Технологии лунных миссий: посадочные модули, скафандры, роверы и ISRU

01Технологический набор для Луны

Слетать на Луну на выходные научились ещё в 1960-х. Жить там — прилетать многократно на одно и то же место у полюсов и в итоге остаться — куда более сложная инженерная задача, которую пока никто не показал от начала до конца. Системы ниже — те, от которых зависит устойчивое присутствие на Луне, и большинство из них скорее в активной разработке, чем проверены в полёте.

02Посадочные модули: HLS и коммерческие CLPS

Важны два очень разных класса модулей. Крупные пилотируемые — Human Landing System (HLS) от NASA — доставляют астронавтов с окололунной орбиты на поверхность и обратно. Небольшие роботизированные модули по программе Commercial Lunar Payload Services (CLPS) доставляют приборы и грузы дешевле и чаще.

Human Landing System (HLS)

• Starship HLS — лунный вариант Starship от SpaceX, выбранный NASA в 2021 году как первый пилотируемый модуль. Он достигает Луны после орбитальной дозаправки и высаживает экипаж с окололунной орбиты.
• Blue Moon — модуль Blue Origin, выбранный в 2023 году вторым поставщиком HLS, что даёт NASA два независимых пилотируемых модуля (сначала грузовая версия, затем пилотируемая).

Коммерческие модули CLPS

• Odysseus (IM-1) от Intuitive Machines совершил первую с времён «Аполлона» мягкую посадку США и первую коммерческим аппаратом — в феврале 2024 года.
• Blue Ghost от Firefly Aerospace успешно сел в 2025 году, показав, что модель CLPS взрослеет.
• Удаётся не каждая попытка — среди ранних рейсов CLPS были неудачи и опрокидывания, что ожидаемо для дешёвой и частой программы.

03Точная и рельефно-зависимая посадка

Полярный рельеф, куда стремятся экипажи, неровный, слабо освещённый и полон валунов и затенённых кратеров. Чтобы сесть там безопасно, кораблю нужно точно знать, где он находится, и самостоятельно выбирать чистое место в ходе снижения.

• Рельефно-относительная навигация — сопоставление живого изображения с камер с бортовыми картами для определения положения без GPS.
• Системы обнаружения и обхода опасностей — лидар и камеры, сканирующие зону посадки в реальном времени и уводящие от камней и склонов.
• Они развивают технологии посадки, отработанные на Марсе, и адаптируются к более суровой освещённости и рельефу лунных полюсов.

04Скафандры для поверхности

Скафандры «Аполлона» годились для нескольких коротких выходов, но были жёсткими, быстро изнашивались и пропускали пыль. Для выходов Artemis нужны скафандры, гибкие настолько, чтобы встать на колени и работать, не пускающие абразивную пыль в шарниры и уплотнения и выдерживающие сильный холод затенённых областей.

• AxEMU от Axiom Space — скафандр, законтрактованный NASA для первой посадки Artemis, рассчитанный на среду южного полюса и большую подвижность.
• Collins Aerospace имела параллельный контракт на услуги xEVA, нацеленный в основном на скафандр для невесомости на космической станции.
• Оба контракта выданы по сервисной модели, при которой компании владеют скафандрами и сдают их в аренду, а не NASA строит их собственными силами.

05Роверы: негерметичные и герметичные

Дальность умножает то, что экипаж может исследовать и откуда база может брать ресурсы. Планируются два класса роверов.

• Лунный вездеход (LTV) — негерметичный открытый «луномобиль» для астронавтов в скафандрах на короткие выезды. В 2024 году NASA выбрало три компании (Intuitive Machines, Lunar Outpost и Venturi Astrolab) для разработки концепций LTV; машина сможет работать и роботизированно между экипажами.
• Герметичный ровер — мобильное жильё, позволяющее экипажу ехать сутками без скафандров. По соглашению NASA и JAXA 2024 года Япония (вместе с Toyota) предоставит этот «Lunar Cruiser» в обмен на полёты японских астронавтов.

06Связь и навигация (PNT) без GPS

Спутники GPS Земли не дают полезного покрытия Луны, а обратная сторона и полярные кратеры не видят Землю напрямую. Поэтому лунным миссиям нужны собственные позиционирование, навигация и синхронизация времени (PNT) и ретрансляционная инфраструктура.

• LunaNet — набор стандартов совместимости NASA, чтобы услуги связи и навигации от многих поставщиков работали как единый «лунный интернет».
• Лунные спутники-ретрансляторы — аппараты, связывающие обратную сторону и полюса с Землёй. Европейская Moonlight и коммерческие группировки нацелены на ретрансляцию и навигационные сигналы.
• Эксперименты уже показали, что сигналы земных ГНСС можно принимать на лунном расстоянии, намекая на будущие варианты навигации.

07ISRU: кислород из реголита

Использование местных ресурсов (ISRU) означает производство нужного из локального материала. Лунный реголит примерно на 40–45% состоит из кислорода по массе, связанного в оксидах. Несколько процессов — электролиз расплавленного реголита, восстановление водородом и другие — могут высвободить этот кислород для дыхания и как окислитель для ракет. NASA, ESA и компании продемонстрировали их в лабораторном масштабе; трудность — запустить их надёжно, с полезной производительностью, в вакууме и лунной гравитации.

08ISRU: добыча полярной воды

Более крупный приз — водяной лёд в вечно затенённых кратерах у полюсов. Вода даёт питьё, кислород и — при расщеплении на водород и кислород — ракетное топливо. Добыть её по-настоящему трудно: лёд лежит в темноте при температуре около −200 °C, возможно, сцементированный в реголите, а не в удобных пластах.

• Сначала разведка. Роверы и приборы CLPS, такие как бур PRIME-1 от NASA и роверы класса VIPER, призваны измерить, сколько там льда и в какой форме.
• Концепции добычи — от нагрева реголита ради выделения пара до физической выемки и переработки ледяного грунта.
• Затем электролиз воды расщепляет её на водород и кислород для топлива и жизнеобеспечения.

09Поверхностная энергетика и накопление

Энергетика — самая трудная «коммунальная услуга» на Луне, ведь топлива нет, а ночь длится около 14 земных суток. Миссии сочетают источники и накопители.

• Солнечные панели, наиболее эффективные у полюсов, где высокие гребни освещены почти непрерывно.
• Поверхностное деление — испытание Kilopower/KRUSTY от NASA доказало компактный реактор, а проект Fission Surface Power нацелен на блок порядка ~40 кВт, работающий сквозь ночь и пыль.
• Накопление — аккумуляторы и регенеративные топливные элементы, несущие критическую нагрузку в тени. Запасти энергию на всю лунную ночь — одно из самых жёстких ограничений для базы.

10Обращение с криогенным топливом

Несколько лунных модулей используют криогенное топливо — жидкий водород или жидкий метан с жидким кислородом, — эффективное, но испаряющееся на солнце. Держать его холодным в долгих миссиях и перекачивать между аппаратами — технология, которая должна созреть, чтобы архитектура заработала.

• Борьба с испарением — теплоизоляция, солнцезащитные экраны и активное охлаждение («нулевое испарение»), чтобы хранить криогены неделями и месяцами.
• Орбитальная перекачка топлива — Starship HLS зависит от дозаправки на орбите Земли, что требует перекачки криогенного топлива между кораблями — способности, которая ещё отрабатывается.

11Автономность и робототехника

Даже при задержке сигнала всего в 1,3 секунды экипажи малочисленны и дороги, поэтому многое на Луне должно работать само или под лёгким надзором. Автономность и робототехника ведут разведку, перевозку и стройку до и между визитами людей.

• Автономные посадка и вождение, чтобы модули обходили опасности, а роверы двигались без пошаговых команд.
• Телеуправляемое и роботизированное строительство — дистанционное или автономное перемещение реголита, развёртывание панелей и возведение валов.
• Роботизированные манипуляторы и логистика — канадский Canadarm3 будет обслуживать станцию Gateway в основном автономно.

12Строительство на поверхности из реголита

Везти каждую стену и посадочную площадку с Земли непомерно тяжело, поэтому агентства разрабатывают способы строить из того, что под ногами. Реголит можно спекать, плавить или связывать в твёрдые конструкции.

• 3D-печать из реголита — NASA и ESA изучают печать валов, посадочных площадок и оболочек жилья из местного грунта.
• Спекание и микроволновая обработка, чтобы сплавлять рыхлую пыль в твёрдые поверхности, подавляющие пыль, поднимаемую при посадках.
• Валы и противоударные щиты для защиты базы от обломков, выбрасываемых при близких посадках.

13Тепловой режим

Луна колеблется от значений заметно выше точки кипения воды днём до около −130 °C ночью, а вечно затенённые кратеры — около −200 °C. Удержать электронику, аккумуляторы и экипаж в пределах при таком размахе — и пережить двухнедельную ночь, не промёрзнув насквозь, — определяет значительную часть конструкции.

• Радиаторы, тепловые трубки и многослойная изоляция, чтобы сбрасывать тепло днём и удерживать его ночью.
• Обогреватели выживания и энергия от реактора или из запаса, чтобы держать технику выше минимальных температур в темноте.

14Технологии борьбы с пылью

Поскольку пыль так быстро выводила из строя технику «Аполлона», борьба с ней теперь стала отдельной дисциплиной. Лунная пыль абразивна, зазубрена и электростатически заряжена и проникает в каждый механизм.

• Электродинамические пылевые щиты, использующие бегущие электрические поля, чтобы сметать заряженные частицы с поверхностей и оптики.
• Наружные порты для скафандров и шлюзы, оставляющие пыльные скафандры снаружи жилья, плюс пылестойкие уплотнения и разъёмы.
• Покрытия и материалы, стойкие к прилипанию и истиранию.

15Gateway и орбитальная инфраструктура

Gateway — небольшая космическая станция, планируемая на почти прямолинейной гало-орбите вокруг Луны. Она служит перевалочным пунктом, где встречаются Orion и посадочные модули, ретранслятором связи и платформой для науки — и это крупный международный вклад в технологии устойчивого возвращения.

16Сравнение пилотируемых посадочных модулей

Приблизительно, так как оба модуля дорабатываются. Значения — цели, а не подтверждённые в полёте.

17Интересные факты

• Лунный реголит примерно на 40–45% состоит из кислорода по массе — Луна в некотором смысле в основном состоит из пригодного для дыхания материала, запертого в породе.
• Первую с времён «Аполлона» мягкую посадку США совершил коммерческий аппарат — Odysseus от Intuitive Machines — в 2024 году.
• Задержка радиосвязи с Луной — всего около 1,3 секунды в одну сторону против 3–22 минут для Марса.
• NASA испытало настоящий космический реактор деления KRUSTY в 2017–2018 годах в рамках проекта Kilopower.
• Герметичный ровер мог бы позволить двум астронавтам жить и ехать сутками, превращая исследование поверхности в автопутешествия.

18Глоссарий

19Частые вопросы

20Источники

• NASA — Artemis ↗
• NASA — Human Landing System ↗
• NASA — Commercial Lunar Payload Services (CLPS) ↗
• NASA — Spacewalks & spacesuits ↗
• NASA — Fission Surface Power ↗
• NASA — LunaNet & lunar communications ↗
• ESA — Exploration of the Moon ↗
• Lunar and Planetary Institute — Lunar resources ↗