Через тернии к Луне: как Индия вошла в клуб ведущих космических держав

В 2023 году Индия успешно осуществила миссию «Чандраян-3», став четвертой страной после СССР, США и Китая, которой удалось мягко посадить свой космический аппарат на поверхность Луны. Небольшой лунный ровер «Прагъян», в течение двух недель исследовавший поверхность ближайшего к нам небесного тела, собрал много полезных для мирового научного сообщества данных. Vokrugsveta.ru рассказывает, как Индия развивала свою лунную программу и смогла окончательно войти в клуб мировых лидеров в сфере космонавтики.

Первый блин — не комом

История индийской космической программы ведет отсчет с конца 1960-х годов. Всё начиналось с разработки легких ракет-носителей и запуска спутников на околоземную орбиту. Накопив некоторый опыт, в Индии задумались о создании более мощных ракет и о межпланетных полетах. Идея организации миссии к Луне обсуждалась индийскими учеными с 1999 года и постепенно обретала всё больше сторонников.

В начале 2000-х годов Индийская организация космических исследований (ISRO, Indian Space Research Organisation) создала экспертную группу, которая пришла к выводу, что у страны есть технические возможности для создания лунного орбитального аппарата и его запуска к естественному спутнику. Проект получил одобрение правительства страны — в августе 2003 года тогдашний премьер-министр Атал Бихари Ваджпаи анонсировал миссию «Чандраян-1» (с санскрита это название переводится как «Лунный корабль»).

Реализация этого проекта заняла всего пять лет — запуск аппарата состоялся 22 октября 2008 года. «Чандраян-1» массой около 1,4 тонны (с учетом топлива) по форме напоминал куб с гранью длиной 1,5 метра. На борту он нес 10 научных приборов, включая две камеры, лидар, а также несколько спектрометров, созданных индийскими учеными и их иностранными коллегами. В дополнение к этому набору на аппарате был установлен ударный зонд MIP (Moon Impact Probe).

Вскоре после того как «Чандраян-1» успешно вышел на лунную орбиту 12 ноября 2008 года, MIP устремился к поверхности и вскоре упал недалеко от кратера Шеклтон, близ Южного полюса Луны. Падая в течение получаса, он продолжал высылать информацию на материнский спутник, который, в свою очередь, передавал данные на Землю. После анализа сведений, полученных от MIP, индийские ученые пришли к выводу, что факт присутствия воды в лунном грунте можно считать окончательно подтвержденным.

Предполагалось, что «Чандраян-1» проработает по меньшей мере два года, но связь с аппаратом была потеряна в конце августа 2009-го, спустя примерно 10 месяцев после запуска. Ожидалось, что аппарат будет оставаться на лунной орбите до конца 2012 года, после чего упадет на поверхность спутника, однако в 2016 году «Чандраян-1», по данным NASA, всё еще обращался вокруг Луны.

Причиной сбоя в работе аппарата в ISRO сперва назвали воздействие космической радиации на электронику, но позднее специалисты пришли к выводу, что «Чандраян-1» остался без энергии из-за перегрева, который вывел из строя систему электропитания. Хотя миссия и закончилась намного раньше запланированного срока, ученые на Земле успели выполнить более 90% основных задач, так что в ISRO признали полет «Чандраяна-1» успешным и приступили к реализации следующего этапа национальной лунной программы, который предусматривал отправку на Луну посадочного модуля с полноценным ровером.

Обидное фиаско

Подготовка миссии «Чандраян-2» шла совсем не так гладко, как рассчитывали в ISRO, и в итоге закончилась одной большой неудачей. Но обо всем по порядку.

По первоначальному плану этот проект индийцы собирались реализовать совместно с Роскосмосом — соответствующий договор был подписан 12 ноября 2007 года. Он предусматривал, что индийская сторона подготовит орбитальный аппарат и луноход, а Россия предоставит посадочный модуль. Осуществить запуск при помощи индийской ракеты-носителя предполагалось в конце 2012 года.

Однако всё пошло не по плану. После того как в 2011 году российский межпланетный аппарат «Фобос-Грунт», предназначавшийся для исследования поверхности одного из двух спутников Марса, был потерян вскоре после запуска, Роскосмосу пришлось вносить усовершенствования в схожие по конструкции посадочные платформы. Это привело не только к срыву сроков миссии «Чандраян-2», но и поставило индийскую сторону перед необходимостью уменьшить массу уже готового лунохода.

Когда же стало ясно, что и в 2016-м году, на который перенесли совместную миссию, запустить «Чандраян-2» не удастся, в ISRO приняли решение отказаться от сотрудничества с Роскосмосом и создать собственный лунный посадочный модуль, который получил название «Викрам» («Доблесть») в честь ученого Викрама Сарабхая, отца-основателя индийской космической программы.

Старт полностью отечественного «Чандраяна-2» с луноходом «Прагъян» («Познание» или «Мудрость»), которому предстояло высадиться около Южного полюса Луны, назначили сперва на март 2018 года, а затем несколько раз переносили из-за выявленных неполадок в разных узлах. Проверки велись очень тщательно, ибо и ставки были высоки — мягко посадить космический аппарат на Луну к тому времени смогли только СССР, США и Китай. В конечном итоге запуск ракеты-носителя GSLV III с лунным аппаратом на борту состоялся 22 июля 2019 года.

Первые этапы полета прошли успешно. «Чандраян-2» вышел на околоземную орбиту, совершил необходимые маневры для перехода на транслунную траекторию, достиг Луны и провел несколько корректировок орбиты. Решающий этап миссии начался 2 сентября, когда от «Чандраяна-2» отделился посадочный модуль «Викрам» с луноходом «Прагъян». В течение нескольких дней он постепенно снижал скорость, приближаясь к поверхности Луны, а 6 сентября приступил к посадке.

Траектория снижения аппарата соответствовала расчетной, но на высоте 2,1 километра «Викрам» отклонился от курса. Последние данные телеметрии были получены, когда модуль находился в 330 метрах над Луной, — они показали, что его скорость была слишком велика для мягкой посадки. Затем связь с аппаратом прервалась. 8 сентября руководитель ISRO Кайласавадиву Сиван признал, что «Викрам», судя по всему, разбился о поверхность Луны. Впрочем, безуспешные попытки восстановить связь с модулем продолжались еще почти две недели.

17 сентября американский зонд Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) совершил пролет над предполагаемым районом падения «Викрама» — между кратерами Манцини и Симпелий, в 595 километрах от Южного полюса Луны. Обнаружить обломки индийского аппарата специалистам не удалось, но в этом преуспел индийский инженер Шанмуга Субраманян, который смог разглядеть на опубликованных фотографиях LRO предполагаемое место крушения. Пролеты американского спутника над этим районом в октябре и ноябре 2019-го подтвердили предварительные наблюдения. Надежд больше не осталось — на фотографиях с наиболее высоким разрешением (порядка 0,7 метра на пиксель) удалось выявить свыше двадцати мест с обломками модуля, разбросанными возле точки его столкновения с лунной поверхностью на большой скорости.

Причиной крушения аппарата в ISRO назвали сбой в работе программного обеспечения. Конечно, это было очень досадно — но Луна недаром заслужила репутацию «кладбища автоматических станций». Например, только в 2023-м там были утеряны японская «Хакуто-Р» и российская «Луна-25». Некоторым утешением для индийских инженеров стала исправная работа орбитального аппарата «Чандраяна-2», оснащенного несколькими научными инструментами. По состоянию на ноябрь 2023 года он продолжает выполнять свою семилетнюю программу.

Попытка номер три

На момент гибели «Чандраяна-2» уже вовсю кипела работа над «Чандраяном-3». Третья лунная миссия Индии, как и предшественница, столкнулась с переносами — ее предполагалось отправить к спутнику в 2020 году, а получилось только летом 2023-го. Поскольку «Чандраян-2» потерпел неудачу, новый и во многом идентичный аппарат должен был повторить его программу. Посадочный модуль миссии снова назвали «Викрамом», а луноход — «Прагъяном».

Запуск состоялся 14 июля 2023 года при помощи ракеты-носителя LVM3 (такое название теперь носит бывшая GSLV III). 5 августа 2023 «Чандраян-3» вышел на орбиту вокруг Луны, а 17 августа состоялось разделение посадочного и орбитального модулей. Далее опять предстояло посадить модуль «Викрам» в районе Южного полюса Луны, который привлекает ученых своей неизведанностью и потенциальными запасами воды.

В этот раз у индийцев всё получилось, хотя команде миссии в Космическом центре имени Сатиша Дхавана, пришлось изрядно понервничать. 23 августа «Викрам», заняв полностью вертикальное положение и опустив посадочные опоры, запустил двигатели торможения. Одновременно аппарат отслеживал свою скорость и положение на пути к намеченной зоне посадки. На последнем этапе система навигации модуля выбрала подходящую площадку с ровной поверхностью. Когда же процесс успешно завершился, в центре управления воцарилось обессиленное молчание, спустя несколько секунд взорвавшееся аплодисментами — участники команды «Чандраяна-3» воздавали должное друг другу.

За трансляцией процесса посадки «Викрама» наблюдал, не скрывая волнения, премьер-министр Индии Нарендра Моди. В поздравительной речи он объявил, что отныне место приземления «Викрама» будет называться «точкой Шив Шакти» (от имен индуистского божества Шивы, ассоциируемого с Луной, и его жены Шакти), и провозгласил 23 августа Национальным днем ​​космоса

В Индии успех миссии «Чандраян-3» стал поводом для национального торжества. В ISRO получали поздравления от коллег из других стран, включая Россию: Роскосмос, потерявший «Луну-25» при посадке 19 августа, приветствовал успешное прилунение «Викрама». Главный научный сотрудник Лаборатории сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии РАН Александр Базилевский отмечал, что опыт посадки аппарата на Южном полюсе Луны с его непростым рельефом будет востребован другими странами.

Посадку спланировали таким образом, чтобы она совпала с началом очередного лунного дня, длящегося в течение двух земных недель. Это было очень важно, поскольку ночью температура в районе Южного полюса Луны может опускаться до -200 °C, а луноход «Прагъян» не был рассчитан на такие условия. Поэтому запланированный срок его работы составлял всего 14 дней, хотя инженеры допускали, что он сможет пережить лунную ночь и проработать дольше.

Успехи «Чандраяна-3»

Всего через четыре часа после посадки, которые ушли на проверку всех систем, «Викрам» развернул специальный трап, по которому шестиколесный луноход «Прагъян» съехал на поверхность Луны и начал свое двухнедельное странствие.

Так «Прагъян» съезжал на поверхность Луны. 26-килограммовый индийский ровер выглядит миниатюрным на фоне советских луноходов. Впрочем, за прошедшие со времен их высадки полвека имеющаяся в распоряжении человечества техника многократно усовершенствовалась и миниатюризировалась

Добравшись до места назначения, «Прагъян» смог приступить к выполнению задачи, к которой его готовили. За две недели преодолел лишь чуть больше 100 метров, но при этом совершил важные открытия, оправдав надежды своих создателей. Для исследования состава лунного грунта ровер задействовал свое главное «оружие» — лазерно-искровой эмиссионный спектрометр (LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy). Этот прибор, созданный в лаборатории ISRO в Бангалоре, позволяет производить измерения элементного состава при помощи интенсивных лазерных импульсов. По сути, LIBS стреляет в лунную поверхность наносекундным лазерным лучом, испаряющим грунт в точке касания и превращающим его в облако светящейся плазмы. Оптический блок собирает этот свет и передает в спектрограф, определяющий элементный состав образца.

Спектрометрические исследования на Луне проводились и прежде, но никогда — в районе ее Южного полюса при помощи прибора спускаемого аппарата. Научный инструмент «Прагъяна» бесспорно подтвердил присутствие в данном регионе серы — о содержании этого элемента в лунном грунте в районе экватора было известно и ранее, но в приполярных областях обнаружить его с помощью орбитальных спектрографов не удавалось. Также анализ показал наличие алюминия, кальция, железа, хрома и титана. Результаты работы LIBS дополнил его «напарник» — рентгеновский спектрометр альфа-частиц (APXS, Alpha Particle X-ray Spectrometer), использующий для анализа не оптическое, а рентгеновское излучение, испускаемое возбужденными атомами исследуемого образца. Он обнаружил следы марганца, кремния и кислорода.

Пока «Прагъян» путешествовал, «Викрам» тоже был занят делом. Установленный на борту посадочного модуля сейсмограф ILSA (Instrument for Lunar Seismic Activity) зафиксировал возможное «лунотрясение», а прибор ChaSTE (Chandra's Surface Thermophysical Experiment) при помощи 10-сантиметрового щупа произвел замеры температуры. Ученых озадачил довольно большой разброс показаний: от -10 °C на глубине 8 сантиметров до 50 °C на поверхности Луны. Исследователи предполагают, что быстрое снижение температуры грунта по мере нарастания глубины может свидетельствовать в пользу гипотезы о залегании под слоем лунной пыли зоны вечной мерзлоты.

Увы, проверить эту гипотезу не удалось, ибо ни «Викрам», ни «Прагъян» не имели устройств для отбора образцов, залегающих глубже поверхностного пылевого слоя. Пролить свет на эту загадку могла бы разбившаяся российская «Луна-25», которая имела в своем арсенале установку для криогенного бурения и тоже должна был сесть возле Южного полюса Луны.

2 сентября в ISRO сообщили, что луноход завершил основную программу и «заснул». На тот момент аккумулятор «Прагъяна» был полностью заряжен, а солнечная батарея повернута таким образом, чтобы поймать первые лучи восходящего Солнца.

Пока «Прагъян» пребывал в состоянии «летаргического сна», модуль «Викрам» выполнил «прыжковое» испытание. 3 сентября двигатели аппарата включились, и он совершил прыжок на 40 сантиметров по вертикали и 30-40 сантиметров по горизонтали. Этот тест был нужен для отработки схемы возвращения на Землю последующих лунных аппаратов, включая пилотируемые. Кстати, «Викрам» — всего лишь второй посадочный модуль, подвергшийся такому испытанию. Первым был американский «Сервейер-6» в далеком 1967 году.

Амбициозные планы

К большому сожалению, «Прагьян» так и не очнулся с наступлением следующего лунного дня — электроника лунохода не выдержала испытания лютым холодом. Однако того, что было сделано в ходе этой миссии, достаточно, чтобы назвать ее огромным достижением.

Так разработчики представляют основные этапы миссии LUPEX. Созданием лунохода для нее занимаются в основном японские специалисты, а индийская сторона отвечает за посадочную платформу

Руководитель проекта «Чандраян» Милсвами Аннадураи подчеркивает, что в ISRO работают во благо всего человечества. «Если мы хотим сделать из Луны космический форпост, ворота в дальний космос, то нам необходимо провести куда более глубокие исследования. Они нужны, чтобы выяснить, какого рода жилье мы можем там построить из подручных материалов и как доставлять туда необходимые грузы. Так что конечная цель индийских миссий заключается в том, чтобы однажды Луна, находящаяся на расстоянии 360 тысяч километров от Земли, стала одним из земных континентов, а мы были бы не пассивными зрителями, а жили активной жизнью на этом континенте с хорошей защитой. Мы должны работать в этом направлении», — объясняет Аннадураи.