«Чандраян-3» успешно сел на поверхность Луны. Почему у Индии, в отличие от России, получилось?

Когда-то этот аппарат задумывался как часть совместной миссии двух стран

23 августа в 15:33 по московскому времени посадочный модуль «Викрам» индийской миссии «Чандраян-3» совершил мягкую посадку в южной приполярной области Луны. Так Индия стала четвертой страной (после СССР, США и Китая), сумевшей посадить космический аппарат на поверхность Луны; третьей, благополучно доставившей на поверхность самодвижущийся луноход, — и первой, которая сделала это в районе южного полюса. Индийская организация космических исследований (ISRO) выбрала точку между кратерами Богуславского C и Манцини U, на расстоянии примерно 100 километров от точки, где с наибольшей вероятностью должна была произойти мягкая посадки станции «Луна-25». Как Индия смогла опередить Россию — страну, давшую старт космическим исследованиям в XX веке?

Индийская лунная программа когда-то была частью совместной с Россией миссии — но «Роскосмос» провалил свою часть работы

В 1990-е годы сотрудничество между Россией и Индией в космонавтике касалось создания верхних ступеней ракет, то есть разгонных блоков. Государственный космический центр имени М. В. Хруничева разработал для ISRO криогенный (то есть использующий охлажденные компоненты топлива) разгонный блок на жидком водороде и жидком кислороде. Блок предназначался для индийской ракеты GSLV, первый пуск которой состоялся в 2001 году.

С начала 2010-х годов Индия перешла на ракеты-носители полностью собственной разработки, а в 2017-м в стране была испытана самая мощная на сегодня ракета — GSLV Mk.III (она же LVM3). Сотрудничество с «Роскосмосом» в 1990-е предоставило Индии возможность освоить технологии использования жидкого водорода в ракетах, которые затем использовались и в полностью индийских ракетах, в том числе в GSLV Mk.III. Для России же криогенный разгонный блок стал последней законченной разработкой такого рода.

В 2006 году было ратифицировано соглашение между правительствами России и Индии о сотрудничестве в области исследования космического пространства в мирных целях. Конкретные формы это сотрудничество приняло в следующем году, когда документ по совместным исследованиям Луны подписали руководители космических агентств Мадхаван Наир и Анатолий Перминов. Начались работы по первому совместному межпланетному проекту — «Чандраян-2» («Лунный корабль» на санскрите). Для Индии эта миссия должна была стать следующим шагом после запуска (уже запланированного на тот момент) первого в истории этой страны лунного орбитального аппарата — относительно простого «Чандраян-1». В рамках проекта с Россией индийская сторона планировала создать ракету-носитель GSLV Mk.II, построить орбитальный аппарат и луноход. «Роскосмос», в свою очередь, взял на себя обязательство по производству лунного посадочного модуля на базе наработок НПО им. Лавочкина. Совместный полет на Луну был запланирован на 2011–2012 годы.

«Чандраян-1» запустили к Луне в 2008 году, он проработал на орбите спутника 10 месяцев и выпустил на поверхность ударный зонд. Данные, полученные дистанционными методами с аппарата, позволили подтвердить наличие воды в составе лунного грунта, а также определить желательное место посадки для второй станции.

К 2010 году работы по проекту «Чандраян-2» в ISRO шли уже очень активно и следуя графику, но «Роскосмос» попросил отложить запуск на 2015 год из-за сложностей с разработкой посадочного аппарата. Тогда, чтобы не терять время, в правительстве Индии одобрили идею доработать почти готовый лунный орбитальный аппарат и отправить его вместо Луны к Марсу — что и было сделано в 2013 году. Так побочным эффектом российско-индийского проекта стало то, что «Мангальян» (в переводе с санскрита «Марсианский корабль») позволил Индии обогнать Китай в марсианских исследованиях.

Когда наступил 2015 год, выяснилось, что Россия так и не смогла завершить создание посадочного модуля. Помимо внутренних проблем с разработкой, прибавились новые: из-за введенных после присоединения Крыма санкций пришлось еще и переделывать бортовые системы аппарата. В этот момент пути России и Индии разошлись. Если ученые обеих стран смогли найти общий язык, то правительство Индии окончательно перестали устраивать возможности российской космической промышленности.

Теперь оба бывших партнера нацелили свои миссии на южный приполярный регион Луны, поставив перед собой относительно новую для лунных программ цель поиска воды на поверхности (а не с орбиты) и уточнения ее концентрации. «Роскосмос» начал проект национальных лунных станций «Луна-25», «Луна-26» и «Луна-27», ISRO тоже поставила цель совершить самостоятельную миссию по высадке в районе южного полюса Луны. Изменившись по сути, индийская миссия сохранила свое исходное название — «Чандраян-2».

Достичь Луны Индии удалось лишь со второй попытки

В 2019 году орбитальный аппарат «Чандраян-2» вместе с посадочным модулем «Викрам» (в переводе «Доблесть») и луноходом «Прагьян» («Мудрость») отправился к Луне. Посадочный аппарат разбился при попытке прилуниться, причем премьер-министр страны, Нарендра Моди, присутствовал в ЦУПе в момент неудачной посадки. Неудача, однако, не подорвала решимости Индии достичь Луны — в этом же году правительство поддержало предложение профинансировать вторую попытку, которая, как мы теперь знаем, оказалась успешной.

Миссия «Чандраян-3» ожидаемо похожа на неудавшуюся «Чандраян-2». Как и предыдущая, она состоит из трех частей: модуля доставки, посадочного модуля и лунохода. Однако на этот раз вместо полноценного отдельного орбитального модуля, который мог бы обеспечить связь со спускаемым модулем, было решено срезать углы и использовать простой перелетный двигательный модуль, способный лишь доставить «Викрам» к Луне. Но даже на нем установлен научный прибор — он называется SHAPE и используется для изучения земной атмосферы c лунной орбиты. Задача ретрансляции данных с посадочного модуля «Викрам-2» была переложена на орбитальный «Чандраян-2», который, к счастью, продолжает работать у Луны с 2019 года.

Спускаемый модуль «Викрам» был улучшен исходя из анализа неудачи 2019 года, но остался того же размера, что и его предшественник. Создатели доработали программное обеспечение, расширили возможности датчиков, усилили опоры и усовершенствовали двигательную установку. На «Викраме» есть камера для позиционирования аппарата и камера для определения и избегания опасных объектов на поверхности. В отличие от «Луны-25», которая не имела возможности совершать маневры во время посадки (и потому была ограничена в выборе мест прилунения), «Викрам» умел самостоятельно обнаруживать препятствия и уклоняться от столкновения с ними — его автоматические маневры с набором высоты можно было наблюдать в прямой трансляции. Именно поэтому для индийского спускаемого модуля можно было выбирать значительно меньший пятачок для посадки — всего 4 × 4 километра (для сравнения: размер целевого района посадки «Луны-25» составлял 30 на 15 километров, подробнее тут).

Аппарат проработает на поверхности всего один лунный день — за это время он должен успеть изучить и лунный грунт, и тонкую «атмосферу» спутника

Новая индийская станция стартовала с Земли 14 июля с космодрома Шрихарикота на упоминавшейся ранее ракете индийской разработки GSLV Mk.III. Полет к Луне продлился почти три недели. В сравнении с российской «Луной-25», индийская миссия «Чандраян-3» имеет большую общую массу и меньшую тягу основного двигателя, чем частично объясняется более длительный полет.

После успешной посадки «Викрам» и «Прагьян» проработают на поверхности (это 69,37° ю. ш. 32,35° в. д. нашего спутника) всего один лунный день — 14 с половиной земных суток. Там они будут выполнять задачи по изучению грунта, сейсмической активности и экзосферы. Из-за отсутствия иных источников энергии, кроме солнечных батарей, станция и луноход, скорее всего, не переживут свою первую лунную ночь.

Посадочный модуль имеет четыре научных прибора:

• зонд Ленгмюра RAMBHA предназначен для изучения плотности ионов и электронов в приповерхностной плазме Луны;
• ChaSTE будет измерять температуру лунного грунта в месте посадки;
• ILSA исследует возможную сейсмическую активность спутника, данные о которой важны для понимания структуры лунной коры;
• массив уголковых отражателей LRA (предоставленный NASA) позволит определять расстояния от Земли до Луны с помощью лазера.

На шестиколесном луноходе «Прагьян» массой 26 килограмм установлены два прибора:

• рентгеновский спектрометр APXS, предназначенный для изучения элементного состава реголита и камней вокруг места посадки
• лазерный спектроскоп LIBS, использующийся для определения химического и минералогического состава газов, выделяющихся при воздействии лазера на поверхностные породы.

Для обеспечения полета к Луне специалисты ISRO использовали не только две антенны Индийского центра дальней космической связи (Indian Deep Space Network — IDSN), но и американскую сеть дальней космической связи Deep Space Network, а также европейскую Estrack. Это необходимо, чтобы связь не прерывалась в те моменты, когда Луна заходит за горизонт: если в резерве имеются другие станции слежения, сигнал просто переходит на одну из тех, что расположены в той части Земли, с которой видно Луну. Кроме того, разные станции могут дублировать друг друга во время ответственных операций. Например, в момент посадки «Викрама», кроме собственной антенны Индии, использовалась станция DSS65, расположенная в Испании.

Европейское космическое агентство готово сотрудничать с лунными миссиями разных стран — его сеть использовалась в том числе во время доставки китайцами грунта с Луны на Землю («Чанъэ-5»). Ранее планировалось, что и российские станции «Луна-25, 26, 27» также будут использовать европейскую наземную инфраструктуру связи. Но после 24 февраля 2022 года это стало невозможно. В итоге «Луну-25» в момент маневра перехода на предпосадочную орбиту сопровождали только российские станции дальней космической связи («Медвежьи озера», «Байконур», «Уссурийск» и «Евпатория») и только в то время, когда станция находилась в радиовидимости с территории России. Неизвестно, сыграло ли это какую-то роль в неудаче миссии российского аппарата, но для инженеров возможность круглосуточно быть на связи всегда более предпочтительна, чем ограничения «прерывистого» сигнала.

«Медуза»