Start indické mise Čandraján 3 (zdroj ISRO).

V posledních letech se velmi intenzivně obnovuje zájem o návrat člověka na Měsíc. Tentokrát už by mělo jít o návrat trvalý a intenzivní. V takovém případě bude nutné mít zdroje energie a potřebných surovin.

Z tohoto hlediska je ideálním místem pro pozemskou základnu měsíční pól. Zde existují místa, kde je Slunce stále nad obzorem. To ulehčuje produkci elektřiny, bez které se základna neobejde. Lze efektivně bez přerušení využívat fotovoltaické panely. V jiných místech na Měsíci se střídá den v trvání poloviny měsíce s přibližně stejně dlouhou nocí. Tam je tak třeba využívat jaderné zdroje.

Jižní pól Měsíce (zdroj NASA).

Druhou výhodou polárních oblastí je existence kráterů, kde se naopak sluneční svit nedostane nikdy. V těchto místech se tak předpokládá přítomnost vody v podobě ledu. Dostatečné zásoby vody jsou velmi důležitou podmínkou zvláště v případě obydlené základny a přítomnosti kosmonautů.

Na druhé straně jsou polární oblasti nejen z energetického hlediska daleko hůře dostupné pro kosmická tělesa startující ze Země a také je povrch v těchto místech velmi nerovný a daleko složitější, hůře se tak hledají vhodná místa k přistání. A to je důvod, proč zde zatím žádný pozemský automat nepřistál.

Snímek Měsíce pořízenou širokoúhlou kamerou přistávacího modulu indické mise Čandraján 3 po jejím usazení na oběžné dráze okolo Měsíce 6. srpna 2023 (zdroj ISRO).

Návrat lidstva na Měsíc

Od začátku tohoto století probíhá po dlouhé přestávce intenzivní snaha o návrat lidí na Měsíc. Tentokrát by už mělo jít o trvalou a promyšlenou přítomnost automatů i lidí, která by postupně přešla od výzkumu k využití našeho souputníka. Pozitivní stránkou je v tomto případě široké a mnohostranné zapojení celé řady států. Podrobněji je tento nový nástup na Měsíc popsán v dřívějším článku. Účastní se jej nejen ekonomicky silné státy, ale celá řada menších i soukromé iniciativy. Z těch připomeňme izraelskou misi Beresheet, která byla pokusem o měkké přistání. Přistávací modul nakonec nepřežil tvrdý dopad do Moře jasu, přežít ho však mohly želvušky na jeho palubě. Problematika přežití mikroorganismu v drsných podmínkách Měsíce je velmi zajímavým tématem. V roce 2024 by měla startovat mise Beresheet 2 složená z družicové části a dvou přistávacích modulů. Tyto ekonomicky méně silné subjekty mohou využívat starty komerčních raket, jako je třeba raketa Falcon 9. U těch mohou být doplňkem hlavního nákladu. Takovou možnost využila i soukromá japonská mise Hakuto-R realizovaná firmou ispace. Jednalo se o přistávací modul, který nesl dvě vozítka, jedno japonské SORA-Q a druhé ze Spojených arabských emirátů Rashid. Sonda startovala 11. prosince 2022, na oběžnou dráhu okolo Měsíce se dostala v březnu 2023 a o měkké přistání se pokusila 25. dubna 2023. Řídící počítač chybně interpretoval data výškoměru, což vedlo k tvrdému dopadu a zničení zařízení. Jednalo se dominantně o demonstrátor technologií, který přinesl celou řadu klíčových poznatků pro podobné levné a technologicky inovativní mise.

Velmi ambiciózní program výzkumu Měsíce rozjela Čína. V jeho rámci se podařilo uskutečnit první přistání na odvrácené straně Měsíce. Čína byla po Rusku druhou zemí, která na Měsíc dopravila pohyblivý automat a přivezla automatem vzorky z Měsíce do pozemských laboratoří. Její lunochod se jmenoval Nefritový králík. První pracoval na přivrácené straně Měsíce v Moři Dešťů a druhý  na odvrácené straně v kráteru Von Kármán. Vzorky měsíčních hornin pak dopravila na Zemi sonda Čchang-e 5 (Chang´e) z Oceánu Bouří na konci roku 2020 (zde). Je třeba zdůraznit, že tato etapa čínského měsíčního programu byla extrémně úspěšná a Nefritový králík 2, který přistál na odvrácené straně Měsíce, je stále v provozu a zkoumá zajímavé horniny v okolí místa přistání. Místo předpokládaných tří měsíců tak je v provozu už okolo čtyř let. Celkově už urazil téměř dva kilometry.

Panoramatický snímek pořízený Nefritovým králíkem 2 zobrazuje jeho vytlačené koleje a vzdálený přistávací modul Čchang-e 4 po několikaletém pobytu na měsíčním povrchu (zdroj NASA/GSFC/Arizona State University).

Na začátku roku 2023 proběhla konference organizovaná CNSA o výsledcích získaných studiem vzorků měsíčních hornin dopravených misí Čchang-e 5. Zúčastnilo se jí okolo 150 vědců. Již v září 2022 ohlásili čínští vědci objev nového měsíčního minerálu, který pojmenovali jako Changesite-(Y). Tvoří bezbarvé průhledné podlouhlé krystaly v zrnech čediče. Patří mezi vápenaté fosfáty a jeho chemické složení je (Ca₈Y) Fe²⁺(PO₄)₇. Jiná skupina odhalila, že zrnka měsíčního regolitu pohlcují více vody produkované v dopadu slunečního větru na povrch Měsíce, než se ve středních šířkách předpokládalo. Zároveň předpovídají celou řadu zdrojů vody ve vyšších měsíčních šířkách.

V současné době Čína přechází ke čtvrté fázi svého měsíčního programu. Zde už půjde o vybudování automatické měsíční výzkumné základny. A cílem jejího umístění jsou právě jižní polární oblasti. První sondou by měla být v roce 2025 Čchang-e 6, která by měla vzorky z této oblasti odvrácené strany Měsíce dopravit do pozemských laboratoří. O rok později by měla startovat mise Čchang-e 7, která se bude skládat z družice Měsíce, spojového satelitu, přistávacího modulu a malé létající sondy. Měla by studovat složení zmíněných oblastí a dostupné suroviny pro případné využití. Sonda Čchang-e 8 s předpokládaným startem v roce 2028 pak bude zkoumat technologie pro budování základny s využitím i místních materiálů. Z tohoto důvodu bude obsahovat i 3D-tiskárnu. Bude realizovat i výzkum malých ekosystémů udržitelných v měsíčních podmínkách.

Ve třicátých letech pak Čína plánuje přistání kosmonautů na Měsíci a budování měsíční základny. Ráda by ji realizovala v mezinárodní spolupráci a obrátila se s nabídkou na účast ke světové komunitě.

Posádka, která se připravuje na let Artemis II (zdroj NASA).

Spojené státy plánují návrat člověka na Měsíc v rámci projektu Artemis, do kterého je zapojena Evropská unie, Japonsko i další státy. První jeho etapou byl úspěšný oblet Měsíce kosmické lodi Orion zatím bez posádky pouze se třemi fantomy Helga, Zagor a Campos, který otestoval raketu i měsíční loď (zde a zde). Jeho konečným cílem je vybudovat základnu na povrchu Měsíce, která by sice byla automatická, ale periodicky by ji navštěvovali kosmonauti a orbitální stanici Lunar Gateway na oběžné dráze okolo Měsíce, která by sloužila jako základna pro expanzi na Měsíc a do vzdáleného vesmíru. Na rozdíl od vesmírné stanice ISS by zde nebyli kosmonauti trvale, ale jen v některých obdobích podle potřeb a podmínek, například radiační situací danou aktivitou Slunce.

Mise Artemis II by se měla realizovat v listopadu 2024 a mělo by jít opět o oblet lodi Orion okolo Měsíce, tentokrát však s lidskou posádkou čtyř kosmonautů. Mise Artemis III, která se plánuje zatím na prosinec 2025, by už měla realizovat přistání dvou kosmonautů na povrchu Měsíce. Mělo by to být právě v oblasti jižního pólu. Právě i z tohoto hlediska jsou velmi důležitá přistání automatů v tomto regionu, které se nyní blíží a na které se podíváme podrobněji.

Indická sonda Čandraján 3

V rámci indického měsíčního programu Čandraján (Chandrayaan) vesmírné organizace ISRO (Indian Space Research Organization) byly zatím vypuštěny tři automatické sondy. Čandraján 1 byla první sondou vyslanou Indií k jinému vesmírnému tělesu. Startovala 22. října 2008 s využitím indické rakety PSLV-XL (Polar Satellite Launch Vehicle) z vesmírného centra na ostrově Sriharikota. Na oběžnou dráhu okolo Měsíce byla uvedena 8. listopadu 2008.

Ukázka oblasti Měsíce dopadu modulu Vikram před a po dopadu (zdroj NASA/GSFC/Arizona State University).

Druhá sonda programu Čandraján 2 se skládala z orbitální části, která má za úkol detailní průzkum topografie Měsíce právě i v oblastech jižního pólu. Druhou částí byl přistávací modul Vikram a vozítko Pragyan. Při pokusu o přistání 6. září 2019 v oblasti jižního pólu se v důsledku softwarové chyby rozbil o povrch Měsíce.

Nyní se tak o měkké dosednutí pokusí přistávací modul mise Čandraján 3. Nemá plnohodnotnou orbitální část, ta slouží pouze velmi omezenou funkci. Má ale přistávací modul Vikram a vozítko Pragyan. Půjde o realizaci programu mise Čandraján 2 v oblasti měkkého přistání a vědeckého průzkumu území v blízkosti jižního pólu Měsíce.

Vzhledem ke slabší raketě je cesta sondy Čandraján 3 k Měsíci komplikovanější (zdroj ISRO).

Hmotnost přistávacího modulu je 1752 kg včetně vozítka, které má hmotnost 26 kg. Přistávací modul nese čtyři vědecké přístroje. Prvním je Langmuirova sonda RAMBHA (Radio Anatomy of Moon Bound Hypersensitive ionosphere and Atmosphere). Sestava elektrod slouží ke studiu elektronové teploty, elektronové hustoty a elektrického potenciálu plazmatu v exosféře Měsíce. Druhým je sestava ChaSTE (Chandra´s Surface Thermo physical Experiment), která bude měřit tepelné vlastnosti povrchových vrstev v okolí jižního pólu. Třetím je ILSA (Instrument for Lunar Seismic Activity), který bude studovat seismickou aktivitu měsíce způsobovanou dopady těles na jeho povrch. Posledním je LRA (LASER Retroreflector Array), což je pasivní odražeč laserového světla umožňující studovat dynamiku soustavy Země a Měsíce.

Schéma přistávacího modulu Vikram (zdroj ISRO).

Vozítko Pragyan má dva přístroje. Prvním je LIBS (LASER Induced Breakdown Spectroscope), který bude provádět kvalitativní a kvantitativní analýzu prvkového i chemického a mineralogického složení povrchového materiálu. Druhým pak bude APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer), který umožní realizovat prvkovou analýzu měsíčních hornin a prachu.

Schéma vozítka Pragyan (zdroj ISRO).

Sonda odstartovala 14. července 2023 pomocí indické rakety LVM3 M4. Po celé řadě manévrů v soustavě Země a Měsíce se nejprve 1. srpna dostala na translunární dráhu a 5. srpna se stala družicí Měsíce. Původně velice eliptická dráha se po několika manévrech stala 14. srpna kruhovou. Přistání by mělo proběhnout 23. srpna 2023. Modul i vozítko by měly na měsíčním povrchu pracovat zhruba jeden lunární den, tedy po dobu, kdy je slunce nad obzorem. To odpovídá 14 celým pozemským dnům.

Ruská sonda Luna 25

Sovětský svaz byl u zahájení kosmické éry a v šedesátých létech soutěžil se Spojenými státy o to, kdo první dopraví člověka na Měsíc. A šance vítězství nebyla u Sovětského svazu malá. Získal první sondu vyslanou k Měsíci (Luna 1), první tvrdé přistání na něm (Luna 2), první snímek odvrácené strany Měsíce (Luna 3), první měkké přistání na Měsíci (Luna 9) a první umělou družici Měsíce (Luna 10). Luna 16 pak byla v roce 1970 prvním automatem, který dopravil vzorky měsíčních hornin do pozemských laboratoří. Ale to už bylo po přistání Apolla 11 na Měsíci, kdy američtí astronauti dopravili na Zemi daleko větší množství měsíčních hornin. Sovětští vědci byli ještě prvními, kteří na Měsíc dopravili vozítko Lunochod během mise Luna 17 v listopadu 1970.

Sestava mise Čandraján 3 (zdroj ISRO).

Připomeňme, že zatím poslední výprava s označením Luna 24 přistála na Měsíci v srpnu 1976 a dopravila vzorky měsíčního materiálu na Zemi. Přesné místo přistání této sondy se podařilo identifikovat teprve nedávno ze snímků družice Měsíce Lunar Reconnaissance Orbiter, jak bylo podrobně popsáno v dřívějším článku. Vzorky ze všech výprav ruských automatů na Měsíc, tedy Luny 16, 20 a 24, se zkoumaly i v laboratořích našeho ústavu (viz rozbor zde).

Start vesmírné mise Luna 25 (Roskosmos).

Od té doby začala hodně dlouhá přestávka v aktivitách Sovětského svazu a následnického Ruska v blízkosti Měsíce a na jeho povrchu. Stejně jako jinde se zájem o Měsíc začal obnovovat na přelomu století a k této době lze směrovat první reálnější plány o vypuštění Luny 25. Projekt však celou dobu provázely značné odklady, přepracování a zdržení. Je třeba zmínit, že potenciál Ruska je nyní v oblasti kosmonautiky značně nižší, než tomu bylo u Sovětského svazu v šedesátých a sedmdesátých letech. Schopnost současného rozvoje více misí do vzdáleného vesmíru je tak velmi omezená a zdrojem zpoždění byla i konkurence s projekty automatů k Marsu, jako byly projekty Fobos-Grunt a ExoMars. První z nich skončila v roce 2011 neúspěchem, když se nezapálil motor, který měl sondu vyslat na cestu k Marsu. Druhá byla připravována ve spolupráci Ruska a Evropské unie a stala se obětí Putinovy invaze na Ukrajinu. Start v roce 2022 se tak nerealizoval.

Projekt byl několikrát přepracován, například i na základě zkušeností z havárie sondy Fobos-Grunt. Jeho současná podoba se konstituovala v desátých letech. Původně se počítalo, že bude mít orbitální i přistávací část, nakonec se však zúžil pouze na přistávací modul. Zároveň narůstal i počet odkladů a zpoždění. Původně se start očekával v roce 2016, ale reálně byl teprve v roce 2017 dokončen projekt pohonného systému sondy.

Luna 25 (zdroj NLA Lavočkin).

Celková vynášená hmotnost je 1760 kg, hmotnost přístrojů na přistávacím modulu je 30 kg. Jejich hlavním úkolem je hledání přítomnosti vody a určení chemického a mineralogického složení prachu a hornin na měsíčním povrchu, tedy hlavně hledání surovin pro budoucí využití. Na přistávacím modulu je manipulátor, který umožňuje odebírat vzorky měsíčního regolitu a dopravovat je k některým přístrojům. Jeho dosah je až 1,5 m a vzorky o objemu 2 kubické centimetry může odebrat z hloubky 15 až 30 cm. Předpokládá se uchovávání některých vzorků pro další využití. Podívejme se, která vědecká zařízení jsou na modulu instalována.

Prvním je ADRON-LR, což je spektrometr neutronů a záření gama, jehož úkolem je s využitím aktivní neutronové a gama spektrometrie studovat obsah vodíku a prvkové složení měsíčního regolitu. Prosvítit dokáže povrchovou vrstvu až do hloubky 60 cm.

ARIES_L měří plazma ve velmi řídké exosféře Měsíce. Exosféra je nejsvrchnější část atmosféry, která je extrémně řídká a jde o relativně volné atomy či ionty, které mohou unikat pryč z gravitačního vlivu mateřského tělesa. U Měsíce je exosféra v principu jedinou existující vrstvou jeho atmosféry.

Schéma přistávacího modulu Luny 25 (NPO Lavočkina).

LASMA-LR je laserový hmotnostní spektrometr, který umožňuje odlišovat různá jádra (izotopy prvků). Určuje tak chemické a izotopové složení měsíčního materiálu.

Zařízení LIS-TV-RPM je určeno pro infračervenou spektrometrii a zobrazení ve viditelné oblasti, umožňuje určovat mineralogické složení a obsah vody.

Sestava PmL má zkoumat prachové částice v exosféře a regolitu rozptylované po dopadech mikrometeoritů.

Přístroj THERMO-L má studovat tepelné vlastnosti měsíčního regolitu

Kamera STS-L má poskytovat panoramatické, lokální i stereoskopické snímky okolí. Bude pracovat i během přistávání.

Na modulu je umístěn laserový odražeč, který umožní měřit velice přesně vzdálenost a zpřesníl znalosti o pohybu Měsíce vůči Zemi i průběhu měsíčních librací. Právě koutové laserové odražeče byly jedním ze standardních vybavení už prvních aparátů přistávajících na Měsíci a laboratoří, které zde instalovali američtí astronauti.

Selfie Luny 25 společně s Měsícem pořízené 13. 8. 2023 (zdroj Roskosmos).

Zásobování energii a nakládání se získanými vědeckými daty má na starosti modul BUNI.

Některé další přístroje původně plánovaly dodat evropské státy, ale kvůli zpoždění nebo ruské invazi na Ukrajinu byly tyto příspěvky zrušeny.

Start úspěšně proběhl z rampy 1S kosmodromu Vostočnyj s využitím rakety Sojuz-2.1b s horním stupněm Fregat během noci z 10. na 11. srpna 2023. Raketa Sojuz-2.1b ji vynesla na oběžnou dráhu okolo Země. K Měsíci letí sonda přímo, na správnou dráhu ji uvedl právě horní stupeň Fregat. Na rozdíl od indického modulu nemusí tak provádět složité manévry a k Měsíci přiletí už za pár dní. Testy funkčnosti přístrojů a celé sestavy potvrdily, že je vše v pořádku. Sonda také začala při své cestě k Měsíci měřit vlastnosti vesmírného prostoru.

Napřed by se měla 16. srpna 2023 stát družicí Měsíce a okolo 22. srpna pak přistát na jeho jižním pólu v kráteru Boguslavsky. Ten je pojmenován po německém astronomovi, který na přelomu osmnáctého a devatenáctého století pracoval na observatoři ve Vratislavi. Předpokládá se, že by Luna 25 mohla na Měsíci pracovat okolo jednoho roku.

Roskosmos plánuje v následujících letech další mise. Luna 26 by měla startovat v roce 2027 a půjde o družici Měsíce, která bude provádět dálkový průzkum jeho povrchu s rozlišením 2 až 3 metry. Luna 27 v roce 2028 by měla mít opět přistávací modul, který by sbíral, zkoumal a ukládal vzorky měsíčního regolitu. Měl by mít vrtnou soupravu, která umožní získávat vzorky z hloubky až 1,5 m. Luna 28 by v letech 2029 až 2030 měla přistát a zajistit automatickou dopravu měsíčních vzorků do pozemských laboratoří. Zvažuje se v tomto případě i možnost sběru a dopravy vzorků získaných v předchozích misích. Po roce 2030 by Luna 29 měla dopravit na měsíční povrch lunochod a Luna 30 by měla být opět družicí Měsíce pro dálkový průzkum. Rusko by se také chtělo zapojit do projektu čínské měsíční základny. Je však otázka, jaký prostor zůstane pro vesmírné aktivity na pozadí rychle rostoucích válečných výdajů.

Závěr

Je velmi pravděpodobné, že server kosmonautix bude v přímém přenosu realizovat komentovaný přenos přistání obou sond. Například Luna 25 má celkově osm kamer, z nichž některé budou pracovat i při přistávání. U obou přistávacích modulů přispěje přenos během přistávání k detailnímu poznání reliéfu regionů jižního pólu a přípravě další činnosti kosmických automatů v této oblasti. Je tak naděje, že průběh přistávání obou sond bude velmi atraktivní podívanou. Já se určitě na obě přistání moc těším a oběma lidským vyslancům na Měsíci držím palce. Všichni také můžeme očekávat v brzké době celou řadu velice zajímavých vědeckých poznatků. A ve výhledu už je i opětovné přistání lidí na našem přirozeném souputníku.

Jaderné zdroje pro vesmír jsou popsány v následující přednášce: