Премия Рунета-2020
Россия
Москва
+16°
Boom metrics
Наука20 августа 2023 21:25

Луна не прощает ошибок: почему сесть на спутник Земли сложнее, чем на Марс

Станция "Луна-25" потерпела крушение. Объясняем, почему сесть на Луну не так просто, как кажется
Станция Луна-25 не смогла совершить посадку на спутник Земли

Станция Луна-25 не смогла совершить посадку на спутник Земли

Фото: REUTERS

Луна-25 не смогла сесть на нашу спутницу. Аппарат погиб.

Огромные риски были очевидны с самого начала всем причастным миссии. В самом деле, в серии аппаратов «Луна» на 16 успешных пусков приходится 17 неудачных. С 2018 года из 18-ти миссий, отправленных к Луне разными странами, потерпели крах 9.

Невольно вспоминается, как трудно и долго учились туда летать: сначала просто пролет, потом лишь бы попасть – жесткая посадка уже успех, затем – вышли на орбиту вокруг нее, ура. И не с первого раза только посадили. Это была советская станция Луна-9, она прилунилась в 1966 году. То есть Гагарин пять лет как полетел. А на Луну вот только сели.

Что же там такого, сложного? Ведь Луна на небе велика, это самое близкое к нам тело, и потому фантасты регулярно «летают» туда со II века (римский писатель Лукиан). Делов-то, Луна.

Луна проста, если вы хотите посмотреть на нее в бинокль и увидеть горы и кратеры. Луна сложна, если вы хотите на нее сесть. Сложнее Марса? В чем-то сложнее. И вот почему.

ОРБИТА

Орбита Луны – это же круг? Ага, сто раз круг. Причем «сто» тут не для красного словца.

Луна и Земля вращаются вокруг общего центра масс (а вовсе не «Луна вокруг центра Земли», как многие думают), и на эту пару сильно влияет Солнце.

Древние вавилоняне знали два движения Луны, греки – уже 5-7. В курсе мореходной астрономии 1930-х годов я насчитал 15. И это только те, которые надо знать моряку, чтобы взять ее координаты на небе и понять расположение корабля.

Наконец луноходы и американские астронавты оставили там зеркала – отражатели. С их помощью, посылая лазерный луч и принимая отражения, мы узнаем позицию Луны с точностью до сантиметра. Но в большом знании большая печаль. Теперь астрономы для отправки миссии к Луне должны учитывать несколько сотен видов ее движения. Расчеты получаются сложноваты, мягко говоря.

ГРАВИТАЦИЯ

Луна создает вокруг себя крайне неоднородную силу притяжения (гравитационное поле). Из-за этого аппарату сложно держать орбиту, тяжело прицелиться, чтобы сесть.

Есть две причины такой особенности Луны: близость Земли, и ее собственная история.

Пара Земля-Луна настолько тесная, что по сути мы – двойная планета. Я удивлю, но с точки зрения строгой астрономии Луна – не спутник Земли. Слишком близка к нам, слишком велика. Луна – партнер Земли. Эта ситуация уникальна в Солнечной системе.

Такая близость искажает форму Луны. Она вся словно подалась на нас. Найдите где-нибудь карту Луны и обратите внимание, что на видимой стороне – темные лавовые поля («моря»), а на обратной их нет. «Моря» образовались из-за того, что Земля своим тяготением высасывала лаву наверх. Итак, Луна как бы перекошена в сторону Земли.

Во-вторых, внутри Луны есть немаленькие концентрации массы, которые, само собой, также искажают орбиты космических аппаратов. Их называют масконы. Откуда они взялись, не очень понятно. Такое впечатление, что внутрь Луны вмонтированы какие-то более массивные тела. Может, так и есть? Может, когда-то гигантские метеориты попадали на жидкую еще Луну и там остались в глубине? А может. Только почему они не попадали на Землю? Земля-то довольно однородна.

Не вдаваясь в космогонию («историю» небесных тел) суммируем: кататься по орбите вокруг Луны – все равно, что гнать на скорости по ухабистой дороге.

АТМОСФЕРА

Когда вы садитесь на Землю, вы знаете: вам придется сначала отпустить спускаемый аппарат, он нагреется, зато потеряет скорость. Затем, когда от космической скорости ничего не останется, и аппарат будет падать как камень, выкинуть парашют. Сложно, но понятно.

Можно сажать на крылья, как Буран. Еще сложнее, но тоже понятно. Атмосфера у Земли – вот она, какая есть. Во времена Гомера воздух был чище, но не плотнее. И не разреженнее.

Это же просто роскошь, мчаться к поверхности планеты не с космической скоростью, а со скоростью камня. Поэтому тела с атмосферой – просто подарок. На Марсе она разреженная, да не так уж, даже дроны летают. На Венере – плотная, как в воду садишься. А к Луне надо подваливать с космической скоростью и искусственно тормозить. И это уже беда. Но в реальности все еще хуже.

Везде вы прочитаете, что атмосферы у нее нет. Так, да не так.

Во-первых, из недр Луны продолжают выделяться газы – неспешно, и неритмично, часто под ударами метеоритов, а это ребята непредсказуемые. Конечно, это очень разреженные газы, и они быстро растворяются в окружающем вакууме. Но если ты попадешь в такое облако, это как об человека-невидимку споткнуться.

Во-вторых, по многим причинам (те же метеориты, смена дня и ночи, другие процессы) вокруг Луны периодически возникают пылевые облака. Периодически, впрочем, так себе слово, потому что периодичности там никакой нет. Их появление более вероятно в новолуние (как раз в эту фазу и садилась Луна-25), но не более того. Это пылевое облако уже серьезней, чем газовые облака, они могут окутывать всю Луну и тормозить аппараты.

Засада тут в том, что все это редко и непонятно когда. Рассчитывая посадку на Луну, ты мыслишь, что сажаешь на безвоздушное тело. И чаще всего оно так. Но иногда не так.

Луна, ты постоянно меняешь правила игры. С тобой невозможно работать.

ПОВЕРХНОСТЬ

Допустим, мы все преодолели, и теперь нам остается только опуститься. Но как бы на бок не завалиться (почти стихи получились).

Астрономы знают забавный эффект. За несколько часов до полнолуния наша спутница вдруг резко наращивает яркость. И так же резко гаснет. Луна отражает свет как те полоски на одежде, которые наклеивают детям, чтобы водители видели издалека. Отражает прямо на тебя.

Это происходит потому, что Луна невероятно изрыта и неровна.

На Марсе все сглажено ветрами, они там знатные. На Венере вообще плоскость, стол позавидует. Луна – это продукт сильнейшей метеоритной бомбардировки. Там нет живого места. Меркурий такой же, но нам пока не садиться на Меркурий.

Полметра не туда – ты заваливаешься, твоя антенна нацелена в пустое пространство, связь с тобой потеряна.

И ДРУГИЕ НЕПРИЯТНОСТИ

- Луна на 9 дней каждый месяц погружается в радиационные пояса Земли. Для приборов это означает, что они могут сбоить;

- Если вы садитесь на обратную сторону, вы не можете пользоваться навигацией с Земли. Вам нужен опорный аппарат на орбите, который буде ретранслировать сигнал;

- на границе дня и ночи – дикие перепады электрического поля и даже молнии. Это вызвано тем, что солнечный ультрафиолет заряжает частицы грунта, они левитируют (да, прямо вот летают), и между ними и грунтом происходят пробои, то есть молнии. Один такой импульс выведет из строя все, что угодно.

Значит ли это, что аппарат на Луну посадить нельзя? Конечно, не значит, раз сажали. Но это значит, что посадка на Луну – не легкое приключение, и эта процедура станет рутиной, когда к Луне отправится Луна-125. Или лучше Луна-1125. Набьют руку. Изучат все особенности.

А пока этого не случилось, риск, как мы видели из статистики, процентов 50. Луне-25 могло повезти. Не повезло.

НЕМНОГО ИСТОРИИ

Что мешало сесть на Луну в прошлом

Луна-1 (1959). Должна была просто попасть в наш спутник. Но пролетела на 6 тыс. км от нее. Причина – не учли по неопытности задержку радиосигнала (около 1 сек). Луна же «близко». Больше такого ляпа не повторяли.

Луна-4 (1963). Станция не смогла сесть, потому что ей неверно скорректировали орбиту по командам с Земли. Судя по тому, что мы знаем на этот момент, очень похоже на Луну-25.

Ranger-6 (1964, США). После ряда каких-то фатальных неудач (из 12 аппаратов взлетел только один) США наконец выпустили спутник в сторону Луны. Он должен был всего лишь врезаться в нее и передать снимки. Но у него не включилась камера и он ничего не снял. Эта катастрофа считается низшей точкой НАСА, после которой там все взялись за ум.

Луна-5 (1965). Не смогла затормозить, отказал тормозной двигатель. С тех пор поломки именно этого узла преследовали советских инженеров еще несколько лет (Луна-6-Луна-8 тоже спалились на этом этапе; коренной причиной был производственный дефект).

Луна-11 (1966). Садиться не собиралась, хотела лишь полетать вокруг и пофотографировать. Но упала – ошибка ориентации.

Луна-15 (1969). По неясным причинам, разбилась уже на стадии снижения. Та же судьба постигла Луну-18 (1971) и Луну-23- (1974).

Лунцзян-1 (Китай, 2018). Отказ системы управления. Точны причины не раскрывались.

Берешит (Израиль, 2019). Разбился при посадке. Причинами с публикой особо не делились. Среди астрономов считается примером того, как опасны лунные облака пыли.

Чандраян-2 (Индия, 2018). Связь потеряна на высоте 2,5 км над Луной. Возможно, тоже пыль.

Lunar IceCube (2022, США). Целил туда же, куда и Луна-25, на Южный полюс, искать воду. Связь потеряна без видимых причин.

Hakuto-R (2022, Япония). Перед посадкой вдруг резко ускорился и впечатался в поверхность.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Что произошло на борту космической станции “Луна-25”: три версии возможного ЧП

В ожидании официальной информации эксперты обсуждают возможные сценарии произошедшего на лунной орбите (подробности)

СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ

Жидкое железо, моря без воды и одеяло из пыли: что мы знаем о Луне (подробнее)