Состоялся запуск лунного посадочного аппарата Nova-C Odysseus американской компании Intuitive Machines

15 февраля с мыса Канаверал ракетой Falcon 9 была запущена вторая миссия программы CLPS - Commercial Lunar Payload Services - инициативы NASA по развитию коммерческого освоения Луны в рамках программы Артемида.

Запуск прошел успешно и аппарат отделился от верхней ступени Falcon 9, а запустившая его первая ступень В1060 совершила 18-ю посадку в своей карьере, вернувшись на площадку LZ-1 на мысе Канаверал. На данный момент аппарат успешно выполнил проверку бортовых систем, поддерживает устойчивую связь с Землей и готовится совершить первый маневр коррекции траектории полета запланированный на 16 февраля.

Изначально запуск был запланирован на 2021 год, но как это обычно бывает в космической индустрии дата неоднократно переносилась. Последние задержки были связаны с занятостью стартовой площадки 39А Космического Центра имени Кеннеди. Это связано с наличием инфраструктуры для заправки полезной нагрузки криогенным топливом на этом комплексе.

Сам аппарат имеет высоту 4,3 метра, шестиугольный композитный корпус диаметром 1,6 метра закрывающий два вертикально расположенных сферических баков с кислородом и метаном, шесть посадочных опор из алюминиевого сплава и двигатель VR900 работающий по простой, но надёжной схеме с вытеснением топлива сжатым гелием. Полностью заправленный посадочный модуль имеет массу 1900 кг. Для посадки используется автономная система навигации и распознавания препятствий, а после прилунения аппарат будет способен переместиться в другую точку поверхности. Любопытной деталью является применение нового термоизоляционного материала разработки бренда спортивной одежды Columbia Sportswear, логотип которой легко заметить на борту аппарата. Это не реклама, как ошибочно сообщают некоторые источники.

Аппарат может доставить на поверхность Луны до 130 кг полезной нагрузки и обеспечить их электропитанием в 200Вт при помощи солнечных панелей в течении лунного дня. В рамках первой миссии IM-1 на борту находятся 6 экспериментов NASA и 3 коммерческих полезных нагрузки, а также арт объект и мемориальная табличка.

LN-1 это 3 килограммовый радиомаяк работающий в диапазоне S-band и предназначенный для отработки точной радионавигации на поверхности Луны, что в будущем будет необходимо для координации будущих миссий. Принцип работы аналогичен таким земным системам навигации как GPS.

Эксперимент RFMG представляет собой модуль по контролю количества топлива в баках посадочного модуля. Поскольку это первая миссия использующая криогенное топливо в условиях космоса наблюдения за тем как оно хранится в рамках долгосрочной миссии чрезвычайно важно с технологической точки зрения.

При посадке двигатель модуля поднимет клубы пыли и эксперимент SCALPSS при помощи 4х камер детально заснимет этот процесс, что в дальнейшем позволит составить более точные модели поведения лунного грунта в рамках его взаимодействия с выхлопом ракетных двигателей. Эта информация важна для разработки широкого ряда лунных миссий в рамках программы Artemis, поскольку поднятые выхлопом пыль и камни являются одним из факторов рисков при реактивной посадке.

ROLSES представляет собой научный инструмент по изучению и измерению различных заряженных частиц и плазмы, а также радиосигнатур от Солнца и других космических источников. Особое фокус будет на изучении заряженных частиц пыли, что необходимо для разработки материалов для скафандров и других автоматических аппаратов, эта пыль за счет электростатического взаимодействия налипает на все поверхности, приводя к абразивным повреждениям механизмов и представляет угрозу здоровья астронавтам.

NDL это опытный навигационный модуль с лазерным локатором (лидаром), что позволяет быстро и точно определять положение аппарата в пространстве и его относительную скорость на этапах посадки и взлета.

LRA представляет собой набор из нескольких уголковых отражателей, они необходимы для определения точного положения аппарата с Земли или орбиты, а также для определения точной дистанции до Луны, что важно для составления орбитальных моделей. Приборы такого типа давно зарекомендовали себя в рамках множества лунных миссий от советских Луноходов до недавнего индийского Чандраяна-3. В силу своей пассивной природы они позволяют продолжать получать научные данные спустя много лет после того как сам аппарат уже вышел из строя.

Во время посадки планируется съемка своего рода селфи, для этого в процессе снижения на высоте около 30 метров будет выпущена камера Eaglecam которая должна приземлиться неподалеку от места посадки и запечатлеть прилунение посадочного модуля со стороны. Помимо исторической хроники данные этой съемки будут важны для составления моделей поведения клубов пыли в рамках вышеупомянутого эксперимента SCALPSS.

Следующий коммерческий научный эксперимент на мой взгляд особенно интересен, это опытный телескоп ILO-X для астрономических наблюдений с поверхности Луны. Этот миниатюрный инструмент послужит для отработки технологий необходимых для создания гораздо более крупного телескопа запланированного к созданию в будущем Международной Лунной Обсерваторией. ILO-X будет вторым телескопом на поверхности Луны, первый был доставлен в рамках китайской миссии Чанъэ-3.

Также на борту посадочного модуля находятся экспериментальный дата-центр компании Lonestar, мемориальная табличка Lunagram с информацией о планете Земля и арт объект Moon Phases Art Cube, который станет второй скульптурой на Луне после мемориала "Павший Астронавт" доставленного миссией Аполлон-15.

В качестве места посадки был выбран кратер Малаперт-А (назван в честь бельгийского священника-иезуита, писателя и астронома 17 века Шарля Малапера) в окрестностях Южного полюса Луны. Выбор обусловлен хорошей видимостью с Земли в этом регионе и высоким уровнем освещенности во время лунного дня.

У этого посадочного аппарата компании Intuitive Machines довольно любопытная история у истоков которой стоял не кто иной, как известный всем любителям видеоигр Джон Кармак - со-основатель студии id Software и один из создателей культовой серии игр Doom.

В 2000 году знаменитый разработчик основал частную космическую компанию Armadillo Aerospace с целью разработки суборбитального космического аппарата для космического туризма и в дальнейшем орбитальных космических аппаратов. За время своего существования компания создала несколько различных прототипов для участия в Northrop Grumman Lunar Lander Challenge (2006-2009), проводимых под эгидой NASAб организации X PRIZE Foundation и корпорации Northrop Grumman, а также других подобных конкурсах.

В 2006 году, когда конкурс Lunar Lander Challenge проводился в первый раз компания Кармака участвовала со своими прототипоми серии Quad с именами Pixel и Texel.

Это был аппарат вертикального взлета и посадки высотой и шириной 1,9м и массой 680 кг в заправленном состоянии. Двигатель работал на топливной смеси этанол-жидкий кислород. В рамках конкурса команды должны были поднять свой прототип на высоту 50м с грузом 25 кг, совершить горизонтальный перелет на 100м и посадить аппарат в заданной точке, уложившись в заданное время. Во время первого этапа посадка осуществлялась на ровную площадку, во время второго на симуляцию лунного ландшафта с булыжниками и другими препятствиями.

В 2006 команда Кармака оказалась единственной кто смог получить необходимые разрешения от Федерального управления гражданской авиации США, поэтому участвовали без конкурентов. Однако совершив три попытки используя Pixel они не смогли ни в одной выполнить условия конкурса - две посадки вышли слишком жесткими, с повреждениями аппарата, а во время третьей аппарат сел частично выйдя за границы целевой площадки. Денежный приз Armadillo Aerospace не выиграли, но вошли в историю с первым частным аппаратом такого рода и впечатлили NASA. История компании на этом не закончилась, но требует отдельного материала чтобы ее подробно описать.

Три года спустя, в 2009 году, NASA выкупили прототип Pixel для Project M - миссии задуманной после отмены администрацией президента Обамы программы Созвездие, которая была предыдущей попыткой США вернуться на Луну. Project M был задуман как миссия с небольшим бюджетом (меньше 200 млн долларов), которая использовала бы уже имеющиеся наработки для того чтобы доставить на Луну человекоподобного робота (он должен был быть создан на основе разработанных для МКС роботов серии Robonaut).

К лету 2010 года бывший Pixel был значительно переделан - в качестве топлива этанол был заменен на жидкий метан, была установлена новая система навигации и контроля в реальном времени. Аппарат получил название GENIE (Guidance Embedded Navigator Integration Environment) и приступил к испытаниям. Проект высадки андроида на Луну так и не получил "зеленый свет", однако на этом история не закончилась - NASA продолжила программу разработки и испытания посадочных аппаратов в виде проекта Morpheus. Космическим Центром имени Джонсона в сотрудничестве с Armadillo Aerospace был создан одноименный прототип, развивавший идеи Pixel и GENIE.

Для проекта было построено три прототипа, A, B и C, они были крупнее предыдущих: 3,7м в высоту и ширину и массой 4000 кг в заправленном состоянии, обладали гораздо более мощным двигателем, улучшенной авионикой и множеством других модификаций. Одним из главных нововведений была технология Autonomous Landing Hazard Avoidance Technology (ALHAT) - автономная система определения сложного ландшафта и препятствий при помощи нескольких лидаров. С 2010 по 2014 год в рамках программы прототипами A и B было совершено более десятка испытательных полетов различной сложности (прототип C не летал) и множество других тестов. Один из прототипов был потерян в результате аварии. В 2015 году программа была закрыта, оставив огромное количество опыта в разработке метановых двигателей и систем автономной посадки.

В 2013 году была основана компания Intuitive Machines, одним из основателей которой стал Тим Крейн - один из руководителей проекта Morpheus, отвечавший за системы навигации и контроля. В состав компании вошли и другие участники команды. В рамках своей заявки на конкурс CLPS они продолжили развивать технологии проекта Morpheus, в частности метановый двигатель, что в итоге и стало посадочным модулем Nova-C.

Всего в рамках программы CLPS компания получила контракты от NASA на 3 миссии, следующие две IM-2 и IM-3 пока не имеют точной даты, на официальном сайте NASA на данный момент указан 2024 год.

Вторая миссия должна совершить посадку в районе кратера Шеклтон, если точнее на горный хребет соединяющий кратеры Шеклтон и Де Герлах. Это один из самых перспективных с точки зрения науки участков в окрестностях Южного полюса Луны.

Из полезных нагрузок на борту основным будет эксперимент по добыче льда - PRIME-1 (Polar Resources Ice Mining Experiment-1), состоящий из специальной бурильной установки TRIDENT (The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain) и масс-спектрометра MSolo (Mass Spectrometer Observing Lunar Operations) для определения водяного льда и других летучих соединений в образцах лунного грунта полученных бурильной установкой.

Также на борту будут небольшой независимый "прыгун" Micro Nova, который по плану должен будет отделиться от посадочного аппарата и исследовать труднодоступные места в окрестностях места посадки такие какие дно кратеров. В качестве попутной нагрузки на орбиту Луны будет выведен спутник-ретранслятор, а компания Spaceflight запустит в рамках этой миссии свой космический буксир Sherpa-ES с несколькими кубсатами для своих клиентов на геостационарную орбиту. Чешская компания ADVCAM установит научный инструмент MiniPIX TPX3 SPACE для изучения радиационной обстановки на поверхности Луны, данные которого помогут узнать как лучше защитить экипаж и чувствительное оборудование в пилотируемых лунных миссиях. Также на борту будет размещен еще один комплект уголковых отражателей.

Для третьей миссии в качестве места посадки выбрана интересная геологическая структура "завиток" Рейнер Гамма - это одна из сильнейших магнитных аномалий на поверхности нашего спутника, о механизме происхождения которой до сих пор нет консенсуса ученых.

Магнитное поле над этой структурой создает своего рода минимагнитосферу, присутствие которой возможно является объяснением того что реголит в этом месте имеет высокое альбедо (способность к отражению солнечного света), поскольку поверхности не достигает солнечный ветер, взаимодействие с частицами которого обычно приводят к потемнению поверхностного слоя реголита.

На борту посадочного модуля миссии IM-3 будут сразу несколько луноходов для изучения окрестностей: Lunar Vertex займется изучением свойств магнитного поля аномалии и пород на ее поверхности при помощи магнетометров, плазма спектрометра, мультиспектрального микроскопа и нескольких оптических камер. Этот аппарат разработан на базе платформы MAPP (Mobile Autonomous Prospecting Platform) компании Lunar Outpost - по задумке она должна стать недорогой серийной платформой для создания луноходов способных выполнять различные миссии для NASA или коммерческих заказчиков. NASA также проспонсировала создание более продвинутой версии COLD-MAPP, способной не только выполнять миссии в течении лунного дня, но и выживать одну и более лунные ночи.

Три ровера CADRE (Cooperative Autonomous Distributed Robotic Explorers) - проекта небольших луноходов способных к совместной координированной работе в составе распределенной сети, каждый с набором камер для стереосъемки для создания трехмерных моделей поверхности и георадаром для исследования геологического строения лунной коры под поверхностью реголита, действуя в команде будут также исследовать аномалию.

Intuitive Machine рассчитывают однако что тремя миссиями для NASA их посадочные аппараты не ограничатся. Компания заявляет что способна поддерживать темп с ежегодными миссиями аппаратов Nova-C, доставляя эксперименты на поверхность Луны и попутные нагрузки на лунные, гелиоцентрические или высокие околоземные орбиты.

Не собираются они и останавливаться на уже достигнутом в плане технических возможностей - в разработке находятся следующие модели посадочных аппаратов - Nova-D с грузоподъемностью 500-750 кг полезной нагрузки на поверхность Луны, что позволяет участвовать в тендерах и конкурсах NASA по доставке миссий класса Discovery, и Nova-M с грузоподъемностью 5000 кг.

Помимо этого Intuitive Machines входит в команду возглавляемую компанией Zeno Power, которая получила финансирование NASA в размере 2,4 млн долларов для разработки радиоизотопной системы питания с генератором Стерлинга на изотопе америций-241 (Am-241). Эта система должна быть легко интегрируема в состав коммерческих аппаратов различных компаний и обеспечивать долговременные миссии на поверхности Луны на протяжении нескольких лунных циклов и в местах с низкой освещенностью. Выбор изотопа Am-241 вместо обычного для космических радиоизотопных элементов NASA плутония обусловлен более низкой стоимостью и упрощенной регуляцией его оборота.

Миссия IM-1 Odysseus должна совершить посадку 22 февраля. Будем надеяться что в этот раз никаких проблем не возникнет и это действительно откроет новую, коммерческую страницу в истории освоения Луны.

#космонавтика