Луна после Apollo: кто летает и как изучает?

Краткий ответ: Исследования Луны продолжаются сегодня усилиями разных стран, но пока только беспилотными средствами: орбитальными космическими аппаратами, спускаемыми аппаратами и луноходами.

У Земли и Луны весьма непростые взаимоотношения. После активного и тесного общения в 60-е и 70-е, после высадок астронавтов и поездок луноходов, после доставки и изучения грунта мировая космонавтика практически забыла о спутнике Земли, сконцентрировав деятельность на других направлениях. Это даже стало причиной появления мифа, повествующего о запрете изучения Луны кем-то или чем-то. Однако исследования продолжаются, причем довольно активные, только этим занимаются роботы: спутники, спускаемые аппараты и луноходы.

После вакуума 1980-х космонавтика стала возвращаться к Луне. Первыми это сделали японцы, снарядившие станцию Hiten («Хитэн») в 1991 году. Аппарат предназначался только для освоения технологии перелетов, гравитационных маневров, аэродинамического торможения в атмосфере Земли, т.е. японские инженеры учились летать между Землей и Луной.

В 1994 году к Луне отправился американский исследовательский аппарат Clementine. Его тоже использовали для испытания техники и изучения влияния дальнего космоса на электронику, но к этому добавили еще и несколько приборов: ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры, камеру высокого разрешения с шестью цветными фильтрами и лазерный высотомер для создания трехмерной карты лунной местности. Благодаря Clementine удалось создать приложение Google Moon, которое потом дополнили снимками с пилотируемых Apollo и японской автоматической станции Kaguya.

Снимки камеры высокого разрешения Clementine получились с не особо высоким разрешением — до 20 м. Зонд летал на высоте около 400 км — с такого расстояния много не рассмотришь. Зато благодаря Clementine ученые получили первые косвенные данные о наличии на полюсах Луны воды.

Следом, в 1998 году, полетел американский аппарат Lunar Prospector («Лунный геолог»). Он был довольно прост и вообще без фотокамер, но смог провести первое геологическое картографирование Луны. При помощи нейтронного датчика удалось определить, что на полюсах Луны содержание воды в грунте может достигать 10%. Применение гамма-спектрометра на Lunar Prospector позволило определить распределение по поверхности кремния, железа, титана, алюминия, фосфора и калия. Проведены более точные измерения гравитационного поля, выявлены новые неоднородности плотности коры Луны с более высокой силой притяжения — масконы.

В 2000-е годы к «лунному клубу» стали присоединяться новые участники. В 2003 году Европейское космическое агентство запустило экспериментальный аппарат SMART-1. Задачи полета тоже были по большей части технологические: Европа училась использовать плазменный двигатель для перелетов в дальнем космосе. Кроме этого, были задействованы бортовые камеры для съемки в видимом и инфракрасном диапазонах. А также SMART-1 опробовал лазерную связь с Землей, еще когда летел к Луне. Правда, передавать данные по лучу тогда не предполагали, только попытались пострелять в однометровый телескоп обсерватории на острове Тенерифе. Цель состояла в изучении влияния земной атмосферы на лазерный луч. Попытка оказалась удачной: в телескоп попали; но развивать технологию оптической связи не стали — радио оказалось надежнее.

В 2007 году к Луне отправилась японская Kaguya. Научившись летать к естественному спутнику Земли, японцы решили усердно заняться его изучением. Масса аппарата достигала почти 3 т — проект назвали самой масштабной лунной программой после Apollo. На борту были установлены два инфракрасных, рентгеновский и гамма-спектрометры для геологических исследований. Заглянуть глубже в недра должен был прибор Lunar Radar Sounder.

Kaguya сопровождалась двумя малыми спутниками-ретрансляторами Okina и Ouna, каждый массой по 53 кг. С их помощью удалось исследовать неоднородности гравитационного поля на обратной стороне и составить более подробную карту масконов. Kaguya сначала летала на высоте 100 км, потом снизилась до 50 км, наснимала шикарные кадры лунных пейзажей и запечатлела прекрасный восход Земли.

За два года работы Kaguya получила богатый набор данных со своих приборов, желающие могут посмотреть видео с лунной орбиты. Открыт для всех и архив научной информации, в том числе с фотоснимками высокого разрешения.

Вслед за Kaguya к Луне отправились новички: индийцы и китайцы. Между ними сейчас разворачивается целая «лунная гонка» в беспилотном режиме.

В 2008 году к Луне стартовала первая в дальнем космосе автоматическая межпланетная станция Индии — Chandrayaan-1. Аппарат нес несколько индийских и несколько иностранных приборов, среди которых были инфракрасные и рентгеновские спектрометры.

Интересное исследование удалось провести на борту Chandrayaan-1 американским прибором — небольшим радаром с синтезированной апертурной решеткой, Mini-RF. Ученые захотели выяснить запасы льда на лунных полюсах. После нескольких месяцев работы полюса были как следует осмотрены, и первые отчеты получились весьма оптимистичными: на дне некоторых приполярных кратеров нашлись признаки богатых залежей водяного льда. Радар Mini-RF определял рассеяние радиоволн на различных элементах рельефа. Повышенный коэффициент рассеяния мог возникать на раздробленных элементах породы, или, как писалось в отчетах, шероховатостях («roughness»). Похожий эффект могли вызывать и залежи льда.

Анализ приполярных областей показал два типа кратеров, которые демонстрировали высокую степень рассеяния. Первый тип — молодые кратеры, они рассеивали радиолуч не только на дне, но и вокруг себя, т.е. на породе, которая была выброшена при падении астероида. Другой тип кратера — «аномальный», где сигналы рассеивались только на дне. Причем отмечалось, что большинство таких «аномальных кратеров» находится в глубокой тени, куда никогда не попадают лучи Солнца. На дне одного из таких кратеров зарегистрировали температуру, вероятно самую низкую на Луне, 25 кельвинов. Ученые NASA пришли к выводу, что радар видит на склонах «аномальных кратеров» отложения льда.

Оценки ледяных залежей, по данным радара Chandrayaan-1, примерно подтвердили оценки нейтронного детектора Lunar Prospector — 600 млн т воды.

Правда, позже китайские ученые провели свое независимое исследование на основе данных Chandrayaan-1 и LRO и пришли к выводу, что «нормальные» и «аномальные» кратеры на Луне ничем не различаются по коэффициенту рассеяния ни у полюсов, ни у экватора, где льда не ожидается. Они же напомнили, что исследование Луны с Земли при помощи радиотелескопа Аресибо не обнаружило никаких залежей льда. Так что лунные запасы воды по-прежнему хранят тайну и еще ждут своего первооткрывателя.

Chandrayaan-1 нес еще один интересный прибор — Moon Mineralogy Mapper — инфракрасный гиперспектрометр для геологического картографирования Луны с высоким разрешением. Он тоже дал противоречивые результаты. Во-первых, в очередной раз подтвердил повышенное содержание воды или водородсодержащих минералов в приполярных регионах. Во-вторых, нашел признаки водорода в тех местах, где Lunar Prospector не показывал никаких признаков повышенного содержания водорода. Проблема с Moon Mineralogy Mapper в том, что он анализировал буквально верхние миллиметры грунта, и тот водород, который он нашел, может быть результатом воздействия солнечного ветра на лунный реголит, а не показателем богатых залежей льда в недрах Луны.

К сожалению, работа Chandrayaan-1 прервалась раньше запланированного из-за технической неисправности на аппарате — он не проработал и года. Сейчас Индия запустила Chandrayaan-2 — новый космический аппарат с радаром, инфракрасным спектрометром и самым большим телескопом на окололунной орбите. Его диаметр 30 см, что в полтора раза превосходит камеру американского LRO, а качество съемки с высоты 100 км сравнимо с теми кадрами, что LRO снимал с высоты 25 км.

Дальше всех из «новичков» в изучении Луны продвинулся Китай. На его счету два окололунных аппарата, два спускаемых аппарата, два лунохода и один технологический облет Луны с возвращением капсулы. Теперь китайцы готовятся к доставке лунного грунта, а в перспективе и к пилотируемому полету.