Как Китай изучает Луну?

КРАТКИЙ ОТВЕТ: Китайская космонавтика опирается на знания о Луне, полученные в ходе программы Apollo и советской лунной программы, успешно исследует Луну беспилотными средствами, накапливая опыт для будущего пилотируемого полета, и активно делится достигнутыми научными результатами.

Летом 2016 года нам пришлось попрощаться с еще одним исследователем космоса — луноходом Yutu. О нем известно совсем немного, отчасти потому, что пиарщикам Китайского космического агентства еще надо учиться работать, отчасти потому, что у аппарата начались технические проблемы через месяц работы, а про неудачные космические программы никому не нравится рассказывать.

Луноход Yutu («Нефритовый заяц») массой 120 кг опустился на поверхность естественного спутника Земли в декабре 2013 года при помощи спускаемой платформы Chang'e 3 массой 1,2 т. Техническая реализация программы сильно напоминала полеты советских межпланетных станций «Луна-17» и «Луна-21» с луноходами на борту.

Грузовая аппарель успешно выгрузила Yutu на поверхность, и он сделал неторопливый и эффектный вираж, чтобы показать всему миру красный флаг на Луне. В этот момент главная пропагандистская задача миссии была выполнена, и информационное освещение программы резко сократилось даже еще до начала технических проблем.

Когда луноход удалился на несколько десятков метров от точки старта, информация о нем практически перестала попадать в прессу. Как стало ясно по скупым официальным комментариям, у лунохода возникли проблемы с системой передвижения и системой терморегулирования: на ночь не закрылась крышка солнечных батарей. Тем не менее сеансы связи с Yutu продолжались еще более двух лет и прекратились только в июне 2016 года.

В оснащение Yutu входило четыре научных прибора: цветная стереокамера, инфракрасная камера, рентгеновский спектрометр альфа-частиц на манипуляторе и георадар. Все исследования были направлены на геологию: изучение грунта, сравнение полученных данных с результатами предыдущих исследований, в том числе — американских Apollo и советских «Лун».

На посадочной платформе Chang'e 3 располагалась цветная мачтовая камера и ультрафиолетовый телескоп для наблюдения экзосферы Земли, звезд и галактик.

Данные спектрометра Yutu показали отличие в химическом составе лунных базальтов от американских и советских образцов в содержании оксида титана и оксида железа.

Георадар позволил заглянуть на глубину почти в полкилометра и показал, что реголит залегает до глубины 3–5 м. Дальше идут коренные плотные породы. Глубже обнаружилось еще несколько слоев породы, вероятно от древних периодов вулканизма, когда регион полностью затапливался лавовыми морями. Между этими слоями есть прослойки реголита, который формировался во время длительного вулканического спокойствия, когда поверхность бомбардировалась метеоритами.

В задачи лунного телескопа на станции Chang'e 3 входило наблюдение земной плазмосферы и ее взаимодействие с солнечным ветром, а также астрономические наблюдения далеких объектов. Плазмосфера — это окружающая Землю среда, наполненная заряженными солнечным излучением атомами и молекулами газов верхних слоев земной атмосферы. Плазмосфера простирается на расстояние до трех радиусов Земли и ограничивается магнитными линиями земного магнитного поля. Наблюдение плазмосферы Земли возможно только со стороны. Ультрафиолетовый телескоп возили на Apollo 16, а китайский стал первым роботизированным и проработал гораздо дольше. Кроме Земли, телескоп наблюдал и астрономические объекты.

В начале 2019 года программа Chang'e 4 упрочила успех предыдущей посадки на Луну. Китай сумел первым произвести посадку на обратную сторону естественного спутника Земли. В этом помог аппарат-ретранслятор Queqiao («Цюэцяо»), выведенный за полгода до посадки Chang'e 4 на гало-орбиту в точку Лагранжа 2 системы Земля — Луна. Queqiao выписывает «восьмерки» на расстоянии 65 000–80 000 км, всегда находясь позади Луны с точки зрения наземных станций. Вместе с Queqiao с Земли попутно стартовали два студенческих микроспутника Longjiang («Лунцзян»), и один из них успешно вышел на окололунную орбиту.

Цель для Chang'e 4 с луноходом выбрана не простая — геологическая структура Бассейн Южный полюс — Эйткен, который считается древним метеоритным кратером диаметром почти 2500 км — самым большим на Луне и одним из самых больших в Солнечной системе. Площадка выбрана на дне меньшего кратера Фон Карман диаметром 196 км. Посадка туда позволила изучить глубокие мантийные породы Луны.

Научные приборы разместили как на спускаемом аппарате, так и на луноходе. Спускаемый аппарат Chang'e 4 оборудован тремя 5-метровыми антеннами для регистрации космических радиоволн сверхдлинного диапазона. Этот эксперимент позволяет исследовать окололунное пространство, его взаимодействие с солнечным ветром и заглянуть во Вселенную через новое «окно» электромагнитного спектра — его практически невозможно использовать для наблюдений с Земли из-за высоких техногенных шумов. Луна выступит в виде экрана и позволит китайским ученым оценить потенциал таких наблюдений. Похожий голландский прибор летает на борту Queqiao, потом ученые смогут сравнить результаты, полученные двумя аппаратами.

На спускаемом аппарате Chang'e 4 провели небольшой биологический эксперимент: попытались прорастить семена картофеля, хлопка и травянистого растения арабидопсис, а также вывести шелкопряда из яиц. Взошел только хлопок.

Для изучения естественного спутника Земли на борту лунохода установлен спектрометр ближнего инфракрасного диапазона, а также георадар — для зондирования радиоволнами недр на глубину до нескольких сот метров. Оба посадочных космических аппарата оснастили и фотокамерами, которые запечатлели невидимую с Земли обратную сторону Луны.

Между первой и второй посадкой на поверхность Луны китайская космонавтика произвела еще один испытательный полет автоматической станции Chang'e 5-T1 в 2014 году. Данный запуск — испытание технологии возврата на Землю спускаемого аппарата с полезным грузом с окололунной орбиты. Эта облетная операция не предполагает посадку на Луну и похожа на советские рейсы серии «Зонд».

На космической платформе разместили спускаемую капсулу, которая выдержала столкновение с земной атмосферой на второй космической скорости и мягко приземлилась в Китае.

Этот эксперимент стал частью более сложной программы доставки грунта с поверхности Луны, которую должен проделать в 2020 году космический аппарат Chang'e 5.

Стоит обратить внимание, что форма спускаемого аппарата практически идентична форме спускаемой капсулы космических кораблей «Зонд», «Союз» и Shenzhou. Так, Chang'e 5-T1 стал не только шагом в программе доставки грунта с Луны, но и испытал уменьшенную копию китайского пилотируемого корабля. Этот факт позволяет воспринимать полет как первые испытания китайской технологии лунных пилотируемых полетов.