3.2 Поиск воды на луне этап второй

17 июня к Луне отправятся два спутника НАСА: LRO (орбитальный зонд) с российским нейтронным детектором ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) на борту и LCROSS (аппарат для исследования лунных кратеров).

Миссия главным образом направлена на получение более подробной информации о лунной поверхности. Спутники будут делать снимки высокого разрешения, которые впоследствии станут изучаться учеными (рис.2)

После перелета разведчик LRO выйдет на рабочую окололунную орбиту высотой 50 км, с которой будет вести с помощью ЛЕНДа поиск водяного льда на Луне.

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. [9]

Рис.2 Поверхность Луны с высоты 110 км

3.2.1 О приборе LEND

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. [12]

В основе работы 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. [9]

3.2.2 Голубой лед

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" 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.

Как несложно догадаться, данный полет зондов является первым шагом на пути освоения поверхности Луны для дальнейшей возможной ее колонизации. 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. Кроме того, спутники нацелены на поиски источников ресурсов и на ряд других задач, связанных с испытанием новейших технологий.

На протяжении четырех месяцев космические аппараты будут изучать лунную поверхность, а затем отправятся исследовать "темную сторону" спутника Земли. [8,9]

Поиск завершен. Этап последний

В Вашингтон 13 ноября Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) сообщило в пятницу об обнаружении воды на Луне.

9 октября НАСА запустило космический аппарат "ЛКРОСС" и ракету "Центавр" к кратеру Кабеус, находящемуся примерно в 100 км от южного полюса Луны. Зонд должен был выявить наличие воды на Луне.

Как заявили представители НАСА, первоначальные данные, полученные в результате исследования, свидетельствуют о том, что "в ходе миссии, к счастью, удалось обнаружить воду". [10]

4. Некоторые алгоритмы обработки данных

4.1 Предварительный фрактальный тест

Как правило, структура естественных ландшафтов самоподобна в большом диапазоне размеров. Например, лунные кратеры с поперечниками от 10Е1 м до 10Е4 м имеют почти одинаковую форму. В отличие от самоподобных естественных ландшафтов, структура искусственных объектов выражена в более узком диапазоне размеров. Следовательно, возможные артефакты на изображении должны проявляться как аномалии в распределении пространственных деталей по размерам. В поиске таких аномалий и заключается смысл фрактального метода М.Стейна и М.Карлотто (лит.12, 13). К сожалению, их метод требует слишком много вычислений для обработки всех подходящих HIRES-изображений (около 80.000).

Поэтому для той же цели использовался альтернативный, более простой алгоритм. Пусть M(r) есть распределение вероятности расстояний между локальными минимумами яркости вдоль горизонтальной строки изображения. Таким образом M(r) описывает распределение деталей изображения по размерам. На больших шкалах эту функцию можно аппроксимировать степенной функцией, характерной для фракталов:

(1)

Поскольку искусственные объекты имеют некий характерный размер, их присутствие должно увеличить среднеквадратичное отклонение M(r) от степенного закона, выражаемого линейной регрессией:

(2)

где C является константой. Согласно эмпирическим результатам, M(r) у HIRES-изображений может быть аппроксимировано степенной функцией при r > 4 пикселов. Регрессия вычисляется при 4 < r < 31 пиксель (т.е. в диапазоне размеров от 50 до 900 м).

Изображение разбивается на K=12 квадратов по 96x96 пикселов каждый. В каждой такой области методом наименьших квадратов вычисляется наилучшие параметры степенной функции, и находится среднеквадратичное отклонение от нее:

(3)