Российские ученые планируют уникальную экспедицию на Луну – «МК», Наталья Веденеева

Российские ученых из пяти институтов планируют достичь Луны уже через два года и создать трехмерную модель ее поверхности с беспрецедентным разрешением. Обозреватель «МК» изучил особенности технологий, которыми располагает каждая из групп, чтобы оценить, насколько значительный прогресс сможет совершить российская наука благодаря этой миссии.

Интересно, что еще 1 апреля этого года один из научных центров опубликовал в своем телеграм-канале шуточную новость об отправке небольших спутников на Луну. Однако, как оказалось (возможно, из-за стечения обстоятельств), эта шутка превратилась в реальный проект. Примерно в то же время Михаил Овчинников, заведующий отделом Института прикладной математики им. Келдыша, всерьез приступил к его реализации рассказал в интервью «Московскому комсомольцу» о том, как с помощью сложных баллистических расчетов можно отправлять небольшие спутники к Луне по вытянутой траектории, при этом существенно экономя ресурсы. Спутники преодолеют расстояние не за три дня, а за несколько месяцев, что, впрочем, не является проблемой для ученых, которые и без того нередко ждут реализации значимых проектов на протяжении десятилетий!

Благодаря содействию «МК» ученые смогли наладить взаимодействие и провели оценку своих ресурсов. Стало очевидно, что объединив усилия, они способны представить миру пять (!) российских технологий, предназначенных для освоения дальнего космоса, и это произойдет всего через два года!

Баллистика: Семь верст и крюк

Институт прикладной математики РАН предложил использовать более протяженные траектории для отправки космических аппаратов. В рассматриваемой концепции речь идет о малых космических аппаратах, масса которых составляет 100-160 килограммов, включая массу топлива. Для доставки таких аппаратов к Луне потребуется значительно меньше ресурсов, несмотря на то, что время полета до цели может составить полгода.

Какие факторы позволяют сократить расходы? Прежде всего, для вывода малого спутника на орбиту не требуется отдельная ракета; его можно запустить одновременно с более крупным аппаратом. Затем в работу включится легкий электрореактивный двигатель (ЭРД), который доставит космический аппарат до целевой планеты по расчетной траектории. Россия занимает лидирующие позиции в мире по производству плазменных ЭРД, поскольку их разработка ведется у нас с 1960-х годов. Движущей силой этих двигателей является плазма, разогретая до скоростей, достигающих десятков километров в секунду. В Центре им. Келдыша имеется широкий ассортимент таких двигателей.

По словам Михаила Овчинникова, о чем ранее сообщал «МК», математические расчеты показывают, что для достижения Луны на маневренном малом аппарате требуется запуск с Земли в сторону… Солнца. Предполагается, что наше светило в конкретный момент времени будет действовать как дополнительный ускоритель, используя свою гравитацию для «подталкивания» аппарата на лунную орбиту. Это потребует сложной, обходной траектории, визуально напоминающей скрипичный ключ, однако аппарат гарантированно достигнет пункта назначения через полгода после старта.

По мнению специалистов в области баллистики, данная методика обеспечит возможность достижения Луны или Марса небольшим аппаратам, оснащенным электрореактивными двигателями.

Астрономия: кто «поведет» аппараты с Земли

Чтобы отслеживать аппараты, отправленные с Земли, на удалении до 1,5 миллиона километров – расстояние, которое они преодолеют на первом этапе полета – специалистам необходимо знать их местоположение в пространстве с погрешностью до километра и контролировать скорость с точностью до 1 миллиметра в секунду. Представить себе это непросто! Тем не менее, подобные технологии уже разработаны и успешно применяются нашими учеными. Центр астрономических исследований располагает всеми необходимыми оптико-электронными средствами для наблюдения за небесными объектами на таких больших расстояниях. Телескопические площадки, с которых, как предполагается, будут осуществляться наблюдения за межпланетными малыми спутниками, расположены в районе Кисловодска и Благовещенска. По словам руководителя центра Владимира Агапова, Благовещенск обладает одним из лучших в стране условий для проведения наблюдений благодаря климату, который обеспечивает ясное ночное небо в течение 300 дней в году.

Благодаря звездной картине, астрономы способны установить координаты объекта на низкой орбите с точностью до 0,1 угловой секунды. На удалении в 1,5 миллиона километров эта точность соответствует 1 километру. Главная задача – обнаружить аппарат, что является весьма сложной задачей. Однако, по словам Агапова, они готовы принять этот вызов и выполнить ее.

Есть ли следы на Луне?

Самый захватывающий аспект этого проекта – съемка поверхности Луны. Российские разработчики создали космические камеры, способные получать снимки с разрешением 25-30 сантиметров как с высоты 60 километров, так и с лунной орбиты, расположенной на высоте 120 километров. Кроме того, существуют разработки фотограмметрических моделей поверхности планет – это трехмерные модели, которые формируются на основе миллионов кадров и учитывают форму, размеры и пространственное расположение объектов.

– Алексей Семенов, руководитель компании, разрабатывающей спутники, отметил, что многие не знают, что существующие 3D-модели небесных тел были созданы с использованием их программного обеспечения. По его словам, сейчас создание наиболее качественной версии карты Луны представляется вполне осуществимым.

Виталий Кохановский, один из специалистов, занимающихся разработкой технологии фотограмметрии, демонстрирует впечатляющие результаты этой методики, например, трехмерное воссоздание кометы Чурюмова-Герасименко.

По словам исследователя, высокое разрешение изображений позволило впервые выявить подповерхностные пустоты в этой комете, достигающие глубины от 20 до 47 метров и содержащие признаки водяного льда. Эти полости представляют интерес для возможной будущей миссии, которая могла бы обеспечить непосредственный доступ к подповерхностным структурам. Кроме того, анализ снимков, трехмерной модели и тепловой модели позволил установить зависимость между возникновением плазменной струи, выбрасываемой из недр кометы, и воздействием солнечного света на дно одной из этих ледяных полостей.

Уже существует трехмерная модель поверхности Луны с разрешением в полметра. По словам наших ученых, после вывода на лунную орбиту спутника с баллистическими камерами, станет возможным создание более детальной модели с разрешением в 25-30 сантиметров. Для последующей обработки и объединения полученных данных в подробный глобус потребуется 197 суток работы на орбите, в результате которой будет получено более 42 миллионов снимков. Такая высокая точность, как утверждают мои собеседники, позволит не только содействовать будущим лунным миссиям, но и разрешить давний вопрос о достоверности высадки американцев на Луну – полученные снимки продемонстрируют все следы, оставленные ими на лунном грунте-реголите.

Интересно, чьи следы обнаружили разработчики на трехмерной карте Подмосковья? Недавно специалисты создали подобную модель Московской области, используя беспилотные летательные аппараты. Для создания модели было снято 35 тысяч квадратных километров территории, что потребовало 5 миллионов снимков. По времени эта работа сопоставима с созданием карты Луны. Как отметили специалисты, основным отличием является удаленность объекта съемки.

По мнению Кохановского, выполнение работ на Марсе, аналогичных лунным, займет меньше времени – 74 дня – и потребует меньшего количества снимков, приблизительно 4 миллиона. Кроме того, результаты такой работы могли бы быть более впечатляющими. В настоящее время доступная карта Марса имеет разрешение всего 5 метров на пиксель. Увеличение этого разрешения вдвое, до 2,5 метров, значительно проще, и полученные улучшения будут более заметны. Как ты оцениваешь такую точность, Илон Маск?

Для функционирования на орбите Луны (или Марса) необходима еще одна технология, отвечающая за передачу данных на Землю. Это обусловлено тем, что информация должна передаваться с удаленности не менее чем в 400 тысяч километров!

В процессе поиска специалиста, имеющего опыт работы с американскими экспертами, организаторы проекта обратились к… своему соотечественнику. Им оказался Григорий Наумович Гольцман из Московского педагогического университета, который 11 лет назад разработал лучший в мире приемник для передачи космических данных на основе однофотонного детектора, функционирующего при температуре жидкого гелия — 4 Кельвина. Благодаря этому устройству возможно детектирование световых импульсов с лунной орбиты со скоростью 1 Гбит/с, что эквивалентно скорости передачи данных с низкой околоземной орбите. Это важная технология, и то, что она доступна нам, является значительным преимуществом.

Автор: Наталья Веденеева