Космические проекты Луна-25 и Экзо-Марс в Роскосмо

              Космические проекты “Луна-25” и “Экзо-Марс” в “Роскосмосе”.
 
        “Роскосмос” и НАСА – две крупнейшие в мире структуры, управляющие космическими проектами России и США. В октябре 2021 г. с космодрома “Восточный” в Амурской области при помощи средней ракеты «Союз-2.1б» с разгонным блоком “Фрегат” к Луне должна улететь первая российская лунная миссия. «Луна-25» предполагает посадку спускаемого аппарата в районе кратера Богуславский вблизи южного полюса Луны, вероятно, богатого залежами водяного льда. После посадки аппарат, в том числе проведет исследования свойств и состава полярного грунта, измерит его механические характеристики. Название первой российской лунной миссии подчеркивает преемственность с лунной программой СССР - в ходе последней советской миссии «Луна-24», состоявшейся в августе 1976 г., на Землю со спутника были доставлены образцы грунта. В конце 2021 г. к Луне может полететь индийская миссия Chandrayaan-3. Новая программа практически полностью повторяет предыдущую Chandrayaan-2, которая завершилась неудачей (жесткой посадкой). Свои миссии в 2021 г. к Луне планируют отправить, кроме России и Индии, несколько американских частных компаний. Одна из них, Peregrine Mission One от Astrobotic Technology, должна стартовать в июле при помощи тяжелой ракеты Vulcan Centaur. Соответствующий зонд должен прилуниться на северо-восточной, видимой стороне Луны. В марте этого года Европейское космическое агентство (ЕКА) и российская госкорпорация «Роскосмос» объявили, что совместный первоначальный план по запуску «ЭкзоМарс-2020» (ExoMars2020), который должен был быть реализован в июле, отложен до 2022 г. Причиной является то, что два парашюта, необходимых для мягкой посадки на поверхность Марса, еще не закончили испытания и экспертизу. Миссия «ЭкзоМарс-2020»  - это совместная программа Европейского космического агентства и «Роскосмоса» по исследованию Марса. В программе «ЭкзоМарс-2020» Россия отвечает за разработку посадочной платформы «Казачок», некоторую часть научных приборов и ракеты, а ЕКА в основном занимается марсоходом «Розалинд Франклин» и некоторыми научными приборами. Посадочная платформа «Казачок» весит около 827,9 кг. и имеет проектный срок службы в 1 год. Она оснащена 11 русскими и 2 европейскими измерительными приборами.

       
        Космический проект “Луна-25”.
        «Луна-25» — это первый за 45 лет космический автоматический аппарат, который стартует к нашему естественному спутнику. Напомним, что последний аппарат «Луна-24» был запущен Советским Союзом в 1976 г. К нашему спутнику полетит одна «Луна-25», специалисты подготовили 14 экспериментальных изделий-двойников. Это макеты, которые нужны для проведения всевозможных испытаний на Земле. Главный конструктор проекта «Луна-Глоб» (в него входит миссия «Луна-25») Павел Казмирчук в настоящее время проводит макетно-конструкторские испытания. Температура на Луне от – 120 до + 150 градусов Цельсия. Еще две машины прошли «бросковые» испытания - для изучения динамики посадки. Китай посадил уже два своих аппарата и даже вернул на Землю лунный грунт. Но наши ученые все-таки полны надежд открыть новую страницу освоения спутника. Это будет первая посадка земного аппарата на Южном полюсе. По косвенным данным, полученным с орбиты Луны, там имеется водяной лед, есть надежда, что на Южном полюсе можно добывать воду - основной ресурс для будущих колонистов. Там  много солнечного света, что облегчает решение энергетического вопроса, а также отсюда удобнее всего налаживать связь с Землей. Старт «Луны-25» намечен с космодрома Восточный в Амурской области

                - 2 -

ракетой-носителем «Союз-2.1б» с разгонным блоком «Фрегат». Подсчитали, что полет к Луне в обозначенные сроки, то есть в 2028 г., можно осуществить при помощи четырех запусков на орбиту ракеты-носителя «Ангара» и формирования на околоземной орбите полного лунного комплекса. Полет до Луны займет 10 суток, после чего сотрудники Центра управления полетом должны увидеть свет с небесного тела, блеск уголкового отражателя, по которому они определят точные координаты места посадки. НАСА по программе “Новые горизонты” долетели до Луны за 8 часов 35 мин. На 2 космической скорости (40 т. км./час). НАСА по программе “Сатурн 5” носитель долетел до Луны за 4 дня. Первый полёт на Луну в СССР был в 1959 г., первая посадка аппарата на Луну – 1966 г. Астронавт Нил Армстронг прилунился в 1969 г. Расстояние от Земли до Луны 355 – 404 тыс. км. На автомобиле со скоростью 100 км./час можно “добраться” за 160 дней, на самолёте со скоростью 800 км./час – 12 - 20 дней, пешком – 9 лет. Наблюдать за полётами на Луну будут два самых больших телескопа, расположенные в Крыму “Школьный” и “Евпатория” РТ-70, диаметр зеркала 70 м., занимающий площадь 2500 кв. м., другой – диаметр зеркала 32 м. Самый долгий полёт проходил 410 дней на ионном двигателе, который сжёг 82 кг. топлива. Китайской ракетой “Chang1” за 5 дней достиг Луны. Самое лучшее доставлять на Луну астронавтов за 9 часов, как пролетал мимо Луны американский зонд “New Horizons”. Ежегодно Луна отдаляется от Земли на 4 см. В период с 1969 по 1972 г. по программе «Аполлон» было выполнено 6 полётов с посадкой на Луне. Всего на Луне высаживались 12 астронавтов США. Чтобы преодолеть земное притяжение надо на носителе достичь 2 космическую скорость 11,2 км./сек., а достигнув её можно выключать двигатели и только при подлёте к Луне надо включать двигатели для торможения. 2 космическую скорость впервые преодолел аппарат АМС “Луна 1” 2 января 1959 г., стартовавший с космодрома “Байконур”, который прошёл наиболее близко к Луне (5-6 тыс. км.) и стала впервые первым спутником Солнца из-за промаха, а должен был попасть на саму Луну. Успешно прошёл линию Кармана, условную границу, определяющую границу между космосом и атмосферой Земли в 100 км. от поверхности Земли и 1 космическую скорость 7,9 км./сек. Начиная с этой высоты использовать крылья для полета уже не имеет смысла. На траекторию полета к Луне станцию выводила ракета-носитель «Восток-Л». МКС в космосе работают на высотах от Земли на расстояниях 390 – 400 км.  Средняя высота МКС 384,7 км., сегодня эта высота составляет 406 км. Ежедневно МКС теряет 150 – 200 м. высоты. Периодически приходится включать двигатели и МКС подымать выше, но не выше 500 км., т.к. выше сильно увеличивается радиация опасная для человека. Навигационные спутники Земли находятся выше этой зоны. Российский “ГЛОНАСС” находится на высоте 19 тыс. км., американские – 23 тыс. км., китайские – 21 тыс. км. (Л2) Международный проект «Экзо-Марс».

        Это проект Европейского космического агентства (ESA) и Роскосмоса по исследованию Марса, его поверхности, атмосферы и климата с орбиты и на поверхности планеты. Главный конструктор проекта Алексей Иванов. В настоящее время в Италии (город Турин) наш посадочный модуль «Казачок» проходит испытания. Старт нашего модуля и европейского марсохода намечен на сентябрь 2022 г. Отличает его от многочисленных американских роверов двухметровый бур, при помощи которого ученые попытаются в дистанционном режиме получить марсианский грунт, но  основной целью является поиск доказательств существования в прошлом и настоящем жизни на Марсе. С начала 2000-х г. «ЭкзоМарс» разрабатывался как совместный

                - 3 -

проект ESA и NASA. Предполагалось, что американцы предоставят для запуска двух миссий две ракеты Atlas, а также будут участвовать в разработке марсохода. Однако в 2013 г. NASA прекратило свое участие в проекте из-за сокращений бюджета. Место NASA занял “Роскосмос”. В рамках проекта российской стороной будет разработан десантный модуль с посадочной платформой, а европейской стороной – перелетный модуль и марсоход. Первый этап программы «ЭкзоМарс» начался в 2016 г. с целью наличия метана на планете. Тогда с космодрома Байконур была запущена станция «ЭкзоМарс-2016». Она состояла из научного орбитального аппарата Trace Gas Orbiter (TGO) и демонстрационного спускаемого модуля Schiaparelli. Аппарат Schiaparelli должен был отработать технологию входа в атмосферу, спуска и посадки на поверхность планеты перед запуском второго этапа миссии, но не сумел успешно совершить мягкую посадку и разбился. TGO в апреле 2018 г. начал выполнение своей научной программы, успешно передает снимки Красной планеты и сейчас ждет своей основной миссии – начала функционирования в качестве станции-ретранслятора для марсохода и автоматической научной станции. В рамках второй миссии планируется на перелетном модуле, разработанном ESA, доставить на Марс российскую посадочную платформу и европейский марсоход. Перелетный модуль обеспечивает перелет по маршруту Земля – Марс и вход десантного модуля в атмосферу планеты со скоростью примерно 5,8 км./сек. Десантный модуль осуществляет торможение в атмосфере и спуск на поверхность Марса посадочного модуля в составе посадочной платформы и марсохода. Однако старт второго этапа «Экзо-Марса» первоначально планировался на 2018 г., но затем запуск отложили на два года. Запуск АМС «Экзо-Марс-2020» должен состояться в период с 25 июля по 13 августа 2020 г. с космодрома Байконур на ракете «Протон-М». Прибытие на Марс планировалось 19 марта 2021 г. Международная рабочая группа по выбору места посадки (Landing Site Selection Working Group, или LSSWG) рекомендовала равнину Оксия для посадки аппаратов миссии «Экзо-Марс-2020». Очередной старт модуля и европейского марсохода теперь намечен на сентябрь 2022 г. (Л3) Марс - четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размеру планета Солнечной системы. Масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Давление на поверх-ности планеты в 160 раз меньше земного. У Марса есть два естественных спутника - Фобос и Деймос. На спутнике Марса нет атмосферы. Так же как и на спутнике Земли. Начиная с 1960-х г. непосредственным исследованием Марса с помощью АМС занимались в СССР (программы «Марс» и «Фобос»), США (программы «Маринер», «Викинг», «Mars Global Surveyor» и другие), Европейское космическое агентство (программа «Марс-экспресс») и Индия (программа «Мангальян»). На сегодняшний день, после Земли, Марс - наиболее подробно изученная планета Солнечной системы. Масса Марса составляет 0,107 массы Земли, а средний линейный диаметр - 0,53 диаметра Земли. Марс имеет период вращения и смену времён года, аналогичные земным, но его климат значительно холоднее и суше земного. На его поверхности есть вода в жидком состоянии. Противостояние Марса можно наблюдать каждые два года. Последний раз Марс был в противостоянии (перигелий) 27 июля 2018 г. Это противостояние входит в число великих противостояний Марса. Он находился на расстоянии от 0,386 а.е. (57,9 млн. км.) – до 2,67 а.е. (401 млн. км.) от Земли. Среднее расстояние от Земли до Марса 225 млн. км. Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн. км. (1,52 а.e.), период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам. Орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет  (0,0934), поэтому расстояние до Солнца меняется от 206,6 до 249,2 млн. км.  Наклонение орбиты Марса к плоскости эклиптики равно 1,85°. По линейному размеру Марс практически

                - 4 -

ровно вдвое меньше Земли. Сила тяжести у поверхности Марса составляет 39,4 % от земной (в 2,5 раза слабее). С Луны лететь легче, т.к. гравитация в 6 раз слабее. Поскольку неизвестно, является ли такая сила тяжести достаточной, чтобы избежать долговременных проблем со здоровьем. Длина средних марсианских солнечных суток составляет  24 часа 39 мин. Температура на планете колеблется от ;153 °C на полюсах зимой и до +20 °C  на экваторе  летом. Максимальная температура атмосферы, зафиксированная марсоходом  «Спирит», составила +35 °C, средняя температура  ;63 °C. В средних широтах температура колеблется от ;50 °C зимней ночью до 0 °C летним днём, среднегодовая температура  ;50 °C. В отличие от Земли, масса марсианской атмосферы сильно изменяется в течение года в связи с таянием и намерзанием полярных шапок, содержащих углекислый газ. Солнечный свет до Марса идёт 12 мин. 40 сек., а до Земли – 8 мин. 19 сек. У Марса было зафиксировано слабое магнитное поле. Точное расстояние от Луны до Марса измерить невозможно – всё в движении, приблизительно 77790 тыс. км. Но это почти такое же расстояние как от Земли до Марса. Ракета со средней скоростью при межпланетных перелётов составляет 20 км./сек., на гелиоцентрических орбитах скорость может достигать 40 км./сек. (59 тыс. км./час) и для полёта на Марс займёт 941 час. (39 наших дней). При среднем удалении Марса – 3879 час. (162 наших дня), а на максимальном удалении – 289 дней (5 – 10 месяцев в один конец). Реально на сегодня было бы 6 месяцев полёта в один конец. Если осуществить полёт по эллиптической орбите то срок такого полёта может возрасти до 560 лет. Стоимость любого полёта на Марс с посадкой обойдётся от $ 100 млрд. до $ 500 млрд.  Астронавты «Аполлон-11» на поверхности Луны находились всего 21 час и 36 мин. Для экспедиции которая продолжалась всего 8 суток, это приемлемо. Но для полета на Марс такой короткий срок невозможен. Не только сесть, но и взлететь с Марса сложнее, чем с Луны из-за гравитации. На Луне сила тяжести составляет 16,6% от земной, а на Марсе уже 37%. Совершенно понятно, что с поверхности Красной планеты взлетать гораздо труднее. Последнее время космонавтика использовала для полетов в космосе химические двигатели. Они вывели нас в космос, и в том числе с их помощью мы достигли Луны. Теоретически таким же способом мы можем достичь и Марса. Но срок полета (от 8 месяцев до 1,5 лет) накладывает множество рисков. За это время возможны и ухудшение здоровья членов экипажа, и технологические сбои оборудования. В связи с этим не исключена и гибель отдельных членов экипажа, либо всей экспедиции. Здесь присутствуют политические риски для страны, отправившей экспедицию в космос. Полноценный сон в условиях невесомости невозможен, а при длительном отсутствии полноценного сна у человека наступают нарушения в физиологии и психике. Трагедия в космосе может на какое-то время подорвать веру человечества в свои силы. Совместными усилиями Роскосмоса и Росатома разрабатывается межпланетный буксир с ядерной электродвигательной установкой, который позволит долететь до Марса за полтора месяца. Возможно взлетать в космос на обычных химических двигателях, а там, в безопасных условиях, запустить ядерный: ракета полетит намного быстрее и  за пару месяцев возможно доле-теть до Марса. Это уже вполне приемлемый срок, и облучение космонавтов будет не таким сильным. (Л4,5) Но это всё из области фантазии.
                Заместитель генерального директора “ЦНИИМаш” Николай Паничкин считает, что сегодня рассчитывать космическую деятельность на 10–15 лет – это неправильно: «Настолько грандиозны задачи по фундаментальным исследованиям в дальнем космосе, по освоению Луны и Марса, что планировать надо как минимум на 50 лет или более. Китайцы пытаются на сто лет смотреть вперед. Поэтому намечая проведение пилотируемого полета

                - 5 -

на эту планету к 2045 г., мы должны к 2030 г. основать форпосты на Луне. А в период с 2030 по 2040 г. создать основу широкомасштабного освоения Луны с базами и исследовательскими лабораториями». В рамках концепции развития российской пилотируемой космонавтики до 2040 г. предусмотрена программа освоения Луны (2025–2030) и полеты на Марс (2035–2040). В 2020 г. Марс и Земля снова сблизятся, но не так близко, как в следующем. NASA планирует первый пилотируемый полет к Марсу на 2035 г. Это также год великого противостояния – планеты сблизятся на 57,15 млн. км. Минимальное расстояние между двумя планетами, зафиксированное в современное время, – 55,76 млн. км. (27 августа 2003 г.), а максимальное – 401,3 млн. км. В это время наши планеты также находятся на одной условной линии, но по разные стороны от Солнца.
   


               
                Литература:

       1.  Российская сторона Луны. Газета “Московский комсомолец” 24-30
            марта 2021 г.      
       2.  Википедия. “Луна1”  (wikipedia.org)
       3.  ExoMars – ExoMars. Википедия.  site:wikichi.ru (ExoMars – ExoMars-               
           Википедия (wikichi.ru)
       4.  Марсианские особенности планеты.  (marsplaneta.ru)
       5.  Википедия. Марс.  (wikipedia.org)

                Материал подготовил Львов Ю.М.     05.04.2021