Луна—Марс—Вселенная

Научные проекты России в космосе

  • ExoMars-2022:
    чтобы искать жизнь на Марсе, надо изучить его


    Марс не перестает интриговать человечество. Если в начале XX века эта планета казалась населенной разумными существами, то первые автоматизированные миссии на нее показали, что условия там не слишком благоприятные даже для простейшей жизни. Современные исследования вернули надежду: раньше условия на планете были гораздо ближе к земным, нежели сейчас, — скорее всего, наличествовали жидкая вода и более плотная атмосфера. Кроме того, за последние полвека стало понятно, что живые организмы могут существовать в экстремальных условиях. Так есть ли жизнь на Марсе?

    Разобраться в прошлом Красной планеты хотят все — в этом году к ней прилетели аппараты сразу трех стран. К этому моменту на орбите вокруг Марса уже работал зонд TGO, прилетевший к планете в 2016 году. Этот аппарат был запущен в ходе первого этапа российско-европейской миссии ExoMars — ExoMars-2016. В следующем году на четвертую планету от Солнца планируется отправить вторую миссию — ExoMars-2022.

    Проект ExoMars совместно осуществляют Роскосмос и Европейское космическое агентство (ЕКА). Основная задача миссии — поиск следов прошлой или настоящей жизни на Марсе. Но чтобы понимать, где их искать, необходимо изучить атмосферу и внутреннюю структуру Марса. Разобраться, где и когда существовала вода на планете. В частности, проверить ее наличие в приповерхностном слое сейчас. Измерить уровень радиации и изучить взаимодействие атмосферы и поверхности — это полноценное исследование планеты, данные которого ждут сотни ученых.

    Марс-3
    Первая мягкая посадка

    Миссии на Марс всегда проходили сложно. Первую мягкую посадку на Красную планету совершил «Марс-3» — еще в 1971 году, однако уже через 15 секунд прекратил передачу данных. Орбитальный аппарат был исправен и еще несколько месяцев передавал данные о планете. Например, оказалось, что воды в атмосфере Марса в тысячи раз меньше, чем ожидалось. Зато эта миссия показала эффективность связки орбитального аппарата с наземным. Впоследствии такая комбинация применялась во многих миссиях разных стран.

    Вышеупомянутый модуль TGO работает на орбите Марса с 2016 года. На нем установлены два российских и два европейских прибора, позволяющих изучать атмосферу планеты. В частности, он уже засек неожиданные выделения хлороводорода. Такие открытия позволяют лучше понимать процессы, происходящие на планете, и выявлять места для поиска потенциальной жизни.

    Но Марс коварен. Хотя техника совершенствуется, в 2016 разбился европейский посадочный аппарат-демонстратор Schiaparelli этой же миссии. В 2023 садиться на поверхность Красной планеты предстоит уже российской посадочной платформе «Казачок», которая разрабатывается в АО «НПО Лавочкина» (входит в Госкорпорацию «Роскосмос»): она будет нести европейский марсоход Rosalind Franklin. В общей сложности на платформе и марсоходе будет установлено более двух десятков научных приборов, которые позволят изучить атмосферу и поверхность планеты.

    Один марсиан- ский год расчетное время работы платформы «Казачок» (почти 2 земных года)

    Посадочная платформа «Казачок» не просто должна обеспечить мягкую посадку европейскому марсоходу. На ней расположены 13 приборов и после посадки они превратится в лабораторию на поверхности Марса, которая будет изучать атмосферу и почву Марса, в частности искать в них биомаркеры и воду.

    Один из амбициозных экспериментов — бурение марсианского грунта на глубину до 2 метров. Для этого на марсоходе установлен раскладывающийся бур. Потенциально интересные места для бурения выбираются учеными после анализа данных с российского спектрометра ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars), который расположен на мачте марсохода и удаленно исследует минералогический состав поверхности Марса. Нейтронный детектор АДРОН-РМ (Autonomous Detector of Radiation of Neutrons Onboard Rover at Mars) изучит содержание водорода под поверхностью и подскажет, где искать воду. Эти российские приборы, а также информация от камер и радиолокатора WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation On Mars) помогут выбрать оптимальную точку для бурения. На двухметровой глубине не будет влиять ионизирующее излучение Солнца, вода (если она там есть) не испарится, поэтому есть шансы обнаружить следы существующей или прошлой жизни.

    По плану марсоход пробурит грунт и проанализирует состав почвы на глубине спектрометром Ma_MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies), встроенным в бур. После этого образец грунта поднимут в аппарат, в котором изучат образцы с помощью cпектрометра видимого и инфракрасного диапазона MicrOmega и рамановского спектрометра RLS (Raman Laser Spectrometer). Перспективные образцы будут исследованы с помощью самого мощного прибора комплекса — газохроматографического MOMA, способного обнаружить органические соединения. Пока пробурить Марс и проанализировать почву на такой глубине не удавалось никому!

    •
      Марсоход Rosalind Franklin на посадочной платформе «Казачок»
    • Лазерный спектрометр позволит обнаружить небольшие концентрации газов, которые могут вырабатывать живые существа, в атмосфере Марса
    • Полет на Марс обеспечит российская тяжелая ракета «Протон-М» и разгонный блок «Бриз-М»
    • На орбите Марса спускаемый модуль отделится и начнет посадку. Орбитальным ретранслятором для «Казачка» и марсохода будет служить аппарат TGO, прилетевший к Красной планете более четырех лет назад
    • Платформа «Казачок» должна обеспечить мягкую посадку для себя и европейского марсохода. За счет солнечных батарей она сможет вести самостоятельные исследования еще около одного марсианского года (почти 700 земных суток)
    • Европейские камеры марсохода совместно с российским ИК-спектрометром позволят выбрать оптимальное место для заборов грунта, в котором будут искать в том числе признаки жизни

  • Луна-25: первый аппарат, который поможет людям вернуться на Луну


    Возвращение человека на Луну. Беспилотные миссии прекрасны, но человек не выходил за пределы земной орбиты уже почти 50 лет. К счастью, ситуация с Луной меняется не менее драматически, чем с Марсом. Хотя жизнь на ней обнаружить не надеются, но новые технологии и свежие данные о составе нашего естественного спутника заставили ведущие космические державы готовить возвращение человека на Луну.

    Почему в последнее десятилетие вернулся интерес к Луне? Новые технологии позволили удешевить полет и в разы повысили возможности научных приборов. В 2009 году российский нейтронный детектор LEND на борту американского орбитального аппарата LRO показал, что, вероятно, в приполярных районах лунный реголит содержит относительно много льда. А значит, его можно добывать, раскладывать с помощью энергии от солнечных батарей на водород и кислород, которые затем использовать в качестве топлива, а кислород – еще и для дыхания. Производство на месте позволит кардинально удешевить пребывание космонавтов на лунной базе и, возможно, полеты с нее к другим объектам Солнечной системы.

    Александр Блошенко

    Исполнительный директор по перспективным программам и науке Госкорпорации «Роскосмос»

    Это логичный следующий шаг в освоении космоса для человечества. Мы уже десятки лет поддерживаем существование человека на низкой околоземной орбите. Луна — это необходимый следующий шаг к освоению практических навыков использования планет и малых космических тел, умению заблаговременно распознавать внешние космические угрозы и их парировать

    Большой шаг человечества начинается с небольших автоматических миссий. «Луна-25» — это первая российская миссия на спутник Земли с тех пор, как там села «Луна-24» в 1976 году. Новая межпланетная станция должна впервые в истории прилуниться в приполярном районе, протестировав технологии мягкой посадки, изучив состав реголита и мезосферы. Одна из ключевых задач — проверить наличие воды в лунном грунте. Эти данные позволят планировать следующие миссии, а в будущем и лунную базу.

    Спуск в приполярном районе сложный: «Луна-25» будет первой, кто приземлится на столь высокой широте. Там нет больших поверхностей, удобных для посадки. Надо будет опуститься в заданном районе у кратера Богуславский или в резервном — у кратера Манцини. В любом случае площадка имеет вид эллипса 30×15 км, так как она должна удовлетворять условиям по связи с Землей и освещенности Солнцем. Это значит, что специалистам пришлось тщательно рассчитать орбиту, необходимо выдержать старт в рамках пускового окна, которое возникает раз в несколько месяцев.

    45 лет Последний советский аппарат «Луна-24» был на спутнике Земли в 1976 году.

    После доставки ею грунта долгое время интерес к Луне был утерян. Но благодаря удешевлению полетов и обнаружению водяного льда человечество вновь заинтересовалось Луной. Из водяного льда можно будет делать водородное топливо и кислород для дыхания



    Особенность миссии заметна уже по внешнему виду станции: солнечные батареи установлены вертикально, потому что Солнце будет близко к горизонту, а не в зените. «Луна-25» рассчитана на работу в течение года, но для этого необходимо пережить холодные лунные ночи. Именно этим аппарат будет занят в первый лунный день после посадки. Чтобы приборы не замерзли, их начнут обогревать несколько радиоизотопных источников. В первый же день будет проведена панорамная съемка окрестностей аппарата и стереоскопическая съемка области возле аппарата, где будет работать манипулятор. Будет изучен пылевой и ионный состав экзосферы Луны. Ионную составляющую экзосферы будет исследовать прибор АРИЭС-Л, а пылевую ПмЛ.

    Грунтозаборник манипулятора возьмет несколько образцов реголита с глубины до 30 сантиметров и доставит его в карусель лазерного спектрометра ЛАЗМА-ЛР, который выяснит его состав, включая наличие водяного льда. Место «раскопок» будет проанализировано как камерами, так и инфракрасным спектрометром прибора ЛИС-ТВ-РПМ — они тоже подскажут состав реголита. Детектор нейтронов и гамма АДРОН-ЛР сможет проверить наличие водородсодержащих соединений на вдвое большей глубине. Одно из соединений, включающих водород, — вода, главная сейчас ценность на Луне.


    Посадка
    на Луну

    Уже понятно, какие миссии будут следующими, если подтвердится ожидаемая концентрация водяного льда в лунном реголите. «Луна-26» станет орбитальной, а «Луна-27» — тяжелой посадочной станцией, которую оборудуют системой высокоточной и безопасной посадки: при подлете к поверхности она сможет выбирать наиболее безопасные участки в ранее определенных для исследований областях. Станция сможет бурить реголит на глубину до 2 метров, а также на месте более подробно анализировать его состав. Эти миссии подготовят условия для возвращения человека на спутник Земли. На Луне могут быть установлены приборы, которые неэффективны в земных условиях, станция наблюдения за астроидами, приближающимися к Земле, астрофизические обсерватории. Возможно, Луна станет перевалочной базой на пути человека за пределы притяжения Земли. А начнется все с автоматической станции «Луна-25».



    •
      Луна-25 будет тестировать технологии мягкой посадки, а также изучит состав и свойства лунного реголита и мезосферы
    • Посадка будет проходить в приполярному районе Луны. Основное место — в районе кратера Богуславский, а резервная площадка выбрана у кратера Манцини
    • Контактный анализ лунного реголита позволит проверить, действительно ли он содержит относительно большую концентрацию воды

  • «Спектр-РГ»: рентгеновский снимок Вселенной


    Есть у России и проект вселенского масштаба. Обсерватория «Спектр-РГ» запущена, чтобы составить карту видимой части Вселенной в рентгеновском диапазоне. Это излучение не видно человеческим глазом, но в нем излучают практически все звезды, видны раскаленные облака газа, оставляют след экстремальные космические события: рождения сверхновых, поглощение вещества черными дырами, слияние нейтронных звезд и т.п.

    Рекордные характеристики телескопов и огромное число наблюдаемых объектов позволят установить новые закономерности, точнее описать известные явления и выявить объекты неизвестной природы. Возможно, именно «Спектр-РГ» поможет раскрыть природу темной материи, механизмы работы черных дыр и приведет ученых к установлению законов Новой физики, то есть теории, объединяющей в себе общую теорию относительности, квантовую физику и описывающую новые, еще не открытые законы.

  • Планируется за 4 года сделать восемь обзоров всего неба, а потом в течение 2,5 лет изучать наиболее интересные для мирового научного сообщества рентгеновские источники. Астрофизики ИКИ РАН заявили о первом значимом открытии: обнаружена черная дыра, не проявлявшая активность более 20 лет. Сделанные к этому моменту полные обзоры неба уже позволили увидеть структуру из горячего газа ниже плоскости Млечного пути, не обнаруженную ранее другими способами. Также удалось наблюдать приливное разрушение звезды черной дырой. В будущем создаваемая карта может иметь практическое значение — по расчетным расстояниям до пульсаров и звездных тел смогут ориентироваться космические аппараты в дальнем космосе.
  • Обсерватория включает два рентгеновских космических телескопа: отечественный ART-XC имени М. Н. Павлинского (создан ИКИ РАН) и немецкий eROSITA (Института внеземной физики Общества Макса Планка), которые наблюдают небо в жестком (6-30 кэВ) и мягком (0,3-10 кэВ) рентгеновском диапазоне соответственно. При высоком пространственном и спектральном разрешении эти телескопы еще и имеют большой угол обзора. Это позволяет им наблюдать не только отдельные объекты, но и целые области звездного неба. Последовательно сканируя пространство за счет вращения космического аппарата «Спектр-РГ», они составляют рентгеновскую карту всего неба.
  • «Спектр-РГ» был запущен почти 2 года назад — 13 июля 2019 года. Ракета-носитель «Протон-М» и разгонный блок ДМ-03 вывели его на траекторию полёта к рабочей орбите в окрестности точки Лагранжа L2, которая находится приблизительно в 1,5 млн километрах от Земли — это в 4 раза дальше, чем расстояние до Луны. Точка L2 располагается на продолжении прямой Солнце-Земля и примечательна тем, что в ней сила притяжения аппарата к звезде и планете уравновешивается центробежной силой, действующей из-за движения по орбите вокруг Солнца. В результате космический аппарат тратит меньше топлива для поддержания рабочей орбиты, чтобы обеспечить последовательное сканирование всей небесной сферы. На сканирование всей небесной сферы уходит примерно полгода.
  • За время наблюдения планируется составить полную карту Вселенной в рентгеновском диапазоне: обнаружить около 100 000 массивных скоплений галактик и примерно 3 млн сверхмассивных черных дыр, сотни тысяч звезд с активными коронами, облака газа и другие объекты.