Эпоха изучения единственного естественного спутника Земли Луны космическими средствами началась 2 января 1959 года, когда в Советском Союзе был произведен запуск автоматической межпланетной станции (АМС) "Луна-1" – первого космического аппарата, отправленного в сторону Луны. Сблизившись с Луной 4 января, станция прошла от нее на расстоянии около 6000 километров и стала первым в мире искусственным спутником Солнца. С помощью научной аппаратуры "Луны-1" были получены данные о радиационной обстановке и газовой составляющей межпланетного вещества в окололунном пространстве.
Также с помощью станции было установлено отсутствие существенного магнитного поля вблизи Луны и радиационных поясов вокруг нее.
Следующая станция "Луна-2" стартовала 12 сентября 1959 года. Успешно выполнив программу научных исследований, она достигла лунной поверхности 14 сентября, врезавшись в нее со скоростью 3,3 километра в секунду. Впервые в истории был осуществлен космический полет с Земли на другое небесное тело. Исследования, проведенные "Луной-2" подтвердили данные о том, что Луна не имеет заметного магнитного поля, что вокруг нее нет радиационных поясов.
4 октября 1959 года была запущена АМС "Луна-3", которая сфотографировала невидимую с Земли сторону Луны. Снимки, сделанные на расстоянии 60-70 тысяч километров от лунной поверхности и переданные по радиоканалу на Землю, дали первые представления о большей части этой стороны Луны.
Изучение естественного спутника Земли впоследствии было продолжено с помощью советских автоматических станций серии "Зонд" и "Луна", а также американских – серии "Пионер" (Pioneer) и "Рейнджер" (Ranger). В результате проведенных научных исследований была получена ценная научная информация, в частности, она позволила советским ученым составить первую полную карту и первый глобус Луны.
Качественно новый этап в изучении природы Луны начался 3 февраля 1966 года, когда станция "Луна-9", запущенная 31 января, впервые в мире совершила мягкую посадку на поверхность Луны.
"Луна-9". Архивное фото
Станция передала на Землю первую в мире телепанораму лунной поверхности в районе посадки, а также произвела измерения интенсивности радиации, обусловленной воздействием космических лучей и излучением лунного грунта. По полученным снимкам были определены особенности микрорельефа поверхности Луны и, в частности, не обнаружено пыльного слоя значительной толщины. Продолжительность активного существования станции на поверхности Луны составила 75 часов.
Эти исследования были продолжены автоматической станцией "Луна-13", запущенной 21 декабря 1966 года. Она совершила мягкую посадку 24 декабря вблизи западной окраины Океана Бурь в 400 километрах от места прилунения станции "Луна-9". С помощью аппаратуры "Луны-13" были проведены исследования физико-механических свойств лунного грунта. Кроме того, измерялся тепловой поток и корпускулярное излучение вблизи лунной поверхности. Со станцией "Луна-13" за трое суток было проведено восемь фототелевизионных сеансов связи. Ею были переданы три панорамы лунной поверхности, на которых хорошо просматривалось большое количество деталей.
АМС "Луна 10", запущенная 31 марта 1966 года, 3 апреля вышла на орбиту вокруг Луны и стала ее первым искусственным спутником. На борту станции находился ряд научных приборов, которыми были выполнены исследования Луны и окололунного пространства. Впервые были получены данные об общем химическом составе естественного спутника Земли по характеру гамма-излучения ее поверхности. Анализ возмущений траектории станции позволил провести предварительное определение параметров гравитационного поля Луны. За время активного существования станция дважды пересекала "хвост" магнитосферы Земли, что было зафиксировано научными приборами. Связь со станцией поддерживалась до 30 мая. За 56 дней активного существования "Луна-10" совершила 460 оборотов вокруг Луны, было проведено 219 сеансов радиосвязи.
Исследования Луны с орбит искусственных спутников были продолжены советскими станциями "Луна-11,-12,-14 и -15". Они дали возможность получить детальные снимки больших площадей видимой и невидимой с Земли сторон Луны, уточнить ее конфигурацию, определить аномалии ее гравитационного поля, изучить метеоритную и радиационную обстановку в окрестностях Луны, а также получить общие сведения селенохимического характера.
США с 1966 года по 1968 год вывели на орбиту вокруг Луны пять станций "Лунар-Орбитер" (Lunar Orbiter) и станцию "Эксплорер" (Explorer). Для посадки на Луну проводились в то же время запуски семи аппаратов "Сервейер" (Surveyor).
Три последних аппарата этой серии ("Сервейер-5, -6 и -7") имели в составе научной аппаратуры прибор для определения содержания ряда химических элементов в веществе грунта поверхности Луны. Этим было положено начало измерению химического состава лунного грунта непосредственно на поверхности Луны.
Задача возвращения из космоса на Землю научных лабораторий была решена в ходе полетов советских автоматических станций "Зонд-5" (сентябрь 1968 года) и "Зонд-6" (ноябрь 1968 года). Эти аппараты, совершив облет Луны и успешно выполнив программу намеченных научных экспериментов, благополучно возвратились на Землю, совершив посадку в заданных районах земного шара.
Важную роль в изучении Луны сыграли пилотируемые полеты к Луне по американской программе "Аполлон", которым предшествовал целый ряд пилотируемых запусков на орбиты искусственных спутников Земли и Луны для отработки всех необходимых для выполнения этой задачи маневров.
Астронавты космического корабля Аполлон 11 на поверхности Луны
21 декабря 1968 года был запущен американский космический корабль "Аполлон-8" (Apollo 8) с тремя астронавтами на борту, который облетел 10 раз вокруг Луны и вернулся на Землю.
Экипаж космического корабля "Аполлон-10", стартовавшего в мае 1969 года и также совершившего облет Луны, во время полета отработал операции, связанные с обеспечением посадки на Луну и возвращением астронавтов на Землю.
20 июля 1969 года состоялась посадка на Луну пилотируемого модуля космического корабля "Аполлон-11" с двумя астронавтами США, запущенного 16 июля с мыса Кеннеди. В это время третий член экипажа оставался в орбитальном модуле. Нил Армстронг стал первым человеком, ступившим на Луну. Астронавты провели фотографирование лунной поверхности, сбор и доставку на Землю лунных образцов. 24 июля они вернулись на Землю.
Впоследствии было проведено еще пять пилотируемых полетов кораблей "Аполлон" на Луну, во время которых на ней побывали еще 10 человек. Астронавты доставили на Землю несколько сотен килограммов образцов и провели на Луне ряд исследований: измерения теплового потока, магнитного поля, уровня радиации, интенсивности и состава солнечного ветра (потока частиц, приходящих от Солнца).
Одновременно проводились исследования Луны советскими АМС "Луна". 24 сентября 1970 года была совершена первая автоматическая доставка на Землю лунного вещества станцией "Луна-16". Грунтозаборное устройство, впервые примененное на станции, осуществило бурение лунной поверхности на глубину 35 сантиметров, забор грунта и транспортировку образцов в контейнер возвращаемого аппарата.
10 ноября 1970 года была запущена АМС "Луна-17", доставившая 17 ноября на Луну самоходный аппарат "Луноход-1", который за 10,5 месяцев прошел расстояние в 10 540 метров и передал большое количество панорам, отдельных фотографий поверхности Луны и другую научную информацию. Установленный на нем французский отражатель позволил с помощью лазерного луча измерить расстояние до Луны с точностью до долей метра. Управлял передвижным аппаратом на Луне с помощью телевизионной картинки экипаж из Центра космической связи в Симферополе. В состав экипажа входили водитель, оператор остронаправленной антенны, штурман, бортинженер и командир.
Последний сеанс с луноходом состоялся 14 сентября 1971 года. Затем наступила лунная ночь, после которой 30 сентября аппарат не вышел на связь.
В феврале 1972 года АМС "Луна-20" доставила на Землю образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном гористом районе Луны. В январе 1973 года АМС "Луна-21" доставила на Луну "Луноход-2" для комплексного исследования переходной зоны между морским и материковым районами. За время работы с января по май 1973 года "Луноход-2" прошел расстояние 37 километров, передал 93 телефотометрических панорамы и около 89 тысяч снимков малокадрового телевидения. В ходе съемки были получены стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей рельефа, позволяющие провести детальное изучение их строения. Работа аппарата была прекращена из-за перегрева и выхода его из строя. В последний раз телеметрическая информация была принята с "Лунохода-2" 10 мая 1973 года.
В декабре 1972 года лунная программа США завершилась шестой высадкой на Луну совершенной "Аполлоном-17", а в августе 1976 года стартовала станция "Луна-24", ставшая последним космическим аппаратом, запущенным к Луне в СССР. Главным результатом полета "Луны-24" стала доставка на Землю образцов лунного грунта массой 170 грамм, при этом номинальное погружение буровой коронки в грунт соответствовало 225 сантиметрам (с наклоном), а фактическая длина колонки составила около 160 сантиметров.
Программы освоения Луны были свернуты почти одновременно в СССР и США в середине 1970-х годов. Летать на естественный спутник Земли оказалось очень дорого, кроме того, было непонятно, зачем это нужно.
С этого времени изучение естественного спутника Земли практически не велось. Лишь в 1990 году, свой искусственный спутник "Хитен" (Hiten) послала к Луне Япония. Затем дистанционное зондирование Луны с окололунной орбиты проводилось двумя американскими космическими аппаратами "Клементина" (Clementine, 1994) и "Лунар проспектор" (Lunar Prospector, 1998-1999), а также космическим аппаратом "Смарт-1" (SMART-1, Small Mission for Advanced Research in Technology, 2003-2006) Европейского космического агентства. Благодаря работе "Смарт-1" ученым "впервые удалось обнаружить присутствие кальция и магния" на Луне, а также "произвести картографические съемки лунной поверхности, включая ее темную сторону".
Луноход-2. Архивное фото
В начале XXI века в проведение лунных исследований с помощью искусственных лунных спутников включились Китай и Индия. В октябре 2007 года был запущен первый китайский лунный спутник "Чанъэ-1", который проработал на орбите Луны 16 месяцев и успешно прилунился в марте 2009 года. Собранные им данные позволили китайским ученым создать, в частности, первую тепловую карту Луны.
В октябре 2008 года был запущен первый индийский лунный зонд "Чандраян-1" (Chandrayaan 1). Космический аппарат проработал на орбите Луны 312 дней до 29 августа 2009 года, совершив 3,4 тысячи витков вокруг нее и передав на Землю тысячи фотографий поверхности и данные о химическом составе Луны. Он установил, что в северных полярных кратерах Луны на глубине залегают огромные глыбы льда. Только по результатам его миссии количество воды, захороненной в грунте северного полюса Луны, было оценено минимум в 600 миллионов тонн.
В конце июня 2009 года на американской ракете-носителе Atlas 5, оснащенной российскими двигателями третьей ступени, были выведены в космос космические аппараты LRO ("орбитальный зонд разведки Луны") и LCROSS ("зонд наблюдения и исследования лунных кратеров"), которые подтвердили, что в лунных полярных областях залегает лед.
1 октября 2010 года был запущен китайский спутник зондирования Луны "Чанъэ-2", одной из основных задач которого был сбор необходимых сведений для осуществления успешной посадки космических аппаратов на поверхность Луны. Завершив работу по передаче снимков высокого разрешения лунной поверхности, 13 декабря 2012 года "Чанъэ-2" пролетел мимо астероида Таутатис и сделал его снимки.
В сентябре 2013 года был запущен в космос американский аппарат LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), который 20 ноября вышел на низкую окололунную орбиту – от 12 до 60 километров над поверхностью спутника Земли, и начал выполнять основную научную программу по изучению разреженной атмосферы Луны. Он проработал 128 суток. 18 апреля 2014 года LADEE прекратил свое существование после соударения с поверхностью Луны.
В 2013 году Китай направил на Луну луноход "Юйту" ("Нефритовый заяц"). Он находился на борту посадочного модуля "Чанъэ-3", который сел на спутник Земли в кратере Залив радуги 14 декабря 2013 года. Луноход осуществлял исследование лунной поверхности в течение 31 месяца, превысив расчетный период работы на 19 месяцев. За это время луноход смог выполнить большое количество сложных миссий, в том числе впервые сделать снимки геологических слоев Луны. 3 августа 2016 года стало известно, что он прекратил свою работу.
В 2019 году Китай приступил к реализации очередной фазы своей лунной программы – первой в истории Земли посадке на обратную сторону Луны. Для этого в мае 2018 года был запущен уникальный спутник связи "Цюэцяо" ("Сорочий мост"), способный поддерживать связь между аппаратом "Чанъэ-4", первой миссией на обратной стороне Луны, и центром управления полетов в Пекине. В июне он успешно вышел в точку Лагранжа L2 над обратной стороной Луны и стал первым в мире спутником, функционирующим на этой гало-орбите. Стартовавший 7 декабря 2018 года аппарат "Чанъэ-4", состоящий из стационарной лунной станции и лунохода ("Нефритовый заяц-2"), 3 января 2019 года совершил посадку на дно кратера Карман, расположенного в приполярных южных широтах обратной стороны Луны. Посадочная платформа и луноход "Юйту-2" успешно проработали на неизведанной территории несколько месяцев и продолжают изучение Луны. "Юйту-2" обнаружил на обратной стороне Луны два типа пород лунной мантии, в чьем существовании ученые сомневались. Дальнейшие замеры и эксперименты, которые китайские ученые планируют провести при помощи лунохода, помогут проверить остальные теории, описывающие рождение Луны, и понять, какая из них наиболее близка к реальности.
Китайская лунная программа в будущем предусматривает доставку лунного грунта аппаратами "Чанъэ-5" и "Чанъэ-6". После этого планируется начать подготовку к пилотируемому полету на Луну со строительством лунной базы. Миссия "Чанъэ-7" предполагает общее исследование южного полюса Луны, в том числе комплексное зондирование лунного рельефа. "Чанъэ-8", кроме научных исследований, должен провести на лунной поверхности ключевые испытания ряда технологий. В апреле 2019 года глава Национального космического управления Китая (CNSA) Чжан Кэцзянь заявил, что КНР намерена построить исследовательскую станцию на южном полюсе Луны и осуществить лунную пилотируемую миссию в течение 10 лет.
Первая израильская автоматическая станция "Берешит", отправленная в космос в конце февраля 2019 года, достигла орбиты спутника Земли и в середине апреля потерпела аварию на заключительном этапе миссии из-за отказа двигателя во время прилунения. Благодаря полету "Берешит" Израиль стал седьмой страной в мире, достигшей лунной орбиты. Страна планирует построить новый космический аппарат "Берешит-2", который должен будет довести до конца начатое его предшественником.
Индия ведет подготовку к отправке к Луне автоматической экспедиции "Чандраян-2" с небольшим луноходом на борту, запуск которой уже неоднократно переносился. По последним данным, запуск "Чандраян-2" планируется на июль 2019 года. Также планируется в 2024 году к Луне отправить автоматическую экспедицию "Чандраян-3".
Руководство США долго не могло определиться с дальнейшей целью лунной программы. В 2003 году президент Джордж Буш-младший "возобновил" лунную программу. Тогда она включала полеты на Луну и создание постоянной базы на Луне с перспективой полета к Марсу. В 2011 году президент Барак Обама свернул ее. В декабре 2017 года президент США Дональд Трамп подписал распоряжение о фактическом возобновлении лунной программы.
В рамках новой лунной программы Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) разрабатывает идею создания международной окололунной станции, с которой человек будет летать на лунную поверхность и обратно на многоразовых аппаратах. В проекте президентского бюджета для НАСА на 2020 год говорилось, что США надеются вновь осуществить высадку людей на Луну к 2028 году, но в марте 2019 года президент Дональд Трамп распорядился отправить американских астронавтов на Луну "любыми средствами" в течение пяти лет. В результате в конце весны 2019 года НАСА и Белый Дом в очередной раз поменяло свои планы, разделив лунную программу США, получившую имя Artemis ("Артемида"), на две неравнозначных половины. В рамках первой из них Вашингтон намерен построить не всю лунную станцию, а отправить лишь один ее модуль на орбиту Луны, блок PPE (электродвигательный), и использовать ее в качестве своеобразного "перевалочного пункта" для пилотируемых экспедиций на поверхность спутницы Земли. Остальные модули лунной станции НАСА планирует создать и разработать уже после первой высадки астронавтов на поверхность Луны. В рамках второй половины программы Artemis орбитальная база будет значительно расширена и станет своеобразной испытательной платформой для подготовки к первому полету на Марс. В программе строительство станции планируется начать в 2022 году, а посадка американцев на поверхность Луны должна состояться в 2024 году.
США к участию в строительстве международной окололунной станции пригласили участников проекта Международной космической станции, включая Россию. В сентябре 2017 года представители Роскосмоса и НАСА подписали меморандум о сотрудничестве в создании окололунной станции, которая сначала называлась Deep Space Gateway, а в измененной программе ‑ Lunar Orbital Platform ‑ Gateway (LOP-G). В соответствии с меморандумом Россия должна была создать шлюзовой модуль лунной станции. Последующие переговоры между Москвой и Вашингтоном зашли в тупик, так как российскую сторону не устроила ее роль в этом проекте.
Ставший руководителем "Роскосмоса" в мае 2018 года Дмитрий Рогозин заявил, что Россия не может позволить себе участвовать в создании станции "в роли пристяжных" и ограничиться созданием одного модуля. Часть этих проблем была урегулирована в октябре 2018 года, однако США так и не отказались от намерения создавать окололунную станцию как "американский", а не "международный проект". А после заявления президента Дональда Трампа, что для США ключевой целью становится пилотируемая миссия на поверхность Луны в 2024 году, Рогозин сообщил о возникновении множества вопросов относительно параметров программы Gateway – по срокам, архитектуре и так далее. По его словам, когда США определятся с компоновкой программы Gateway, тогда будет почва для обсуждения. Рогозин также заявил, что Россия заинтересована в участии в международной лунной станции, но хотела бы, чтобы она строилась не на орбите, а на поверхности Луны.
© AP Photo / Evan Vucci
Президент США Дональд Трамп после подписания директивы по политике, направленной на возвращение американских астронавтов на Луну. Архивное фото
В феврале 2019 года к проекту LOP-G (лунной орбитальной станции) официально присоединилась Канада, которая собирается вложить в него более двух миллиардов долларов в последующие 24 года. В апреле 2019 года Греческая космическая организация (ELDO) подписала декларацию о сотрудничестве с НАСА, которая предусматривает взаимодействие по программе освоения Луны и создания международной лунной станции. Греция собирается отправить на поверхность спутника робот-луноход.
Ученые России, как и других стран, вновь возвратились к разработке и реализации проектов по исследованию и освоению Луны. Весной 2014 года была подготовлена концепция национальной программы освоения Луны до 2040 года и концепция долгосрочной программы освоения дальнего космоса до 2050 года, которой предусматривалось создание средств для полетов к Луне, окололунной орбитальной базы и базы на поверхности естественного спутника Земли. Реализацию программы планировалось начать с отправки на Луну аппарата – "Луны-25" в 2019 году (миссия отложена на 2021 год). Первый полет российских космонавтов на орбиту естественного спутника предполагался в 2028 году, а высадка – в 2030 году. В начале 2015 года по экономическим причинам лунные планы были отложены на период после 2025 года.
Сейчас в России заново формируется собственная лунная программа. Первое крупное совещание по этой теме Научно-технический совет Роскосмоса провел с Российской академией наук 28 ноября 2018 года.
О новых сроках по исследованию Луны сообщил Дмитрий Рогозин. По его словам, в 2021 году на спутник Земли планируется отправить посадочную станцию "Луна-25", которой предстоит сесть на южном полюсе Луны для поиска водяного льда. В 2024 году к Луне должен полететь орбитальный аппарат "Луна-26", который будет проводить картографирование и дистанционное изучение поверхности естественного спутника Земли. В 2025 году к ней будет отправлена посадочная станция "Луна-27", которая возьмет пробы грунта на южном полюсе Луны и изучит их. Впоследствии планируется создать дубликаты этих станций, чтобы определиться уже с местом для развертывания российской посещаемой лунной базы. Рогозин также сообщил, что пилотируемый полет к Луне с высадкой первого российского экипажа планируется на 2030 год. По его словам, на 2029 год намечен облет спутника Земли, а после 2030 года – развертывание на Луне модулей для жизни и работы космонавтов.
Россия планирует между 2036 и 2040 годами развернуть на Луне полномасштабную базу, которая должна включать модули с системами жизнеобеспечения и радиационной защитой для проживания космонавтов, центры космического мониторинга Земли, средства энергообеспечения и связи, космические стенды для экспериментов по переработке и использованию лунного вещества и природных ресурсов, стенды для отработки и испытаний новых космических средств и технологий. Вокруг базы должна располагаться лунная астрономическая обсерватория.
Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников