Этот естественный спутник Земли – ближайший плацдарм человеческой экспансии, где очевидно, будут созданы первые внеземные базы. Их обитателям понадобится как вода, так и ее компоненты – кислород и водород. Первый для дыхания, второй – как топливо для ракет, опять же в сочетании с кислородом. Если вода на Луне будет найдена, то ее не придется доставлять с Земли, что значительно облегчит лунную колонизацию.
В целом миссия LRO призвана обеспечить решение трех практических задач освоения Луны. Во-первых, исследовать оптимальные районы посадок на нее перспективных автоматических и пилотируемых аппаратов. Во-вторых, провести разведку водных ресурсов и потенциально полезных ископаемых в лунных недрах. В-третьих, изучить радиационную обстановку на Луне с точки зрения воздействия на человеческий организм.
Вместе с тем, поиск воды на Луне важен и для лучшего понимания эволюции Солнечной системы. Наиболее вероятно, что вода там должна была накапливаться в виде пластов при падении комет. Каждый такой пласт должен хранить в себе хронологию кометных ударов за миллиард и более лет. Ее изучение позволит проследить историю Солнечной системы с начала образования.
Наконец, сегодня активно обсуждается гипотеза, что жизнь пришла на Землю из космоса и ее переносчиком могли быть кометы. Изучение лунных «кометных отложений» может дать новые свидетельства в пользу этой гипотезы или, напротив, опровергнуть ее.
Прибор ЛЕНД был предложен группой российский и американских ученых и победил на конкурсном отборе НАСА для включения в состав научно-измерительного комплекса космического аппарата LRO. Американские специалисты примут участие в обработке и анализа данных измерений. Примечательная особенность проекта в том, что он находится не в ведении управления НАСА, отвечающего за космическую науку, а относится к управлению, курирующему работы по освоению космоса.
Разработка и изготовление прибора финансировалась Роскосмосом. Работы по проекту были включены в Федеральную космическую программу России на 2006-2016 гг. Помимо Института космических исследований Российской академии наук (головная организация) в его создании участвовали ученые Института ядерных исследований (г. Дубна) и Государственного астрономического института им. Штернберга (МГУ). Научный руководитель проекта - доктор физ.-мат. наук Игорь Митрофанов из ИКИ РАН.
ЛЕНД – это, по сути, усовершенствованный вариант российского нейтронного детектора ХЕНД (High energy neutron detector – детектор нейтронов высоких энергий), который с 2001 г. помогает американскому космическому аппарату «Одиссей» искать воду под поверхностью Марса. Об этом приборе в Российской академии наук говорят как об одном из самых заметных достижений отечественной науки. К настоящему времени ХЕНД проработал на орбитах Марса во много раз дольше, чем любая другая российская исследовательская аппаратура, направленная к этой планете за все годы его исследований.
В основе работы и ХЕНДа, и ЛЕНДа лежит принцип регистрации вторичных нейтронов, которые рождаются под воздействием космических лучей в приповерхностном слое грунта толщиной 1-2 м. При этом нейтроны частично поглощаются и замедляются ядрами основных породообразующих элементов. Выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава слагающих его веществ и в первую очередь – от присутствия в нем водорода и водородосодержащих соединений. Отслеживая изменения в поглощении, детекторы нейтронов могут с орбиты определять изменения содержания водорода в поверхностном слое. Поскольку водород - один из двух основных компонентов воды, то тем самым можно оценить ее количество в грунте.
Использование методов нейтронной спектроскопии позволят не только судить о среднем содержании водорода и, соответственно, водяного льда, а именно в таком состоянии вода, скорее всего, находится на Луне и Марсе, но и производить оценки толщины ледяного покрова. Это достигается сравнением измерений потоков нейтронов разных энергий.
Как поясняет руководитель проекта Игорь Митрофанов: «На Луне вода в виде льда теоретически может существовать только в районе полюсов – на дне кратеров, куда не попадает солнечный свет и где могут быть так называемые холодные ловушки. Но чтобы засечь эти ловушки, имеющие в поперечнике всего несколько десятков километров, ЛЕНД должен работать в связке с приборами, которые с высочайшей точностью «привяжут» регистрируемый поток нейтронов к кратерам Луны».
Один из таких приборов – лазерный измеритель высоты (Годдарский центр космических полетов НАСА), в задачу которого входит построение глобальной карты лунного рельефа.
В состав научно-измерительного комплекса орбитального разведчика входят также камера для исследований особенностей поверхности лунных полярных областей (Северо-западный университет США), радиометр для построения глобальных карт температуры поверхности (Университет штата Калифорния), специальный ультрафиолетовый телескоп для поиска отложений водяного льда в затененных областях (Юго–западный исследовательский институт США) и дозиметр для измерения радиационной дозы от галактических космических лучей (Университет Бостона, США).
Дополнительную информацию о воде на Луне может дать «бомбардировка» ее поверхности, предложенная специалистами Исследовательского центра им. Эймса (Калифорния). Суть проекта, получившего обозначений «Голубой лед» (Blue Ice), в том, чтобы использовать резервные мощности РН «Атлас-5» (кстати, на ее первой ступени установлен российский двигатель РД-180) для выведения в космос одновременно с основным космическим аппаратом LRO еще одного небольшого исследовательского зонда, нашпигованного оптической, спектральной и другой аппаратурой. Ему дали наименование LCROSS, т.е. Lunar Crater Observation and Sensing Satellite («Спутник для наблюдений и замеров в лунном кратере»).
Разгонный блок «Атласа-5» - его последняя ступень - «Центавр» массой свыше двух тонн врежется в лунную поверхность. При этом облако обломков лунных пород и пыли должно подняться на высоту свыше 9 км. Спустя примерно 10 мин. через это облако пролетит зонд LCROSS и выполнит его анализ.
Схожую операцию провели в сентябре 2006 г. специалисты Европейского космического агентства, использовав для этого искусственный спутник Луны Smart-1. Принципиальное отличие проекта «Голубой лед» в том, что с помощью российского нейтронного детектора ЛЕНД будет выполнена предварительная разведка и определен район, где наличие воды наиболее вероятно. Именно в этот район и будет направлен разгонный блок «Центавр».