В 2021 году должна состояться первая миссия по американской лунной программе «Артемида». Сверхтяжелая ракета-носитель SLS запустит в космос новый пилотируемый корабль «Орион», который должен будет в беспилотном режиме облететь Луну и вернуться на Землю. Вместе с ним к Луне отправится несколько малых научно-исследовательских спутников. Среди них – Lunar Flashlight, кубсат, предназначенный для поисков водяного льда на Луне.

В перспективе люди смогут использовать водяной лед для снабжения лунной базы водой и кислородом и для производства ракетного топлива.

Долгое время ученые считали, что на Луне нет водяного льда: в условиях температуры и давления на лунной поверхности он должен быстро сублимировать. Однако позднее несколько исследовательских миссий подтвердили, что в постоянно затененных кратерах вблизи полюсов Луны и на небольшой глубине под поверхностью присутствуют молекулы воды. Так, нейтронный детектор LEND на спутнике Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) построил карту присутствия льда на Луне на глубине от нескольких сантиметров до первых метров. Собранные им данные показали концентрацию воды до 1% массы.

В 2009 году космический аппарат LCROSS замерил концентрацию частиц воды в облаке пыли, которое поднялось после сброса на Луну разгонного блока «Центавр». В результате исследования ученые установили, что в первых нескольких десятках метров от поверхности в точке сброса концентрация воды достигает 5-7%. Вместе с водой были зафиксированы летучие вещества, которые обычной свойственны кометам. Это подтвердило гипотезу о кометном происхождении льда на Луне.

Индийский научный спутник Луны «Чандраян-1» (Chandrayaan 1) также занимался поисками льда, замеряя альбедо (способность отражать свет) поверхности Луны, т. к. альбедо льда и реголита существенно различаются. Между построенной им картой распространения льда на поверхности Луны и картой LRO, которая показывает распространение льда под поверхностью, есть существенные различия. Кроме того, «Чандраян-1» не мог заглянуть в затененные кратеры, а изменение альбедо реголита на освещенных участках лунной поверхности не обязательно отражает присутствие там льда.

Таким образом, если существование льда на Луне подтверждено, то вопросы о его минеральной форме и глубине залегания остаются открытыми.

Спутник Lunar Flashlight будет использовать для поисков воды на Луне два метода. Первый – изучение альбедо поверхности Луны. Но основной метод – это активная спектрография. Космический аппарат будет оборудован инфракрасными лазерными излучателями, которые смогут подсвечивать поверхность Луны, и детекторами, способными фиксировать отраженный сигнал. Разница между спектрами поглощения ледяного льда и сухого реголита легко фиксируется, а потому Lunar Flashlight сможет напрямую определить присутствие или отсутствие льда в затененных кратерах на поверхности Луны.

С высоты 20 км лазер будет создавать пятно на поверхности диаметром 35 м. Лазерная установка будет работать по 2-3 минуты в точке сближения с Луной. В рабочем режиме четыре излучателя будут включаться попеременно на 1-6 мс каждый с последующей паузой на 1-6 мс, при которой все лазеры будут отключены. Масштаб фиксирования льда составит 10 км вдоль траектории полета космического аппарата и 35 м в поперечнике полосы.

Lunar Flashlight представляет собой шестимодульный кубсат (6U) общей массой около 14 кг. Двигательная установка, необходимая для перелета к Луне и коррекций орбиты, будет использовать экспериментальное слаботоксичное топливо (LMP-103S/LT или AF-315M), разработанное Центром космических полетов НАСА им. Маршалла. Разработчики заверяют, что по эффективности оно на 25% превосходит гидразин. На космическом аппарате будет установлено четыре двигателя тягой 100 мН (0,01 кгс) каждый. Система обеспечения теплового режима предполагает пассивное охлаждение и активный нагрев аппарата.

Перелет к Луне спутник Lunar Flashlight осуществит самостоятельно. Он отделится от корабля «Орион» на высоте 36 тысяч км над поверхностью Земли. Дорога к Луне займет у него более полугода. За это время он трижды облетит Землю и Луну. После 190 суток в космосе аппарат выйдет на близкую к прямолинейной гало-орбиту Луны с периселением 15 км (+/- 5 км) и с периодом обращения 7 суток. Такая орбита является неустойчивой, а потому на каждом витке Lunar Flashlight придется задействовать двигательную установку для поддержания орбиты.

Сбор данных будет вестись при сближении космического аппарата с Луной. Базовая миссия Lunar Flashlight рассчитана 10 витков вокруг спутника Земли, т. е. около двух месяцев работы. Если запасы топлива позволят, то сбор данных будет продолжен и после окончания этого периода.

В конце жизни микроспутник ждет управляемое сведение и падение на Луну вблизи ее южного полюса.

Ученые рассчитывают, что данные, собранные Lunar Flashlight, позволят сопоставить между собой результаты исследований лунного льда, собранные другими космическими аппаратами до него.

• < Назад
• Вперёд >