Люди на Луне - Виталий Юрьевич Егоров

Задачи межпланетной станции LRO:

● изучение окололунной среды: пыль, метеориты, радиация;

● геологическая картография всей поверхности Луны с высоким разрешением: распределение полезных ископаемых и воды в поверхностном слое;

● разведка площадок для будущих спускаемых аппаратов, в том числе пилотируемых.

Сравнение снимка LRO (слева) и кадра из иллюминатора лунного модуля Apollo 15 (справа). NASA

Перед LRO ставилась задача разведки всех обстоятельств и условий для подготовки возвращения человека на длительный срок. Наблюдение мест посадок прошлого, как успешных, так и не очень, проходит в рамках последнего пункта программы исследований. Отдельной задачи сфотографировать следы, оставленные астронавтами Apollo, перед LRO не ставилось, хотя об этом иногда сообщает пресса.

Для осуществления всех научных задач LRO несет на борту 97 кг полезной нагрузки. В числе приборов, например, российский детектор нейтронов LEND (The Lunar Exploration Neutron Detector), который способен определять содержание воды в грунте на глубину до 1 м. Минералы в грунте определяют несколько спектрометров ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов: Diviner Lunar Radiometer и Lyman Alpha Mapping Project, а также микроволновый радар Mini-RF.

Съемкой лунной поверхности занимаются три камеры, объединенные в один блок LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera), общей массой 18 кг. Одна камера – широкоугольная WAC (Wide Angle Camera) – снимает лунные панорамы шириной 100 км с линейным разрешением 100 м с высоты 50 км. Фотографированием Луны в высоком разрешении занимается узкоугольная камера NAC (Narrow Angle Camera). Это две практически одинаковые камеры, обзор которых немного накладывается друг на друга, и вместе они охватывают поле видимости шириной 5 градусов, или 5 км, с высоты 50 км.

Именно NAC смогла снять места посадок Apollo и многих автоматических станций других стран. Благодаря снимкам этой камеры удается сравнить фотопанорамы, сделанные астронавтами, и лунную местность. Можно найти большие валуны, посещенные астронавтами, убедиться, что тропинки и следы роверов, видимые на фотографиях астронавтов 1970-х годов, сохранились через полвека и доступны для изучения.

Несмотря на достаточно различимые подробности на снимках NAC, можно встретить и претензии к качеству их изображений – ведь всегда хочется большего. Одна из претензий, которую часто можно услышать в отношении лунных снимков, – отсутствие цвета. Об этом мы уже говорили, и, чтобы не повторяться, напомню, что цветной кадр всегда имеет меньшее разрешение, чем панхроматический. Черно- белый, или панхроматический, снимок использует свет всего доступного диапазона, а цветной вынужден распределять фотоны на три канала, чтобы сложить из них каждый отдельный цвет. Например, широкоугольная камера WAC имеет несколько фильтров и способна снимать в цвете.

Более серьезный повод для недовольства результатами NAC – разрешение снимков. Линейное разрешение 0,5 м, аналогичное лунному, получают, например, околоземные спутники, которые поставляют снимки для карт Google или по заказу Пентагона. Некоторые коммерческие спутники способны снимать Землю с разрешением 0,3 м, а самые большие спутники-шпионы – предположительно до 0,1 м. И это с высоты в 10 раз выше, чем летает LRO и сквозь земную атмосферу! Кажется, что лунные технологии NASA серьезно уступают возможностям коммерческих компаний. Трудно поверить, но это действительно так.

Достаточно сравнить стоимость лунной камеры LROC и самых «мощных» околоземных спутников, чтобы понять причины слабости лунной оптики. Так, вся программа окололунного зонда LRO обошлась в $504 млн за космический аппарат и его запуск. Создавался аппарат более десяти лет назад, а электроника NAC, с целью экономии, была повторением камеры CTX (Context Camera) марсианского зонда MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), который полетел к Красной планете в 2005 году. Стоимость же современного космического аппарата дистанционного зондирования Земли WorldView-3 компании Maxar (ранее DigitalGlobe) – $650 млн, и он практически наполовину состоит из телескопа и камеры. Телескоп WorldView-3 имеет диаметр главного зеркала 1,1 м, что в пять раз больше, чем у LRO, летает на высоте 620 км над Землей и снимает ее с линейным разрешением 0,3 м. Преимущество WorldView-3 в бюджете и технологиях определяется его большей востребованностью для государственных и коммерческих нужд – фактически это коммерческий спутник-шпион, работающий на Пентагон, но и продающий снимки «на сторону».

Сравнение аэрофотоснимка макета лунного модуля на Земле (слева), спутникового снимка с околоземной орбиты того же макета (в центре) и снимка LROC места посадки Apollo 12 (справа). Google, Maxar, NASA

Большинство спутниковых снимков Земли, которые использует Google, имеют линейное разрешение 0,5 м. Более высокое разрешение картографических снимков этого сервиса достигается уже аэрофотосъемкой. Поэтому, сравнивая качество фотографий Луны и Google-карт Земли, следует сначала убедиться, что мы сравниваем именно космические снимки.

Сравнение возможностей околоземных спутников и LROC удобно проводить благодаря полноразмерному макету лунного модуля Apollo, который установлен во дворе Института Франклина в Филадельфии. Используя сервис Map Google Pro, мы можем посмотреть несколько снимков, сделанных за последние годы. Чтобы отличить спутниковый снимок от аэрофото, нужно обратить внимание на поставщика фотографии. Спутниковые данные Google закупает у американской компании DigitalGlobe, которая в прошлом году вошла в холдинг Maxar Technologies, – их спутниковые снимки Земли лучшие на мировом рынке спутниковой съемки.

Нижняя ступень лунного модуля, следы и оставленное оборудование в съемке кинокамеры из иллюминатора стартовой ступени лунного модуля Apollo 15. NASA

До 2015 года спутниковые компании США не имели прав на то, чтобы выкладывать в открытый доступ снимки Земли с разрешением выше 0,5 м. Это ограничение накладывал Пентагон, который в единоличном порядке закупал снимки более высокого разрешения. Затем ограничение сдвинули до 0,3 м. Таким образом, снимки DigitalGlobe до 2015 года имеют разрешение 0,5 м или хуже. Теперь мы можем сравнить спутниковое фото макета лунного модуля в Филадельфии со снимками первой ступени лунных модулей Apollo, которые остались на Луне.

Контраст лунных снимков заметно выше из-за того, что сама Луна довольно темная: она отражает от 6 до 12 % солнечного света. Лунный модуль же покрыт светоотражающей теплозащитой, что делает его значительно ярче того уровня освещения, на который настроена лунная камера. В остальном видимость деталей модуля вполне сравнима с аэрофотосъемкой и превосходит околоземный коммерческий спутник.

Убедившись, что разрешение снимков лунной камеры вполне сопоставимо с кадрами самых «дальнобойных» околоземных спутников, зададимся следующим вопросом: почему лунные снимки не лучше земных?

Про стоимость и сроки изготовления мы уже говорили, но если сопоставить потенциальные возможности оптики камеры NAC с фактическим разрешением ее снимков, то окажется, что угловое разрешение могло бы быть в три раза лучше! Что же заставило NASA сознательно отказаться от возможности увидеть поверхность Луны с большей детализацией?

Угловое разрешение объектива фотоаппарата или телескопа зависит от диаметра. Для сравнения: диаметр главного зеркала телескопа NAC LRO – 195 мм, диаметр зеркала WorldView-3 – 1100 мм, а