Mėnulis – žmonijos žvilgsnis nuo seniausių laikų iki pasiruošimo lėkiui 21-jame amžiuje.
Mėnulis iki XX amžiaus
Pirmuoju Mėnulio tyrėju laikytinas Hiparchas (190-125 m prKr) veikale „Apie matmenis ir tolumus“ mėginęs apskaičiuoti Mėnulio matmenį ir tolumą pagal užtemimų stebėjimo duomenis. K. Ptolemajus 148-ais apibendrino to meto astrožinias „Almagest“ (Syntaxis Mathematica) su Žeme visatos centre (išsilaikė 13 šimtmečių) ir patiekė Mėnulio judėjimo skaičiavimų. Tik 1651-ais G. Riccioli sukūrė I-jį mėnullapį („Naujas Almagestas“), o 1859-ais L. Rutherford – I-ją Mėnulio fotografiją. K. Ciolkovskij „Na lune“ (1893) mėgino apskaičiuoti lėkį Mėnulin raketiniu laivu.
1647 metais Johannes Hevelius sudarė Menulio atlasą
73,49*1020 t masės 3474.2 km didumo Mėnulis orbituoja aplink Žemę 356400-4067000 km atstumu; turi 60-150 km storio paviršinę plutą (Si, Al, O2), 1000 km mantiją, 400 km karštą atenosferą ir 350 km branduolį (1500 K, Fe bei Ni).
Lėkiai į Mėnulį
Astronautika nuostabiai pagreitino ir pagilino Mėnulio (ir Visatos) tyrimus. 1959-ais po daugelio nesėkmingų lėkių (Pioneer, Ranger, Luna) erdvėlaivis Luna-2 pagaliau pasiekė Mėnulį ties Archimedo krateriu, o Luna-3 atsiuntė nematomos pusės vaizdą. Ranger-7 1964-ais perdavė 4308 fotovaizdus ir nukrito Mare Cognitum rajone. 1966 Luna-9 „minkštai“ nutupdė aparatą, atsiuntusį Mėnulio paviršiaus vaizdų; gi 1970 Luna-17 nutupdė I-jį marsaeigį Lunochod, per 10 mėnesių nuvažiavusį 10,5 km bei atlikusį chemines analizes 25 vietovėse. 1966-67 penki Lunar Orbiter‘ai kartografavo Mėnulį iš įvairių orbitų net iki 2 m skyra; o 1966-68 septyni Surveyor‘ai tyrinėjo Mėnulį alfa-analizatoriais, magnetometrais ir kt (Apollo-12 pargabeno Surveyor-3 detalių, kurias aptiko astronautas Ch. Conrad).
Dar iki Apollo (ir net Sputnik‘o) 1952-ais W. von Braun planavo 3 tūkst tonų erdvėlaivį, kuris nugabentų net 50 astronautų į Mėnulį, tačiau 1964-ais jau realiau buvo kuriamas Saturn startūnas dviejų astronautų misijai.
1970-ais startavusi Luna-16 po 4 parų pasiekė 110-119 km Mėnulio orbitą, priartėjo iki 600 m, varytuvais susilėtino iki 2 m/s ir nutūpė Gausos Jūros vietovėj. Gręžtuvu įsigilino 35 cm ir paėmė 53 g mėginį (pasirodė panašus į bazaltą). Išbuvusi 7 paras startavo link Žemės ir parašiutais nusileido Džezkasgano apylinkėje. Viso Mėnulį tyrė 105 erdvėlaiviai (38 JAV, 29 SSSR bei ESA, Japonijos, Kinijos, Indijos ir Izraelio).
Apollo programa
Tik 1968-ais Apollo-8 erdvėlaiviu I-ji žmonės astronautai F. Borman, J. Lovell, W. Anders priartėjo prie Mėnulio ir apskriejo 10 kartų. Įgula stebėjo bei fotografavo paviršių. Taip buvo renkamos vietovės būsimiems tūpimams. Apollo-8 pasiekė rekordus: 11 km/s greičiu lėkis per 2,5 parų, nutolimas 377,3 Mm nuo Žemės ir 933 Mm trajektorija.
Apollo-9 įgula preliminariai išbandė Mėnulio modulį LM Spider, o Apollo-10 – ir LEM Snuppy bei tyrė Mascons (Mass Concentrators) pavojingumą būsimiems tūpimams. Galutinai parinkta mėnulėjimo tvarka: pasiekus orbitą du astronautai pereina į LM, atsiskiria nuo įgulos modulio ir pradeda artėti į paviršių. Trečiasis astronautas lieka orbitoje. Mėnulio paviršiuje planuota išbūti 20-70 val ir įvykdžius programą startuoti pakilimo moduliu LEM link orbituojančio CM.
1969 Apollo-11 I-jo mėnulėjimo įgula N. Armstrong, M. Collins, E. Aldrin skundėsi kompiuterio klaidomis, net didesniu nei planuota lėkimo greičiu. 200 m aukštyje N. Armstrong ryžosi rankiniam valdymui. Automatinio tūpimo atveju grėsė trenkimasis į 2-3 m didumo akmenis arba pražūtingas pakrypimas (neįmanoma būtų startuoti nuo Mėnulio paviršiaus). Tik pastebėjęs lygesnę vietovę įjungė varytuvą stabdymui ir sėkmingai nutupdė 45 t LM dar likus 98 kg kuro. Išsilaipinę I-ji mėnuliečiai vargo nelanksčiuose skafandruose (ypač ties kojų keliais), dėl ko mėnulietiška eisena tapo šuoliukiška. Surinktus mineralus pakavo į ALSRC (Apollo Lunar Sample Return Container) vakuumo sąlygomis bei į spec plastikinius lagaminus. Sėkmingai sugrįžus Žemėn teko karantinuotis ir net muitinei deklaruoti pargabentą mėnulieną. Paminėtinas šiom dienom sukankantis vairavimo Mėnulyje 50-metis – pirmieji Moon Baggy išbandė bei įvertino Apollo-15 astronautai J. Irwin ir D. Scott.
XXI amžius
2020-ais kinų 8-tonis Čanje-5 nutūpė Audrų jūros vietovėn, išgręžė 2 m gylio mėginį ir kapsulę grąžino į Žemę, o Čanje-4 užaugino medvilnės auglių, deja sušalusių Mėnulio naktyje -170 oC. Rusai planuoja 2025-ais nulėkdinti Luna-25 ir dar iki -28, o 2030-ais – ir kosmonautus į Mėnulio poligoną. Gi Astrobotic numatę 2023-ais lėkdinti Peregrine Lunar Lander (1,28 t o2,5×1,9 m 5×667 N varytuvai) 100-8700 km orbiton ir tupdyti Lacus Mortis 44o N 25o E vietovėn.
NASA $0,5 mln prizą vandens gavybos Mėnulyje projektams išsidalino Redwire Space įmonė (125 tūkst) su 2 variantais L-Rex (Lunar Regolith excavator – regolito ekskavatorius) ir L-Tran (Lunar Transporter – ledo transporteris); Colorado School of Mines (75 tūkst) su 3 agregatais ekskavatoriumi, vilkiku ir vandenvežiu (robotizuotu manipuliatorium); Austere Engineering (50 tūkst) su GROWLER (Grading and ROtating for Water Located in Excavated Regolith – 12 t sukrus greideris). Dar 10 įmonių su originaliom idėjom laimėjo po 25 tūkst. Dartmouth Engineering jau gavo NASA grantą $1,25 mln kosminio vandens tyrimams.
Kasybos darbams Mėnulyje ruošiasi Arizonos universiteto dėstytojai ir studentai. Jie kuria pagal $0,5 mln grantą naujovišką techniką HEART (Human and Explainable Autonomous Robotic Technique), ypač helio He3 išgavimui. NASA rūpinasi ir ryšių tobulinimu – nauju LCOT (Low-Cost Optical Terminal) bei O2O (Orion artemis-2 Optical communication system) vaizdų perdavimui iš Mėnulio.
Būsimus mėnuliečius ruošia EMMATA (Euro-Moon-Mars Astronautics Training Academy) ir MMAARS (Mars-Moon Astronautics Academy & Researche Science) su Moonshot programa.
SpaceX – link Mėnulio
GAO (Government Accountability Office) apskaičiavo, kad lėkiui į Mėnulį Starship prireiks 16 papildymų kuru (metanu ir deguonimi). Blue Origin ir Dynetics suabejojus (ir net protestavus), E.Musk teigia pakaksiant 8 papildymų. Pagal kuriamą HLS (Human Landing System) mėnulėjimo tvarką Starship Moon lander po starto (su 150 t naud krovinių) pasipildys kuru Ž orbitoje iš kosminių tanklaivių ir nulėks į elipsinę NRHO (Near-Rectilinear Halo Orbit), kurios reikia Orion ir SLS. Čia Starship priims iš Orion astronautus, nutūps Mėnulin kelioms paroms (būstams tikimasi panaudot vulkaninės kilmės olas (urvus); po to grįš į NRHO, persodins astronautus į Orion ir vėl papildęs kuro lėks link Žemės. Beje, Orion jau bandomas Kennedy centre ir ruošiamas eksperimentiniam startui SLS raketiniu kompleksu.
SpaceX pagal $2,9 mlrd kontraktą su NASA kuria HLS techniką. Galbūt jau 2023 m. ją demonstruos be įgulos. Vėliau su žmonėmis pagal Artemis programą, stengdamiesi tūpti ton pačion vietovėn. Į CLPS (Commercial Lunar Payload System) veiklą kviečiamos Blue Origin, Ceres Robotics, Sierra Nevada Co ir Tyvak Nano-Satellite būsimiems $2,6 mlrd bendros sumos kontraktams.