ИССЛЕДОВАНИЕ  ЛУНЫ АВТОМАТИЧЕСКИМИ  АППАРАТАМИ

Автор: Денис Нырков 

От запуска первого спутника Земли до начала исследования Луны космическими аппаратами прошёл срок меньше полутора лет. И в этом нет ничего удивительного, так как Луна является ближайшим к Земле объектом и весьма необычным для Солнечной системы объектом. Соотношение масс Луна/Земля превосходит все остальные спутники планет и составляет 1/81 – ближайшим показателем является 1/4226 у связки Титан/Сатурн. У остальных лун это соотношение ещё меньше.

За счёт того, что вулканическая активность на Луне быстро сошла на нет (из-за её относительно малой массы), её поверхность является очень древней и оценивается в  4,5 млрд лет, а отсутствие атмосферы приводит к накапливанию на поверхности метеоритов, возраст и состав которых может достигать и даже превосходить возраст самой Солнечной системы. Всё это, помимо самой близости к нам Луны, вызывало активный научный интерес у людей и желание её исследовать: общее число космических аппаратов, отправленных для её исследования (включая не удавшиеся миссии) уже перевалило за сотню штук. И именно обо всём их разнообразии и пойдёт сегодня речь.

Первые шаги

Первые исследования Луны начинались довольно плохо как у СССР, так и у США: даже частично успешными являлись только четвёртые из серии запускаемых к Луне аппаратов (Луна-1 и Пионер-3 соответственно). Это было не удивительно, так как исследования Луны стартовали в момент когда и у них, и у нас было на счету по паре успешных запусков спутников так что об условиях открытого космоса было известно очень мало. Если добавить к этому ограниченные технические возможности, не позволявшие в то время напичкать космические аппараты кучами датчиков, как это можно сделать сейчас (так что о причинах аварии можно было порою только гадать), — то можно себе представить в каких условиях приходилось порою работать конструкторам первых космических аппаратов.

Обсуждение неудачи станции «Луна-8» из книги «Королёв: факты и мифы» Я. К. Голованова — журналиста, чуть не ставшего космонавтом:

– Видите ли в чем дело, товарищи... – начал Сергей Павлович голосом доброго сказочника, в котором проскальзывали лукавые нотки. – Черток сейчас будет вам все долго и мутно объяснять, как оно было и почему не получилось. Но это все не важно. Поэтому я не хочу даже, чтобы он разворачивал свои плакаты. Поймите главное: идет процесс познания. Да, мы ошибаемся, делаем глупости, иногда случаются неудачи серьезные. Поймите, мы сейчас ворвались в область, нам неизвестную, никому неизвестную. Но от пуска к пуску мы приближаемся к успеху. Я верю в него. Мы настолько близки к победе, что я могу гарантировать: следующая попытка будет удачной. Идет процесс познания, – еще раз повторил Королев, сделал короткую паузу и добавил: – И мне кажется, нет нужды всем нам тратить время и слушать Чертока...

Первым космическим аппаратом, который смог провести прямые исследования Луны и набрать вторую космическую скорость – стала станция «Луна-1» запущенная 2 января 1959 года. Внешне она сильно напоминала Спутник-1:

Первый искусственный спутник Земли (слева), и станция Луна-1 (справа)

Та же шарообразная форма, те же четыре антенны… но на самом деле между этими двумя спутниками было мало общего: Спутник-1 имел только радиопередатчик в то время как на Луне-1 уже было установлено несколько научных приборов. С помощью них впервые было установлено что Луна не имеет магнитного поля и впервые был зафиксирован солнечный ветер. Также в ходе её полёта был проведён эксперимент по созданию искусственной кометы: на расстоянии около 120 тыс. км от Земли из станции было выпущено облако паров натрия весом около 1 кг, которое фиксировалось как объект 6-й звёздной величины.

Станция Луна-1 в сборе с блоком «Е» — третьей ступенью ракета-носителя «Восток-Л», с помощью которого также были выведены станции Луна-2 и Луна-3.

Фильм, посвящённый станции Луна-1:

Изначально Луну-1 предполагалось разбить о поверхность Луны, однако в ходе подготовки полёта не было учтено запаздывание сигнала от ЦУПа до аппарата (в то время применялось радиокомандное управление с земли) и сработавшие чуть позже необходимого двигатели привели к промаху в 6 тыс. км — что ж, «rocket science» никогда не была простым делом…

3 марта 1959 года по такой же пролётной траектории с набором второй космической скорости к Луне был отправлен американский аппарат Пионер-4. Его целью было изучение Луны с пролётной траектории, но промах в целых 60 тыс. км привёл к тому, что фотоэлектрический датчик не смог зафиксировать Луну, провести её фотографирование не получилось, однако счётчик Гейгера установил, что лунные окрестности не отличаются уровнем радиации от межпланетной среды.

Сборка аппарата Пионер-3 — полного аналога Пионера-4.

12 сентября 1959 года был осуществлён запуск станции Луна-2. Для неё кроме попадания в Луну была поставлена дополнительная задача — доставить на Луну вымпел СССР. К тому моменту ещё не были готовы системы ориентации и коррекции орбиты, поэтому удар предполагался серьёзным — со скоростью более 3 км/с. Разработчики аппарата пошли на две технические хитрости: 
1) вымпелы размещались на поверхности двух шаров диаметром около 10 и 15 см:

При «касании» Луны заряд взрывчатки внутри этих шаров детонировал, что позволяло некоторым из вымпелов погасить скорость относительно Луны.
2) Другое решение предусматривало использование алюминиевой ленты длиной 25 см на которой были нанесены надписи. Сама лента помещалась в прочный корпус заполненный жидкостью с плотностью как у ленты, а уже этот корпус в свою очередь помещался в менее прочный. В момент удара внешний корпус сминался и гасил энергию удара. Жидкость служила дополнительным амортизатором и позволяла быть уверенными в сохранности ленты. Вся эта конструкция размещалась на третьей ступени ракеты выводившей станцию на траекторию отлёта к Луне. Факт попадания в Луну станции и последней ступени был зафиксирован, но о том сколь хорошо сохранились вымпелы — ничего не известно. Возможно в будущем экспедиция историков космонавтики сможет ответить на этот вопрос.

К 7 октября 1959 года были получены первые снимки обратной стороны Луны с помощью станции Луна-3, стартовавшей 4 октября как и все остальные миссии программы «Луна» с Байконура. Она весила 287 килограммов и на ней уже была установлена полноценная система ориентации по Солнцу и Луне обеспечивающая точность в 0,5 градуса при съёмке. Станция впервые использовала гравитационный манёвр:

Траектория полёта станции Луна-3 — эта траектория была рассчитана под руководством М. В. Келдыша в Математическом институте им. В. А. Стеклова для того, чтобы обеспечить пролёт станции над территорией СССР, когда она будет возвращаться к Земле. Следующий гравитационный манёвр выполнит только Маринер-10 пролетая вблизи Венеры 5 февраля 1974 года.

Интересен был способ с помощью которого осуществлялась съёмка: сначала снимки делались с помощью фотоаппаратуры, затем плёнка проявлялась и сканировалась с помощью камеры бегущего луча, после чего уже передавалась на Землю. Чтобы избежать риска выхода аппарата из строя до возврата к Земле (полёт к Луне и обратно занимал более недели) было предусмотрено два режима связи: медленный (когда аппарат находился у Луны, вдалеке от принимающей станции) и быстрый (для связи в моменты когда аппарат пролетал над СССР). Решение дублировать системы связи оказалось абсолютно правильным — станция смогла передать только 17 из сделанных ею 29 снимков, после чего связь с ней прервалась и восстановить её уже не получилось.

Первая в мире фотография обратной стороны Луны. Фотография была посредственного качества из-за помех при передаче сигнала. Но последующие фотографии были уже намного лучше:

В итоге с помощью этих 17 снимков удалось построить довольно подробную карту:

Фотографии видимой стороны Луны в высоком разрешении были получены Рейнджером-7 запущенным 28 июля 1964. Так как это являлось единственной целью данного аппарата, для неё на борту было установлено целых 6 телевизионных камер, которые за последние 17 минут полёта перед столкновением успели передать 4300 снимков поверхности Луны.

Процесс приближения к Луне (видео ускорено):

Съёмка велась вплоть до самого столкновения, но из-за высокой скорости станции относительно Луны последнее изображение была сделано с высоты примерно 488 метров и было передано не до конца:

С точно такой же целью были запущены Рейнджер-8 и Рейнджер-9 (17 февраля и 21 марта 1965 года соответственно).

Более качественные снимки обратной стороны Луны были получены станцией Зонд-3 запущенной 18 июля 1965 года. Изначально эта станция готовилась вместе с Зондом-2 для полёта к Марсу, но из-за возникших проблем стартовое окно было упущено и Зонд-3 отправился в облёт Луны. Для тестирования новой системы связи фотографии полученные станцией передавались на Землю по нескольку раз.

Мозаика из фотографий, переданных Зондом-3.

Мягкая посадка и доставка грунта

Задача мягкой посадки на Луну была намного более сложной и после целой серии неудач была осуществлена только 3 февраля 1966 года станцией Луна-9 стартовавшей 31 января. Аппарат имел довольно сложную конструкцию:

По причине того что о поверхности Луны не было ничего известно, процесс посадки был довольно замысловатым:

Сложность системы посадки не прошла бесследно: от садящейся станции в 1,5 тонны оставалась АЛС всего в 100 кг весом, которая на поверхности выглядела примерно так:

Так как освещённость на Луне меняется крайне медленно (Луна относительно Солнца поворачивается всего на 1° за 2 часа) было решено использовать оптико-механическую систему съёмки которая была намного надёжнее, легче и потребляла меньше энергии. Её медленная скорость работы оказывалась даже положительным фактором — для передачи данных было достаточно медленного канала связи, так АЛС могла обойтись ненаправленными антеннами.

Первая фотография лунной поверхности представляла собой круговую панораму с разрешением в 500 на 6000 пикселей для съёмки одной фотографии требовалось 100 минут. Телевизионная камера имела угол зрения 29° по вертикали, в дополнение к чему конструкцией аппарата было предусмотрено его наклонение на 16° относительно вертикали местности — для того чтобы можно она могла захватить и дальнюю панораму, и близлежащий микрорельеф поверхности:

По клику доступна полная панорама Луны. Дополнительные фотографии устройства станции можно увидеть здесь, а сама камера ведущая съёмку выглядела так:

В данный момент энтузиасты из NASA собираются искать перелётный блок и остатки надувного амортизатора станции с помощью фотографий LRO (сам аппарат слишком мал для того чтобы его можно заметить — на снимках LRO он должен  выглядеть как 2*2 пикселя).

Американцам удалось посадить спускаемый аппарат Сервейер-1 к 2 июня (спустя 4 месяца после нашей станции). На нём было установлено множество датчиков:

Аппарат сам осуществлял посадку с перелётной траектории поэтому на нём были установлены приборы для этой цели: основной двигатель (сбрасывался на высоте 10 км), рулевые двигатели и высотомер/датчик скорости. Посадочные опоры выполнялись из алюминиевых сот для смягчения удара при прилунении. Среди целевого оборудования аппаратов были телекамера, датчик для анализа отражённого от поверхности света (для определения химического состава грунта) и датчики для определения температуры поверхности. Начиная с третьего аппарата устанавливался также пробоотборник которым делались траншеи для определения свойств грунта. Из 7 отправленных на Луну Сервейеров до февраля 1968 года два разбились в процессе торможения у Луны, а 5 остальных сели и выполнили свои задачи по исследованию Луны.

31 марта 1966 года была запущена станция Луна-10 которая к 3 апреля впервые в истории вышла на орбиту нашего спутника. Она имела гамма-спектрометр, магнитометр, детектор метеоритов, прибор для исследования солнечного ветра и инфракрасного излучения Луны. Так же проводились исследования гравитационных аномалий Луны (масконов). Общая продолжительность миссии составила около 3 месяцев. С той же целью были запущены станции Луна-11 и Луна-12 (24 августа и 22 октября соответственно).

Общий вид станции с перелётной ступенью и её конструкция. Данная перелётная ступень также использовалась в станциях с Луна-4 по Луна-9 включительно.

С 10 августа 1966 года к Луне были отправлены пять аппаратов серии «Лунар орбитер». Как и советские станции они использовали для съёмок фотоплёнку. Так как они запускались уже в рамках подготовки программы «Аполлон» — картография Луны в первую очередь включала в себя снимки будущих мест посадки Лунных модулей. Время их работы составляло менее двух недель, снимки имели разрешение до 20 метров и покрывали 99% всей лунной поверхности, а для 36 потенциальных мест посадки были сделаны снимки с разрешением в 2 метра.

Сам аппарат был довольно большим: при общем весе конструкции всего в 385,6 кг размах солнечных батарей имел 3,72 метра, а направленная антенна имела 1,32 метра в диаметре. Фотоаппаратура имела два объектива для одновременных широкоугольных снимков и снимков в высоком разрешении. Эта система разрабатывалась фирмой Kodak на основе систем оптической разведки самолётов U-2 и SR-71.

Дополнительно они имели детекторы микрометеоритов и радиомаяк для измерения гравитационных условий вблизи Луны (с помощью которого также были замечены масконы). Они угрожали безопасности астронавтов, так как посадка без их учёта по расчётам могла привести к отклонению в 2 км вместо штатных 200 м. Кропотливое исследование орбит аппаратов позволило измерить влияние масконов и повысить точность посадки — уже Аполлон-12 смог сесть с отклонением всего в 163 метра от своей цели.

19 июля 1967 года параллельно с программами «Сервейер» и «Лунар орбитер» был запущен аппарат Эксплорер-35 который проработал на орбите Луны целых 6 лет — вплоть до 24 июня 1973 года. Аппарат был предназначен для исследования магнитного поля, состава поверхностных слоёв Луны (по отражённому электромагнитному сигналу), регистрации ионизирующих частиц, измерению характеристик микрометеоритов (по скорости, направлению и вращательному моменту) а также исследования солнечного ветра.

Следующим советским аппаратом направленным к Луне был Зонд-5 запущенный 15 сентября 1968 года. Аппарат представлял из себя первый межпланетный корабль «Союз 7К-Л1» (запускаемый ракетой «Протон-К») и предназначался для облёта Луны советскими космонавтами. Впрочем, рисковать людьми не стали - в корабле находились две черепахи, первые живые существа совершившие облёт Луны за 3 месяца до Бормана, Ловелла и Андерса (экипажа Аполлона-8).

Первые межпланетные путешественники в представлении художника.

Таким образом кроме тестирования нового корабля у него была и научная цель: исследование влияния радиации в межпланетном полёте на черепах, мух и несколько видов растений. После облёта Луны спускаемый аппарат приводнился в водах Индийского океана:

Не считая проблем с перегрузками при посадке полёт прошёл нормально, так что следующий аппарат Зонд-6 (запущенный 10 ноября 1968 года) садился уже не в море, а в штатный район посадки на территории СССР. К сожалению он потерпел аварию на этапе спуска на парашютах: они были отстрелены на высоте около 5 км вместо расчётного момента прямо перед касанием земли и все биологические объекты на борту (которые отправляли в облёт Луны и в этом полёте) погибли. Однако плёнка с чёрно-белыми и цветными фотографиями Луны сохранилась.

Были произведены ещё два удачных запуска этого корабля: Зонд-7 и Зонд-8 (8 августа 1969 и 20 октября 1970 года соответственно) с успешными возвращениями спускаемых аппаратов. На Зонде-7 к Луне слетал фантом-манекен ФМ-2

Он предназначался для исследования воздействия космической радиации на организм человека. Материал, из которого был изготовлен манекен, максимально соответствовал параметрам тканей человеческого тела (плотности прежде всего): зерна пшеницы и опилки, клеевые массы. Итоговая масса манекена составила 70 килограммов, рост — 170 сантиметров, а лицом манекен по задумке создателей должен был походить на Ю. А. Гагарина. Внутри манекена было проложено около 20 каналов, в которых были установлены дозиметры. Они располагались в зонах наиболее важных органов. В результате, советские учёные убедились, что радиация на пути к Луне и обратно не представляет опасности для космонавтов.  (Тем более, что к тому времени к Луне слетали экипажи Аполлонов 8, 10 и 11)

13 июля 1969 года (за три дня до старта Аполлона-11) была запущена станция Луна-15, которая должна была успеть доставить образцы лунного грунта на Землю прежде, чем это должны были сделать американцы. Однако в процессе торможения у Луны с ней была потеряна связь. В итоге первой автоматической станцией доставившей образцы лунного грунта стала Луна-16 запущенная 12 сентября 1970 года:

20 сентября посадочный аппарат весом в 1880 килограмм сел на поверхность Луны. Образец был получен с помощью дрели которая за 7 минут достигла 35 см глубины и забрала 101 грамм лунного грунта. Затем возвращаемый аппарат весом 512 кг стартовал с Луны и уже 24 сентября образцы на 35-килограммовом спускаемом аппарате приземлились на территории Казахстана.

Так же, с целями доставки лунного грунта были отправлены станции Луна-20 и Луна 24 (стартовавшие 14 февраля 1972 и 9 августа 1976 года, доставившие 30 и 170 граммов грунта соответственно). Луне-24 удалось получить пробы грунта с глубины 1,6 м. Небольшая порция лунного грунта была передана NASA в декабре 1976 года. Станция Луна-24 стала последним на последующие 37 лет аппаратом осуществившим мягкую посадку на Луну — вплоть до посадки китайского «Нефритового зайца».

Луноходы и финал первого этапа исследований

Стартовавшей 10 ноября 1970 года станцией Луна-17 был доставлен первый в мире планетоход: «Луноход-1» который проработал на поверхности 301 день. На нём были установлены две телекамеры, 4 телефотометра, рентгеновский спектрометр и рентгеновский телескоп, одометр-пенетрометр, детектор радиации и лазерный рефлектор.

За время своей работы он проехал более 10 км, передал на землю около 25 тыс. фотографий, было произведено 537 измерений физико-механических свойств лунного грунта, и 25 раз — химических.

Пульт дистанционного управления Луноходом

8 января 1973 года был запущен Луноход-2 который имел ту же конструкцию. Не смотря на поломку системы навигации ему удалось проехать больше 42 км что являлось рекордом для планетоходов вплоть до 2015 года, когда этот рекорд был побит марсоходом «Оппортьюнити». Полёт Лунохода-3 запланированный на 1977 год — к сожалению был отменён.

Фотографии Лунохода-3 в музее НПО имени С. А. Лавочкина

3 октября 1971 года на орбиту Луны ракетой «Протон-К» была выведена автоматическая межпланетная станция Луна-19, которая проработала 388 дней. Её вес составлял 5,6 тонн и она была построена на базе конструкции предыдущей станции Луна-17:

В состав научной аппаратуры входил дозиметр, радиометрическая лаборатория, магнитометр установленный на 2 метровой штанге, аппаратура для определения плотности метеоритного вещества а также камеры для съёмки поверхности Луны. Одной из основных задач аппарата было изучение масконов. Из-за отказа системы управления и выхода на не расчётную орбиту от задачи картографии Луны решено было отказаться. В ходе полёта были получены дополнительные данные о магнитном поле Луны и установлено, что плотность метеоритных частиц вблизи Луны не отличается от их концентрации в диапазоне 0,8-1,2 а.е. от Солнца.

29 мая 1974 года был осуществлён запуск станции Луна-22 с той же научной программой, станция проработала 521 день. Эти станции позволили уточнить гравитационные поля Луны, и упростить посадку станциям Луна-20 и Луна-24 для отбора грунта. К сожалению станции Луна-18 и Луна-23 разбились (как и Луна-15 не смогли доставить лунный грунт на Землю).

Довольно примечательным был спутник «Эксплорер-49», который был запущен 10 июня 1973 года. Его огромная антенна состояла из 4 элементов длинной по 230 метров. Но хотя он и был запущен на орбиту Луны, для её исследований он не предназначался — он изучал галактическое радиоизлучение на частотах 25 кГц и 13,1 МГц (с такими же целями ранее был запущен спутник «Эксплорер-38»).

На этом завершился первый этап исследований Луны в котором фактически было только два участника — США и СССР. 

Снимок астрофотографа Майкла Теуснера обработанный алгоритмом LRGB.

После старта 19 августа 1976 года с поверхности Луны последней советской станции Луны-24 в исследованиях нашего естественного спутника наступил перерыв в целых 16,5 лет. Этот перерыв должен был оказаться на 2 года меньше, но с первым японским аппаратом для исследования Луны «Хагоромо» была потеряна связь вскоре после его отделения 18 марта 1990 года от материнского аппарата «Хитен». С помощью двух сотрудников JPL  для основного аппарата была рассчитана специальная низкоэнергетическая орбита, с помощью которой он смог в конечном счёте добраться до орбиты Луны 15 февраля 1993 года спустя 8 пролётов мимо Луны, 2 аэроторможений об атмосферу Земли и долгих 3 лет полёта.

Таким образом начался второй этап в исследованиях Луны продолжающийся до сих пор, в котором уже есть 5 участников против прежних 2-х, а уже менее чем через год к странам-участницам должны присоединиться 5 частных фирм участвующие в конкурсе Google Lunar X PRIZE.

«Хитен» имел диаметр 1,4 м при массе в 197 кг, из которых на «Хагоромо» имевшего диаметр в 40 см приходилось 11 кг. Основной целью миссии было исследование космической пыли между Землёй и Луной, а также эксперимент по аэроторможению в атмосфере Земли и вывод спутника на орбиту Луны (из-за перемены планов потребовалось делать ещё одно аэроторможение уже для коррекции орбиты). Выход из строя малого аппарата дал и положительный эффект — «Хитен» был вынужден воспользоваться межпланетной транспортной сетью и пролететь через точки Лагранжа L4 и L5 системы Земля-Луна, при пролёте которых не было замечено повышенной концентрации пыли (как можно было бы предположить). В феврале 1992 года «Хитен» вышел на орбиту Луны, а 11 апреля 1993 года был разбит о её поверхность.

После перерыва в 21 год (с миссии Аполлона-17) следующим аппаратом, отправленным США к Луне стала «Клементина» — совместная разработка NASA и Командования воздушно-космической обороны Северной Америки. Кроме испытания военных технологий этот аппарат передал на Землю около 1,8 млн фотографий Луны и предоставил первые доказательства наличия воды на Луне (в образцах лунного грунта Аполлонов и советских автоматических станций он тоже был обнаружен, но до этого момента считалось что она была занесена в образцы уже после посадки на Землю).

На его борту был телескоп для заряженных частиц, камера УФ и видимого спектра, инфракрасная камера, камера высокого разрешения (порядка 7-20 м в зависимости от высоты полёта), разнесённая радиолокационная система работавшая совместно с Сетью дальней космической связи (которая помогла обнаружить признаки воды) и экспериментальный лидар для которого использовался твердотельный лазер частотой 1064 нм. С помощью этого лидара была получена первая объёмная карта Луны с погрешностью в измерении высоты всего в 40 м, но измеряемая сетка составляла целых 40 км по широте и 1-2 км по долготе: 

Цветными полосками изображены аналоги «высоты над уровнем моря»: от фиолетового (лунные моря) до красного (лунные горы). 

Запущенный 7 января 1998 года Lunar Prospector был предназначен для исследований магнитного поля, гравитационного поля Луны и его внутреннего строения, а также поиск 10 химических элементов: уран, торий, калий, железо, титан, кислород, кремний, алюминий, магний, кальций. С помощью него также были подтверждены данные «Клементины» о том, что на полюсах Луны есть вода.

После 570 дней работы, аппарат был направлен в кратер на южном полюсе где должен был содержаться лёд — однако следов падения не смогли заметить ни наземные телескопы, ни даже Хаббл, так что новых данных о лунной воде получить таким образом не удалось. Одним из научных результатов миссии стала карта масконов:

ESA отправила свою первую автоматическую станцию «Смарт-1» для исследования Луны 27 сентября 2003 года на ракете Ариан-5. В разработке приборов для этого аппарата участвовало 12 стран включая США и Россию представленной ОКБ «Факел» которая делала для неё двигатель на эффекте Холла совместно с французской фирмой Snecma.

На автоматической станции в 287 кг сухого веса было установлено: ПЗС-камера для цветной съёмки, инфракрасный и рентгеновский спектрометр, прибор мониторинга солнечной активности по рентгеновскому излучению. Аппарат проработал до 3 сентября 2006 года, когда был разбит о поверхность Луны:

Место жёсткой посадки Смарт-1 (слева внизу) и вспышка от соударения (скорость соударения составляла около 2 км/с). После этого события Комитет по космическим исследованиям установил правила по защите планет и их лун от загрязнения останками космических аппаратов.

Достижениями этого аппарата стали уточнение топографических карт Луны (которые позволили создать карту Google Moon), уточнены карты масконов на обратной стороне Луны и первое визуальное наблюдение внутренностей кратера Шеклтон в который из-за близости его к южному полюсу Луны никогда не попадает солнечный свет. В нём была обнаружена повышенная концентрация воды.

Уже к 14 сентября 2007 года под флагом объединённого JAXA был запущен второй японский спутник — Кагуя также известный по его аббревиатуре «SELENE». Как и прошлый японский спутник он был составным:

Малые спутники весили по 53 кг и имели собственные имена: «OKINA» (спутник-ретранслятор), и «OUNA» (спутник для интерферометрии со сверхдлинной базой). На основном аппарате были установлены: телевизионная камера высокого разрешения, рентгеновский- и гамма-спектрометр (предназначенные для определения химического состава лунной поверхности), спектрометры видимого и инфракрасного диапазонов, лазерный высотометр, магнитометр, регистратор низкотемпературной плазмы, радиоантенна для измерения параметров магнитосферы и ионосферы Земли вблизи Луны. На аппаратах также были установлены радиомаяки для измерения гравитационных полей — это позволяло измерять масконы в областях лунного лимба, где обойтись одним большим аппаратом для измерений было нельзя.

Аппарат проработал на орбите Луны всего до 3 июня 2009 года, но с помощью его данных совсем недавно были обнаружены лавовые трубки на Луне (которые могут стать природным убежищем для первых лунных баз), а с помощью его камер был заснят закат Земли:

Спустя всего месяц после запуска японского аппарата (24 октября) свой первый лунный спутник запустил и Китай — это был Чанъэ-1 отправленный на ракете «Великий поход-3А». В общей сложности аппарат весил 2350 кг, из которых только 130 кг выделялось на полезную нагрузку. Среди его приборов была стереокамера с разрешением 120 м, лазерный высотометр с точностью измерения 1 м по высоте и шагом измерений в 300 м, детекторы заряженных частиц, СВЧ-радиометр и детектор солнечного ветра.

В его задачи входила трёхмерная картография поверхности Луны, поиск 14 химических элементов: калий, торий, уран, кислород, силикон, магний, алюминий, кальций, теллур, титан, натрий, магний, хром и лантан. Уточнение данных по наличию гелия-3 на Луне и изучение среды между Землёй и Луной (в общей сложности аппарат передал на Землю 175 Гбайт данных). 1 марта 2009 года аппарат также был разбит о поверхность Луны.

Топографическая карта Луны составленная по данным аппарата

Карта дневного излучения Луны на частоте 37 ГГц

Карта ночного излучения Луны на частоте 37 ГГц

На карте видно, что общий уровень излучения ночью падает (так как солнечный свет является основным источником энергии для этого процесса) смещение его в область более длинных волн приводит к тому что в диапазоне СВЧ мощность излучения даже растёт.

Последней страной, добравшейся до Луны на данный момент, стала Индия. Её космический зонд «Чандраян-1» запущенный ракетой-носителем PSLV-XL 22 октября 2008 года имел полный вес в 1380 кг, от которых по прилёту к Луне оставалось 675 кг сухой массы. Кроме научных приборов в числе спектрометров, дозиметра, фотокамеры и лазера для измерения рельефа на нём находился ударный зонд, который 14 ноября совершил жёсткую посадку на поверхности Луны. Зондом также были получены уточнённые данные по содержанию воды в лунных породах:

К сожалению, аппарат проработал только 312 дней из запланированных 2 лет, однако Индийская организация космических исследований (ISRO) объявила о выполнении запланированной программы на 95%. В ходе работы Чандраяна-1 было передано 70 тыс. фотографий лунной поверхности, обнаружено больше 40 лунных кратеров вблизи северного полюса (в которых также никогда не попадает солнечный свет и в которых по оценкам должно находиться 600 млн тонн водяного льда). По последним полученным с аппарата данным его траектории, он должен разбиться о поверхность Луны до конца этого года.

Как и у SELENE, у Чандраяна-1 не было возможности запечатлеть на снимках места посадок «Аполлонов» с достаточным разрешением. Но в январе 2009 ISRO опубликовала результаты проверки мест посадок Аполлона-15 и Аполлона-17, в ходе которых были получены данные о том, что почва в этих местах является более рыхлой (что объясняется работой посадочного двигателя Лунного модуля и воздействием колёс Лунного автомобиля).

Следующей лунной миссией NASA стала «Предварительная программа по изучению Луны автоматами» (LPRP), которая стартовала 19 июля 2009 года. Изначально по этой миссии к Луне должен был быть доставлен только «Лунный Разведывательный Орбитер» (LRO) который продолжает работать до сих пор, но замена ракета-носителя с «Дельта-2» на «Атлас-5» позволила увеличить научную нагрузку и добавить в миссию второй аппарат — «Космический аппарат для наблюдения и зондирования лунных кратеров» (LCROSS).

Устройство LCROSS

9 октября в 11:31 по UTC того же года разгонный блок с остаточной массой в 2305 кг со скоростью около 2,5 км/с врезался в поверхность лунного кратера Кабео вблизи южного полюса, после чего спустя всего четыре минуты… туда же последовал и LCROSS. Причина столь странного распоряжения NASA своими аппаратами была проста: с помощью разгонного блока было поднято облако газа и пыли, которое анализировал LCROSS до момента своего столкновения с поверхностью. За всем этим процессом с высоты наблюдал LRO, телескопы на Земле, «Хаббл» и европейский спутник «Odin» (на этот раз всё прошло замечательно и все телескопы зафиксировали вспышки, а с Земли за этим процессом могли наблюдать также астрономы-любители, имевшие телескоп с апертурой 25 см и более).

LCROSS сумел зафиксировать выделение в процессе удара около 150 кг воды, что соответствовало содержанию воды в приполярных областях лунного грунта порядка 5,6±2,9%. Так же в поднятом газе и пыли были обнаружены угарный газ, водород, кальций, ртуть и магний; обнаружены следы серебра, натрия, аммиака и гидроксильных групп.

Устройство LRO и его состав: CRaTER – телескоп для космических лучей, DLRE – прибор для измерения теплового излучения поверхности, Mini-RF – малый радар для тестов коммуникационных технологий и поиск воды, LEND – нейтронный детектор для составления карты расположения запасов воды, NAC – камера высокого разрешения, LAMP – прибор для исследования вечно затенённых кратеров по инфракрасному излучению звёзд и атомов водорода внутри Солнечной системы, LOLA — лазер для составления 3-мерных топографических карт, WAC – камера низкого разрешения.

По данным прибора LOLA была составлена подробная карта Луны:

Видео сравнивающее существующую на тот момент карту с данными LRO:

Уже к 2011 году в ходе работы аппарата было получено 192 терабайта данных — это превышало общую сумму данных которые были получены с других планетарных миссий. Большая часть этих данных составляли снимки поверхности, с помощью которых даже изучалась метеоритная обстановки Луны за счёт сравнения фотографий, сделанных в разное время и поиск на них новых кратеров. С помощью LRO были также получены самые чёткие снимки лунных модулей «Аполлонов» на данный момент:

Место посадки Аполлона-11: в первых полётах «Аполлонов» ещё не был готов лунный автомобиль, поэтому астронавты ходили по Луне пешком и много «наследили».

Место посадки Аполлона-12. Видны следы походов Конрада и Бина к Сервееру-3 и кратерам Sharp, Bench и Head.

Места посадок Аполлонов 14-17.

В январе 2013 года с помощью LRO был проведён эксперимент с односторонней передачей данных посредством лазерного луча на прибор LOLA аппарата. В качестве передаваемых данных выступало изображение Моны Лизы. С помощью LRO также изучаются и другие свойства Луны: так на видео ниже можно увидеть фазы Луны и её либрации за 2014 год (скорость видео соответствует 24 секундам на реальный месяц). 

Вторым китайским спутником, отправившимся к Луне 1 октября 2010 года, стал Чанъэ-2: в целом он был похож на предыдущий, но имел новый лазерный дальномер и камеру высокого разрешения (до 1,3 м). Основной задачей этого аппарата стал поиск мест, пригодных для посадки первого китайского лунохода (для чего разрешение дальномера повысили до 10 м).

Схема полёта Чанъэ-2: после выполнения своей основной программы он был направлен в точку Лагранжа L2 системы Земля-Луна и далее на изучение астероида Таутатис, которого он достиг 15 апреля 2012 года.

Следующими спутниками, попавшими на орбиту Луны, стали 2 из 5 аппаратов миссии THEMIS: масса каждого из них составляла 126 кг, из которых 49 кг приходилось на топливо. В состав научного оборудования аппаратов входили: феррозондовый магнитометр и магнитометр с поисковой катушкой, электростатический анализатор, полупроводниковый телескоп для измерения высокоэнергетических частиц.  

На орбиту Луны попали THEMIS B и THEMIS С из этих 5 спутников, снятых на этом снимке в сборе с третьей ступенью ракета-носителя Дельта-2 и половиной обтекателя.
В рамках основной программы они изучали магнитное поле Земли, магнитные штормы и полярные сияния. По этой причине хоть они и были запущены 17 февраля 2007 года (раньше второго китайского спутника), но попали на орбиту Луны эти два спутника только 2 и 17 июля 2010-го в рамках расширенной миссии ARTEMIS. Эта миссия спутников заключается в изучении взаимодействия Луны и Солнца и продолжается до сих пор.

Спутники ARTEMIS P1 и ARTEMIS P2 (переименованные в THEMIS B и THEMIS C соответственно) на орбите Луны в представлении художника.

Следующей миссией NASA стала GRAIL – программа изучения гравитационного поля Луны и её внутреннего строения. Два одинаковых спутника по этой программе были запущены 10 сентября 2011 года ракета-носителем Дельта-2 и имели собственные имена: Ebb (GRAIL A) и Flow (GRAIL B) что означало «Отлив» и «Прилив». Такие имена они получили уже после их запуска, когда NASA объявило конкурс на их наименование среди школьников. Имена предложили около 900 школ, а авторами победивших в конкурсе названий стали дети 4 класса школы Эмили Дикинсона из города Бозмен, штат Монтана:

Среди инструментов аппараты имели радиомаяки Ка-диапазона для связи между собой и радиомаяки для связи с Землёй. Также на обоих аппаратах устанавливались по 4 камеры (MoonKAM) для съёмки не самого высокого качества так как это не было частью основной научной программы — эти камеры предназначались для управления школьниками (не напрямую конечно).

Схема работы аппаратов выглядела так: оба спутника летели по одной орбите на высоте около 50 км над Луной, осуществляя постоянную связь между собой и два промежутка по 8 часов в сутки — с Землёй. По изменению орбит измеряли масконы, а уже по ним изучалось внутреннее строении Луны. Для компенсации влияния масконов на низкой орбите требовалось постоянное расходование топлива, так что после того как оно закончилось аппараты снизились и разбились о поверхность 17 декабря 2012 года.

7 сентября 2013 года была запущена новая исследовательская миссия NASA получившая название LADEE — «Исследователь лунной атмосферы и пылевого окружения». Весьма разряженная лунная атмосфера (имеющая давление в 3*10-15 от земной) фиксировалась по рассеянию солнечного света на уровне горизонта ещё астронавтами, но по-настоящему исследования её начались только этим аппаратом.

В состав научных приборов этой миссии входили: масс-спектрометр, спектрометр УФ и видимого света, датчик пыли и демонстратор лазерной связи (LLCD). После месячных проверок на орбите Луны началась основная научная фаза миссии, проходившая на орбите подобной предыдущим аппаратам (около 50 км) в течении 128 дней. Было определено что основными составляющими лунной атмосферы являются гелий и неон (поставляемые солнечным ветром) и аргон.

3D-модель LLCD

После основной фазы аппарат был поднят на более высокую орбиту где был осуществлён эксперимент с высокоскоростной связью с орбиты Луны посредством лазерного луча: достигнутая скорость составила 622 Мбит/с от аппарата и 20 Мбит/с на него. Миссия LADEE завершилась 17 апреля 2014 года очередным столкновением аппарата с Луной. Следующие наземные тесты лазерной системы связи от NASA запланированы на этот год, а тесты на орбите — будут проводиться в 2019 году уже на коммерческом спутнике.

Уже 1 декабря 2013 года была запущена третья китайская миссия Чанъэ-3 включавшая в себя посадочную платформу и первый китайский луноход Юйту. 14 декабря 2013 года ознаменовалось первой мягкой посадкой на поверхность Луны за 37 лет (со времён советской станции Луна-24) и первым луноходом, доставленным на поверхность Луны за целых 40,5 лет (после Лунохода-2).

Посадочная платформа имела УФ-камеру и 3 камеры видимого спектра, также на ней был установлен УФ-телескоп ставший вторым доставленным на Луну телескопом (первый телескоп был доставлен на Луну экипажем Аполлона-16). Он предназначался для изучения двойных и переменных звёзд, а также активных ядер галактик и других объектов с яркостью выше 13 звёздной величины.

Снимок Юйту на поверхности Луны сделанный с помощью камеры Чанъэ-3

Луноход Юйту (нефритовый заяц) весил 140 кг и имел на борту по две пары панорамных и навигационных камер, рентгеновский и инфракрасный спектрометр, а также радиолокатор для изучения внутреннего строения Луны на глубину до нескольких сотен метров. С помощью него было установлено, что грунт в зоне посадки состоит из 9 слоёв, что говорит о бурных геологических процессах протекавших в этом месте на ранних этапах развития Луны.

Посадочная платформа рассчитывалась на работу 1 год на поверхности Луны, а луноход — на 3 месяца, но к сожалению механическая поломка уже в конце второго лунного дня (который близок к земному месяцу) не позволила одной из солнечных батарей подобающим образом сложиться (лунной ночью температура опускается до -180 °C и луноходу приходится тратить энергию из своих батарей для обогрева). Это привело к тому что на третье «лунное утро» после своей посадки Юйту потерял возможность двигаться, но связь с ним поддерживалась вплоть до 3 августа 2016 года. Посадочная платформа с УФ-камерами и телескопом функционировала как минимум до 14 января 2015 года, а в конце того же года китайская академия наук опубликовала сведения об открытии на основе данных посадочной платформы нового типа базальтовых пород, содержащих ильменит.

Юйту смог проехать более 100 м по поверхности Луны

Запущенная 23 октября 2014 года станция Чанъэ-5Т1 стала уже 4-й китайской миссией, отправленной к Луне и последней из запущенных на данный момент миссий по её изучению. В её состав входили два модуля предназначенных для тестов будущей миссии Чанъэ-5 по доставке на Землю лунного грунта: возвращаемый аппарат, который облетел Луну и приземлился на территории Китая 31 октября и служебный модуль, который провёл виртуальные тесты стыковки на лунной орбите и сделал снимки места посадки Чанъэ-5. Так же с третьей ступенью ракеты Великий поход-3С этой миссии к Луне был доставлен первый коммерческий груз — аппарат 4M подразделения LuxSpace фирмы OHB System, нёсший на себе радиомаяк и дозиметр. Фирма отправила этот маленький 14-килограммовый спутник в честь своего основателя — Манфреда Фукса. Для радиолюбителей, поймавших сигнал его радиомаяка и передавшего его фирме LuxSpace были предусмотрены награды.

Возвращаемый аппарат Чанъэ-5Т1 после посадки.

Текущее состояние

На данный момент на орбите Луны в рабочем состоянии остаются LRO, пара спутников ARTEMIS и служебный модуль Чанъэ-5Т1. За 58 лет исследования Луны к ней было отправлено 110 миссий 6 различными странами из который 52 потерпели неудачу. Очерёдность начала исследований Луны выглядит следующим образом:

СССР	4 января 1959 года
США	4 марта 1959 года
Япония	15 февраля 1993 года
Евросоюз	15 ноября 2005 года
Китай	5 ноября 2007 года
Индия	8 ноября 2008 года

А хронология стран, осуществивших мягкую посадку своих автоматов на Луну выглядит так:

СССР	3 февраля 1966 года
США	2 июня 1966 года
Китай	14 декабря 2013 года

Будущие миссии

Китайская миссия Чанъэ-4 по доставке аналога Юйту на обратную сторону Луны намеченная изначально на 2015 год — на данный момент перенесена в конец 2018-го, а миссия Чанъэ-5 изначально намеченная на ноябрь этого года — перенесена на 2019 год. Таким образом сейчас за титул следующего оператора, отправившего миссию к Луне соревнуются 5 команд-участниц Google Lunar X PRIZE и… Индия — второй её аппарат «Чандраян-2» по исследованию Луны должен быть запущен в первом квартале 2018 года (а участникам X PRIZE и вовсе «кровь из носу» надо успеть попасть на Луну до 31 марта 2018 года, чтобы выполнить условия конкурса). Изначально «Чандраян-2» планировалась запустить в 2013 году совместно с Россией, но после пары аварий индийской ракеты-носителя GSLV и аварии АМС Фобос-Грунт, а также множества переносов сроков запуска российской посадочной платформы — Индия решила отказаться от сотрудничества и делать всё самостоятельно.



Среди команд-участниц X PRIZE на данный момент остались: Moon Express (США), Synergy Moon (международный состав), Hakuto (Япония), Team SpaceIL (Израиль) и Team Indus (Индия). Единственная российская команда «Селеноход» к сожалению, выбыла ещё в конце 2013 года. На 2018 год также намечен запуск первого японского лунохода в составе миссии SELENE-2. С 2019 года на 2021-й перенесена другая миссия JAXA — SLIM, предусматривающая посадку с точностью в 100 м.



На конец 2018 года намечена миссия SpaceX по отправке туристов в облёт Луны. Так как для полёта должны использоваться Falcon Heavy (тестовый запуск которого намечен на конец этого года) и пилотируемая капсула Dragon V2 (первый тестовый полёт которой к МКС запланирован на апрель 2018 года) этот полёт возможно будет перенесён, как и все остальные в этом списке. В данный момент SpaceX заканчивает ремонт стартового стола LC-40 повреждённого при тестах Амос-6 — это позволит перенести запуски Falcon 9 на стартовый стол LC-39A в начале декабря и освободить LC-40 для последних подготовок к запуску Falcon Heavy. Статические тесты двух уже летавших ступеней и нового центрального блока для Falcon Heavy намечены на 20 декабря, а старт Falcon Heavy должен состояться уже 29 декабря.

Первая миссия ракеты-носителя SLS и корабля «Орион» должна отправиться в облёт Луны и была намечена на 30 сентября 2018 года, но была перенесена на 2019 год.



Вместе с тестом ракеты-носителя и нового корабля в качестве вторичной нагрузки в этой миссии к Луне должны отправиться 11 кубсатов формата 6U: Lunar Flashlight (который будет искать и измерять залежи лунной воды и будет приводиться в движение солнечным парусом), Near-Earth Asteroid Scout (его целью является поиск астероидов 1-100 м диапазона и он будет также приводиться в движение солнечным парусом), BioSentinel (который в течении полутора лет должен будет изучать влияние радиации в околоземном пространстве на ДНК), по два кубсата заказанных Lockheed Martin и Morehead State University. 6 оставшихся мест будут разыграны в «Cube Quest Challenge» организованным NASA среди американских команд.


Сверху вниз: Lunar Flashlight, Near-Earth Asteroid Scout и BioSentinel.

Первая миссия по российской лунной программе (Луна-25) неоднократно переносилась и с 2012 года съехала уже на конец 2019-го. Но не смотря на то, что 5-я миссия с луноходом «вылетела» из ФКП-2025, как и упоминания о пилотируемой лунной программе — 4 миссии к Луне всё ещё остаются в планах на запуск до 2025 года: