Космическая альтернативка. Если бы выбрали не Фобос-Грунт, а Луну-Глоб.

Мало тут космических альтернатив, решил восполнить пробел. Думаю, всем будет интересно. Кстати, в главе "На пути к запуску" с ее начала до слов "(задачи этих аппаратов понятны из названия)" — реальность. Это действительно происходило. А вот все остальное — научный вымысел.

Россия возобновляет исследования Солнечной системы

23 сентября 2001 г. в 18:11:57.485 ДМВ (14:11:57 UTC) с пусковой установки №6 площадки №31 космодрома Байконур осуществлен пуск ракеты-носителя «Молния-М» 8К78М с космической головной частью, включающей разгонный блок «Л» 11Д33 и российскую автоматическую межпланетную станцию «Луна-Глоб». Выведение на траекторию полета к Луне прошло штатно. На 121-й секунде была отделена первая ступень РН, на 168-й сброшен головной обтекатель. Еще 125 секунд спустя отделилась вторая ступень. На исходе 543-й секунды полета связка из РБ и АМС продолжила самостоятельный полет по низкой околоземной орбите с параметрами 197.4 км х 202.0 км (расчетные значения – 198 х 200 км). После прохождения 1 витка на 3193-й секунде была запущена ДУ РБ, после 97 секунд работы переведшая АМС на параболическую траекторию отлета от Земли к Луне. В каталоге Стратегического командования США «Луне-Глоб» было присвоено международное регистрационное обозначение 2001-042А, а блоку «Л», оставшемуся на орбите Земли – 2001-042В.

На пути к запуску

«Луна-Глоб» — первая за 25 лет отечественная АЛС (Автоматическая лунная станция). Последняя до недавнего времени миссия – «Луна-24» — была осуществлена 9-22 августа 1976 года и доставила на Землю 170 грамм лунного грунта с глубин 0-120 см. На 1977 год планировался запуск следующей станции – «Луна-25», основной целью которой была доставка на поверхность спутника Земли нового «Лунохода-3», обладавшего улучшенными характеристиками по сравнению со своими предшественниками 1970 и 1973 годов запуска. Но к тому времени «лунная гонка», как посчитали вышестоящие, была проиграна, и Луна оказалась ненужной. От запуска полностью готовой станции и лунохода отказались.

В это же время в НПОЛ появился проект новой серии АМС для исследования Луны «МЕ8». В его рамках предполагалось начать с начала 1980-х запуски тяжелых аппаратов, нацеленных на исследования спутника Земли с орбиты и на поверхности, а также станций для доставки килограммов грунта. Все это должно было заменить дорогостоящую пилотируемую программу Н1-ЛЗ, также закрытую к тому времени. Проект был весьма заманчив, но, как говорится, был разработан «не ко времени». В 1975-1977 годах все силы НПОЛ были брошены на проект доставки марсианского грунта, и в этих условиях из других направления «выжила» только программа поэтапного изучения Венеры большими посадочными аппаратами. Поэтому почти сразу же после своего появления проект АМС «МЕ8» была положена на полку (отметим, однако, что в декабре 1977 г. разработка уже наполовину готовой АМС 5М, имевшей целью доставку грунта с Марса, была закрыта из-за большого перерасхода средств и общей ненадежности системы).

Спустя год, уже во время «правления» В.М.Ковтуненко в НПОЛ началась проработка серии аппаратов «УМВЛ» (Унифицированные [аппараты для изучения] Марса, Венеры, Луны), в которых отводилось место и исследованиям Луны, как видно из названия. Научный лунный спутник «182Е» должен быть первым в новой серии. Запуск планировался на 1982 год. Но вскоре на первое место вышел проект «1Ф», предназначенный для детального исследования спутника Марса Фобоса, и «182Е» также был закрыт. Последняя в 1980-х попытка продолжить исследования Луны была предпринята в 1983 году, когда было выпущено дополнение к эскизному проекту лунного научного спутника (ЛСН) на базе «1Ф» с запуском в 1989 г., но и эта попытка была пресечена.

Снова к лунной теме обратились лишь после неудачного запуска тяжелой (6825 кг) АМС «Марс-96» 16 ноября 1996 г., предназначенной для комплексного исследования Марса. Уже в ноябре-декабре 1996 года было создано множество вариантов дальнейшего исследования Солнечной системы Россией – уже с применением более дешевых и легких РН «Молния-М». Предлагались как сугубо национальные проекты («Луна-Глоб», «Селена», «Марс-Астер», «Марс-Глоб», «Марсоход», «Фобос-Грунт», «Ломоносов»), так и совместные с США (АМС «К Марсу вместе», предложена еще в 1994 году на волне успешного сотрудничества РКА и НАСА в области создания МКС и предусматривавшая запуск в 1998 и 2001 годах на российских РН американских орбитальных аппаратов и российских посадочных, также «Огонь» — мониторинг Солнца и «Лед», изучение Плутона пролетным аппаратом). Но к началу 1997 года большинство из этих планов были отложены в долгий ящик, и наиболее реальными были признаны «Луна-Глоб», «Марсоход» и «Фобос-Грунт» (задачи этих аппаратов понятны из названий). Их проработка в рамках НИР велась до осени того же года, когда научным советом ИКИ РАН было рекомендовано осуществить миссию «Луна-Глоб» первой, а остальные проекты оставить «на потом». В бюджетном плане 1998 года «Луна-Глоб» уже шла как ОКР. Но к реализации предлагался весьма сложный вариант экспедиции: КА с новыми электрореактивными двигателями, десятью скоростными пенераторами и двумя тяжелыми, полярной станцией и орбитальным аппаратом! В результате 2 июня 1998 года все тот же научный совет по космосу решил существенно упросить миссию, вернув ей «традиционные» двигатели и исключив пенетраторы, но оставив ОА и полярную станцию. Теперь была сформулирована основная задача аппарата – поиск Н2О в районе южного полюса Луны. Определили и примерную дату запуска – начало весны 2001 года. В это время уже полным ходом шло эскизное проектирование, и в январе-феврале 1999 г. ЭП и дополнение и нему были успешно защищены. Начался этап изготовления самого КА. Эта фаза длилась с апреля 1999 года по декабрь 2000-го. Но уже в июле 1999 г. пуск был перенесен на начало осени. Это было связано с опасением не успеть провести все испытания в срок. В начале первого года нового тысячелетия полностью собранная АМС поступила на испытания, продолжавшиеся до августа 2001 года. 12 августа «Луна-Глоб» была привезена на космодром Байконур для проведения последних проверок и испытаний и собственно пуска. День спустя была названа дата пуска – 22 сентября (в качестве запасных фигурировали даты 23 и 25 сентября). 9 сентября все испытания были завершены и сотрудники наконец устроили себе трехдневный выходной после почти месячной непрерывной работы. 12 сентября аппарат начали обшивать ЭВТИ. 14 сентября АМС была состыкована с разгонным блоком «Л», начались совместные испытания космической головной части. 17-го КГЧ была установлена на уже собранную ракету-носитель (прибывшую на космодром вместе с РБ 1 августа), а 18 сентября произведена накатка головного обтекателя. 20-го РН была вывезена из МИКа и установлена на стартовый стол. 20 и 21 сентября работы производились в соответствии с трехдневным графиком, но вечером 21-го пуск был отложен на сутки из-за неблагоприятных погодных условий. Наконец, 23 сентября 2001 года был осуществлен запуск. Интересно, что проект «Луна-Глоб» профинансирован почти на 100%, в отличие от большинства научных (и не только) космических проектов России. Опубликованный бюджет проекта составляет 215 млн $, что примерно соответствует затратам НАСА на миссии, выбираемые и реализуемые на конкурсной основе в рамках программы «Discovery».

Конструкция и научная аппаратура КА

Конструктивно КА «Луна-Глоб» состоит из двух частей: орбитального аппарата и полярной станции. Общая масса космического аппарата – 985 кг. Станция разработана и изготовлена в НПОЛ, за комплект научной аппаратуры отвечает ИКИ РАН в сотрудничестве с ГЕОХИ РАН и ИРЭ РАН.
ОА создан на основе новой негерметичной платформы, которую планируется использовать в дальнейших полетов к планетам. Основу КА составляет восьмигранная панель. В нижней части к ней крепится двигательная установка станции, включающая четыре бака с однокомпонентным топливом (гидразин), двигатели коррекции и стабилизации, арматуру и систему наддува. В верхней части панели закреплена отделяемая полярная станция. По бокам станции расположены четыре панели солнечных батарей (по четным сторонам) и служебная и научная аппаратура (по нечетным сторонам). Задача ОА – картографирование полюсов Луны и поиск воды под ее поверхностью. Масса орбитального аппарата составляет 720 кг. Срок его службы оценивается в 1 земной год.
Список научных приборов ОА приведен в таблице:

Прибор Задача Организация
Стереокамера Получение изображений поверхности Луны в высоком разрешении ИКИ РАН
ИК-спектрометр Исследование температурного поля поверхности (1-16 мкм) ИКИ РАН
УФ-спектрометр Исследование состава экзосферы Луны (30-150 нм) ИКИ РАН
Гамма-Нейтронный спектрометр Определение элементного состава поверхности, поиск воды ИКИ РАН
Магнитометр Поиск и изучение магнитного поля Луны ИКИ РАН
Длинноволновой радар Поиск воды, измерение глубины залегания водного льда ИРЭ РАН
Пылевой датчик Измерение количества космической пыли в окололунной среде ГЕОХИ РАН

На орбитальном аппарате установлена полярная станция. Ее основная цель – поиск водяного льда in situ, то есть непосредственно на поверхности Луны. Станция сконструирована на основе пенетратора. Полярная станция представляет собой улучшенную версию АЛС, успешно совершившей две посадки на Луну в 1966-м. На ее основе были также разработаны посадочные аппараты для проектов М-71/73 и М-96. Станция состоит из трех частей: двух твердотопливных двигателей для торможения перед посадкой, крепящихся к внедряемой части (по сравнению с пенетратором из нее убраны все системы, теперь это просто «болванка» для обеспечения прочной посадки) и собственно полярной станции. Корпус станции имеет форму полусферы с четырьмя раскрывающимися лепестками для вертикализации. В «ядре» станции расположены служебные и научные системы, а также источник энергии РИТЭГ, а снаружи – направленные и ненаправленные антенны, осветительные приборы (станция совершает посадку в кратере Шумейкер, 88 ю.ш., 38 в.д.) и датчики некоторых приборов на лепестках. Масса ПС составляет 265 кг, без двигателей на поверхности Луны – 50 кг. Срок службы станции определен в один месяц из-за экстремальных условий работы внутри темного кратера на южном полюсе. Сеансы связи со станцией планируется проводить раз в день.

Список научных приборов станции приведен в таблице:

Прибор Задача Организация
ТВ-камера Получение панорамы района посадки. Обнаружение льда ИКИ РАН
Нейтронный детектор Определение содержания воды в породе от -0,5% ИКИ РАН
Гамма-спектрометр Определение содержания породообразующих элементов ИКИ РАН
Масс-спектрометр Определение содержания летучих в породе ИКИ РАН
Альфа-протонный спектрометр Определение содержания легких элементов в породе ИКИ РАН
Магнитометр Измерение величины локального магнитного поля ИКИ РАН
Термозонд Определение температуры грунта в месте посадки ГЕОХИ РАН
Акселерометр Измерение перегрузок при внедрении в грунт ИКИ РАН

Полет КА и начало выполнения научной программы
Сразу после успешного выведения на траекторию полета к Луне на аппарате были раскрыты все элементы конструкции станции – солнечные батареи, антенны, научные приборы. Была проведена стабилизирующая закрутка «Луны-Глоб». Через час после отделения станции от отработавшего РБ состоялся первый сеанс связи Земля – «Луна-Глоб» — Земля. В дальнейшем такие сеансы проводились через каждые 6 часов. В конце вторых суток полета (вечером 25 сентября) была проведена коррекция траектории КА, устранившая некоторые ошибки при выведении и направившая аппарат на «встречу» с Луной.

Подлетный сеанс начался за 5 часов до подлета, примерно в 1:30 ДМВ 28 сентября. На аппарате было все в норме. За три часа до подлета была проведена небольшая коррекция с помощью стабилизирующих двигателей, осуществленная с тем, чтобы вывести КА точно на траекторию сближения с Луной на высоте 500 км. После этого были впервые включены научные приборы станции. Было сделано несколько снимков Луны стереокамерой, измерено количество пыли. В 6:42 ДМВ включилась двигательная установка станции, переведшая после 18-ти минут работы станцию на круговую окололунную полярную орбиту высотой 500 км. Период обращения составил 4 часа. Так как аппарат «подошел» к Луне с юга, на первом же витке сбросить полярную станцию было невозможно. Было решено сделать это на втором витке. Это произошло в 12:05 ДМВ 28 сентября. После этого орбитальный аппарат стабилизировался и начал работать «на новом месте». Вечером 28 сентября были сделаны первые снимки Луны – района моря Дождей, в период 29-30-го начали проводить измерения и остальные приборы. Начало осуществления научной программы длительностью 11 месяцев запланировано на середину октября после проверок и калибровки всех систем станции и продолжится до сентября 2002 года, когда станция совершит управляемый спуск в один из южных кратеров Луны. На этом ее миссия закончится.

Полярная станция же, прилунившись, также начала исследования внутри кратера. После ее отделения от ОА была произведена закрутка, обеспечившая оптимальную траекторию для попадания в кратер Шумейкер. На высоте 2000 м над Луной были включены твердотопливные тормозные двигатели, работавшие до высоты 100 м. После этого они были сброшены. Далее станция находилась в свободном падении. Касание прошло в 12:12 ДМВ. Спустя несколько секунд после успешного внедрения в грунт «болванки», закрепленной в нижней части, с помощью пиропатронов раскрылись лепестки полярной станции. Затем были выдвинуты антенны и включены осветительные приборы. И хотя первый сеанс связи планировался через четыре часа, станция все равно начала съемку панорамы, которая была «сохранена» на запоминающих устройствах станции. Она была передана в первом сеансе связи. После этого, 29-30 сентября были продолжены первичные научные измерения. В отличие от ОА, который рассчитан на годовую работу, гарантийный срок станции – всего лишь месяц, поэтому каждый день ее работы будет максимально насыщен. Впрочем, разработчики надеются, что оба аппарата проработают значительно больше расчетных сроков.

30 сентября была опубликована первая отснятая панорама. Выяснилось, что станция стоит под наклоном 12.9о по направлению к центру кратера – посадка пришлась на его внутренний край, совсем рядом от вала. Еще бы немного севернее – и посадка обернулась бы катастрофой. Но все обошлось. Несмотря на краткий срок пребывания станции на Луне, панорама была отснята на всю длину – 360о. Она состоит как бы из двух частей – темной в части вала кратера (к сожалению, четких снимков его сделать не получилось и не получится – на столь близкое расстояние съемки камера не рассчитана и все снимки получаются смазанными) и светлой, четкой, показывающей сам кратер. В момент съемки он был освещен. Его поверхность ровная, камней мало. Валунов же или внутренних кратеров не замечено. Несомненно, кратер Шумейкер представляет собой интереснейшее место для исследований как с поверхности, так и с орбиты.

Будущее планетных исследований России

Было бы в корне неверно полагать, что программа исследования Солнечной системы России завершится на станции «Луна-Глоб». В конце 1998 года совет ИКИ РАН по космосу принял решение о формировании новой планетной программы на 2001-2010 годы. Цель программы – понять, как зарождалась Солнечная система, больше узнать о ранних стадиях ее существования. Для этого в ней выделены три направления: исследования Луны (1-й приоритет), малых тел (2-й приоритет) и Марса (3-й приоритет). Планы по состоянию на начало октября 2001 г. представлены в таблице.

Год Аппарат Состав КА Назначение Состояние проекта на 10.2001
2001 «Луна-Глоб» ОА+ПА Поиск воды на Луне Исследования Луны
2002
2003 «Фобос-Грунт» ОА/ПА+ВО Доставка грунта с Фобоса, исследования in situ Производство летного образца
2004 «Луна-Глоб 2» ОА+пенетр-аторы Исследование сейсмоусловий Луны Переход к производству
2005 «Марсоход» ПА Исследования грунта Марса Защищено дополнение к ЭП
2006
2007 «Астер» ОА Исследования астероида с орбиты Эскизное проектирование
2008 «Луна-Глоб 3» ОА+луноход Исследования грунта Луны НИР
2009
2010 «Астер 2» ОА+ПА Исследования астероида с орбиты и на поверхности НИР

Как видно, планы обширные. В условиях нынешней нестабильности в плане финансирования вполне возможны сдвиги некоторых пусков на несколько месяцев, а то и на годы. Но хочется верить, что все эти планы обретут реализацию, успешно выполнят свои задачи и станут весомым вкладом в копилку мировых знаний о Солнечной системе.

При написании статьи использовались материалы из журналов «Новости космонавтики», «Земля и вселенная», книги Э.М.Галимова «Замыслы и просчеты», а также с форума журнала «Новости космонавтики.