Lunar Program of Russia for 2011 – 2020 and Potential cooperation L.M.Zelenyi, I.G.Mitrofanov, A.Petrukovich Bruno GARDINI IKI Lander and Orbiter teams NPOL TEAM Institute for Space Research, Moscow, Russia

ИСТОРИЯ

The Soviet Lunar program achieved a number of notable lunar "firsts": first probe to impact the Moon first flyby and image of the lunar farside first soft landing first lunar orbiter first circumlunar probe to return to Earth first automatic return of lunar samples first lunar rover

The two successful series of Soviet probes were the Luna (24 lunar missions) and the Zond (5 lunar missions). Lunar flyby missions Zond 3, 5, 6, 7, 8 were test flights for manned mission. The Zond 5, 6, 7, 8 missions circled the Moon and returned to Earth where they were recovered.

Zond 5

Map of the reverse side of the Moon

Luna 17

Luna 24 Luna 16, 20, 24

СОВЕТСКИЕ И АМЕРИКАНСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ЛУНЫ (60-ые-70-ые годы)

Possible sources of lunar volatiles and water ice Лунные полюса

Main Goals of the Program: 1.To study physical conditions on Lunar Poles 2.To study global processes in lunar exosphere and interaction with interplanetary plasma 3.To study lunar volatiles in situ and in Earth laboratories 4.To study opportunities for utilization of lunar resources 5.To perform technological experiments for future lunar exploration

Projects of the Russian Lunar Program ProjectsConcept of the mission Scientific investigationsImplications for lunar exploration Luna Glob Lander 2015 Small Lander on the TBD pole Analysis of lunar regolith and local exosphere, testing volatiles from 2 meters cm subsurface CRIOGENIC DRILLING Testing of Drilling system for cryogenic sampling; Joint operations of Rover with Lander Luna Resource – 2 > 2020 Lunokhod (Large Long Distance Moon Rover) Studies of lunar surface at distance of about 30 km, cryogenic sampling of subsurface soil with volatiles Mobility on the Moon surface, long duration mission with solar and radioisotopic power, cryigenic cashing of samples Polar Moon Sample Return > 2019 Lander with return rocket Cryogenic delivery of samples to the Earth Surface operations of Lunokhod with Lander, re-development of return flight system Moon-Earth

В ходе работ по проекту "Луна-Глоб" была выявлена невозможность одновременного запуска орбитального и посадочного модулей на РН "Союз-2" и необходимость перехода на двухпусковую схему или РН тяжелого класса (Решение Совета РАН по космосу от г.). В связи с недостаточным уровнем летной квалификации индийской РН "GSLV Mk.2" целесообразен переход к раздельной схеме запуска российского ("Луна-Ресурс") и индийского ("Чандраян-2") модулей национальными средствами выведения. В целях отработки ключевых технологий мягкой посадки предлагается осуществить в рамках проекта "Луна-Глоб" демонстрационную посадочную миссию с сокращенным составом полезной нагрузки. Посадочная миссия "Луна-Ресурс" будет реализовываться с учетом результатов выполнения демонстрационного полета ПА "Луна-Глоб". При этом предполагается расширение возможностей базовой платформы как в части увеличения массы полезной нагрузки, так и поэтапного наращивания ее функциональных возможностей. Луна-Глоб Союз-2/Фрегат Луна-Глоб/1 Союз-2/Фрегат Союз-2/Фрегат Луна-Ресурс/Чандраян-2 Союз-2/ Фрегат GSLV-2 GSLV-2 (PSLV) Чандраян-2 Луна-Ресурс Луна-Глоб/2 КОРРЕКТИРОВКА ПРОЕКТОВ "ЛУНА-ГЛОБ" И "ЛУНА-РЕСУРС" Предпосылки корректировки

КОРРЕКТИРОВКА ПРОЕКТОВ "ЛУНА-ГЛОБ" И "ЛУНА-РЕСУРС" Стратегия отработки ключевых технических решений Год запуска ПроектЛуна-Глоб/1 (Луна-25)Луна-Глоб/2 (Луна-26)Луна-Ресурс (Луна-27)Луна-Грунт (Луна-28) Тип миссииПосадочнаяОрбитальнаяПосадочная Конфигурация аппарата Ракета-носительСоюз-2.1а Союз-2.1бПротон Схема посадкиПрямая- Прямая/ Адаптивная Адаптивная на радиомаяк Отрабатываемые технологии Базовые технологии мягкой посадки - Посадочный LIDAR, модернизированная ДУ, радиомаяк Взлетная ракета, сбрасываемые баки, посадка на радиомаяк Масса КА, кг Полезная нагрузка Стационарная научная станция Комплекс научной аппаратуры ОА Стационарная научная станция, глубинное ГЗУ, индийский ровер Взлетная ракета, глубинное ГЗУ Масса ПН, кг заимствованная система- дорабатываемая система- вновь разрабатываемая система

L-G-О, >2015 L-R, 2014 L-G-L, 2015 Single string of development Today L-R, 2017 L-G-L, 2015 Single Launch (RF) Single launch (India) Launch (RF) L-G-O, 2016 Launch (RF)

Radiator Main Science Deck Solar array Additional Science Deck RITEG RIT-1 Robotic Arm Landers structure RIT-2 LUNA-Glob 2015 Mini Rover (India) Drilling system LUNA-Resource 2017

InstrumentMeasurements/Operations Mass (kg) Accom- modation Organization Radio-Beacon Radio signal with very high stability 1,71,7 Main_SDIKI TVRPM (TV for R-Arm) TV imaging of nearest area and objects (for Robotic arm aiming too) 0,5 R_ArmIKI LIS IR spectrometry of minerals 1,0 R_ArmIKI Analytic complex Chromatographic and mass spectroscopy analysis of volatiles content and chemical composition 10,4 Main_SDIKI+U of Bern LASMA Laser mass-spectrometer 2,8 Main_SDIKI+Uof Bern TV-Spectrometer UV and optical imaging of minerals with UV excitation 0,5 Main_SDIKI ADRON Active neutron and gamma-ray analysis of regolith composition 6,7 Add_SDIKI RAT Radio measurements of temperature of subsurface regolith 0,5 Add_SDIKI PML Measurements of dust and micrometeotits 1,5 Add_SDIKI SEISMO Measurements of seismic activity 1,0 Main_SDIFZ ARIES (L-R only) Measurements of plasma and neutrals 2,2 Main_SDIKI TERMO (L-G only) Direct measurements of thermal properties of regolith 2,0 Main_SDGEOKHI LINA (L-G only) Measurements of plasma and neutrals 4,6 Main_SDIKI+ISP (Sw) TV for panorama TV for stereo TV imaging of panoramas and area near Lander (rover and Robotic arm) 2 Main_SDIKI Retro Reflector Moon libration and ranging experiment 1 Main_SDNPO SPP Science payload of Landers 15/17

НПО им ЛАВОЧКИНА ЛУНА-ГЛОБ

Slide - 20 European Lunar Symposium Berlin, April 19 – 20, 2012 ЛУНА _ГЛОБ ОРБИТАЛЬНЫЙ АППАРАТ АППАРАТ

LUNA-GLOB ORBITER first stable orbit ~ km final operation orbit ~500 km working orbit ~50 km under consideration

LUNA-GLOB ORBITAL SCIENCE Moon surface science Topography Subsurface structure Hydrogen rich regions Chemical composition Moon gravity field Circumlunar science Exosphere Solar wind – moon interaction Lunar magnetic anomalies Micrometeors Other science Solar wind and magnetotail dynamics Ultra-high energy cosmic rays UV imaging of heliosphere

LUNA-GLOB EXPERIMENTS LGNS neutron and gamma ray IKI RAN LEVUSUV exosphere nm France/Japan/IKI LUMISIR mapping 1-16 mkm IKI LSTKstereo cameraIKI RLK-Lradar20 and 200 MHzIRE LPMS-LG magnetometer IKI RAN LEMI electromagnetic wavesUkraine/Czech/IKI BMSW-LGsolar windCzech/IKI ASPECT-Lenergetic particles keV Slovakia/IKI LINAions and neutral spectrometer IKI/Sweden PKD radio receiverIKI LORDultra-high energy cosmic rays FIAN METEOR-Lcircumlunar dust GeoKhi SSRNI2data management system IKI

Астрофизический эксперимент по исследованию частиц сверхвысоких энергий (ЛОРД) ФИАН-СКБ ИРЭ Научная задача: природа космических лучей сверхвысоких энергий (>10 19 эВ) SUPER HIGH ENERGY COSMIC RAYS _ GZK LIMIT DUE TO SCATTERING AT MICROWAVE RADIATION приём радиосигналов от каскадов, инициированных космическими лучами и нейтрино в поверхностном слое и недрах Луны. LORD

LAST WEEK:: PRIORITARI ZION OF INSTRUMENTS FOR PRECURSOR 2015 LUNA GLOB LANDER LUNA RESOURCE FULL SCIENTIFIC PACKAGE == 34.5 kg LUNA GLOB REDUCED PACKAGE == kg

Areas of potential international cooperation Science instruments on all Russian spacecrafts and CoIs of Russian instruments India Rover on Luna Resource ESA drilling system on Luna Resource ESA Lander-1 for joint surface operations with Russian Lunokhod (short-distance radio sensing of subsurface, screening of samples, technical experiments, etc.) ESA Lander-2 for cryogenic return of samples from Russian Lunokhod Joint studies of samples in Earth laboratories Joint technological experiments for lunar exploration (resource utilization, high precision landing, laser data link, etc.)

European Lunar Lander

Lunar Resource Lander Russias main technology provisions: Landing of a Large Platform High thrust propulsion RTGs ESA potential contributions: Drill to acquire subsurface frozen samples Sample handling system to allow in-situ analysis Visual Navigation Experiment and Hazard Detection and Avoidance to validate Precision Landing technology. ESA contribution to payload of instruments.

Drill & Sample Handling on the Luna-Resource Lander ExoMars: Drill Bread Board, Engineering models tested in Laboratory and Mars conditions-SPDS tested at low temperatures (need design adaptation) Reloading mechanism with samples' encapsulation unit Drilling device Sample Handling device

Drill (ExoMars) Bread Board, Engineering model tested in Laboratory and Mars conditions

Illustration of possible joint activity at North pole Possible landing site of Luna Glob 2015 Possible landing site of Lunokhod >2020 Possible landing site for Sample Return Cryogenic Sampling operations Possible landing site of ESA Lander-1 Possible landing site of ESA Lander-2 Joint experiments Lunohod- ESA Lander-1

Landers Development Logic Luna Sample returnLuna-Glob (lander)Luna-Resource Landing platform with improved performance Base landing platform

Missions Technology Development MissionLaunc h Propulsion High Thrust Rover High Mobility Drill (2m) Precision Landing 1.1. Luna-Glob Lander 2015(Medium) 2.2. Luna-Glob Orbiter Luna- Resource Lander 2017X(Small)XVisual Nav. HDA Experimen t 4.4. Lunar Lander (ESA) 2018X 5.5. LPSR 1 Lander / Return Stage 2020XX 6.6. LPSR 2 Lander / Large Rover 2020+X x XX

Lunar Polar Sample Return (LPSR ) Main goal is to bring back frozen samples from the Moon polar regions for analysis in Earth laboratories; Ideally samples can be taken from Moon craters, but very low temperatures not compatible with todays technology for Landing Platform and / or Rover design (even with use of RTGS); Frozen samples can be obtained from subsurface drilling (1.5 to 2 m) in illuminated areas. Alternatively samples from shadow areas may be considered;

Lunar Polar Sample Return LPSR is a very complex and ambitious mission with high technology challenges A precursor mission to human spaceflight and an evolution of past Russian missions to the equatorial regions of the Moon; A mission of high scientific interest xxxxxx A main goal in the exploration of the Solar System in the near future. LPSR Conceptual Design

From ISS to International Lunar Station (ILS) ! Thank you!

Радиоастрономия Оптическая астрономия Астрофизические исследования Луна как исследовательский Полигон Создание автоматического радиотелескопа на Луне, состоящего из отдельных приемников радиоизлучения, которые распределены по ее поверхности. WHAT TO DO AT THE MOON ???????????

Обсерватория на Луне +++\-- Отсутствие облаков Отсутствие атмосферных помех и засветки Возможность непрерывных наблюдений Медленное перемещение звезд по небу – возможность длительных экспозиций Радио-телескоп на обратной стороне Луны - защита от всего радиоизлучения от Земли (основная проблема наблюдательной радиоастрономии) МИНУСЫ:: Микрометеоритная эрозия 100/м 2.год Облачка мелкой левитирующей пыли Суточные перепады температуры К

Методика Нейтроны альбедо из каскадов в лунном грунте Гамма-кванты альбедо из каскадов в лунном грунте Альбедо радиоизлучения каскадов из каскадов в лунном грунте Neutrons emissions from 500 TeV protons of GCR Изучение природы космических лучей с помощью детекторов, расположенных на поверхности Луны

LAO_ LUNAR ASTROPHYSICAL OBSERVATORY Вторичные γ-кванты Вторичные нейтроны Приемные антенны вторичного радиоизлучения Реголит Детектор заряда Детектор вторичных нейтронов и γ-квантов Свинец/Вольфрам 1÷2 λ Сцинтиллятор Глубина расположения регистрирующей аппаратуры гр/см^2, т.е. ~ кг/м ^2 При общей массе установки ~10 тонн достижимо значение геометрического фактора м ^2 ср