Суббота, 2 марта, 2024

16+

Лунный снайпер: как японская миссия SLIM достигла точной посадки на Луне

Время на чтение 7 мин.

Луна — самое близкое к Земле небесное тело, но исследовать ее поверхность не так просто, как может показаться. С 1959 года на Луну совершили посадку несколько десятков космических аппаратов, но большинство из них приземлялись в пределах широких зон, охватывающих несколько километров. Только четыре страны — СССР, США, Китай, Индия — могут похвастаться таким достижением, но даже у них не было возможности выбирать точное место посадки. Так, для миссии «Аполлон-11» зона посадки охватывала эллипс длиной 20 километров и шириной пять.

Все изменилось 19 января 2024 года, когда межпланетная автоматическая станция SLIM (Smart Lander for Investigating Moon — «Умный посадочный аппарат для исследования Луны») успешно прилунилась, сделав Японию пятой «лунной» страной и первой, чей зонд смог совершить «точечную» посадку в район радиусом 100 метров. Это результат многолетней работы японского космического агентства (JAXA) и его партнеров, которые разработали новые технологии для управления и навигации космического аппарата.

Япония всем покажет

JAXA одобрило проект SLIM в 2015 году, чтобы продемонстрировать способности Японии к проведению сложных лунных миссий. Основная задача проекта — проверить новую систему точной посадки, которая позволит в будущем исследовать интересные для науки объекты. Кроме того, SLIM призван апробировать новую концепцию изучения Луны, когда на спутник посылается сравнительно легкий и недорогой аппарат с небольшим количеством научных приборов для точечных исследований.

SLIM был спроектирован как небольшой космический аппарат весом около 200 килограммов без топлива и 700 килограммов в заправленном состоянии. Размер модуля — всего 2,4 х 1,7 х 2,7 метра, а форма напоминает параллелепипед с четырьмя выдвижными опорами. Стоимость разработки аппарата оценивается в 121,5 миллиона долларов.

Лунный снайпер: как японская миссия SLIM достигла точной посадки на Луне
Модель SLIM в масштабе 1:2. Фото: Hms1103 / Wikipedia

Для посадки аппарат использовал радар и оптический сенсор, а также навигационную камеру высокого разрешения. Чтобы управлять всеми системами, Mitsubishi сконструировала интегрированный компьютер, который обеспечивает обработку всех данных модуля: и научных, и необходимых для посадки. Также Mitsubishi построила интегрированный модуль контроля питания: он контролирует уровень заряда аккумулятора, солнечные панели, распределение энергии и функционирование двигателей. Раньше для всех этих задач требовались отдельные устройства.

SLIM стартовал 6 сентября 2023 года с космодрома «Танегасима» на ракете H-IIA вместе с астрофизическим спутником XRISM, предназначенным для изучения рентгеновского излучения космических объектов. Такой сдвоенный запуск позволил отправить в космос рентгеновскую обсерваторию, денег на которую не хватало. Освободившиеся средства отправили на разработку других аппаратов.

После отделения от ракеты-носителя SLIM продолжил свой полет к Луне, используя собственный двигатель и корректируя траекторию несколькими маневрами. Путь занял три месяца (такую траекторию выбрали для экономии топлива), и 25 декабря 2023 года SLIM успешно вышел на эллиптическую орбиту вокруг Луны.

Технологии точной посадки

Основной инновацией миссии SLIM стала система оптической навигации, которая позволяла космическому аппарату определять свое положение и скорость по отношению к поверхности Луны. Камера снимала лунный ландшафт и сравнивала его с картой, созданной на основе данных лунного орбитального зонда SELENE, запущенного Японией в 2007 году. Таким образом SLIM мог распознавать лунные кратеры и другие характерные черты, используя технологию, похожую на распознавание лиц в смартфонах.

Система оптической навигации работала в тесной связи с системой управления, которая отвечала за выбор оптимальной траектории посадки и регулировку двигателей. Система управления имела высокую степень автономности и учитывала различные факторы, влияющие на посадку, такие как гравитационное поле Луны, солнечный ветер, температура и топливо.

Инженеры решили еще одну сложную задачу. Вычислительная мощность процессоров, устанавливаемых на космических аппаратах, составляет лишь одну сотую от тех, которые мы используем на Земле. Так как время обработки изображений — важнейшая характеристика для работы системы точной посадки, команда разработала новые алгоритмы, которые позволили аппарату обрабатывать данные за несколько секунд.

Процесс посадки SLIM начался 19 января 2024 года в 15:00 по UTC, когда космический аппарат находился на высоте около 100 километров над лунной поверхностью. SLIM снизил свою орбиту до высоты 15 километров, а затем активировал свою систему оптической навигации и начал искать подходящее место для посадки. Целевая точка находилась вблизи небольшого ударного кратера Сиори южнее Моря Спокойствия, где приземлился Аполлон-11 в 1969 году.

Лунный снайпер: как японская миссия SLIM достигла точной посадки на Луне
Изображение кратера Сиори, полученное Lunar Reconnaissance Orbiter. Фото: NASA

SLIM приблизился к целевой точке на высоте 6 километров, а затем вошел в фазу наведения, во время которой он точно выравнивал свою траекторию и скорость с помощью малых двигателей. На высоте 30 метров SLIM перешел в фазу посадки, во время которой он отключил свои двигатели и мягко опустился на лунную поверхность. Все это заняло около 20 минут.

Луноходы сброшены, с панелями проблема

Посадка SLIM была подтверждена в 15:20 по UTC по данным телеметрии и сигналу с антенны.

Луноходы LEV-1 и LEV-2 отделились от модуля перед его посадкой. Они предназначены для фотосъемки и исследования лунного ландшафта с помощью различных научных приборов.

LEV-1 весом около 5 кг передвигается с помощью прыжкового механизма. Он оснащен оборудованием прямой связи с Землей, двумя широкоугольными камерами, собственным электрооборудованием и антеннами ультравысокого диапазона. Луноход также оснащен термометром, счетчиком радиации и инклинометром — прибором для измерения угла наклона.

LEV-2 или Sora-Q — крошечный вездеход-трансформер весом 250 г, разработанный JAXA в сотрудничестве с Tomy, Sony Group и Университетом Дошиша. LEV-2 может менять свою форму, перекатываясь по поверхности Луны. Он оснащен двумя небольшими камерами и является близнецом аппарата, разбившегося при крушении зонда Hakuto-R. К слову, компания Tomy — ведущий в Японии производитель игрушек, и именно ее технологии использовались для создания маленького лунохода.

Этот робот с ограниченными размерами и массой удалось разработать благодаря использованию технологий и механизма изменения формы, разработанного для игрушек TOMY  Университетом Дошиша, а также небольшой и энергоэффективной платы управления и камеры, разработанной Sony Group.

Нирано Даичи, разработчик LEV-2 со стороны JAXA

Космическое агентство надеется, что дети, видя, как их игрушка перекатывается по Луне, заинтересуются не только космосом, но и наукой в целом.

Хотя посадка прошла успешно, солнечные панели не питают аккумуляторы, как планировалось. SLIM сумел связаться с Землей, однако теперь его батареи практически разряжены. JAXA пока не сообщила, сумеет ли справится с проблемой. Однако и без того миссию признали успешной: технология высокоточной посадки сработала как надо.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь