Russian exploration of the Moon Past and Present

Russian exploration of the Moon: Past and Present Mikhail Ya. Marov International Symposium Lunar Exploration and Space Technology Heritage August 25 -30, 2016, Kazan University, Russia

Содержание • Введение • Отечественная история исследований Луны • Первые успехи • Луна 9 и Луна 10 • Кульминация исследований: Забор грунта, Луноходы • Стагнация • Новая программа: Настоящее и будущее

Отечественная история исследований Луны

Основоположники и Лидеры Советской Космической Программы

Первые полеты к Луне 1958 – 1959 гг. Луна 1 январь 1959 г. , Первый пролет вблизи Луны 4 января 1959. Луна 2 14 сентября 1959 г. . Первое попадание в Луну. Луна 3 7 октября 1959 г. , Первый облет Луны и передача фотографий обратной стороны.

Кульминация Лунной программы 1966 -1974 гг. Осуществлено 27 запусков. Впервые в мире: - осуществлена мягкая посадка на Луну ( «Луна-9» ), - создан искусственный спутник Луны ( «Луна-10» ) - доставлены на Землю образцы лунного грунта ( «Луна-16» ) - создан самоходный аппарат «Луноход-1» Посадочные аппараты Посадочный аппарат ( «Луна-9, -13, -15, -16, -17, доставкаобразцов грунта -18, -20, -21, -23, -24» ) ( «Луна-15, -16, -18, -20, -23, -24» ) Луноходы: «Луноход-1, -2» ( «Луна-17, -21» )

Первая мягкая посадка КА на Луну • Тернистый путь к успеху - 11 неудачных запусков по программе Е 6 • Подключение к работам НПО им. С. А. Лавочкина Схема посадки

Луна 9 - 3 февраля 1966 г. Луна 13 – 24 декабря 1966 г.

Первая панорама поверхности Луны ( «Луна 9» , 1966 г. )

Луна 10 - Первый искусственный спутник Луны 3 апреля 1966 г. Картирование Луны (Луна 12) Луна 10 Луна 11, 12, 14

Новое поколение Лунных КА – Роботов 1969 – 1976 гг. Луноход Возврат грунта Луна 16 КА массой ~ 5800 кг. , РН «Протон» Луна 17

История запусков Лунных КА 1969 – 1976 гг. Луноходы 1970, 10 нояб. - Луна 17/Луноход 1 1973, 8 янв. - Луна 21/Луноход 2 Первый самодвижущийся аппарат Луноход 1 Возврат грунта 1970, 12 сент. - Луна 16 1972, 14 фев. - Luna 20 1976, 9 авг. Луна 24 Первый аппарат для забора и возврата грунта Луна 16

Автоматический забор и возврат на Землю образцов лунных пород Луна 16

Образцы лунного грунта, доставленного «Луной-16» , в приемной лаборатории ГЕОХИ РАН. 26 сентября 1970 г.

Пресс-конференция, посвященная успешному завершению полета «Луны 16»

Луноходы на поверхности Луны Панорамы Лунохода 1 Посадка Лунохода 2

Искусственные спутники Луна 19 (1971) и Луна 22 (1974) Детальное изучение рельефа, свойств поверхности и гравитационного поля Луны

Выдающиеся достижения в исследованиях Луны Луна 9 Луна 10 Луна 16 Луноход

Выдающиеся достижения в космических исследованиях Солнечной системы: Луна, Венера, Марс, комета Галлея, Фобос (1965 – 1988 гг. ) • Луна: Первые панорамы поверхности, механические и геохимические свойства и состав пород, морфология, гравитационное поле, масконы. • Венера: Первые парашютные спуски и посадки на поверхность, первые спутники Венеры, первые измерения температуры, давления, химсостава, термодинамических свойств, динамики (ветрового режима) и теплового баланса атмосферы, освещенности в атмосфере и на поверхности, структуры, микрофизических свойств и состава облаков, первые ч-б и цветные панорамы поверхности, элементный состав поверхностных пород, радиокартирование, исследования свойств околопланетной плазмы. • Марс: Первая посадка на поверхность ( «Марс 3» ), первые прямые in situ измерения параметров атмосферы ( «Марс 6» ), спутники Марса, измерения свойств поверхности (рельефа) и атмосферы (фотометрия, радиометрия), содержания водяного пара, изображения отдельных областей поверхности, исследования свойств околопланетной плазмы. • Комета Галлея: Изображения ядра кометы, измерения газового состава комы, размеров и свойств пылевых частиц, обеспечение навигации для КА «Джотто» . • Фобос: Изображения и фотометрические свойства Фобоса, сведения о характере его пород, тепловая радиометрия поверхности Марса.

Основные достижения СССР в космических исследованиях Луны и планет суммированы в книге: М. Я Маров, У. Т. Хантресс «Советские роботы в Солнечной системе» , НАУКА, Физматлит, 2013 первоначально изданной за рубежом Изд-вом SPRINGER - PRAXIS

Lessons Learned: A Perspective “With the recent failure of the Phobos-Grunt probe the Russian planetary exploration program is once again in the news and its leaders are on the hot seat in Russia. Perhaps it would be wise before voicing criticism of this failure to read this history. It will demonstrate that planetary scientists and engineers in the Soviet Union/Russia have been working with minimal resources, poor political support, and less than optimal technologies for many years. Despite that reality, they have enhanced understanding of the solar system in fundamental ways. Phobos-Grunt must be viewed as part of a long train of missions over the years. I hope it is not the last such mission undertaken. ” David M Harland: Note on an Important Book: Soviet Robots in the Solar System: Mission Technologiesand Discoveries

Настоящее и Будущее

Наш вклад в исследования Луны M 3 Chandrajaan-1 Neutron Spectrometer Lunar Prospector LEND LRO DIVINER LRO LCROSS

Новые Лунные проекты Роскосмоса 1976 2020+ 2020 Luna-24 Luna-29 (Luna-Resource-2) Lunohod mission (3000 kg) 2018 Luna-27 (Luna-Resurs_Lander) Studies of South Pole regolith and exosphere (2200/810 kg) Luna-26 (Luna-Resurs-Orbiter) Global orbital studies of the Moon Luna-25 (Luna-Glob) Technology of polar soft landing, study of Lunar South pole February 18, 2014 (1450/530 kg) Luna-28 (Luna-Grunt) Cryogenic samples return from South pole (3000 kg)

От исследований к освоению Луны ЛУНА-ГЛОБ 2018 ЛУНА-РЕСУРС/ОА 2019 ЛУНА-ГРУНТ 2022+ ЛУНА-РЕСУРС/ПА 2020 ЛУНА-РЕСУРС 2022+

Планы ФГУП «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ОБЪЕДИНЕНИЯ им. С. А. ЛАВОЧКИНА» РОСКОСМОС 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 Инфраструктура лунной базы Луна-Глоб (посадочный) Луна-Глоб Луна(орбиталь- Ресурс ный) Луна. Грунт Интергелио- Фобос. Грунт Экзо. Марс Зонд Луна. Ровер Лаплас-П Марс-Грунт Апофис Экзо. Марс Спектр-РГ Спектр-УФ Спектр-М Гамма-400 Венера-Д

Лунная База Концепция НАСА Концепция РОСКОСМОСА

Дальнейшее развитие лунной программы • Создание геологической опорной сети на луной поверхности для проведения каротажных работ с использованием тяжелых стационарных и мобильных луноходов нового поколения. • Такая программа для проведения детальных геологогеохимических исследований как необходимый этап развертывания Лунной базы разработана ГЕОХИ РАН и одобрена Секцией планетных исследований Совета РАН по космосу. • Проработки по отдельным элементам Лунной проведены в рамках НИР-ов НПО им. С. А. Лавочкина по перспективным фундаментальным космическим исследованиям по теме «Магистраль» .

Приоритетные научные задачи исследований Луны n Происхождение и динамическая история системы Земля - Луна n История становления ранней коры на планетном теле, сохранившейся на Луне и не сохранившейся на Земле n История магматизма и вулканизма на видимой и обратной стороне Луны, которая также тесно связана с историей формирования лунной коры n Сейсмическая активность и внутреннее строение Луны n Внутренний тепловой поток, его региональное изменение и теплофизические свойства реголита n Происхождение древнего магнитного поля, которое оставило свой след в намагниченности пород ранней лунной коры n Региональные и локальные особенности гравитационного поля Луны n Изучение редкого астероидного и кометного вещества и реликтового вещества молодой Земли, которое прилетело на Луну 4 млрд. лет назад во время интенсивной астероидной бомбардировки Земли (LHB). n Изучение изменения активности и состава солнечного ветра и галактических космических лучей в захороненных слоях реголита за период более 4 млрд. лет.

Научные задачи лунных роботов 1. Изучение химического, минералогического, элементного и изотопного состава реголита и содержания летучих в реголите полярных областей. Геологические и геохимические исследования. 2. Изучение внутреннего строения Луны, структуры основных оболочек, фазового состояния и размеров ядра путем сейсмических, радиофизических и лазерных экспериментов. 3. Изучение динамики суточных процессов на лунных полюсх, в том числе вариаций термофизических параметров поверхности и подповерхностного слоя, значений внутреннего теплового потока и изменений содержания летучих и степени гидратации пород. 4. Изучение плазмы, газовой и пылевой составляющих экзосферы и взаимодействия лунной поверхности на полюсах с окружающим космическим пространством 5. Выбор и детальное изучение районов на поверхности Луны, перспективных для создания лунной базы и развертывания лунной инфраструктуры, включая оценки запасов и перспектив использования местных ресурсов.

КОНЦЕПЦИЯ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И НАЧАЛА ПРАКТИЧЕСКОГО ОСВОЕНИЯ ЛУНЫ на период до 2030 г. Проект ГЕОХИ - 2015 В предлагаемом проекте учитывается опыт и результативность всех предыдущих лунных программ и, прежде всего, программы «Аполлон» , «Луноход» и успешный опыт по глубокому бурению и забору лунного грунта на автоматической станции «Луна 24. »

Сейсмометрия и внутреннее строение Луны n 4 типа лунотрясений: приливные (гравитационные), тектонические, тепловые, и в результате падения метеоритов n Необходимо развертывание сети сейсмостанций на ее обеих сторонах. n Минимальное необходимое количество станций (по три на каждой стороне) определяется задачей нахождения точных координат и глубины эпицентров. Схема поясов сейсмичности приливных (кружки) и тектонических (квадраты) лунотрясений (по данным Галкин, 1978). 1 - западный пояс; 2 - восточный пояс; 3 - пояс в северо-западной части Океана Бурь; 4 - высокоширотный пояс.

Тепловой поток, Гравиметрия, Магнитометрия n Вероятная связь величины теплового потока с содержанием долгоживущих радиоактивных изотопов означает латеральное изменение состава и мощности лунной коры и мантии. n Локальные и региональные особенности гравитационного поля Луны необходимы для понимания формирования и становления ранней лунной коры и внутреннего строения. Карта гравитационных аномалий Луны в свободной среде по данным АМС «ГРЭЙЛ» (Zuber и др. , 2013) n Стационарный высокоточный гравиметр предназначен для исследования динамических изменений гравитационного поля Луны во времени, связанных как с приливными изменениями фигуры Луны, так и с возможным воздействием гравитационных волн. В последнем случае вся Луна будет служить в качестве приемной антенны. n Происхождение древнего магнитного поля, которое оставило свой след в намагниченности пород ранней лунной коры, несомненно, является одной из важнейших проблем современных лунных исследований. . Линейные гравитационные аномалии на поверхности Луны по данным АМС «ГРЭЙЛ» (Andrews-Hanna и др. , 2013)

Лунное вещество n Доставка образцов лунных пород на Землю является необходимым и ключевым элементом исследования Луны. Крайне важным элементом информативности доставленных образцов является способ и место их отбора. n Лунный реголит имеет сложное слоистое строение в виде стратифицированной последовательности выбросов из окрестных ударных кратеров с момента образования подстилающих пород. n Чем крупнее кратер, тем дальше летят выбросы. Стратифицированный керн реголита несет информацию о составе и возрасте реголита и подстилающих пород не только в месте бурения, но и достаточно обширной прилегающей области. n Если в окрестностях буровой скважины находятся даже незначительные проявления редких по составу лунных пород, которые невозможно обнаружить на поверхности, то с большой степенью вероятности эти породы также будут представлены в виде одного из слоев в отобранном керне реголита. n Глубина бурения до 15 м является достаточной почти на всей поверхности Луны и с необходимым запасом обеспечит получение полной стратифицированной колонки реголита с момента образования подстилающих пород.

ЗАДАЧИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ЛУНОХОДА «РОБОТ-ГЕОЛОГ» n n n Автоматический луноход наиболее целесообразно использовать в районах, где на маршруте присутствуют разнообразные комплексы пород различного возраста, генезиса, состава и спектрального класса. Главная задача автоматического лунохода - это исследовательский и поисково-разведочный маршрут (геологическая, геохимическая и геофизическая съемка) с отбором грунта с поверхности и неглубоким (до 3 -6 м) бурением нескольких скважин по протяженному маршруту длиной не менее 400 км, и развертывание на одной из скважин автоматической научной станции долговременного мониторинга (АНС) Вторая основная задача, которая может быть решена с помощью автоматического лунохода, это оценка содержания и распределения полезных ресурсов в исследуемом районе, например, слабосвязанных газов и замороженных летучих в полярных областях Луны.

Каротажные исследования (КБУ-15) В процессе бурения с помощью комбинированного каротажного зонда в скважине после каждого рейса производятся исследования основных геофизических свойств залегающих лунных пород, которые могут быть измерены лишь на месте. Типы каротажа: n Плотностной гамма-гамма каротаж для измерения плотности реголита n Магнитный каротаж для измерения остаточной намагниченности слоев реголита n Тепловой каротаж (измерение температур) n Индукционный каротаж для измерения магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости лунных пород n Скважинная гамма-спектрометрия для измерения содержания радиоактивных элементов. n Рентгеновская спектрометрия для определения химического состава пород n Нейтронный каротаж для изучения потока тепловых, эпитермальных и быстрых нейтронов

КАРОТАЖНО-БУРОВАЯ УСТАНОВКА НА БОРТУ ЛУНОХОДА «РОБОТ-ГЕОЛОГ» В ТРАНСПОРТНОМ И РАБОЧЕМ ПОЛОЖЕНИИ

ЛУННАЯ ОПОРНАЯ СЕТЬ АВТОМАТИЧЕСКИХ НАУЧНЫХ СТАНЦИЙ ДОЛГОВРЕМЕННОГО МОНИТОРИНГА Схема расположения примерных мест посадок стационарных и самоходных буровых установок на поверхности Луны на этапе тематической геологической съемки и предварительной геологической разведки. Топографическая карта по данным КА «Клементина» (NASA)

Маршрут лунохода № 1: Океан Бурь Маршрут пересекает все возрастные подразделения морских базальтов (Имбрийский, Эратосфенский и Коперниковский) включая породы вулканической провинции и обширные отложения пирокластики, а также почти все спектральные классы морских базальтов – от низкотитанистых до высокотитанистых. Геологическая карта района маршрута АЛ № 1 в Океане Бурь (Wilhelms, 1987). Im 1 – базальты Среднеимбрийской серии; Im 2 – базальты Верхнеимбрийской серии; Em – базальты Эаротсфенской системы; Cm – базальты Коперниковской системы; Iv – вулканическая провинция: Ic 2 – выбросы (вал) из бассейна Моря Дождей. Стрелкой показано начало, направление и протяженность маршрута самоходной платформы АЛ.

Маршрут лунохода № 2: Плато Аристарх Положение маршрута лунохода относительно: а) ториевой аномалии и б) спектральных подразделений Плато Аристарх.

Маршрут № 3: Южный Полюс А – Южный Полюс на валу кратера Шеклтон; В – Место развертывания научной станции (89. 225º ю. ш. , 240º в. д. ); C – место посадки на валу кратера дэ Жерлаш; D – холм на валу кратера Свердруп в 36 км от кратера Шеклтон; М – горы Малаперт. Топографическая карта Южного полюса по данным КА «Кагуя» . S – Шеклтон (Shackleton), d. G – кратер де Жерлаш (de Gerlach), Sh –Шумейкер (Shoemaker), Fa – Фаустини (Faustini), Ma – Малаперт (Malapert). Место посадки показано красным кружком.

Парадигма • Планирование будущих отечественных исследований Солнечной системы должно строиться, исходя из трех основных критериев: 1. Важность проектов для решения фундаментальных научных задач; 2. Опора на реальные технологические возможности отрасли; 3. Обеспечение стратегических целей страны. • Этим критериям наилучшим образом отвечает Луна, на которой следует сосредоточить усилия и ресурсы на ближайшие десятилетия. • Обоснование: - С изучением Луны непосредственно связаны ключевые проблемы планетной космогонии и происхождения Земли; - Исследования Луны полностью отвечают нашим технологическим и финансовым возможностям на современном этапе и стимулируют дальнейшее развитие ракетно-космических систем; - Луна является важным стратегическим плацдармом, форпостом для развития пилотируемой программы, создания лунной инфраструктуры и создания технологий использования внеземных ресурсов.

Благодарю за внимание!