Исследование луны

Первые шаги по изучению Луны

С далекой древности Луна была объектом изучения естествознания. О накоплении астрономических наблюдений античных географов говорит тот факт, что уже в те времена доказательством шарообразной формы нашей планеты служили лунные затмения, позволяющие видеть форму земной тени на Луне.

Когда в арсенале астрономов появились телескопы, у людей возникла возможность наблюдать формы рельефа на поверхности спутника Земли. А вот в 1651 году итальянец Риччиоли впервые перенес изображение лунной поверхности на карту.

Кстати, с изобретением фотографии в XIX веке наука сделала новый шаг в изучении Луны. Тогда появилась возможность детализировать сведения о внешнем виде спутника Земли.

Вторая половина ХХ столетия стала началом космической эпохи, когда были получены более подробные знания об этом небесном теле. Ко всему прочему, ученые исследовали состав грунта, осуществили картирование обратной, невидимой стороны Луны, установили присутствие замерзшей воды на ее внешней сфере.

Все эти действия невероятным образом приближали момент, когда люди всерьез возьмутся не только за детальное изучение спутника, но и за освоение Луны.

Фантастика

Постоянное обитание человека на другом небесном теле (за пределами Земли) уже давно является постоянной темой в научной фантастике.

Реальность
Замедлившееся развитие космической техники после 1970-х годов не позволяет думать, что колонизация космоса — легко достижимая и во всех случаях оправданная цель. В силу своей близости к Земле (три дня полёта) и достаточно хорошей изученности ландшафта, Луна уже давно рассматривается как кандидат для места создания человеческой колонии. Но хотя советские и американские программы исследования Луны продемонстрировали практическую осуществимость полёта на Луну (будучи при этом очень дорогостоящими проектами), они в то же время охладили энтузиазм создания лунной колонии. Это было вызвано тем, что анализ образцов пыли, доставленных космонавтами, показал очень низкое содержание в ней лёгких элементов[источник не указан 2246 дней], необходимых для поддержания жизнеобеспечения.

Несмотря на это, с развитием средств космонавтики и удешевлением космических полётов, Луна представляется первичным объектом для основания базы. Для учёных лунная база является уникальным местом для проведения научных исследований в области планетологии, астрономии, космологии, космической биологии и других дисциплин. Изучение лунной коры может дать ответы на важнейшие вопросы об образовании и дальнейшей эволюции Солнечной системы, системы Земля — Луна, появлении жизни. Отсутствие атмосферы и более низкая гравитация позволяют строить на лунной поверхности обсерватории, оснащённые оптическими и радиотелескопами, способными получить намного более детальные и чёткие изображения удалённых областей Вселенной, чем это возможно на Земле, а обслуживать и модернизировать такие телескопы гораздо проще, чем орбитальные обсерватории.

Луна обладает и разнообразными полезными ископаемыми, в том числе и ценными для промышленности металлами — железом, алюминием, титаном; кроме этого, в поверхностном слое лунного грунта, реголите, накоплен редкий на Земле изотоп гелий-3, который может использоваться в качестве топлива для перспективных термоядерных реакторов. В настоящее время идут разработки методик промышленного получения металлов, кислорода и гелия-3 из реголита; найдены залежи водяного льда.

Глубокий вакуум и наличие дешёвой солнечной энергии открывают новые горизонты для электроники, металлургии, металлообработки и материаловедения. Фактически условия для обработки металлов и создания микроэлектронных устройств на Земле менее благоприятны из-за большого количества свободного кислорода в атмосфере, ухудшающего качество литья и сварки, делающего невозможным получение сверхчистых сплавов и подложек микросхем в больших объёмах. Также представляет интерес выведение на Луну вредных и опасных производств.

Луна, благодаря своим впечатляющим ландшафтам и экзотичности, также выглядит как весьма вероятный объект для космического туризма, который может привлечь значительное количество средств на её освоение, способствовать популяризации космических путешествий, обеспечивать приток людей для освоения лунной поверхности. Космический туризм будет требовать определённых инфраструктурных решений. Развитие инфраструктуры, в свою очередь, будет способствовать более масштабному проникновению человечества на Луну.

Существуют планы использования лунных баз в военных целях для контроля околоземного космического пространства и обеспечения господства в космосе.

Директор Института космических исследований РАН Лев Зелёный считает, что приполярные области Луны можно использовать для размещения российской или международной научной базы.

Изучение Луны

Космическая эпоха лунных исследований позволила ближе взглянуть на соседа. Холодная война между СССР и США стала причиной того, что все технологии развивались быстро, а Луна стала главной целью исследований. Началось все с запусков аппаратов, а закончилось человеческими миссиями.

Советский космический зонд Луна-1

В 1958 году стартовала советская программа «Луна», где первые три зонда разбились об поверхность. Но уже через год страна успешно доставляет 15 аппаратов и добывает первые сведения (информация о гравитации и снимки поверхности). Образцы доставили миссиями 16, 20 и 24.

Среди моделей были и инновационные: Луна-17 и Луна-21. Но советскую программу закрыли и зонды ограничились лишь съемкой поверхности.

В НАСА запуск зондов стартовал в 60-х гг. В 1961-1965-х гг. действовала программа Рейнджер, которая создавала карту лунного ландшафта. Далее в 1966-1968-х гг. высаживали роверы.

В 1969 году случилось настоящее чудо, когда астронавт Аполлона-11 Нил Армстронг сделал первый шаг на спутнике и стал первым человеком на Луне. Это была кульминация для миссии Аполлон, которая изначально нацеливалась на человеческий полет.

На миссиях Аполлон-11-17 побывало 13 астронавтов. Они сумели добыть 380 кг породы. Также все участники занимались различными исследованиями. После этого наступило длительное затишье. В 1990-м году Япония стала третье страной, которой удалось установить свой зонд над лунной орбитой.

В 1994 году США отправляют корабль Климентину, который занимался созданием масштабной топографической карты. В 1998 году разведчик сумел отыскать ледяные залежи в кратерах.

Посадочная площадка Чаньэ-3 и лунная поверхность

В 2000-м году многие страны загорелись желанием исследовать спутник. ЕКА отправили корабль SMART-1, который впервые детально проанализировал химический состав в 2004 году. Китай запустил программу Чаньэ. Первый зонд прибыл в 2007 году и пробыл на орбите 16 месяцев. Второй аппарат сумел запечатлеть также прилет астероида 4179 Тутатис (декабрь 2012 года). Чаньэ-3 в 2013 году спустил на поверхность ровер.

В 2009 году на орбиту вышел японский зонд Кагуя, изучающий геофизику и создавший два полноценных видео-обзора. С 2008-2009 года на орбите вращалась первая миссия от индийской ISRO Чандраян. Они смогли создать химическую, минералогическую и фотогеологическую карты в высоком разрешении.

НАСА в 2009 году использовали аппарат LRO и спутник LCROSS. Внутреннюю структуру рассматривали еще два дополнительных ровера НАСА, запущенные в 2012 году.

Договор между странами гласит, что спутник остается общим владением, поэтому все страны могут запускать туда миссии. Китай активно готовит проект по колонизации и уже тестирует свои модели на людях, которых закрывают на длительное время в специальные купола. Не отстает и Америка, которая также намерена заселить Луну.

Спутники Земли: от искусственного до естественного

Астроном Владимир Сурдин об экспедициях на Луну, месте посадки «Аполлон-11» и снаряжении космонавтов:

Освоение Луны: планы и этапы

В 2000-х годах Китай озвучил перспективные планы освоения естественного спутника. К тому же это подвигло и космических лидеров (Россию, Японию, Индию) вновь заняться лунными программами.

Сегодня изучение Луны начинают и частные компании. Именно потому и возникли реальные планы по развитию так называемого космического туризма.

Российская лунная программа составлена на перспективу с 2021 по 2040 гг.

На первом этапе (2021-2025 гг.) концепция лунных исследований предусматривает  высадку на поверхность посредством лунных модулей, находящихся на автоматических космических станциях.

Следующий этап программы предполагает пилотируемые полеты (2026 г.). А также высадку людей непосредственно на поверхность Луны продолжительностью до 14 суток (после 2030 г.). Тогда же планируется возведение начальных элементов будущей лунной базы.

На третьем этапе освоения Луны Россией (после 2035 г.) предусматривается завершение постройки базы на Луне, которую можно будет посещать. А также двух обсерваторий, развитие других инфраструктурных объектов, добыча водного льда с целью создания кислородно-водородного топлива, возведение радиационных убежищ. До 2040 г. осуществится работа на окололунной орбите аппаратов навигации для создания маршрутов техники, функционирующей на Луне.

Освоение Луны заинтересовало и космическое агентство Соединенных Штатов (NASA).

Лидер мировой космической индустрии ставит перед собой амбициозную задачу реализовать пилотируемую космическую миссию на Луну. На самом деле, начальную высадку американцы планируют произвести примерно через 10 лет. Кстати, мотивацией для более подробного исследования спутника служит наличие лунных минеральных ресурсов. А также, помимо высадки, планируется провести эксперимент по продолжительному нахождению космонавтов в условиях лунной среды.

Мы живем в эпоху небывалых открытий и научно-технических достижений. И то, что сто лет назад было фантастикой, сегодня становится реальностью. Возможно, кто-то из нас или наших детей уже сможет отправиться в космическое путешествие и ступить на поверхность такой близкой и такой далекой Луны.

Текст: Flytothesky.ru

Гелий-3 в планах освоения Луны

Терраформированная Луна, вид с Земли; рисунок художника

В январе 2006 года Николай Севастьянов, бывший президент Ракетно-космической корпорации «Энергия», официально объявил, что главной целью российской космической программы будет добыча на Луне гелия-3 путём переработки лунного реголита. «Постоянную станцию на Луне мы планируем создать уже к 2015 году, а с 2020 года может начаться промышленная добыча на спутнике Земли редкого изотопа — гелия-3». Летать к Луне будет многоразовый корабль «Клипер», а помогать ему в строительстве Лунной базы начнёт межорбитальный буксир «Паром». Однако данные «официального заявления» остались на совести Н. Н. Севастьянова, поскольку Россия не признаёт существования у неё лунной программы наподобие американской. О других источниках финансирования также пока ничего не известно.

Присутствие гелия-3 в лунных минералах представители американского Национального агентства по космонавтике и аэронавтике США (НАСА) также считают серьёзным поводом к освоению спутника, при этом первый полёт туда НАСА планировала осуществить не раньше 2018 года.
Китай и Япония также запланировали создание лунных баз, но это, скорее всего, произойдёт в 2020-х годах. До сих пор США остаётся единственным государством, представители которого побывали на Луне — с 1969 по 1972 год туда было отправлено 6 американских пилотируемых экспедиций.

Создание станции — не только вопрос науки и государственного престижа, но и коммерческой выгоды. Гелий-3 — это редкий изотоп, стоимостью приблизительно 1200 долларов США за литр газа, необходимый в ядерной энергетике для запуска термоядерной реакции. На Луне его количество оценивается в тысячи тонн (по минимальным оценкам — 500 тысяч тонн). Плотность жидкого гелия-3 при температуре кипения и нормальном давлении равна 59 г/л, а в газообразном виде примерно в 1000 раз меньше, следовательно, 1 килограмм стоит более 20 миллионов долларов, а весь гелий — более 10 квадриллионов долларов (около 500 нынешних ВВП США).

Учёные считают, что гелий-3 можно будет применять в термоядерных реакторах. Чтобы обеспечивать энергией всё население Земли в течение года, по подсчётам учёных Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН, необходимо приблизительно 30 тонн гелия-3. Стоимость его доставки на Землю будет в десятки раз меньше, чем у вырабатываемой сейчас электроэнергии на атомных электростанциях.

При использовании гелия-3 не возникает долгоживущих радиоактивных отходов, и поэтому проблема их захоронения, так остро стоящая при эксплуатации реакторов на делении тяжёлых ядер, отпадает сама собой.

Однако существует и серьёзная критика этих планов. Дело в том, что для зажигания термоядерной реакции дейтерий+гелий-3 необходимо нагреть изотопы до температуры в миллиард градусов и решить задачу удержания нагретой до такой температуры плазмы. Современный технологический уровень позволяет удержать плазму, нагретую лишь до нескольких сотен миллионов градусов в реакции дейтерий+тритий, при этом почти вся энергия, полученная в ходе термоядерной реакции, затрачивается на удержание плазмы (см. ITER). Поэтому реакторы на гелии-3 многими ведущими учёными, например, академиком Роальдом Сагдеевым, выступившим с критикой планов Севастьянова, считаются делом отдалённого будущего. Более реальными с их точки зрения является разработка на Луне кислорода, металлургия, создание и запуск космических аппаратов, в том числе ИСЗ, межпланетных станций и пилотируемых кораблей.

Перспективы по освоению Луны

США разрабатывают программу, которая предусматривает создание постоянной лунной базы к 2024г. Программа НАСА Artemis, это план первой космической экспансии человеком другой планеты. Ведь, как не крути, а Луна является полноценной планетой, которая была захвачена гравитационным полем Земли.

Россия, совместно с другими странами, выступила с предложением создать на Луне международную обсерваторию, для изучения дальнего космоса.

Первый этап российской программы, в срок с 2016 по 2028 год, предусматривает провести повторные исследования нашего спутника в автоматическом режиме, с использованием современных возможностей техники.

Китай тоже решил не отставать в этой гонке. В его планах получение полезных ископаемых из космоса. Энергия Солнца, астероиды и, конечно, Луна, это те направления, которые КНР собирается разрабатывать в первую очередь.

Исследования Луны

Итальянец Галилео Галилей не первый человек, наблюдавший Луну в телескоп. Еще до него, в 1609г, англичанин Томас Хэрриот, при помощи телескопа, составил описание лунной поверхности и ее кратеров.

Но именно Галилей, в ходе своих наблюдений, признал, что она не была совершенной сферой, которую представляли себе древние греки и ранние христиане. Он обнаружил, что Луна имеет горы и долины, сделал первые научные измерения лунной топографии, отметил отсутствие облаков и воды. Галилей делал заключения не на предположениях, а на основе наблюдений с помощью передовой техники того времени.

Первые шаги

В будущем году исполнится 50 лет с тех пор, как Луну стали исследовать с помощью космических аппаратов. Пионером в этом деле был Советский Союз. Первых три лунника запустили с Байконура в сентябре, октябре и декабре 1958 года, однако они были утеряны из-за аварий ракет-носителей. В 1959 году ушли в космос еще четыре автоматические станции, запрограммированные на жесткую посадку (фактически падение) на Луну. Одна из них опять-таки погибла при взрыве ракеты, но остальным повезло больше. «Луна-1» проскочила мимо цели, но зато превратилась в первый в мире искусственный спутник Солнца. «Луна-2» врезалась в лунный реголит 13 сентября, а «Луна-3» месяцем спустя отправила на Землю снимки обратной стороны Луны.

Лунные недра Согласно современным представлениям, Луна имеет относительно тонкую кору — около 60 км на стороне, обращенной к Земле, до 150 км — на противоположной (невидимой с Земли) стороне. Такая разница образовалась за счет приливных сил, действовавших миллионы лет, эти же силы синхронизировали вращение Луны вокруг своей оси с ее вращением вокруг Земли — за счет этого Луна всегда обращена к Земле одной стороной. Под корой находится твердая литосфера — верхняя часть лунной мантии, толщиной около 1000 км. Еще глубже лежит 400-км нижняя часть мантии — относительно мягкая и горячая астеносфера. И, наконец, в центре, скорее всего, находится 350-км ядро (существование его пока не доказано).

Первым американским аппаратом, сфотографировавшим перед падением на Луну ее поверхность, был зонд Ranger-7, выполнивший эту задачу 31 июля 1964 года. А первая мягкая посадка на поверхность нашего спутника была осуществлена опять-таки советской станцией «Луна-9» 3 февраля 1966 года (на три месяца раньше, чем это сделал американский Surveyor-1). Наконец, в апреле 1966 года «Луна-10» стала первым лунным спутником и до прекращения связи успела накрутить 460 витков.

Наивысшими достижениями в истории лунной космонавтики стали экспедиции американских кораблей Apollo-11, Apollo-12 (1969 год) и Apollo-14, 15, 16 и 17 (1971−1972), в результате которых на Землю было доставлено около 400 кг породы, взятой с разных участков видимой стороны Луны. СССР в 1970—1976 годах послал к Луне и на Луну еще десять станций. Одна из них погибла при запуске, и еще три не смогли осуществить свои программы. «Луны» с номерами 16, 20 и 24 возвратились на Землю с образцами минералов, «Луна-17» и «Луна-21» доставили по назначению два самоходных аппарата-лунохода, «Луна-22» провела серию исследований на окололунной орбите.