Lunar Prospector

Lunar Prospector — это автоматическая межпланетная станция (АМС) НАСА, предназначенная для картографирования поверхности Луны, изучения её гравитационного поля, магнитного поля, состава коры и поиска водяного льда в полярных регионах. Аппарат был запущен 7 января 1998 года и завершил свою миссию 31 июля 1999 года контролируемым падением в кратер у южного полюса Луны. Миссия стала частью программы «Discovery» — серии недорогих, узконаправленных научных проектов НАСА.

История создания и запуск

Предпосылки

В середине 1990-х годов, после завершения программы «Аполлон» и советских лунных миссий, интерес к Луне возродился в контексте поиска ресурсов, в частности воды. Данные, полученные с орбитального аппарата «Клементина» (Clementine) в 1994 году, указали на возможное наличие водяного льда в постоянно затенённых кратерах у полюсов. Для проверки этой гипотезы и детального изучения лунной геологии НАСА объявило конкурс в рамках программы «Discovery».

Разработка

Проект был разработан Исследовательским центром Эймса (НАСА) и Лабораторией реактивного движения (JPL). Главным конструктором выступил доктор Алан Биндер. Стоимость миссии составила около 63 миллионов долларов США, что значительно дешевле традиционных лунных проектов того времени. Аппарат был построен компанией Lockheed Martin на базе стандартной платформы для малых спутников.

Запуск

Запуск состоялся 7 января 1998 года в 02:28 UTC с космодрома на мысе Канаверал (Флорида) с помощью ракеты-носителя «Афина-2» (Athena II). После 105-часового перелёта по баллистической траектории 11 января 1998 года Lunar Prospector вышел на полярную орбиту вокруг Луны.

Конструкция и приборы

Платформа

Аппарат представлял собой цилиндр высотой 1,3 метра и диаметром 1,4 метра, изготовленный из алюминиевых сотовых панелей. Сухая масса составляла 126 кг, а полная (с топливом) — 295 кг. Электропитание обеспечивалось тремя солнечными батареями, расположенными на боковой поверхности, и никель-кадмиевыми аккумуляторными батареями. Стабилизация осуществлялась вращением вокруг продольной оси (спин-стабилизация) со скоростью 12 оборотов в минуту.

Научная аппаратура

На борту было установлено пять научных инструментов:

1. Гамма-спектрометр (GRS) — для определения элементного состава поверхности (железо, титан, алюминий, кремний, кальций, уран, торий, калий). Работал в диапазоне энергий 0,1–10 МэВ.
2. Нейтронный спектрометр (NS) — для поиска водорода (и, следовательно, воды) в верхнем слое реголита. Измерял потоки тепловых, эпитепловых и быстрых нейтронов.
3. Альфа-спектрометр (APS) — для измерения выделения радона и полония, что указывало на тектоническую активность Луны.
4. Магнитометр (MAG) — для измерения магнитного поля Луны с разрешением 0,1 нТл.
5. Электронный рефлектометр (ER) — для измерения гравитационного поля и уточнения карты лунной гравитации.

Для сбора данных использовалась трёхметровая штанга, выдвигавшаяся после выхода на орбиту, чтобы избежать помех от корпуса аппарата.

Научные результаты

Поиск воды

Главным открытием миссии стало подтверждение наличия значительных запасов водяного льда в полярных регионах Луны. Нейтронный спектрометр зафиксировал повышенное содержание водорода в постоянно затенённых кратерах у южного и северного полюсов. По оценкам учёных, общий объём льда мог составлять от 1 до 10 миллиардов тонн. Это открытие имело огромное значение для будущих пилотируемых миссий, так как вода могла быть использована для питья, производства кислорода и ракетного топлива.

Элементный состав поверхности

Гамма-спектрометр составил глобальные карты распределения железа, титана, алюминия, тория и урана. Было установлено, что лунные моря (базальтовые равнины) богаты железом и титаном, а материковые области — алюминием и кальцием. Особенно высокое содержание тория было обнаружено в районе кратера Аристарх и в области Океана Бурь.

Гравитационное поле

Магнитометр и электронный рефлектометр позволили уточнить карту лунной гравитации. Были обнаружены новые масконы (концентрации массы) — области с повышенной плотностью, расположенные под крупными ударными бассейнами. Эти данные помогли уточнить модели внутреннего строения Луны и её эволюции.

Магнитное поле

Lunar Prospector подтвердил, что Луна в настоящее время не имеет глобального дипольного магнитного поля, но обладает локальными магнитными аномалиями, связанными с намагниченными породами коры. Эти аномалии, вероятно, являются остатками древнего магнитного поля, существовавшего миллиарды лет назад.

Тектоническая активность

Альфа-спектрометр зафиксировал выделение радона-222, что указывает на продолжающуюся дегазацию недр Луны. Наиболее активные выбросы были отмечены в районе кратера Аристарх и в области моря Кризисов.

Завершение миссии

Контролируемое падение

После завершения основной научной программы (1 год) и продлённой миссии (ещё 6 месяцев) было принято решение завершить проект эффектным экспериментом. 31 июля 1999 года в 09:52 UTC Lunar Prospector был направлен на столкновение с поверхностью Луны в районе кратера Шумейкер (Shoemaker) у южного полюса. Целью удара было создание облака пыли, которое могло бы быть проанализировано с Земли на предмет наличия водяного пара. Однако, несмотря на наблюдения с помощью телескопов (включая «Хаббл»), водяной пар обнаружен не был. Причиной могла быть недостаточная мощность удара или слишком глубокое залегание льда.

Значение

Миссия Lunar Prospector стала важным этапом в изучении Луны. Она не только подтвердила наличие воды, но и предоставила первую детальную глобальную карту элементного состава и гравитационного поля. Данные, полученные аппаратом, используются до сих пор при планировании последующих лунных миссий, включая японскую «Кагуя», китайскую «Чанъэ» и американскую программу «Артемида».

Интересные факты

• Аппарат нёс на борту капсулу с прахом пионера планетологии Юджина Шумейкера (Eugene Shoemaker). Это был первый случай захоронения человека на другом небесном теле. Кратер, в который упал аппарат, был назван в его честь.
• Lunar Prospector был самым быстрым лунным аппаратом на момент запуска — он достиг Луны за 105 часов.
• Стоимость миссии была настолько низкой (63 млн долларов), что её иногда сравнивают со стоимостью одного голливудского блокбастера.

Источники

• Binder, A. B. (1998). Lunar Prospector: Overview. Science, 281(5382), 1475–1476.
• Feldman, W. C., et al. (1998). Fluxes of Fast and Epithermal Neutrons from Lunar Prospector: Evidence for Water Ice at the Lunar Poles. Science, 281(5382), 1496–1500.
• Lawrence, D. J., et al. (1998). Global Elemental Maps of the Moon: The Lunar Prospector Gamma-Ray Spectrometer. Science, 281(5382), 1484–1489.
• Konopliv, A. S., et al. (1998). Improved Gravity Field of the Moon from Lunar Prospector. Science, 281(5382), 1476–1478.
• Отчёт НАСА о миссии Lunar Prospector (NASA SP-2000-4529).