Луна-25: неудача или симптом? ч.1

О СЛОЖНОСТИ ЛУННЫХ МИССИЙ

Начнём с того, что любой успех мирных космических программ - это благо для всего человечества. Вложения в космос привели к развитию материаловедения и микроэлектроники, важность которых очевидна. Белка со Стрелкой могли бы гордиться своим вкладом в создание интернета, мобильных телефонов и тефлоновых сковородок. Так что потеря даже одной научной миссии - грустная новость для всех нас, так что злорадство на политической или шовинистической почве неуместно. Что, конечно, не должно останавливать обсуждение структурных проблем.

Космическая отрасль – одна из самых наукоёмких и требовательных к промышленности, кадрам и материалам. Её изделия работают с огромными температурами и давлением. Космические аппараты носят на себе редчайшее оборудование ручной сборки, на которое уходят годы труда. Один пуск Falcon-9 примерно равен цене 3000 автомобилей Hyundai Solaris, или 60-ти миллионам долларов. Причём взрывы ракет носителей при их доводке случаются часто, и даже отработанный десятилетиями “Союз” не застрахован от ошибки. Так что да, космос это сложно.

Вот уже среди задач космонавтики – лунная программа с мягкой посадкой выделяется своей сложностью. Обратимся к заместителю С.П. Королёва, Борису Чертоку, который поясняет сложность процесса посадки на Луну:

“Мягкая посадка на Луну была одной из труднейших технических проблем космонавтики. Эксперимент следовало осуществить небольшим и сравнительно простым автоматом. Чтобы не разбиться о поверхность Луны, торможение перед посадкой должно производиться только с помощью ракетного двигателя. Этим была вызвана необходимость иметь на борту запасы топлива, составлявшие более половины массы аппарата перед торможением. Система управления была обязана перед сеансом торможения выставить аппарат по направлению лунной вертикали, определить момент начала торможения и регулировать тягу двигателя так, чтобы скорость снизилась до нуля непосредственно перед соприкосновением с поверхностью. До начала сеанса торможения система управления с помощью оптических средств должна была обеспечить ориентацию аппарата, после чего осуществлялось построение лунной вертикали и измерение радиовысотомером расстояния до Луны для определения момента включения двигателя на торможение.” Б.Черток, “Ракеты и люди”.

Перед этим до Луны нужно ещё долететь, а в условиях космоса космические аппараты летают особым образом. В условиях космического вакуума, экстремальных температур и космической радиации. Капризный ракетный двигатель, который сложно запускать повторно, нужно повернуть в правильном направлении и держать в таком положении. После выхода на орбиту Луны нужно сбросить тысячи км\ч так, чтобы скорость стала нулевой в момент касания поверхности. Есть где разгуляться инженерной фантазии.

Программа нынешних лунные миссии сложнее: Если “Луне-2” было достаточно протаранить ночное светило, то “Чандраян-3” с “Луной-25” должны были добраться до воды на южном полюсе. Для этого требовалась мягкая посадка не куда нибудь, а в конкретный кратер на южном полюсе, путь к которому требует дополнительных манёвров. После посадки обе миссии должны были пробурить грунт и анализировать его.

Сложно? Да. А вот для того, чтобы понять, насколько же, следует обратиться к конкретным данным.

СТАТИСТИКА ЛУННЫХ МИССИЙ

Полёты к Луне в этом источнике разбиты по десятилетиям. Космическая гонка, как известно, началась с запуска первого спутника в 1957 году.

В 1950-е годы большинство лунных программ неудачны из-за проблем с ракетами-носителями, но также есть успешные полёты.

В 60-е годы ракеты-носители продолжают взрываться и недобирать скорости, но реже, что позволяет показать себя уже орбитальным аппаратам. Которые, очевидно, тоже периодически отказывают и ломаются.

В 70-е же из 20-ти беспилотных миссий к Луне - лишь 4 неудачны, два по причине ракеты-носителя и два - по причине неудачных посадок на спутник.

В 80-е годы в отрасли обращают пристальное внимание на другие задачи, так что лунных миссий в эти годы нет.

В 90-е пусков всего шесть, из которых два принадлежат новичку в лице Японии, и один уже ослабевшей российской космонавтике девяностых. Из шести пусков два неудачны из-за ракет-носителей, и оба приходятся на Японию и Россию.

В целом, можно сказать, что миссии к Луне с момента их начала до конца 70-х имели тенденцию к снижению аварийности в на всех этапах в результате накопления опыта и отработки технологий. Большая часть неудачных пусков приходится на конец 1950-х и 60-е. К 1970-м годам были в большинстве случаев успешны: из 11 советских программ четыре неудачных, что даёт 36 процентов аварийности. Два разбились при посадке, и два потеряны в результате аварии ракет-носителей. В 90-е же годы выборка совсем мала, видимо, государства были увлечены чем-то более важным. К нашему времени положение сильно изменилось. Более низкие бюджеты, новые игроки уже космического рынка без должного опыта, так что сегодняшнюю аварийность можно отделить от зари космонавтики. Впрочем, об этом позднее.

Но, может, упомянутые программы невероятно сложны и дерзки на фоне предыдущих?

ЛУНА-25

Бегло рассмотрим “Луну-2”, задачей которой было, грубо говоря, врезаться в одноимённый спутник Земли, по дороге кое-что измерив. 390 килограмм массы, никаких двигателей или ракетного топлива. Конструкционно как минимум очень близка к “Луне-1”, и между запуском “первой” и “второй” прошло меньше года. Нет, это не просто шар с радиоприёмником, внутри имелись, например, сцинтиллятор и счётчик Гейгера. Загрузка “Луны-2” сравнительно скромна по современным меркам. Траектория полёта “Луны-2” проще, без орбитальных манёвров или разгонов, не говоря уже о наклоне орбиты.

“Луна-25” массой в 1750кг. создавалась 18 лет с 2005 года. Её старт не раз откладывали, а конструкцию меняли. В этом году она должна была исследовать воду под поверхностным слоем грунта, вместе с редкими частицами газов и лунной пыли, что имеются в экзосфере Луны. После запуска ракетой-носителем до Земной орбиты, “Луна-25” ускорилась, чтобы сблизиться с Луной. В процессе полёта следовало не только ускоряться и замедляться, но и поворачивать орбиту, дабы изменить её до полюсной. Оказавшись поблизости от спутника, станция дала тормозной импульс и оказалась на круговой орбите Луны на 100-км. высоте. Потом был ещё один тормозной импульс, превративший орбиту в эллиптическую, то есть с переменной высотой от 100 до 18 километров. На этом этапе “двадцатьпятая” должна была затормозить ещё раз, дабы снизить высшую точку орбиты для последующей посадки. Далее, по плану, аппарат должен был мягко сесть в заданном кратере и приступить научной работе. Но, увы, не сложилось.

Двигатель по какой-то причине проработал дольше положенного. Скорость упала слишком сильно, и в итоге “Луна-25” ударилась о грунт, провалив прилунение на этапе выхода на предпосадочную орбиту.

ЧАНДРАЯН-3

Индийский аппарат массой в 3900кг., который по конструкции близок к предшественнику “Чандраян-2”, имел схожую задачу. Через четыре года после запуска “второй”, “Чандраян-3” должен был вновь попытаться совершить мягкую посадку на южный полюс. Маршрут был сравним с “Двадцатьпятой”, но был более длинным из-за разной массы и двигателей, то есть предполагал больше запусков двигателя. Конструктивно аппарат разделен на два модуля, один из которых уже доставил всю систему на окололунную приполярную орбиту, а второй - отделился от орбитального, самостоятельно и мягко прилунившись. В посадочном модуле есть, помимо прочего, небольшой луноход. Орбитальный же модуль остался работать искусственным спутником, в течение года поставляя дополнительную информацию. Задачи у миссии схожие с “Луной-25”: анализ реголита на южном полюсе и частиц газов и пыли в экзосфере.

Справедливости ради следует отметить, что не только “Чандраян-2” разбился во время посадки в приполярной области. Не так давно в схожих обстоятельствах падали японский Hakuto-R и израильский Beresheet.

Да, “Чандраян-3” уже не первая попытка Индии сесть на южный полюс Луны. С выполнением этой задачи индийцев можно только поздравить, они добились достойного результата обладая небольшими ресурсами.

Что “Чандраян-3”, что “Луна-25”, заметно отличаются от первых “Лун” и “Пионеров”. Но конструкции последних сравнимы с современниками, они не пытаются сделать что-то экстраординарное, как телескоп James Webb или солнечный зонд Parker.

В целом, нынешние орбитальные аппараты сильно изменились по сравнению с первыми предшественниками. Есть факторы, которые делают жизнь современных инженеров, ответственных за космические аппараты, проще: прогресс в сфере электроники и материаловедения облегчил выполнение уже решённых ранее задач, а научные миссии могут похвастаться более богатым инструментарием и уникальными системами, вроде пули для стрельбы в астероид в “Хаябусе-2”. Есть возможность отправлять научные миссии всё дальше, всё более сложными манёврами, вовсе невозможными на технической базе зари космонавтики. Сроки разработки упростились, нет больше аврала космической гонки. Ракеты-носители стали совершеннее, они способны выводить больше массы, на более точную орбиту, реже терпят аварии. Накопленный опыт прошлого позволяет предусмотреть многие ошибки. Например, смещение аэродинамического фокуса на крыле во время перехода авиации от поршневой эпохи к реактивной было серьёзной проблемой. Сегодня этот эффект учитывается заранее. Программисты когда-то были штучными специалистами с математическим и инженерным образованием, а сейчас их уже сотни тысяч и многие из них – самоучки. (Рекламы школ не будет.)

Особо следует отметить современные методы и инструменты конструирования. Они позволяют спокойно просчитывать то, на что нашим предшественникам с логарифмической линейкой пришлось бы тратить столетия.

Впрочем, современность с технической точки зрения ставит перед космическим  инженером новые задачи, то есть, делает его работу тяжелее: пускай новые приборы значительно легче, они могут быть заметно сложнее. Например, первые камеры межпланетных станций ни в какое сравнение не идут с телескопом James Webb. Пускай сроки разработки стали спокойнее, это не отменило вовсе конкуренции между странами и частными фирмами, которые тоже не прочь обогнать друг друга. К тому же, новые игроки вынуждены самостоятельно проходить уже пройденный когда-то Союзом и Штатами путь. Усложнившееся оборудование вовсе не застраховано от отказов, к тому же может быть более хрупким и требовательным. Космонавтика больше не срочный вопрос престижа для сверхдержав, не жалеющих деньги. В результате доступные отрасли ресурсы стали меньше.

То есть, упрощение выполнения старых задач компенсируется сложностью новых. Насколько? Это вопрос к специалистам, способным починить аналог “Луны-2” изолентой. Но значит ли это, что на успех космических миссий не влияют системные, стратегические проблемы?