Полет "Небесной феи": 35 лет запуску первой японской лунной станции
Тридцать пять лет назад Япония стала третьей — после СССР и США — державой, отправившей космический аппарат к Луне. 24 января 1990 года из космического центра Утиноура стартовала твердотопливная трехступенчатая ракета Mu-2S-2. Она вывела на промежуточную околоземную орбиту сборку из разгонного блока KM-M и «инженерного образца космического аппарата» MUSES-A, построенного Институтом космических и астронавтических наук Японии (ISAS). Так началась одна из самых первых историй японских межпланетных аппаратов, которые весьма сильно отличаются от зондов других стран как устройством и назначением, так и «особенностями поведения».
Старт с космодрома у самурайского замка и действующего вулкана в снежный буран
Аппарат MUSES-A отправился в космос на седьмой модификации ракеты семейства MU, построенной на государственные деньги компанией Nissan, вторым по величине автопроизводителем в Японии. Аэрокосмическое подразделение Nissan существовало с 1953 года и сыграло важную роль в создании японских твердотопливных ракетных двигателей. Разработка MU-3S-2, самого мощного носителя семейства (при стартовой массе 61 т отправляла на околоземную орбиту полезный груз в 800 кг) началась в 1980 году. Уже в первых двух стартах в 1985 году ракета вывела на траекторию полета к комете Галлея два первых межпланетных зонда Страны восходящего солнца — MS T5 («Сакигакэ») и Planet A («Сюйсей»).
В этот раз пусковая кампания не была особо масштабной, и скудно освещалась в СМИ. Казалось бы, такое важное событие — первый пуск к Луне — не должно было остаться незамеченным, но прямой трансляции обратного отсчёта не было. Однако журналисты всё же сгрудились на склоне холма в нескольких километрах от космодрома, чтобы понаблюдать за пуском.
Кстати, о космодроме. Утиноура расположен на побережье Тихого океана вблизи посёлка Кимоцуки в префектуре Кагосима на Кюсю — самом южном из четырех главных островов Японии. Население префектуры состояло тогда в основном из лесников и рыбаков. Древний портовый город Кагосима на западном побережье одноименного залива, построенный вокруг главного замка некогда могущественного княжества Сацума, обстреливали британские корабли в 1863-м, он пострадал от пожара в 1877-м, извержения вулкана в 1914-м и авиаударов союзников в 1945-м. Сегодня это областной центр с населением в шестьсот тысяч человек, известный своей керамикой Сацума...
К сожалению, обратный отсчёт был остановлен на 18-й секунде из-за проблем с электропереключателем, который регулировал питание гидравлического насоса, отклоняющего сопло навесного ускорителя. Это был первый случай в ряду пяти пусков MU-3S-2, когда обратный отсчёт пришлось остановить в последнюю минуту.
Ветер, дующий с действующего вулкана Сакурадзима (Онтакэ-Яма), засыпал стартовую площадку пылью и пеплом, но инженеры заявили, что проблемы с электричеством от этого не зависели. Специалисты, которые пытались вернуть в чувство красно-серебристый «карандаш» с двумя ускорителями, лежащий на наклонной направляющей, дрожали от холода: обогреватели в жилых и служебных помещениях космического центра, пришлось отключить, чтобы сэкономить энергию для стартового оборудования. Дальние рубежи при подъезде к площадке окружали добровольцы из близлежащих городков в красно-чёрной пожарной форме.
Ночью начался снежный буран, но ракета была готова к взлету. Старт! И вот она уходит среди клубов дыма в ночное небо над Тихим океаном, скользя между горами.
Через несколько минут полезный груз вышел на промежуточную орбиту. После двух оборотов вокруг Земли твердотопливный разгонный блок перевел аппарат на вытянутый высокий эллипс. По традиции, подтверждением успешного запуска стало переименование зонда в «Хитен», что в переводе с японского означало «Небесная дева (или «Небесная фея»), играющая на музыкальных инструментах» в буддийской мифологии.
Увы: скорость выведения оказалась на 50 м/с меньше расчетной, в результате чего апогей вместо 476 тысяч составил 290 тысяч километров. Пришлось расходовать драгоценное топливо бортовой двигательной установки и возвращать зонд на номинальную орбиту.
"Небесная фея" на пути к Луне
ISAS и Национальное агентство по космическим разработкам (NASDA) готовились к будущим межпланетным путешествиям. Полет MUSES-A должен был предоставить опыт навигации и управлении зондами на больших расстояниях от Земли. Руководитель полета Хироки Мацуо сказал журналистам: «Мы отправляемся на Луну, но нашей целью не является сама Луна. В 1990-х годах наш институт приступает к межпланетным полетам, и для этого нам необходимо усовершенствовать технологии».
Фактически «Хитен» был спутником, который ISAS приспособило для проверки технологий будущих лунных и планетарных миссий. Изначальными целями запуска космического аппарата массой 197 кг были:
проверка возможности гравитационного маневра для изменения траектории;
двойные пролеты мимо Луны;
вывод субспутника на окололунную орбиту;
эксперименты по оптической навигации на стабилизируемом вращением космическом аппарате;
испытание отказоустойчивого бортового компьютера и пакетной телеметрии;
эксперименты по торможению в окололунном пространстве;
обнаружение микрометеороидов, измерение их массы и скорости.
Основной аппарат представлял собой цилиндр высотой чуть менее метра и диаметром около полутора метров. С одного конца цилиндра выступала малонаправленная антенна, а на другом был закреплен миниатюрный субспутник «Хагоромо» (с японского — «Ангельский покров») массой 12 кг и высотой около 30 сантиметров. Оба космических аппарата были созданы японской корпорацией NEC при поддержке государства.
Электроэнергию давали солнечные батареи, наклеенные на внешней поверхности, и буферный аккумулятор. Аппараты стабилизировались закруткой со скоростью 10 — 20,5 об/мин. Материнский зонд управлялся гидразиновыми микродвигателями (восемь штук тягой 23Н и четыре тягой 3Н), имел два солнечных датчика, звездный трекер, индикатор горизонта и три акселерометра. За все хозяйство отвечал бортовой процессор.
На борту материнского аппарата находился счётчик микрометеоритов разработки Мюнхенского технического университета, а также оптическая навигационная подсистема из двух ПЗС-детекторов изображений.
Японские ученые могли следить за аппаратом посредством антенн системы дальней космической связи НАСА в Тидбинбилле, Австралия, и Голдстоуне, Калифорния. Прокладывая свой курс, космический аппарат ориентировался на яркие звёзды и край Луны.
Япония стала третьей "лунной" державой
Во время первого пролёта мимо Луны «Хитен» сбросил «Хагоромо». Из 12 кг его массы на тормозной ракетный двигатель приходилось 5 кг. Миниатюрный космический аппарат, предназначенный для работы на окололунной орбите, имел самый простейший бортовой комплекс с радиопередатчиком, позволяющим определять элементы движения микрозонда вокруг Луны, а также мониторить окружающую температуру и электрические поля, передавая данные на «Хитен» для последующей ретрансляции на Землю.
Однако выяснилось, что передатчик субспутника не функционирует. По словам Кунинори Уэсуги, ведущего научного сотрудника ISAS, это произошло из-за отказа одного из элементов (конкретно — пустякового транзистора).
После отделения субспутника и включения его ракетного двигателя по сигналу таймера «Земля» потеряла связь с «Хагоромо», так как не могла отслеживать его радио. Специалисты управления не понимали, смог ли аппарат "зацепиться" за окололунную орбиту или ушел петлять вокруг Солнца?
К счастью, японские астрономы с помощью крупных оптических телескопов смогли не только подтвердить включение тормозного двигателя, но и обнаружить «Хагоромо» на орбите вокруг Луны.
К 19 марта 1990 года «Хитен» достиг двух целей: облетел наше ночное светило, используя его гравитацию для увеличения скорости и высоты полета вокруг Земли, и вывел на окололунную орбиту субспутник «Хагоромо» размером с баскетбольный мяч. «Хитен» был не только первым японским окололунным зондом, но и первой автоматической станцией, запущенной к Луне третьей (кроме СССР и США) страной. А «Хагоромо» ввел Японию в эксклюзивный клуб держав, способных запускать искусственные спутники Луны.
Отправка аппарата на окололунную орбиту показала возросший уровень знаний японских инженеров. Кунинори Уэсуги выразил свое восхищение их работой в бейсбольных терминах, когда сказал журналистам, что успех «был подобен попаданию мячиком в глаз жука на дальнем от домашней базы поле». Ни «Хитен», ни «Хагоромо» не должны были совершать посадку на Луне.
Несмотря на то, что к 1990 году в космос самостоятельно вышли уже восемь стран и международных организаций (СССР, США, Франция, Япония, КНР, Великобритания, Индия и Европейское космическое агентство), исследованиями Луны до полета "Небесной феи" занимались только Америка и Россия.
"Чип и Дейл" спешат на помощь
Хотя формально большая часть целей MUSES-A была достигнута, у японских ученых остался горький привкус от невозможности полноценной работы с «Хагоромо» из-за отсутствия связи. Пилюлю подсластили американцы.
Эдвард Белбруно и Джеймс Миллер из Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА разработали специальную траекторию, которая позволяла выйти на орбиту вокруг Луны… основному японскому зонду «Хитен».
Белбруно занимался численным моделированием траекторий с низкой энергией и узнал о проблемах, возникших с «Хагоромо». Он разработал предложение и 22 июня 1990 года самостоятельно отправил его в ISAS. Японцы отреагировали положительно, и позже реализовали этот вариант.
Траектория, разработанная Белбруно и Миллером для зонда «Хитен», использовала «теорию слабой границы устойчивости» и требовала лишь небольшого изменения пролетной эллиптической орбиты, достаточного для достижения цели с помощью двигателей самого космического аппарата. Маленькая коррекция приводила к временному захвату зонда на орбиту вокруг Луны с использованием «почти нулевого приращения скорости» (так называемый «баллистический переход»), но для ее реализации требовалось пять месяцев полёта вместо обычных трёх дней, которые нужны при штатном гомановском переходе. Это был первый случай практического применения низкоэнергетического перехода на орбиту вокруг Луны. Но перед этим, накручивая эллипсы вокруг Земли и Луны, «Хитен» продемонстрировал технику аэробрейкинга — торможения в верхних слоях земной атмосферы для изменения параметров траектории.
После восьмого пролета Земли 19 марта 1991 года "Небесная фея" «чиркнула по воздуху» над Тихим океаном на высоте 125,5 км. В результате скорость снизилась на 1712 м/с, а высота апогея — на 8665 км. Это был первый подобный маневр зонда для исследования дальнего космоса.
При десятом пролете 2 октября 1991 года «Хитен» прошел по петле мимо точек Лагранжа L4 и L5 и был временно захвачен на окололунную орбиту. В точках либрации ученые попытались найти захваченную пыль, которая наблюдалась ранее в виде облаков Кордылевского. Напомним, что единственным научным прибором на «Хитене» был мюнхенский счётчик пыли. Никаких облаков пыли, превышающих фоновый уровень, обнаружить не удалось.
15 февраля 1993 года «Хитен» был переведен на постоянную (но очень вытянутую) эллиптическую орбиту вокруг Луны, пролетев мимо нашего естественного спутника восемь раз, пока его намеренно не свели с окололунной орбиты.
10 апреля 1993 года "Небесная фея" врезалась в лунную поверхность в точке с координатами 34,3° ю.ш. и 55,6° в.д., между кратерами Стевинус и Фурнериус.
Японские специалисты посчитали, что поскольку орбита была нестабильной и могла привести к падению космического аппарата на обратную сторону Луны, надо использовать остатки топлива, чтобы сместить место падения на видимую сторону, и понаблюдать за соударением. Полная продолжительность экспедиции составила 3 года, 2 месяца и 17 дней.
Самое популярное
