Осенью 2023 года новый луноход NASA высадится возле южного полюса Луны. Он будет искать водяной лёд, залежи которого находятся недалеко под поверхностью в неосвещённых Солнцем лунных кратерах вблизи полюсов. Добыча воды на Луне должна стать ключевым условием для развития долгосрочных обитаемых станций на Луне, а сами такие станции впоследствии станут базой для запуска аппаратов в дальний космос.
Большая часть лунной поверхности лишена воды. Предполагается, что это связано с историей образования спутника: он возник в результате соударения прото-Земли с крупным космическим телом размером с Марс. Температура при этом была настолько высокой, что каменные породы не только расплавились, а превратились в пар. Такое «облако» из каменного материала стало вращаться вокруг Земли и постепенно сконденсировалось в спутник Земли, который мы наблюдаем на небе. При таких температурах вся вода исчезла, так, что её существенных следов не осталось даже в связанном виде в лунных породах, в отличие от связанной воды, которая в избытке находится в породах Земли. Однако с течением времени астероиды и кометы, содержащие запасы воды, непрерывно бомбардировали лунную поверхность. При этом молекулы воды высвобождались из кристаллической решётки камней и пускались в свободное путешествие по поверхности.
Возле лунных полюсов Солнце никогда не поднимается высоко над горизонтом, поэтому элементы рельефа отбрасывают длинные тени. В некоторые околополярные кратеры солнечный свет не попадает вообще никогда. Такие места — одни из самых холодных в Солнечной системе, с температурами всего на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля. Если блуждающие по поверхности молекулы воды попадают в эту область, они быстро теряют тепловую энергию и «прилипают» к поверхности. С течением времени на участках постоянной тени образуются залежи льда. Вода на Луне, как недавно оказалось, есть и на освещённых участках вдали от полюсов (об этом мы писали ранее), но эти залежи лунной «вечной мерзлоты», скорее всего — единственный на Луне источник водных ресурсов в значительном количестве.
Луноход VIPER, или Volatiles Investigating Polar Exploration Rover — размером с малолитражный электромобиль, например, гольфкар: его высота 2,5 м, а длина и ширина — 1,5 м. В процессе эксплуатации он проедет по лунной поверхности несколько километров на протяжении нескольких лунных дней, или 100 земных суток. Скорее всего он будет работать в окрестностях 80-километрового кратера Нобиле на южной 85-й параллели. Крейсерская скорость по поверхности будет 0,7 км/час, и почти в два раза меньше в моменты замеров. Он будет определять, в каком фазовом состоянии находится вода, насколько велики её запасы в конкретном месте, залегает ли она в виде ледяной корки на поверхности или наоборот, перемешана с реголитом на глубине, а также — распределены ли её запасы в затенённых местах равномерно или есть «залежи» разной мощности. В отличие от марсианских аппаратов, луноходом можно управлять почти в реальном времени, потому что задержка сигнала от Луны до Земли меньше полутора секунд по сравнению с временем порядка 10 минут для Марса.
Луноход сейчас собирают в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне. Его необходимо оснастить для использования в особых условиях лунного полюса. Так, лунный грунт в кратере характеризуется различными степенями сжатия в зависимости от условий. Для работы лунохода потребуется независимое управление четырьмя колёсами, а ходовая часть должна быть достаточно мощной для преодоления склонов с углами наклона 25—30 градусов. Кроме того, в этих полярных областях будут серьёзные перепады температур от +100°C на солнце до −240°C в областях постоянной тени. Очевидно, частичную защиту обеспечит корпус и 50-часовая батарея лунохода, но инструменты на борту нуждаются в точной калибровке с учётом таких колебаний рабочей температуры.
Луноход будет использоваться на холоде — внутри ледяных кратеров, однако он должен периодически выбираться на поверхность для подзарядки солнечных батарей. Обычно солнечные панели на луноходах располагаются на крыше, но VIPER будет работать на низких углах Солнца над горизонтом, поэтому массив антенн необходимо разместить на бортах. Четырёхколёсный привод облегчает манёвренность: луноход, например, может перемещаться боком; тем самым он может при движении в любом направлении сохранять ориентацию своей батареи на Солнце. И наконец, поскольку работать предстоит в полной темноте (где только и может быть лёд), это будет первый луноход, оснащённый фарами.
Для отслеживания положения и ориентации в пространстве на VIPER установлены акселерометры. Кроме изменения положения, они могут измерять наклон лунохода. Подобные акселерометры используются в гравитационной разведке на Земле; их чувствительности достаточно для определения микроскопического изменения поля тяжести в присутствии, например, залежей железной руды на некоторой глубине. Гравиразведку за пределами Земли уже использовали на Марсе, и теперь предлагается это сделать и на Луне. Исследование распределения лунной массы также давно проводятся с лунных орбитальных станций. Гравитационные аномалии, то есть любое отклонение распределения массы от однородного шара или эллипсоида фиксируются по небольшим изменениям орбитальных характеристик спутника. VIPER станет первой лунной гравиметрической лабораторией, работающей на поверхности.
VIPER является частью проекта NASA «Артемида» — многоступенчатой программы возвращения человека на Луну. На корабле Artemis I будут проводить первые испытания ракеты, которая будет впоследствии перевозить экипаж. Его запуск запланирован на конец этого года. Станція Artemis II в 2023 году совершит облёт вокруг луны с экипажем. И наконец на корабле Artemis III в 2024 году планируется высадить людей на Луну.
