LADEE — на охоту за лунными тайнами

LADEE-moon1

В среде уфологов, из тех, кто верит в американскую высадку на Луне, до сих пор ходят легенды о стеклянных башнях и замках, которые увидели там астронавты. Несмотря на то, что нынешние знания о Луне отрицают возможность присутствия сказочных строений на нашем естественном спутнике, вопрос о том, что наблюдали астронавты оставался открытым. Для его решения завтра утром к Луне стартует новая миссия NASA: LADEE Lunar Atmosphere Dust Environment Explorer.

Само название аппарата способно вызвать эмоцию «Wat?». Да, американцы летят изучать лунную атмосферу. После школьных истин об отсутствии там атмосферы, цель миссии выглядит как минимум странно. Но она не менее странна как и наблюдаемые с ее поверхности «стеклянные замки».

LADEE-moon2

Как выяснилось, Луна довольно массивное тело, поэтому ее гравитация способна поддерживать некое подобие атмосферы. Более правильное ее название — экзосфера.

LADEE-moon3

Если плотность атмосферы Марса составляет примерно 1% от земной атмосферы, то Луны — примерно 0,001%. На Земле в одном кубическом сантиметре содержится примерно 100 млрд. молекул воздуха, на Луне — от 100 тыс. до 10 млн. молекул газов. Таким образом плотность атмосферы у поверхности Луны составляет примерную плотность земной атмосферы на высоте Международной космической станции. И хотя, формально, тамошние условия можно назвать вакуумом, по факту станцию приходится регулярно поднимать, т.к. она тормозит об атмосферу и постепенно снижается.

Кроме того, существенный вклад в состав лунной экзосферы вносит пыль. Несмотря на отсутствие видимых метеорологических явлений на Луне концентрация пыли над поверхностью может меняться. Т.е. фактически можно говорить о пылевых бурях на Луне. Конечно, они не идут ни в какое сравнение с марсианскими или земными, но именно пыль, вместе с экзосферными газами, отвечает за эффект наблюдаемого свечения над поверхностью Луны в предрассветное время.

LADEE-moon4

Причины, которые поднимают пыль на Луне еще предстоит изучить, пока рабочих гипотез две: метеоритные воздействия и электризация пыли под действием солнечного излучения.

Данные предположения LADEE должен проверить в ходе своей 100-дневной миссии.
Решение о проведении таких исследований приняли еще в 2007 году. Главными ее принципами была дешевизна: использование только тех приборов, которые не надо разрабатывать с нуля, и можно взять готовые чертежи. Бюджет миссии был намечен совсем уж скромный по насовским меркам — 80 млн. долларов (по факту получилось в два раза больше).

Активная фаза строительства началась в 2012 году. Таким образом, NASA построило межпланетный аппарат меньше чем за два года.

LADEE-moon5

Космический корабль разработан в NASA Ames Research Center построен по модульной схеме, которая позволяет собирать аппараты различного назначения подобно бусам.

LADEE-moon6

LADEE не предназначен для посадки, но разрабатываемая модульная схема предполагает возможность создания и посадочных аппаратов. Такие исследовательские станции могут отправляться на Луну, Меркурий или близлежащие астероиды.

LADEE-moon7

LADEE станет первым экспериментальным модульным аппаратом, который сможет проверить эффективность такой конструкции.

Внутри корпуса располагается ракетный двигатель, баки с топливом, и бортовые служебные системы: управления, ориентации, энергоснабжения, терморегуляции и т.п.

LADEE-moon8

Научные и экспериментальные приборы расположены на внешней стороне корпуса. Три из них позволят исследовать атмосферу и пыль Луны, а четвертое устройство — LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration) — позволит приблизить мечту о широкополосной связи в Солнечной системе и HD видео с Марса, Юпитера или Сатурна.

LADEE-moon9

Прибор UVS — Ultraviolet-Visible Spectrometer — это небольшой телескоп, который будет наблюдать свечение атмосферного лимба во время пересечения спутником терминатора (границы освещенной Солнцем и теневой стороны поверхности). Ультафиолетовый спектрометр оценит спектры свечения и определит какие вещества присутствуют в атмосфере.

LADEE-moon10

LADEE-moon11

Состав лунной атмосферы будет изучать NMS — Neutral Mass Spectrometer. Это квадрупольный масс-спектрометр, который сможет подробно изучить состав и массу молекул и атомов газов, находящихся в атмосфере нашего спутника. NMS позаимствован у станции Cassini, которая давно и успешно изучает Сатурн, Титан и другие спутники в системе окольцованного гиганта.

LADEE-moon12

Пыль будет изучаться тоже по массе частиц, но прибором другой конструкции. Прибор LDEX (Lunar Dust Experiment) — это времяпролетный масс-анализатор, и внешне он напоминает автомобильную фару наоборот.

LADEE-moon13

Он закрывается крышкой и имеет параболичекую ловушку, которая будет повернута вперед по ходу полета аппарата. Когда пылинка попадает в ловушку, то за счет скорости полета LADEE в результате столкновения происходит микровзрыв. Ионизированные частицы, которые в нем возникают, попадают на высокочувствительную микроканальную пластину. Детектор регистрирует скорость ионов, и по ней высчитывает их массу. Подробнее об устройстве.

Эксперимент LLSD (Lunar Laser Communication Demonstration) должен продемонстрировать возможности передачи информации в космосе по лазерному лучу. К примеру скорость передачи информации с Марса, по радиоканалу, с самого современного и мощного спутника, который там есть — MRO — достигает скорости 2 Мбит/с. Устройство лазерной связи размещенное на LADEE должно обеспечить скорость до 622 Мбит/с.

LADEE-moon14

Связь будет поддерживаться с тремя приемными станциями на Земле:

LLGT

Станцию на Тенерифе в Испании предоставляет Европейское космическое агентство по программе сотрудничества с NASA.

Кроме звездных датчиков, на LADEE нет камер, которые могли бы производить съемку поверхности Луны, т.е. фактически аппарат не сможет создать столько информации, чтобы проверить эффективность лазерной передачи. Поэтому, скорее всего, данные будут передаваться сначала с Земли на спутник, а потом обратно. Для передачи научных данных в традиционном режиме, LADEE оборудован радиопередатчиком и антенной S-диапазона.

Научная программа LADEE предполагает работу на разных высотах: 250 км и 50 км.

LADEE-moon16

После того как основные научные эксперименты будут завершены, аппарат начнет постепенное снижение, которое завершится падением. Столкновение с поверхностью будет зафиксировано камерой высокого разрешения Lunar Reconnaissance Orbiter, подобно тому как было проделано с аппаратами GRAIL.

Ученые NASA надеются, что в ходе 100-дневной научной программы, им удастся наблюдать лунную экзосферу не только в статичном состоянии. Главная научная работа будет направлена на определение зависимости состояния «погоды» от влияния Солнца, поэтому основные наблюдения будут производиться на лунном терминаторе.

Кроме того, ученые надеются, что им удастся зафиксировать падение метеорита, и пролететь над этим участком до того как пыль от удара осядет. Когда предполагалось, что космический телескоп Herschel, после отработки своей научной программы, будет обрушен на Луну, LADEE был готов провести исследования над местом его удара. Однако телескоп отправили на гелиоцентрическую орбиту, и остается надеяться на удачу.

Поэтому NASA просит помощи астрономов любителей и студентов со всего мира, которые помогут заметить метеоритное столкновение. Такие столкновения наблюдают довольно часто, и совпадение подходящей орбиты LADEE и метеоритного удара — лишь вопрос времени и везения.

Задачи, которые возлагаются на LADEE имеют вполне конкретное практическое применение. В ходе пилотируемых полетов NASA, которые длились считанные дни, лунная пыль создавала весьма существенные проблемы для астронавтов.

LADEE-moon17

Существуют опасения, что частицы пыли, имеющие нанометровые размеры, способны представлять канцерогенную опасность для людей. Очевидно негативное воздействие пыли на устройства и механизмы. Поэтому человечество должно гораздо лучше изучить эту проблему, чтобы быть готовым ко всем трудностям, которые может поставить будущее возвращение на Луну и ее возможная колонизация.

Старт ракеты Minotaur V с космодрома Wallops состоится утром в субботу. Будет транслироваться на Ustream. Еще у LADEE есть свой твиттер: NASALADEE

LADEE-moon18