути, основная фаза строительства лунной базы.

В документе перечислено пять миссий: ILRS-1, ILRS-2 и так далее, но отмечается, что их может быть и больше. Сначала на базу с помощью тяжелой ракеты (китайской сверхтяжелой «Чанчжэн-9» или российской «Ангара-5В») доставят энергетические модули — ядерные и солнечные. Тогда же на станцию привезут командный модуль и телекоммуникационное оборудование. Пока неизвестно, как именно оно будет выглядеть, но в концептуальном ролике о ILRS есть специализированная вышка связи.

В рамках этих миссий на базу полетят научно-исследовательские аппараты. Среди них авторы документа упоминают:

• аппарат для сбора образцов грунта,

• ровер для 3D-печати структур из реголита

• робозмею (!), которая будет исследовать лунные лавовые трубки.

Третья миссия отправит на базу один или несколько модулей для добычи и переработки лунных ресурсов. Целью ILRS-4 будет проверка технологий для следующих миссий, в том числе проведение биологических экспериментов, распределенный сбор образцов грунта и их доставка на Землю. В последней из уже анонсированных миссий на базе установят телескопы для астрономических наблюдений и съемки Земли.

На рендерах и ролике есть и другие «жители» базы, точное назначение которых пока неизвестно: рой ходячих роботов и роверы, передающие друг другу некие образцы. Также в материалах по базе фигурирует спутник-ретранслятор, но вполне вероятно, что для этого удастся задействовать уже имеющийся у Китая аппарат, который запустили в 2018 году, чтоб обеспечить связью китайский луноход на обратной стороне Луны.

С 2036 года начнется третий этап — на базу впервые отправятся люди. Это заметно отличает китайский подход от американского — США планирует начать пилотируемые миссии уже в 2024 году, хотя реалистичность этих планов вызывает вопросы даже у главы NASA.

Станция изначально разрабатывалась как открытая к участию других стран программа. Сооснователи заявляют, что готовы сотрудничать с любыми странами, международными организациями и даже частными компаниями, которые согласны разрабатывать и реализовывать миссии в соответствии с общей концепцией IRLS. При этом они отмечают, что новые участники не будут находиться на «вторых ролях», а смогут возглавить любую часть программы наравне с Китаем и Россией.

Роскосмос и Китайское космическое агентство уже официально пригласили в проект ESA, которая давно сотрудничает с Китаем и, например, совместно тренируют космонавтов для полета на китайскую орбитальную станцию.

А вот американцы — как NASA, так и частники — в проекте скорее всего участвовать не будут из-за запрета на любое сотрудничество с китайскими космическими организациями.

Занимайте места

Нигде в документах пока не говорится, в каком именно лунном регионе предполагается разместить будущую базу. И, похоже, найти подходящее место будет непросто.

Выбор района посадки даже для «Луны-25» был «долгим и мучительным», а за места, подходящие для размещения лунной базы, будет идти острое соперничество, предупреждал академик Лев Зеленый из Института космических исследований РАН, выступая на круглом столе в Совете Федерации в конце 2020 года.

Дело в том, что место для «лунной деревни» должно отвечать сразу нескольким критериям.

1. Во-первых, там должен быть водяной лед — для выработки кислорода и водорода для использования в качестве топлива, а впоследствии — для систем жизнеобеспечения. Кроме того, исследование лунного льда сегодня — одна из самых интересных научных задач (читайте об этом в материале «За водой на Луну»).

2. Во-вторых, в зоне посадки должен быть достаточный уровень освещенности, чтобы можно было использовать для энергоснабжения солнечные батареи. Поскольку лед на Луне находится на полюсах, солнечные батареи придется ставить вертикально и искать освещенные места по соседству с зонами вечной тени.

3. В-третьих, база должна быть размещена в зоне прямой видимости Земли, чтобы можно было поддерживать радиосвязи без необходимости в спутника-ретрансляторе, подобном китайскому «Цюэцяо».

4. Наконец, сама поверхность должна быть достаточно ровной, без валунов и уклона, чтобы не повторить неудачу «Луны-23», которая удачно затормозила при посадке, но завалилась на бок из-за наклона рельефа.

Зеленый отметил, что таких мест мало, и их необходимо «застолбить» за собой, посадив туда автоматический аппарат. Он также сказал, что необходимо прорабатывать законы о праве собственности на лунные территории и правах стран, посадивших космический аппарат.

Тему «национализации» частей Луны обсуждают уже довольно давно, но эти разговоры прежде всегда оставались абстрактными рассуждениями. Но в 2020 американцы дали уже серьезный повод перейти от рассуждений к переговорному процессу : осенью NASA подписало с агентствами-коллегами «Соглашения Артемиды», которые, по мнению многих, переинтерпретируют «Договор о космосе» 1967 года, главный космический договор на текущий момент, в пользу США и делают их «лунным привратником» (подробнее об этой позиции можно узнать в статье канадских ученых в Science).

«Соглашения Артемиды» содержат несколько пунктов, два из которых спровоцировали дискуссию в космическом сообществе. Первый описывает базовые правила добычи ресурсов на Луне, а второй вводит понятие «зоны безопасности» — обтекаемо сформулированный термин, который можно интерпретировать как фактические зоны с национальным суверенитетом, на которых может вести деятельность страна, первой заявившая свои претензии на нее. Этот пункт явно противоречит духу «Договора о космосе», который гласит:

В пункте о зонах безопасности «Соглашений Артемиды» оговорено, что зоны должны лишаться такого статуса, когда деятельность в них прекращается, но это не мешает «застолбить» их за собой одним простым долговременным аппаратом, как предложил Зеленый.

Не слишком тесно?

Поиск подходящего места, разработка и строительство множества роверов, посадочных платформ и ракет-носителей для них сами по себе сложная задача, но есть технологическая проблема, критически важная для будущей «деревни» — и она пока не решена.

В разговоре с N + 1 директор Института космических исследований РАН Анатолий Петрукович пояснил, что российско-китайские планы предусматривают создание базы со множеством луноходов, кабелей, антенн и сооружений. Чтобы они могли взаимодействовать друг с другом, необходимо, чтобы все компоненты базы оказались на дистанции в нескольких десятков метров друг от друга, не больше. Однако все существующие сегодня системы посадки не дают такой точности.

Скажем, посадочный эллипс «Луны-25» имеет размер 30 на 15 километров, область посадки марсохода «Персеверанс» была 7,7 на 6,6 километра, а перспективная система посадки «Луны-27» должна обеспечить точность в полтора-два километра. Более того, пока еще ни разу в истории космические аппараты не садились на другие небесные тела поблизости от уже севших ранее других аппаратов. Единственное исключение — посадка лунного модуля «Аполлон-12», который прилунился в 163 метрах от «Сервейера-3». Но «Аполлон» сажали астронавты, роботы для лунной базы же полетят самостоятельно.

Петрукович считает, что лунная база на первых порах, до решения проблемы посадки, будет совсем не похожа на «деревню роботов». Скорее это будет несколько аппаратов на орбите и на поверхности, разделенные большими расстояниями, но взаимодействующие друг с другом, координирующие свои усилия.

У Роскосмоса почти нет опыта координации работы двух полноценных миссий с другими странами, к примеру, луноходов. Планы по координации «Чанъэ-7» и «Луны-27» помогут выработать стандарты совместной работы и подготовиться к тесному соседству на Луне, считает собеседник N + 1.

Ближайшая задача, которую можно решить — это передача образцов грунта или какое-либо другое взаимодействие двух аппаратов через луноход. По сути, это та же схема, которую планируют и отчасти уже начали реализовывать американцы на Марсе: недавно туда сел марсоход «Персеверанс», который будет собирать образцы грунта для доставки на Землю, а через несколько лет их у него заберет другой марсоход, чтобы отвезти образцы к взлетному модулю(подробнее об этом проекте читайте в нашем материале «Марс: туда и обратно»). Такая схема расширяет допустимую погрешность посадки до нескольких километров и в целом упрощает требования к разработке миссии.

А пока Россия и Китай дочерчивают планы лунной деревни, перед инженерами Роскосмоса стоит задача попроще и вместе с тем поважнее — успешно посадить «Луну-25», которую, судя по всему, снова перенесут на год. У России со времен СССР не было ни одной посадки на другие космические тела. СССР справился с этой задачей полвека назад, но Индия и Израиль недавно доказали, что такая, казалось бы, простая посадка — огромное дело, которое под силу не любому космическому агентству.

Григорий Копиев при участии Ильи Ферапонтова