Globus Księżyca: Rosyjscy naukowcy przygotowują niezwykłą wyprawę na satelitę Ziemi

Ciekawe, że 1 kwietnia tego roku jeden z ośrodków naukowych żartobliwie ogłosił na swoim kanale Telegram o wysłaniu swoich małych satelitów na Księżyc. Ale przez przypadek (a może gwiazdy tak się ułożyły) żart przerodził się w prawdziwy projekt. Faktem jest, że mniej więcej w tym samym czasie Michaił Owczinnikow, kierownik katedry w Instytucie Matematyki Stosowanej Keldysz, w wywiadzie dla Moskiewskiego Komsomolca opowiedział poważnie, jak dzięki skomplikowanym obliczeniom balistycznym, przy minimalnych kosztach, możliwe jest wysłanie małych satelitów na Księżyc po długiej trajektorii. Tak, pokonają tę odległość nie w ciągu trzech dni, ale w ciągu kilku miesięcy, ale naukowcy się nie spieszą, czekają już od dziesięcioleci na realizację poważnych projektów!

Generalnie, nie bez udziału naszej gazety, naukowcy wysłuchali się nawzajem i przeprowadzili „inwentaryzację” swoich możliwości. Okazało się, że jeśli się zjednoczą, mogą zademonstrować całemu światu pięć (!) krajowych technologii eksploracji głębokiego kosmosu, a czas potrzebny do startu wyniesie zaledwie dwa lata!

Jak wiadomo, każda misja, oprócz testowania technologii i utrzymywania kompetencji zespołów naukowych, wymaga również jasnego celu. Według ideologów nowego projektu długoterminowych podróży międzyplanetarnych taki cel istnieje. Jest nim kompilacja modelu 3D Księżyca, który będzie miał rekordową rozdzielczość 25-30 centymetrów na piksel (obecnie istnieją tylko mapy o rozdzielczości pół metra). Po przybyciu pierwszych osadników na naturalnego satelitę Ziemi taka mapa z obrazem drobnych szczegółów mórz, dolin i biegunów księżycowych będzie dla nich bardzo przydatna przed wyborem najlepszego miejsca na budowę bazy mieszkalnej i zorganizowanie sieci drogowej.

Balistyka: Siedem mil i objazd

Przypomnijmy więc propozycję IPM RAS, aby wysyłać statki kosmiczne (SC) na dłuższe trajektorie. Koncepcja zakłada małe SC ważące 100-160 kilogramów (wliczając ciężar paliwa). Będą one latać do celu przez sześć miesięcy, ale fundusze potrzebne do ich dostarczenia na Księżyc będą o rząd wielkości mniejsze.

Jak możemy zaoszczędzić pieniądze? Po pierwsze, mały satelita nie potrzebuje oddzielnej rakiety do startu – można go wystrzelić jednocześnie z innym, cięższym urządzeniem. Następnie do gry wchodzi lekki elektryczny silnik odrzutowy (ERE), który doprowadzi statek kosmiczny na wybraną planetę po skomplikowanej trajektorii. Rosja jest światowym liderem w produkcji plazmowych ERE, ponieważ są one tutaj rozwijane od lat 60. Napędzane są plazmą, rozpędzaną do dziesiątek kilometrów na sekundę. Centrum Keldysh ma całą linię takich silników.

Jak wcześniej wyjaśnił MK Michaił Owczinnikow, zgodnie z obliczeniami matematycznymi, aby polecieć na Księżyc na zwrotnym małym aparacie, konieczne będzie wystrzelenie z Ziemi do... Słońca. Obliczenia są takie, że nasz obiekt świetlny w pewnym momencie będzie działał jak dodatkowy akcelerator, „wpychając” aparat swoją grawitacją na orbitę księżycową. Będzie to dość skomplikowana, „obejściowa” trajektoria, bardzo przypominająca klucz wiolinowy, ale aparat ma gwarancję dotarcia do celu sześć miesięcy po starcie.

Eksperci balistyki twierdzą, że takie podejście pozwoli małym pojazdom z napędem elektrycznym latać na Księżyc i Marsa.

Astronomia: Kto będzie „kierował” urządzeniami z Ziemi

Aby obserwować urządzenia wysłane z Ziemi z odległości 1,5 miliona kilometrów (tak daleko będą musiały lecieć od Ziemi na pierwszym etapie), specjaliści muszą znać ich położenie w kosmosie z dokładnością do kilometra i kontrolować ich prędkość do 1 milimetra na sekundę! Trudno to sobie nawet wyobrazić! Jednak nasi naukowcy już opracowali takie technologie. Centrum Badań Astronomicznych dysponuje wszystkimi niezbędnymi środkami optyczno-elektronicznymi do śledzenia obiektów niebieskich na takich odległościach. Miejsca z teleskopami, z których teoretycznie będą „kierowane” małe satelity międzyplanetarne, znajdują się w rejonie Kisłowodzka i Błagowieszczeńska. Nawiasem mówiąc, według szefa centrum Władimira Agapowa, Błagowieszczeńsk ma jedno z najlepszych miejsc w kraju pod względem liczby czystych godzin nocnych do obserwacji: klimat jest tam taki, że przez 300 dni w roku na niebie nie ma ani jednej chmury.

Na tle rozgwieżdżonego nieba nasi astronomowie mogą określić współrzędne obiektu na niskiej orbicie z błędem do 0,1 sekundy łuku. W odległości 1,5 miliona kilometrów błąd wyniesie dokładnie 1 km. Pozostaje tylko zobaczyć urządzenie, a to jest bardzo trudne. Ale, jak mówi Agapow, są gotowi rzucić wyzwanie i to zrobić.

Czy na księżycu są ślady stóp?

Teraz o najciekawszej części tego projektu – filmowaniu powierzchni Księżyca. Okazuje się, że w naszym kraju istnieją producenci kamer kosmicznych, które potrafią robić zdjęcia o rozdzielczości 25-30 centymetrów zarówno z wysokości 60 kilometrów, jak i z 120-kilometrowej orbity księżycowej. A są i tacy, którzy tworzą tzw. fotogrametryczne modele powierzchni planet – są to trójwymiarowe modele obiektów, tworzone z uwzględnieniem ich kształtu, wielkości i położenia przestrzennego z milionów pojedynczych klatek.

– Mało kto wie, że istniejące trójwymiarowe modele obiektów niebieskich zostały stworzone przy użyciu naszego oprogramowania – wyjaśnia mi Aleksiej Siemionow, szef firmy zajmującej się tworzeniem satelitów. – Jak mówią, wolą Boga jest, aby teraz powstała najlepsza wersja mapy Księżyca.

Jeden z twórców technologii fotogrametrii, Witalij Kochanowski, podaje jaskrawy przykład takiej pracy: trójwymiarową rekonstrukcję komety Czuriumow-Gierasimienko.

Według niego, dzięki wysokiej rozdzielczości naukowcy odkryli po raz pierwszy przestrzenie podpowierzchniowe tej komety, o głębokości od 20 do 47 metrów, z oznakami obecności lodu wodnego. Te jamy są interesujące dla potencjalnej sondy kosmicznej, która mogłaby uzyskać bezpośredni dostęp do jam podpowierzchniowych. Ponadto, dzięki obrazom i modelowi 3D w połączeniu z modelem termicznym, ustalono związek między pojawieniem się strumienia plazmy wybuchającego z głębi komety a promieniowaniem słonecznym na dnie jednej z tych lodowych jam.

Jak powiedziano wyżej, Księżyc ma już trójwymiarowy model swojej powierzchni o rozdzielczości pół metra. Nasi naukowcy obiecują, że jeśli ich satelita z kamerami balistycznymi zostanie „rzucony” na Księżyc, wykonają dokładniejszy model, o rozdzielczości 25-30 centymetrów. Aby „zszyć” jego szczegółowy glob, będą potrzebowali 197 dni pracy na orbicie i uzyskają ponad 42 miliony zdjęć. A z taką dokładnością, jak mówią moi rozmówcy, będzie można nie tylko pomóc przyszłym zdobywcom Księżyca, ale zapomnieć o powodzie sporu stulecia - „Czy Amerykanie byli na Księżycu, czy nie?” - zdjęcia pokazałyby wszystkie ślady, jakie pozostawili na księżycowej glebie-regolicie.

Ale zastanawiam się, czyje ślady deweloperzy dostrzegli na trójwymiarowej mapie obwodu moskiewskiego? Niedawno specjaliści wykonali podobny model obwodu moskiewskiego przy użyciu dronów. W ciągu 134 dni sfotografowano obszar 35 tysięcy kilometrów kwadratowych, uzyskano 5 milionów zdjęć. Pod względem czasu praca była podobna do filmowania Księżyca. Różnica, według specjalistów, polega głównie na odległości do obiektu.

Nawiasem mówiąc, według Kokhanovsky’ego, prace na Marsie, podobnie jak na Księżycu, można by wykonać w krótszym czasie – 74 dni i przy mniejszej liczbie zdjęć – około 4 milionów. A efekt „marsjańskiej” pracy mógłby być bardziej spektakularny. Faktem jest, że teraz istnieje mapa Czerwonej Planety o rozdzielczości zaledwie 5 metrów. Podniesienie tej rozdzielczości dwukrotnie, do 2,5 metra, jest znacznie łatwiejsze, a różnica jest bardziej zauważalna. Jak ci się podoba ta dokładność, Elon Musk?

Inna technologia, bez której praca na orbicie Księżyca (lub Marsa) nie będzie możliwa, wiąże się z przesyłaniem danych na Ziemię. W końcu muszą one pochodzić z odległości co najmniej 400 tysięcy kilometrów!

Gdy organizatorzy projektu zaczęli szukać kogoś, kto już wykonywał podobną pracę dla amerykańskich specjalistów, natrafili na... swojego rodaka. To nie kto inny, jak Grigorij Naumowicz Goltsman z Moskiewskiego Uniwersytetu Pedagogicznego, który 11 lat temu stworzył najlepszy na świecie odbiornik kanału transmisji danych z kosmosu oparty na detektorze pojedynczych fotonów, który pracuje w temperaturze ciekłego helu wynoszącej 4 kelwiny. Za jego pomocą możliwe jest wykrywanie impulsów świetlnych nadchodzących z orbity księżycowej z prędkością 1 Gbit/s - z taką samą prędkością, jakby znajdowały się niedaleko, na niskiej orbicie okołoziemskiej. To również kluczowa technologia i dobrze, że jest w naszych rękach.