На початку 1960-х років стартувала американська космічна програма «Аполлон» — серія польотів до Місяця, що увінчалася тріумфальною висадкою астронавтів у 1969 році. Досягнувши своєї мети та обігнавши Радянський Союз у космічних перегонах, США провели ще п’ять успішних висадок і згорнули програму. Відтоді людство не покидало земної орбіти — аж дотепер. Цього року в межах космічної програми «Артеміда» люди знову повертаються до дослідження Місяця. Разом із Олександрою Івановою, докторкою фізико-математичних наук, головною науковою співробітницею Головної астрономічної обсерваторії НАН України, розбираємо, що означає це повернення для науки.
Космічна програма NASA «Артеміда» — наступниця «Аполлона»1, серії пілотованих космічних польотів до Місяця, що відбувалися з 1961 до 1972 року. Американська програма «Аполлон» проходила в умовах холодної війни та мала на меті за всяку ціну обігнати Радянський Союз і першими висадити астронавтів на Місяць, тоді як в «Артеміди» — дещо інші цілі. Мета2 програми — поновити дослідження Місяця заради наукових відкриттів, економічних переваг і створення позаземної бази для майбутніх польотів на Марс.
Місія «Артеміда» складається з декількох етапів2. Перший відбувся у 2022 році, коли NASA успішно протестувала запуск ракети-носія разом із кораблем «Оріон», але без екіпажу на борту. А за чотири роки, 1 квітня 2026-го, четверо астронавтів відправилися у девʼятиденну подорож навколо Місяця. Це історична подія, адже люди не виходили за межі земної орбіти понад 50 років. Наступні етапи заплановані на 2027 рік, коли NASA разом із приватними компаніями SpaceX і Blue Origin протестує запуски комерційних ракет-носіїв, та на 2028 рік, коли відбудуться висадка людей на Місяць, старт щорічних польотів та початок будівництва постійної Місячної бази.
Як відбувався політ
Політ на Місяць3 суттєво відрізняється від авіаперельоту. Якщо літак рухається із постійно увімкненими двигунами, то у випадку з космічними подорожами це неможливо. Для того, щоб подолати відстань до Місяця, знадобилося б взяти на борт стільки палива, скільки не здатна підняти жодна ракета. Тому двигуни ракети використовують лише, щоб задати правильний напрямок і швидкість. А далі всю роботу виконує гравітація Землі та Місяця.
Розгін корабля забезпечувала ракета-носій SLS (Space Launch System). Це одна з найпотужніших4 ракет у світі, що здатна генерувати тягу у майже 4 мільйони кілограмів. Вона виводила на траєкторію польоту корабель «Оріон», що складається з житлового модуля для екіпажу та європейського модуля, який забезпечував «Оріон» водою, повітрям і енергією. Спочатку корабель вийшов5 на низьку навколоземну орбіту й літав на висоті від 185 до 2250 кілометрів. Далі ракета-носій вивела «Оріон» на високу навколоземну орбіту на відстань, що сягала 74 000 кілометрів, де екіпаж провів добу, тестуючи ручне керування кораблем. На цьому етапі від корабля відділилися чотири супутники CubeSats6, які вирушили самостійно досліджувати космос. Фінальний імпульс ракети-носія під назвою трансмісячна інʼєкція розігнав «Оріон» до 40 тисяч км/год і дозволив вирватися з навколоземної орбіти та попрямувати до Місяця.
Увесь політ був заздалегідь прорахований — для нього обрали так звану траєкторію вільного повернення. Це означає, що корабель мав намалювати умовну «вісімку»: облетіти навколо Місяця і попрямувати до Землі. Така траєкторія гарантує, що корабель повернеться додому, навіть якщо під час польоту в нього відмовлять усі двигуни. Адже його просто притягне назад гравітація нашої планети. Водночас згідно з офіційними протоколами7 NASA, астронавти все ж не повністю покладалися на гравітацію, а також виконували кілька коригувальних маневрів. За допомогою коротких запусків двигунів сервісного модуля команда підправляла курс, щоб компенсувати відхилення, спричинені сонячним вітром чи гравітаційними аномаліями.
Окремим викликом для спеціалістів став розрахунок8 стартового вікна. Щоб скоротити час перебування в космосі та зменшити вплив радіації на екіпаж, фахівці NASA вирахували момент, коли взаємне розташування Землі та Місяця буде оптимальним. Старт на початку квітня дозволив зробити подорож максимально швидкою — всього за дев’ять днів команда облетіла Місяць зі зворотного боку, опинившись на відстані9 406 771 кілометр від Землі. Ще ніколи в історії люди не віддалялися від рідної планети так далеко — попередній рекорд встановили астронавти «Аполлона-13», які досягли10 відстані у 400 171 кілометр від Землі.
Наукові експерименти на борту «Оріона»
Головним завданням «Артеміди ІІ» було протестувати, наскільки корабель готовий для наступних подорожей у космосі та висадки людей на Місяць. Команда перевіряла навігацію та системи корабля, переходила в режим ручного керування, а Центр управління польотами оцінював його здатність до автономного перебування у космосі, надійність приладів тощо.
Окрім технічних випробувань, місія «Артеміда ІІ» стала справжньою лабораторією для вивчення того, як глибокий космос впливає на людину. Команді вдалося успішно провести декілька важливих експериментів, які будуть цінними в плануванні наступних, триваліших місій:
1. Біомаркери імунітету
Попередні польоти показали, що в космосі імунна система людини часто слабшає. Щоб зрозуміти, що відбувається з імунітетом11 за межами навколоземної орбіти, команда регулярно збирала зразки своєї слини. Оскільки на борту «Оріона» немає місця для холодильників, щоб зберігати біологічні зразки — корабель набагато менший, ніж Міжнародна космічна станція — дослідники вигадали метод «сухої слини». Для цього астронавти наносили слину на спеціальний папір, який потім зберігався в сухому стані. Ці зразки дозволять науковцям на Землі проаналізувати рівні гормонів, білків та активність вірусів під час перебування людини у космосі.
2. ARCHeR — дослідження готовності екіпажу
Цей експеримент12 зосередився на поведінці та когнітивних здібностях людей у маленькому замкнутому просторі. Астронавти носили на запʼястках спеціальні монітори — актиграфи, які цілодобово фіксували їхні цикли сну та фізичну активність. Це критично важливо, адже в тісній капсулі, де немає окремих спальних кают, якість сну безпосередньо впливає на безпеку польоту. Астронавти вже згадували про незвичні умови сну — наприклад, Крістіні Кох доводилося спати вниз головою13. Вчені аналізували, як члени команди взаємодіють між собою та з центром керування на Землі, а після повернення астронавти проходили тести на баланс і рух у скафандрах, щоб зрозуміти, як швидко мозок адаптується до земної гравітації після невагомості. Тепер науковці досліджуватимуть дані з моніторів, отримані від команди, та зможуть краще вивчити вплив сну і фізичної активності на астронавтів.
3. AVATAR, або клітинні двійники астронавтів
Це одне з найбільш технологічних досліджень14 місії. У цьому проєкті використовували пристрої, які називаються «органами на чипі» — по суті, це невеличкі флешки, що містять живі людські клітини. Вони повторюють реакції людського організму на подорож у космосі. Для експерименту використали клітини кісткового мозку самих астронавтів «Артеміди ІІ», адже саме кістковий мозок відповідає за створення крові та реакцію імунітету. Поки екіпаж керував кораблем, їхні клітинні двійники у спеціальних контейнерах піддавалися впливу космічної радіації та мікрогравітації. Зараз, коли астронавти повернулися на Землю, їхні аватари проаналізують та порівняють з контрольними результатами аналізів, які проводилися до польоту. Це дозволить розробити персоналізовані медичні набори для майбутніх польотів на Марс.
Поки що науковці не опублікували результати досліджень. Але ще наприкінці березня цього року NASA запустила програму Artemis II Human Research Data Methodology Challenge15. Це відкритий конкурс для вчених, мета якого — розробити найкращі методи аналізу того масиву даних, який привезли четверо астронавтів. Оскільки вибірка дуже мала (всього чотири людини), вченим потрібні надточні алгоритми, щоб виокремити саме вплив космосу на здоров’я людей.
Що ми дізналися про Місяць
Хоча завдяки супутникам ми давно маємо детальні карти Місяця, побачити його зворотний бік на власні очі — або, точніше, очима астронавтів, — це зовсім інший досвід. Як зазначили фахівці NASA, людське око здатне миттєво вловлювати нюанси кольорів та 3D-рельєфу, які часто губляться на знімках зондів.
Під час польоту астронавти зафіксували кілька відносно нових кратерів. Команда запропонувала дати їм символічні імена. Так, наприклад, один кратер назвали16 Carroll (Керролл) на честь покійної дружини командира екіпажу Ріда Вайзмена, Керролл Тейлор Вайзмен. Цей кратер розташований у яскравій зоні на межі видимої та зворотної сторін Місяця, тому його іноді можна побачити навіть із Землі.
Екіпаж детально описував відтінки та текстури, які вони побачили на поверхні. Адже Місяць не є просто сірим — він має кольори, що вказують на різний мінеральний склад, наявність заліза, титану тощо. Під час підготовки до польоту астронавти проходили геологічні навчання та тренувалися описувати те, що бачать, зазначаючи форми, текстури та відтінки предметів, за якими спостерігають. Отримані дані можуть додати аргументів до досліджень походження Місяця. Сьогодні найбільш прийнятою є гіпотеза гігантського зіткнення, згідно з якою Місяць утворився після удару протопланети розміром із Марс по молодій Землі. На користь цієї моделі свідчить, зокрема, близька подібність ізотопного складу місячних і земних порід, відома за результатами аналізу17 зразків, доставлених місіями «Аполлона». Водночас деталі цього процесу, наприклад, механізм змішування матеріалу та формування диска навколо Землі, досі активно досліджуються. Вивчення складу порід допоможе точніше визначити, як саме формувався Місяць і яку частку речовини він успадкував від Землі та від первинного тіла-ударника.
Одним із найбільш захопливих моментів18 стало спостереження мікроспалахів від метеоритів на зворотному боці Місяця. Оскільки наш супутник не має атмосфери, метеорити на великій швидкості врізаються у його поверхню, що супроводжується короткими світловими спалахами. Для вчених це — підтвердження того, що поверхня Місяця досі активно змінюється. Це знання критично важливе для майбутніх місій: воно допомагає розрахувати ризики для астронавтів, які працюватимуть на поверхні Місяця, не захищені атмосферою від бомбардування метеоритами.
Ще одна важлива складова планування наступних польотів — спостереження за глибокими кратерами на полюсах, у які не потрапляє сонячне світло. Астронавти підтвердили наявність там вічної мерзлоти. Раніше науковці вже вивчали цей лід, зокрема за допомогою супутників. Дослідження19 показують, що на Південному полюсі Місяця поклади льоду набагато стабільніші, ніж вважалося раніше, адже вони захищені шаром сухого реголіту — це наче мантія з гірських порід, що утримує холод. Цей лід — найцінніший ресурс для створення майбутньої бази на Місяці. У перспективі його можна не лише очищувати для пиття, а й розкладати на кисень для астронавтів і водень, що є основою для ракетного палива. Саме наявність льоду на полюсах робить цей район ідеальним місцем для будівництва першої постійної бази, адже це дозволить станції бути автономною і не залежати повністю від постачання з Землі.
На сьогодні колонізація Місяця видається набагато реалістичнішою та практичнішою за політ до Марса. Наш супутник ближчий, а його умови пропонують унікальні можливості для науки. Наприклад, розміщення телескопів на Місяці, де немає атмосфери, дозволить отримувати знімки космосу безпрецедентної точності. Якщо програма розвиватиметься за графіком, ми побачимо повернення людей на поверхню Місяця вже у 2028 році. Звісно, це буде поступовий процес із обов’язковою ротацією екіпажів. Організм людини не пристосований до тривалої радіації та низької гравітації, тому перебування на базі нагадуватиме роботу на МКС. Астронавти прилітатимуть, працюватимуть певний час і повертатимуться додому.
Відновлення польотів до Місяця — дуже важливий крок у науковому процесі. Якби людство більше фінансувало космічні дослідження, а не вкладало гроші у військову агресію проти інших країн, ми могли б досягти куди швидшого прогресу. Можемо сподіватися, що місія «Артеміда» стане новим стимулом для розвитку науки і для розширення горизонтів нашого знання.
