Беспилотная космонавтика

В ночь с 23 на 24 ноября к Луне отправится межпланетная станция Чанъэ-5, которая должна будет совершить мягкую посадку, взять образцы грунта и вернуть их назад на Землю. Если все пройдет успешно, Китай станет третьей страной, доставившей грунт с Луны, после США (программа Аполлон) и СССР (автоматические станции Луна-16, "-20", "-24"). Станция состоит аж из четырех аппаратов и имеет сложный план полета с первой в истории автоматической стыковкой на орбите Луны, так что ближайшие двадцать три дня обещают быть волнительными.


Фото: Синьхуа

Еще один большой шаг

Лунная программа Китая рационально состоит из последовательных все более сложных шагов. Началось все с орбитальных аппаратов. Чанъэ-1 был запущен 24 октября и прибыл на орбиту Луны 5 ноября 2007. Аппарат был оснащен стереокамерой и собрал данные, по которым построили точную трехмерную карту нашего естественного спутника. Спустя чуть меньше, чем два года, станция была управляемо сведена с орбиты и разбита о Луну 1 марта 2009. Чанъэ-2 запустили 1 октября 2010. Станция вышла на орбиту высотой от 15 до 100 км и позволила составить карту Луны с разрешением до 1,3 метра на пиксель. Интересной особенностью аппарата оказалось то, что его не разбили и не оставили на орбите Луны. 8 июня 2011 Чанъэ-2 начал переход в точку Лагранжа L₂ системы Солнце Земля (расположена за Землей), прибыв туда 25 августа и став первой межпланетной станцией в истории, совершившей подобный маневр. Миссию продлили еще, и аппарат покинул точку L₂, вышел из гравитационного колодца Земли и 13 декабря 2012 пролетел мимо астероида (4179) Таутатис. О завершении миссии до сих пор официально не объявлено, и сейчас станция используется для отработки связи на больших расстояниях.


Большой путь маленького Чанъэ-2

Следующим логичным шагом стала мягкая посадка. Чанъэ-3 отправился в полет 1 декабря 2013 и успешно прилунился четырнадцатого. Кроме посадочного аппарата (начальная масса 3800 кг, сухая 1200 кг) на борту также был небольшой ровер Юйту (нефритовый заяц, в честь силуэта зайца, который можно разглядеть на Луне) массой 120 кг. Ровер проехал всего 114,8 метра, но до 2016 года работал неподвижной научной лабораторией. Чанъэ-3 функционирует до сих пор.


Панорама места посадки

Чанъэ-4 тоже состоял из посадочного аппарата и ровера, но впервые в истории прилунился на обратной стороне Луны. Стартовав 7 декабря 2018, он успешно совершил посадку в кратере фон Кармана 3 января 2019. А для того, чтобы с ним была возможна связь, предварительно, в 2018, в район точки L₂ системы Земля Луна был выведен спутник Цюэцяо (Сорочий мост, по легенде, соединивший влюбленных).


Фрагмент панорамы места посадки

Следующий очевидный шаг возвращение грунта. Но предварительно стоило испытать технологии. И специальный тестовый аппарат Чанъэ-5Т1 отправился в полет 23 октября 2014, облетел Луну и успешно вернулся на Землю 31 октября.


Спускаемый аппарат после посадки

По размерам и пропорциям спускаемый аппарат является уменьшенным СА корабля Союз (или во многом основаннsм на нем СА китайского корабля Шэньчжоу). Успешное возвращение Союзов от Луны в беспилотном варианте проверили еще в СССР (Зонды 4-8), но еще одно испытание делу не вредило. А летевший вместе с ним разгонный блок ракеты-носителя вышел на орбиту вокруг Луны, где провел два сближения с расчетной точкой для проверки будущей стыковки Чанъэ-5.

Ракета

В первоначальных планах Чанъэ-5 должен был отправиться в полет еще в 2017 году, но главным тормозящим фактором оказалась ракета-носитель. Аппарат неизбежно получался довольно тяжелым и требовал самую тяжелую из доступных ракет-носителей Китая, Великий поход-5 (25 тонн на низкую орбиту, 9,4 тонны к Луне). Однако во втором пуске, 2 июля 2017, произошла авария на одном из двигателей центрального блока (второй ступени), из-за чего ракета и полезная нагрузка были потеряны. После доработки двигателя были обнаружены новые проблемы, что затянуло возвращение к полетам, и Великий поход стартовал снова только 27 декабря 2019. Чанъэ-5 будет всего лишь шестым пуском для этой ракеты-носителя.


Вывоз ракеты на старт

План полета

К сожалению, о точном времени старта и этапов миссии нам не известно. Судя по объявленным опасным для судоходства и авиации районам пуск состоится 24 ноября с 04:00 до 07:00 по пекинскому времени (ночь с понедельника на вторник с 23:00 до 02:00 МСК). Другие источники по якобы инсайдерской информации называют 20:25 21:15 UTC (23:25 00:15 МСК). Дату посадки на Луну также пытаются угадать по, например, кадрам с репетиции миссии. Если экстраполяция корректна, то Чанъэ-5 должен сесть в районе 20:30 UTC 29 ноября. Длительность миссии объявлена в 23 дня, так что возвращение спускаемого аппарата стоит ожидать в районе 15 декабря. Этапы миссии также известны только в общих чертах.


План полета

На орбите Луны аппараты разделяются перелетная ступень и спускаемый аппарат остаются на орбите, посадочная и взлетная ступени совершают посадку. Аппарат собирает примерно 2 килограмма образцов грунта, с поверхности и при помощи бурения, и загружает их во взлетную ступень. Взлетная ступень выходит на орбиту и перегружает образцы в спускаемый аппарат. Перелетная ступень со спускаемым аппаратом отправляются к Земле, и спускаемый аппарат с образцами совершает мягкую посадку в обычном месте, Внутренней Монголии. По сути это беспилотный мини-Аполлон, там были те же четыре ступени, разве что стыковка выполнялась человеком при помощи компьютера и приборов. Любопытно, что советские станции для возврата грунта имели только три ступени. Первая обеспечивала перелет и посадку, а вторая стартовала со спускаемым аппаратом. Хитрость советских баллистиков заключалась в том, что вторая ступень стартовала в точно рассчитанное время строго вертикально и выключала двигатель по достижении определенной скорости. В этом случае без каких-либо коррекций траектории спускаемый аппарат попадал в расчетный район посадки на Земле, пусть и с огромной, более 300 же, перегрузкой.


План полета в видео

Станция

Станция в монтажно-испытательном комплексе

Известно, что полная масса Чанъэ-5 составляет 8,2 тонны, посадочную ступень оценивают в 3,8 тонны, взлетную в 120 кг. На посадочной ступени установлены камеры, спектрометр, приборы анализа грунта и георадар. Для забора образцов предусмотрены манипулятор, пробоотборники для поверхностных образцов, ударный бур, механизм транспортировки и загрузки, а также контейнеры для образцов. Оснащение научной аппаратурой посадочной ступени намекает на то, что она может работать долго, но в то же время есть информация, что на ней нет радиоизотопного обогревателя, чтобы пережить двухнедельную лунную ночь.


Трехмерная модель станции

Место посадки

В качестве расчетного места посадки выбран район пика Рюмкера в Океане Бурь. Тамошние молодые базальты очень интересны геологам.


Район посадки относительно других миссий


Несколько возможных мест посадки

Сопровождение миссии

На сайте Европейского космического агентства можно узнать, что его станции слежения будут участвовать в миссии вскоре после пуска Чанъэ-5 будет отслеживать станция в Куру (Французская Гвиана), а незадолго до посадки станция Маспаломас (Канарские острова).



В Китае буквально на днях ввели в эксплуатацию комплекс из четырех 35-метровых антенн на станции Каши (Кашгар) Сианьского центра спутникового контроля. Также для связи с аппаратом вышел из порта корабль дальней связи Юаньвань-3

Эмблема и название

Любопытно, что у миссии есть целых четыре эмблемы:





Как и предыдущие аппараты серии, Чанъэ-5 назван в честь богини Луны.

Заключение

Если миссия Чанъэ-5 будет успешной, то шестой и последующие аппараты будут работать в районе южного полюса. Чанъэ-6 доставит образцы грунта на Землю, седьмой аппарат будет нести посадочную станцию, ровер и прыгуна, который будет перемещаться по поверхности прыжками на ракетных двигателях. Чанъэ-8 в дополнение к научной аппаратуре будет нести технологические демонстраторы добычи ресурсов и строительства сооружений для проверки технологий обитаемой лунной базы, которую планируется построить в 2030-х.

Успешная посадка спускаемого аппарата зонда Чанъэ-5 с образцами лунного грунта 17 декабря стала финалом долгого и интересного пути. До старта план полета был известен только в общем виде, зато сейчас у нас есть не только знание о точном времени выполнения каждого этапа, но и прекрасные кадры, отснятые бортовыми камерами, и другая любопытная информация.


Спускаемый аппарат на месте посадки



Ракета-носитель Великий поход 5 стартовала в ночь с 23 на 24 ноября, по пекинскому времени 24.11 в 04:30, по UTC 23.11 в 20:30. Спустя 739 секунд третья ступень с зондом вышли на низкую околоземную орбиту. После примерно пятнадцатиминутного ожидания двигатели третьей ступени включились вновь и за 413 секунд перевели Чанъэ-5 на высокоэллиптическую орбиту с апоцентром (самой высокой точной орбиты) в районе 400 тысяч километров. Зонд отделился от ступени на 37 минуте полета.

Трансляция пуска, старт с 7:45:00, также есть прекрасное видео в 4К первых секунд полета.


Первая коррекция траектории была выполнена 24 ноября в 14:06 UTC, двигатель тягой 3000 Н включили на примерно две секунды. Вторую коррекцию траектории произвели 26 ноября также в 14:06 UTC, но другими двигателями два меньших двигателя тягой 150 Н проработали 6 секунд. В этот момент аппарат летел уже примерно 41 час и удалился от Земли на 270 тысяч км.

Траекторию аппарата мониторили независимые энтузиасты космонавтики, которые могли, например, заметить включение двигателя по эффекту Доплера и параллельно принимали сигналы от зонда. Вот, например, кадры бортовой камеры, снимающей солнечные панели, полученные англичанами.


Следующим этапом стал выход на орбиту вокруг Луны. На 112 часу полета, в 12:58 UTC 28 ноября Чанъэ-5 включил маршевый двигатель тягой 3000 Н на 17 минут и вышел на предварительную эллиптическую орбиту высотой примерно 400х5600 км. По плану полета он провел на ней три витка, каждый из которых занял около 8 часов.


План полета

Спустя почти сутки, в 12:23 UTC 29 ноября еще одно включение маршевого двигателя сравнимой длительности перевело аппарат на орбиту высотой примерно 200 км.

29 ноября в 20:40 UTC посадочный аппарат отстыковался от орбитального.



Выполнив два маневра 30 ноября, в районе 14 и 18 часов, посадочный аппарат уменьшил перицентр (нижнюю точку орбиты) до 15 км и приготовился к посадке. После пятнадцатиминутного тормозного маневра благополучное прилунение состоялось 1 декабря в 15:11 UTC в 160 км к востоку от пика Рюмкера, точные координаты 43.05680 с.ш., 51.91648 з.д



Панорама места посадки

2 декабря было посвящено забору образцов грунта, который был закончен к 14 UTC. Образцы собирались разными способами бурением колонки глубиной до двух метров и сбором на разных участках поверхности при помощи специального совка. К этому моменту посадочный аппарат провел на поверхности 19 часов. Зонд успешно пережил температуру лунного дня, превышающую 100 градусов Цельсия.


3 декабря в 15:10 UTC взлетный модуль с загруженными образцами стартовал с посадочного, что было зафиксировано оставшейся на Луне камерой посадочного модуля. Спустя примерно 7 минут он вышел на орбиту с апоцентром в районе 200 км и стал фазировать ее для встречи с орбитальным аппаратом.



Орбитальные маневры заняли двое суток, и первая в истории автоматическая стыковка на лунной орбите состоялась 5 декабря в 21:42 UTC. Спустя примерно полчаса капсулу с образцами перегрузили на орбитальный аппарат. 6 декабря в 04:35 UTC взлетный аппарат отстыковался от орбитального и был сведен с орбиты 7 декабря в 22:59 UTC. Китайские СМИ первоначально передали, что он совершил посадку, но доступные знания о конструкции аппарата и запасах топлива говорят, что он разбился о поверхность.


Следующим очевидным этапом стал разгон с лунной орбиты для перехода на траекторию перелета к Земле, который проводился аналогично маневрам по прибытию на лунную орбиту. 12 декабря в 01:54 UTC был произведен первый отлетный маневр, переведший зонд на высокоэллиптическую орбиту высотой примерно 200х5600 км. Спустя сутки или три витка, 13 декабря в 01:51 UTC, произвели второй маневр, и Чанъэ-5 отправился домой. В обоих маневрах скорость аппарата менялась примерно на 400 м/с, но, из-за уменьшившейся массы аппарата, работали двигатели меньшей тяги, 150 Н.



На обратном пути Чанъэ-5 провел две коррекции траектории. Первая прошла 14 декабря в 03:13 UTC, когда два двигателя тягой 25 Н включились на 28 секунд. Во время второй коррекции, 16 декабря в 01:15 UTC, они же включились на 8 секунд. Аппарат начал готовиться к торможению в плотных слоях атмосферы и посадке. На высоте 5000 км орбитальный аппарат отделился от спускаемого и ушел в сторону. Он не сгорел в атмосфере, и у китайского космического агентства на него еще есть не объявленные публике планы.



Чанъэ-5 вошел в атмосферу в 17:33 UTC, погрузился, затем, используя подъемную силу несимметрично летящего спускаемого аппарата, снова поднялся выше границы космоса и во второй раз и уже окончательно вошел в атмосферу. Такая траектория позволяет снизить перегрузку при возвращении. Раскрытие парашютов прошло штатно, и в 17:59 UTC спускаемый аппарат совершил мягкую посадку во Внутренней Монголии в точке с координатами 422019с.ш., 1112620в.д. Несмотря на плохую погоду, поисково-спасательные службы обнаружили его еще в воздухе и оказались на месте приземления спустя считанные минуты.



20 декабря появилась информация, что Чанъэ-5 привез 1731 грамм лунного грунта.


Образцы будут изучаться в специально созданной лаборатории Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук в Пекине.

Пандемия и сопутствующий экономический кризис усложнили, но не смогли остановить космическую жизнь человечества. 2021 год подает надежды на облегчение условий работы и исчезновение масок с фотографий проводов очередного экипажа на МКС. Но даже если излечение планеты займет больше времени, чем хотелось бы, на этот год запланированы весьма интересные миссии.


Солнцезащитный экран телескопа James Webb в последний раз развернули на земле, фото NASA/Chris Gunn

Пилотируемая космонавтика

Макет Тяньхэ на выставке, фото Синьхуа, оно же в большом размере

Одним из главных событий года будет начало строительства китайской орбитальной многомодульной станции, которая в полностью развернутом виде будет иметь три модуля и вес примерно в два раза меньше советско-российского Мира. В первой половине года на орбиту отправится первый модуль Тяньхэ (Млечный путь). Он будет иметь массу в районе 24 тонн и функционал базового модуля двигатели, систему ориентации, один кормовой и четыре носовых стыковочных узла, люк для выхода в открытый космос и прочие необходимые элементы. На этот же год запланирован запуск лабораторного модуля Вэньтянь с дублирующими критически важные элементы агрегатами, дополнительным пространством для хранения, солнечными панелями и шлюзовой камерой. Модуль должен будет пристыковаться к переднему осевому стыковочному порту, а затем, используя аналог манипулятора Ляппа станции Мир, переместится на боковой стыковочный порт. Также запланированы две экспедиции посещения на кораблях Шэньчжоу и два пуска грузовых кораблей Тяньчжоу.


Работы с модулем Наука на Байконуре, фото РИА Новости/Алексей Куденко

МКС в этом году будет продолжать стареть, и кроме продолжения эпопеи с попытками определить и заделать места утечки воздуха в переходном отсеке модуля Звезда, боюсь, мы еще услышим новости об очередных поломках и проблемах. Но станция, наконец, должна пополниться модулем Наука его запуск запланирован на 15 июля. А в конце года в космос отправится модифицированный Прогресс МС-УМ с модулем Причал. Одновременно, 2021 год может стать годом резкой активизации туризма на космическую станцию на декабрь запланирован пуск Союза с двумя туристами, и в конце года к станции должен отправиться Crew Dragon от Axiom Space с тремя туристами. Еще один пилотируемый Дракон от компании Space Adventures должен также в конце года совершить полет на орбиту высотой до 1000 км без стыковки с МКС. 29 марта к МКС планируется отправить Boeing Starliner в беспилотном варианте, это вторая попытка провести испытательный полет корабля, который также будет возить людей на станцию. А обогнавший его Crew Dragon должен будет стартовать в марте и сентябре с новыми вахтовиками по программе Commercial Crew Program NASA.


Схема корабля Гаганьян

Ну и, наконец, на этот год запланировано начало испытаний индийского корабля Гаганьян, пока что в беспилотном варианте. Ожидается, что после двух испытательных полетов, в районе 2022 года, Индия станет четвертой страной (после СССР, США и Китая), самостоятельно запустившей в космос человека.

Беспилотная космонавтика

Запуск ровера Perseverance, фото Alex Polimeni / Spaceflight Now

Прежде всего, в начале года должны будут приступить к работе отправленные прошлым летом марсианские миссии. 18 февраля, сразу с перелетной траектории, войдет в атмосферу Марса ровер Perseverance NASA. А в течение февраля на марсианскую орбиту выйдут китайский Тяньвэнь-1 и Аль-Амаль ОАЭ. Затем китайский аппарат в апреле высадит на поверхность ровер.


Lucy, изображение NASA

31 октября в долгожданный полет должен отправиться телескоп James Webb, который по первоначальным планам должен был приступить к работе в 2007 году и с тех пор много раз превышал и сроки и бюджеты, вызывая раздражение многочисленных высокопоставленных комиссий. В том же месяце, 1 октября с резервной датой 30 октября, должна полететь Луна-25, проект, который придумали еще в 1997 (но он проигрывал конкурсы и какое-то время не двигался совсем, так что самой ранней из известных запланированных дат запуска был 2011 год). Также к Луне планируется отправить сразу несколько аппаратов два по программе NASA Commercial Lunar Payload Services, посадочные аппараты Nova-C от Intuitive Machines (октябрь) и Peregrine от Astrobotic Technology (4 квартал). А еще три орбитальных и один посадочный зонд отправятся в первый испытательный полет ракеты-носителя SLS в ноябре. Также в октябре или ноябре должен полететь очень любопытный аппарат Lucy он отправится изучать троянские астероиды Юпитера, которые могут представлять собой остатки зародышей планет и рассказать о том, как в молодой Солнечной системе происходило формирование планет. Отсюда и название зонда: Люси скелет австралопитека, и зонд может обнаружить останки эпохи формирования планет.

Ракеты-носители

Центральный блок (вторая ступень) ракеты SLS, фото NASA

В ноябре впервые полететь должен еще один долгострой сверхтяжелая ракета-носитель SLS. Если испытательный полет пройдет успешно, то именно она отправит людей в облет луны в 2023 на корабле Orion, и в 2024 на ней отправятся астронавты для новой высадки на Луну. Также на этот год запланирован первый полет ракеты Vulcan Centaur от ULA, более дешевой, чем Atlas V и Delta IV от той же компании. Также на 2021 год запланированы первый полет тяжелой ракеты New Glenn от Blue Origin и орбитальный полет Starship от SpaceX. В первой половине года ожидается испытание новой индийской ракеты-носителя SSLV, а во второй разработанной самостоятельно южнокорейской Nuri (ракета Naro-1 использовала российскую первую ступень). Японское космическое агентство собирается испытать новую ракету-носитель H3. Ну и, конечно же, новые ракеты собираются испытывать частные стартапы южнокорейский, тайваньский, несколько китайских и американских.

Российские пуски

Кроме отмеченных выше, к интересным российским пускам стоит отнести Арктику-М 1, которая отправится на орбиту Молния, спутник радиолокационного наблюдения за Землей Обзор-Р 1, четвертый Ресурс-П (тут можно почитать про российскую группировку ДЗЗ) и три пуска Ангары, один тяжелой А5 и два легкой А1.2. Должны полететь три ГЛОНАСС-К, из них один модификации -К2. Также ожидается активное выведение спутников группировки OneWeb, так что пусков должно быть больше обычного.