«Луна-25»


Вики:
Луна-25 (до апреля 2013 года аппарат носил название «Луна-Глоб») — часть российской лунной программы, первое российское лунное задание, осуществляемое в НПО имени С. А. Лавочкина по исследованию и практическому использованию Луны и окололунного пространства автоматическими межпланетными станциями.
Целью этого проекта является запуск автоматического зонда, орбитальная часть которого должна осуществить дистанционные исследования и выбор подходящих площадок для последующих спускаемых аппаратов, а посадочный аппарат будет исследовать поверхность в районе южного полюса, в том числе криогенным бурением до глубины двух метров. Заявленный активный срок работы зонда на поверхности Луны — не менее одного земного года.
Название проекта призвано подчеркнуть преемственность советской лунной программе, последний аппарат которой Луна-24 был запущен в 1976 году.
Работа над посадочным аппаратом, который ранее назывался «Луна-Глоб», началась в 2005 году. «Луна-Глоб» задумывалась как сеть сейсмических станций на лунной поверхности, но позднее проект был переработан и в настоящее время фактически повторяет первоначальные исследования Луны в СССР, проведённые в 1960—1970-е годы. Основные этапы — мягкая посадка малой автоматической станции — аналог «Луны-9», луноход, доставка грунта — аналог «Луна-16».
Первоначально запустить зонд к Луне планировалось в 2014 году. Запуск не состоялся в связи с решением о замене ракеты-носителя «Союз» на «Зенит» по причине неполного соответствия первой по некоторым ключевым характеристикам. После аварии автоматической межпланетной станции «Фобос-Грунт» запуск решили перенести на 2015 год. По результатам проведённой ревизии проекта было принято решение о замене бортового компьютера (аналогичного тому, что был установлен на «Фобос-Грунте») на более надёжный, аналогичный разработанному для нового поколения «Глонассов» — «Глонасс-К».
В январе 2013 года был подписан контракт Роскосмоса с НПО имени Лавочкина на создание посадочного лунного зонда «Луна-25» (старое название «Луна-Глоб»)
15 октября 2013 года было объявлено о переносе запуска аппарата на 2016 год, при этом зонд будет использован в основном для отработки технологии посадки, комплекс научной аппаратуры сведен к минимуму. Следующий аппарат — орбитальный зонд «Луна-26» (прежние названия: «Луна-Глоб-2», затем «Луна Глоб-1 ОА») — должен был отправиться в космос в 2018 году, а тяжёлый посадочный зонд «Луна-27» (ранее «Луна-Ресурс») — в 2019 году. Посадочные зонды планируется отправлять в полярные регионы Луны. Также в октябре 2013 года стало известно, что конструкторский, вибропрочностный и антенный макеты зонда готовы и проходят разные стадии испытаний. В то же время технологический образец — последняя стадия перед постройкой летного образца, который и отправится к Луне — будет готов к концу 2014 года].
22 октября 2013 года на заседании совета главных конструкторов был представлен и одобрен обновлённый и доработанный вариант проекта лунного зонда «Луна-Глоб» (переименован в «Луна-25»). Новый вариант проекта предполагает минимизацию применения технических решений, не имеющих летной квалификации.
В 2014 году, согласно проекту Федеральной космической программы на 2016-2025 годы, общий объем финансирования по созданию «Луны-25» должен был составить 2 млрд 980 млн рублей. К лету 2016 года были проведены антенные и макетно-конструкторские испытания, протестированы двигатели и элементы двигательной установки. На следующем этапе работ на стенде с имитатором лунного грунта будет отрабатываться технология мягкой посадки.
18 августа 2017 года Роскосмос принял конструкторский макет космической станции «Луна-25», старт миссии намечен на 2019 год.
11 мая 2018 года стало известно, что Швеция вышла из проекта «Луна-25», а прибор XSAN, изначально разрабатывавшийся для российской АМС, отправится к Луне на китайской станции «Чанъэ-4». Таким образом, задачи по изучению ионной и нейтральной лунной экзосферы будут выполняться в эксперименте с российским прибором «Ариес-Л».
11 мая 2018 года Совет РАН по космосу предложил перенести запуск миссии с 2019 года на период июнь-октябрь 2021 года вследствие задержки сроков разработки прибора «Биус-Л» и неблагоприятных баллистических условий вывода космического аппарата на окололунную орбиту в 2020 году.
19 марта 2019 года вице-президент РАН Юрий Балега сообщил СМИ, что запуск Луны-25 может состояться в 2022-2024 гг. В этот же день Роскосмос опроверг слова Балеги, уточнив, что сроки запуска в 2021 году не переносились.
20 апреля 2019 года представитель НПО им. Лавочкина сообщил СМИ, что предприятие в этом году завершит разработку конструкторской документации и проведет испытания составных частей «Луны-25».
23 мая 2019 года Дмитрий Рогозин выступая с лекцией в МГУ им. М.В.Ломоносова продемонстрировал фото аппарата Луна-25 «в железе» на НПО имени С. А. Лавочкина.
19 ноября 2019 года начальник лаборатории робототехники ИКИ РАН Татьяна Козлова сообщила СМИ, что летный образец манипулятора, созданный в институте, прошел все испытания и готов для установки на космический аппарат.
26 декабря 2019 года заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН Игорь Митрофанов сообщил СМИ, что конструкторско-доводочные испытания детектора АДРОН завершились, а испытания летных образцов завершатся до конца 2019 года, после чего приборы передадут НПО им. С.А. Лавочкина для установки на борту "Луны-25".
1 апреля 2020 года заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов сообщил СМИ, что летный образец детектора нейтронов и гамма-лучей АДРОН, который определит состав реголита в полярных областях Луны, прошел испытания и передан в феврале в НПО им. Лавочкина.
14 апреля 2020 года генеральный директор НПО им. Лавочкина Владимир Колмыков сообщил СМИ, что «Луна-25» находятся на стадии наземной отработки экспериментальных изделий.
30 апреля 2020 года СМИ сообщили о намерении Совета РАН по космосу обратиться к российскому правительству в решении проблемы своевременного обеспечения "Луны-25" радиоизотопными источниками электрической и тепловой энергии массой 6,7 кг в целях теплового обеспечения станции во время лунной ночи (14,5 земных суток).
17 июля 2020 года СМИ сообщили, что НПО им. Лавочкина планирует приобрести в Швейцарии четыре сферических отражателя, в США — 250 магнитных держателей и другую оснастку в целях проведения юстировочных работ для "Луны-25". Использование иностранной аппаратуры для проверки российской лунной станции предприятие объясняет отсутствием российских аналогов[33]. 28 сентября 2020 года пресс-служба НПО им. Лавочкина сообщила, что тепловакуумные испытания теплового макета "Луны-25", проходившие с июля по сентябрь, завершены. В наземные испытания макета входили атмосферные тепловые тесты в вакуумной камере, которая имитирует работу аппарата на стартовом комплексе, а также тепловакуумные испытания, которые показывают, как космический аппарат работает во время полета. Сейчас продолжаются тепловые атмосферные испытания, которые имитируют работу космического аппарата на техническом комплексе космодрома.
Лето 2021 года — завершение изготовления и испытаний летного космического аппарата "Луна 25".
Полярные области Луны — наиболее перспективные для проведения исследований. Данные, которые были получены в начале века, в том числе и с российского нейтронного телескопа ЛЕНД, установленного на американском орбитальном аппарате Lunar Reconnaissance Orbiter, показали, что в полярном реголите есть много летучих соединений космического происхождения, начиная с воды и заканчивая сложными молекулами. Эти соединения на Луну приносили кометы. Полюс на Луне можно сравнить с природным холодильником, где в холодных ловушках полярного реголита сотни миллионов лет накапливались и сохранялись слои инея всех космических летучих веществ, когда-либо попадавших на спутник Земли. Научные приборы «Луны-25» будут изучать состав этих веществ, проведут оценку массовой доли замерзшей воды в реголите. Ее наличие освободит космонавтов от необходимости доставки воды с Земли. Также она понадобится для добычи кислорода, а в более удаленной перспективе — и водородного горючего.
В связи с потерей «Фобос-Грунта» учёные пересмотрели планы лунной программы, почти вдвое было сокращено количество приборов на орбитальном зонде. Для повышения надёжности прилунения вместо 34 килограммов осталось около 20 килограммов. Зонд будет оснащён следующими приборами:
детектор нейтронов и гамма-лучей АДРОН — просветит грунт на глубину 60 см с целью дать оценку содержащихся в нем химических элементов. Прибор изготовлен в начале 2019 года. Похожий детектор в будущем планируется установить на аппарат "Луна-27".
телекамера обеспечения высокоточной посадки "Пилот-Д";
нейтронный детектор для изучения присутствия водорода в подповерхностных слоях;
датчик для измерения температуры поверхности;
прибор для анализа образцов грунта;
манипулятор для сбора грунт и передачи взятых образцов в аналитический прибор; является улучшенной версией комплекса для миссии "Фобос-Грунт" со своей системой управления. На манипуляторе установлены камеры для съемки поверхности Луны и инфракрасный спектрометр для анализа состава грунта. Основной задачей будет поиск воды;
прибор для изучения лунной экзосферы;
прибор для изучения пылевых частиц;
коллимированный гамма-спектрометр;
нейтронный спектрометр.
Автоматические станции для полетов на средние широты и в полярные районы Луны конструкционно сильно отличаются друг от друга. К примеру, у полярной станции солнечные батареи находятся по бокам, потому что Солнце на лунном полюсе поднимается совсем низко над горизонтом. Во многих отношениях «Луна-25» — это первая разработка полярного спускаемого аппарата, не имеющая пока аналогов. Представитель НПО им. Лавочкина утверждает, что доля иностранных комплектующих в составе служебной аппаратуры не превышает 40%, а западные санкции оказывают незначительное влияние на разработку "Луны-25". Луна-25 имеет вес 1750 килограммов.
29 ноября 2017 года было заявлено, что запуск будет произведён с космодрома «Байконур».
17 апреля 2018 года вице-премьер Дмитрий Рогозин в интервью СМИ подтвердил план по запуску аппарата в 2019 году. Запуск планировалось произвести с космодрома «Восточный» в ноябре или декабре 2019 года с помощью ракеты-носителя «Союз 2.1б». 28 июня 2018 года Роскосмос перенёс запуск аппарата на 2021 год. 22 сентября 2018 года глава Роскосмоса Дмитрий Рогозин сообщил на своей странице в соцсети, что оптимальным временем запуска аппарата является июль 2021 года. К такому выводу пришли эксперты Российской академии наук. В 2015 году разработчики российского проекта Лунного микроспутника обратились в НПО им. Лавочкина с предложением запустить в качестве попутной нагрузки микроспутник для фотографирования поверхности Луны. Но разработчики Луны-25 отказались рассматривать этот вариант.
Запуск запланирован на 1 октября 2021 года, запасная дата пуска 30 октября 2021 года.
Критериями для выбора места посадки служат значения уклонов кратера, общая доля иллюминации. Также лунный аппарат должен находиться в месте, удобном для радиосвязи и зарядки солнечных батарей. Поиски районов посадки велись по картам, составленным на основе данных американского аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter, в том числе на основе данных нейтронного детектора ЛЕНД, разработанного в ИКИ РАН.Запуск планировалось произвести с космодрома «Восточный» в ноябре или декабре 2019 года с помощью ракеты-носителя «Союз 2.1б». В 2011 году были определены шесть возможных районов для посадки автоматических зондов — три на северном полюсе и три на южном. В 2013 году рассматривались только варианты посадки на южном полюсе, причём приоритет имели не научные соображения, а инженерные, поскольку главная задача самой миссии — отработка технологии посадки зондов для будущих миссий Роскосмоса. Район посадки для Луны-Глоб должен быть ровным и иметь размер около 30 километров. По состоянию на август 2015 года в качестве возможного варианта,в качестве модели для программной отработки посадки, рассматривался кратер Богуславский, однако в январе 2018 года ученые сообщили, что он не вошел в число благоприятных посадочных мест.Запуск планировалось произвести с космодрома «Восточный» в ноябре или декабре 2019 года с помощью ракеты-носителя «Союз 2.1б».
К середине 2016 года НПО им. Лавочкина совместно с ИКИ РАН из девяти возможных мест прилунения определили основную и резервную точку посадки. При анализе принимались во внимание четыре аспекта:
область с наибольшей концентрацией воды;
технические ограничения при посадке (наклон аппарата при посадке должен быть не больше 15 градусов, в отличие от прилунения в экваториальной области, где посадка происходит практически перпендикулярно поверхности Луны);
особенности ретрансляции сигнала на Землю;
наличие относительно ровной поверхности в предполагаемой области посадки.
В 2016 году основным претендентом на место посадки был выбран кратер Манцини. Окончательно место должно было быть утверждено в 2017 году. По состоянию на конец января 2018 года фигурировали два возможных места посадки - основной район, расположенный к северу от южного полярного кратера Богуславский с координатами около 69,5 градусов южной широты и 43,5 градусов восточной долготы, и резервный район к юго-западу от кратера Манцини с координатами около 68,8 градусов южной широты и 21,2 градусов восточной долготы соответственно. Кроме того, были уточнены инженерные требования к месту посадки: уклон местности не должен превышать 7%, освещенность Солнцем должна составлять не менее 40% от лунных суток, помимо этого должна быть обеспечена постоянная радиовидимость аппарата с Земли.
Посадка спускаемого зонда будет проходить по сценарию последних советских посадочных миссий, то есть аппарат будет двигаться по низкой полярной орбите вокруг Луны, а затем совершит торможение и вертикальный спуск. В отличие от посадок советских автоматических станций, последняя из которых имела место в 1976 году, «Луна-25» впервые в истории космонавтики будет направлена в полярный район Луны.
Новости космонавтики 1998 №10:

ПЛАНЫ. ПРОЕКТЫ


Новый этап исследований Луны

Ю.Зайцев специально для НК.

Луна, ставшая к середине 1960-х годов ареной нешуточной космической гонки, на целое десятилетие приковала к себе внимание специалистов-ракетчиков, политиков и ученых. Затем, после успешного завершения программы высадки человека на Луну - Apollo, интерес к ней постепенно упал. В ее изучении наступила длительная пауза: почти 20 лет к ней не был послан ни один КА. Однако сегодня мы, по-видимому, находимся на пороге нового всплеска интереса к нашему извечному спутнику.

Он вызван несколькими причинами. Прежде всего, переработан и осмыслен фактический материал, полученный исследователями на первом этапе. Во-вторых, появились новые технологии и инструменты, позволяющие получить научные данные с ранее недоступной детальностью и точностью. И, наконец, Луна оказалась не столь безжизненна, как предполагалось - на ней был найден лед, что значительно упрощает проблему ее освоения, создания постоянно действующих обитаемых станций для научных исследований и решения практических задач использования лунных ресурсов.

Исследования Луны имеют ключевое значение для решения вопросов фундаментальной геологии: механизма формирования Земли и планет, понимания ранней истории Земли, включая образование континентов, океана, зарождения биосферы. Также как исследования океанической коры методами глубинного бурения в последние десятилетия способствовали коренному изменению представлений о земной тектонике и динамике геологический процессов, именно исследования Луны могут привести к новому прорыву в науках о Земле.

К сожалению, на Земле, вследствие ее сейсмической активности, практически полностью стерты следы ранней истории - первые 500-700 млн лет. Напротив, на Луне активные геологические процессы прекратились очень рано. Даже в небольшой коллекции пород, доставленных оттуда, присутствуют образцы с возрастом 4.5 млрд лет, т.е. столь же «старые», как Земля. Отсутствие атмосферы и воды способствовали сохранению основного химического состава пород и древнего облика Луны.

Благодаря сейсмической стабильности и отсутствию атмосферы, Луна - идеальное место для размещения астрофизических обсерваторий, а на ее обратной стороне они будут к тому же еще и экранированы от земных помех.

Наибольшее внимание, с точки зрения быстрой практической отдачи, привлекает возможность добычи лунных кислорода и изотопа гелия-3, который позволяет использовать в будущей термоядерной энергетике реакторы, отличающиеся экологической чистотой и большим ресурсом работы. Кислород же, получаемый путем нагрева реголита в солнечной печи до 2000-3000°С, может использоваться как в ракетных системах, так и для жизнеобеспечения лунных станций. Уже сейчас очевидно, что такой способ его добычи более выгоден, чем доставка с Земли. Весьма перспективным представляется и поэтапное создание лунной стационарной научно-производственной базы с универсальным технологическим комплексом. Пониженная гравитация и глубокий вакуум благоприятны для развития «лунной» металлургии и получения сплавов повышенной чистоты и однородности.

Первой процесс возвращения к космическим исследованиям Луны начала Япония запуском в 1990 г. аппарата Muses-A, от которого был отделен лунный микроспутник.

Затем в 1995 г.(?) американцы запустили КА Clementine, впервые выполнивший полную съемку лунной поверхности, включая полярные области. При этом в районе Южного полюса была обнаружена депрессия, на дно которой никогда не падает солнечный свет и температура здесь не поднимается выше -230°С. Помимо обычного водяного льда, обнаруженного позже, здесь могли вымораживаться летучие вещества, выделяющиеся из недр Луны и из падающих на ее поверхность комет и метеоритов. Были также обнаружены новые структуры поверхности и определена мощность лунной коры. Таким образом, уже первая экспедиция КА нового поколения к Луне оказалась успешной.

Второй американский аппарат Lunar Prospector, работающий ныне на окололунной орбите, подтвердил наличие льда на нашем вечном спутнике.

Сейчас готовят новые запуски к Луне японцы; очень активно ведут себя в этом направлении представители ЕКА. Всерьез задумывается о пусках беспилотных лунных КА Китай.

Готовят новую программу многостадийных длительных исследований и российские ученые. Первые эксперименты направлены на изучение проблем внутреннего строения Луны, в частности, на определение размера ее ядра, что имеет критическое значение для решения проблемы ее происхождения. Гипотеза о формировании Луны из вещества земной мантии справедлива только в том случае, если наша соседка имеет очень небольшое ядро - примерно 0.4% своей общей массы, или не имеет ядра совсем. Напротив, гипотеза формирования Луны из вещества солнечного состава требует наличия ядра порядка 4.5-5.5% массы планеты.

Для решения этих вопросов на лунной поверхности может быть развернута сейсмическая сеть. С этой целью на Луну следует сбросить пенетраторы (внедряемые зонды), содержащие сейсмометры по крайней мере в трех точках: на видимой стороне, обратной стороне и в районе Южного полюса. Возможно также использование компактных (малоапертурных) групп пенетраторов на одном или нескольких участках поверхности, которые, помимо сейсмометров, должны иметь в своем составе тепловые зонды.

Для передачи данных измерений с пенетраторов может использоваться полярный спутник-ретранслятор, имеющий, помимо приемо-передающей аппаратуры, приборы дистанционного зондирования для изучения рельефа поверхности и картографирования, а также инструменты измерения теплового поля, что в совокупности с термозондами на пенетраторах позволит получить детальную картину теплового режима Луны.

Создание сейсмической сети, возможно, потребует нескольких пусков для размещения достаточного числа пенетраторов. При достаточном финансировании первые запуски могут быть выполнены уже в 1999 г.

На следующем этапе, который займет период 2001-2010 гг., будут решаться вопросы хронологии Луны, состава летучих составляющих ее коры в различных регионах, изучаться содержание гелия-3 на участках с различной морфологией и минералогией. Селенологические исследования могут быть продолжены с использованием луноходов, а также устройств отбора и доставки образцов лунных пород на Землю, в том числе из зоны вечной тени, что имеет исключительное значение для понимания происхождения легколетучих веществ, включая углерод и воду, на Луне и в околоземном пространстве. Луноход, помимо прочего, должен оснащаться устройством для анализа содержания гелия-3 в лунном реголите.

Третий этап, очевидно, потребует участия человека и включает строительство лунной станции и отработки технологии горных работ на Луне.


Внешний вид КА «Луна-25»

Говоря о конкретном воплощении такого плана, надо подробнее остановиться на устройстве и способах применения лунных станций с пенетраторами.

Как известно, последней из серии отечественных лунных аппаратов была автоматическая станция Е-8-5М «Луна-24», доставившая на Землю лунный грунт из предгорного района. Соответственно, первый российский аппарат из новой серии будет называться «Луна-25». Его запуск на траекторию «Земля-Луна» (время полета - 3 суток) планируется выполнить с космодрома Плесецк с помощью относительно дешевой РН «Молния» с разгонным блоком Л.

В отличие от предыдущих аппаратов разработки НПО им.Лавочкина, КА «Луна-25» будет создан там же, но на совершенно новой базе, с применением новейших технологий, в частности, негерметичных приборных контейнеров, высокопроизводительных солнечных батарей и малогабаритных приборов научных и служебных подсистем.

Конструктивно аппарат представляет собой восьмигранную панель, снизу которой смонтирована двигательная установка (ДУ), включающая четыре бака с однокомпонентным топливом (гидразин), двигатели коррекции и стабилизации, арматуру и системы наддува. Сверху панели установлены три зонда-пенетратора с системами закрутки, а также системы терморегулирования и управления аппарата, элементы электроавтоматики, радиокомплекс и антенны. К четырем боковым граням крепятся панели солнечных батарей.

На трассе «Земля-Луна» проводятся две коррекции: первая - на вторые сутки полета, чтобы траектория КА прошла через одну из точек посадки пенетраторов, и вторая - в начале третьих суток полета, с последующей ориентацией аппарата, чтобы продольная ось пенетратора была сориентирована по вертикали к поверхности на момент внедрения в грунт.

Примерно за 20 ч до встречи с Луной производится закрутка первого пенетратора вокруг продольной оси и его отделение. Сам КА после этого осуществляет маневр перевода траектории на вторую прицельную точку и переориентацию для отделения второго пенетратора. Затем операция повторяется для десантирования третьего пенетратора. Процесс отделения всех трех пенетраторов должен составить не более трех часов.

После отделения от КА пенетратор, стабилизированный вращением, продолжит сближение с Луной. На высоте 10 км от поверхности, чтобы погасить скорость, по сигналу бортового лазерного высотомера будет включена его тормозная ДУ, состоящая из пакета твердотопливных ракетных двигателей (РДТТ). Затем будет выдана команда на отделение РДТТ, которые под действием центробежных сил отойдут от пенетратора, а сам он с вертикальной скоростью порядка 80±10 м/с «воткнется» в грунт. Допустимый наклон поверхности или суммарный угол встречи при внедрении не должен превышать 20°. Точки посадки пенетраторов на поверхность Луны образуют примерно равносторонний треугольник, что важно для проведения сейсмических экспериментов.

После отделения последнего пенетратора КА будет переведен на пролетную траекторию, в условном перицентре которой ДУ выдаст тормозной импульс, в результате чего аппарат выйдет на полярную орбиту искусственного спутника Луны (ИСП), с целью последующей ретрансляции информации с пенетраторов на Землю. Для удобства связи период орбиты ИСЛ выбирается кратным земным суткам.

Прорабатывается возможность использования для полета на Луну электроракетного двигателя. В рассмотренном выше варианте это практически не дает выигрыша в массе КА; цель в ином - отработать и использовать универсальный КА с ЭРД и солнечной энергетикой, единый для различных экспедиций: к Луне, Фобосу, астероидам и кометам. Запуск в этом случае должен осуществляться с помощью трехступенчатой РН типа «Союз». В будущем, используя спиральный разгон с малой тягой, можно будет при том же носителе обеспечить доставку к Луне тяжелых КА массой до трех тонн.

Наш комментарий.

В тех условиях, в которых сейчас оказалась отечественная космонавтика, очень тяжело (если вообще реально) планировать новую национальную или международную программу межпланетных исследований. Тем отраднее выглядят проекты НПО им.Лавочкина. Однако следует отметить, что проявление элементов новизны в данном случае вызвано, с одной стороны, высоким состоянием передовых технологий (бортовой негерметичный приборный комплекс, новые батареи и применение пенетраторов), а с другой - весьма низким уровнем финансирования (использование недорогой РН «Молния» и сравнительно ограниченный круг задач экспедиции). Но, как и в любой другой проблеме, недостатки проекта являются по сути обратной стороной его достоинств.

Дело в том, что по совершенно аналогичному пути идут национальные программы исследования Луны других государств: то же применение пенетраторов, луноходов и сосредоточение сил при каждом отдельном этапе на проведение небольшого числа экспериментов. Это можно признать рациональным.

Представляется, что, используя огромный опыт и технологический задел, разработчики смогут создать новый аппарат и выполнить с его помощью программу, являющуюся альтернативой сложным и весьма дорогостоящим проектам типа «Марс-96», которые сейчас выглядят по меньшей мере неоправданно рискованно и где каждая неудача очень больно бьет по престижу отечественной космонавтики.