Потеряли «Устойчивость»: почему японский зонд рухнул на Луну
Специалисты японской частной космической компании ispace Inc. завершили анализ причин крушения посадочного аппарата HAKUTO-R M2 Resilience («Устойчивость») на Луне. Зонд должен был совершить мягкую посадку в районе Моря Холода 5 июня, но повторил судьбу своего предшественника HAKUTO-R M1, разбившись о лунную поверхность. Почти сразу в ispace предположили, что его успешному прилунению помешал сбой в работе лазерного дальномера — и на пресс-конференции 23 июня эта гипотеза официально подтвердилась.
Долгий путь, снижение и… тишина
Японский зонд Resilience был запущен с помощью ракеты Falcon 9 компании SpaceX 15 января и после успешного отделения от второй ступени носителя отправился в долгий путь к Луне. Его космическое путешествие заняло почти полгода — он летел по траектории низкоэнергетического перехода. Последняя подразумевает более позднее сближение со спутником Земли, но меньший расход топлива, затрачиваемого на старт к Луне и выход на окололунную орбиту. Так, при «стандартном» гоманновском переходе добраться до Луны можно за четыре дня, но это потребует больше ресурсов.
В результате гравитационного маневра вокруг Луны 14 февраля зонд отдалился от нее на расстояние 1,1 млн км, после чего, 6 мая, наконец вышел на окололунную орбиту. К 16 мая высота орбиты составила 100 x 2300 км, а 28 мая, после десятиминутной работы двигателя, стала круговой на высоте 100 км.
Прилунение должно было состояться вечером 5 июня, и аппарат снизил перигей до примерно 20 км. За тринадцать минут до запланированной посадки зонд прошел через самую низкую точку орбиты и включил основной двигатель на торможение. 11-минутный импульс должен был сбросить скорость с 6000 км/ч до примерно 280 км/ч. В этот момент — примерно в двух минутах от контакта с поверхностью — предполагалось выключить основной двигатель, включить дальномерную систему и вторичные двигатели для мягкой посадки.
На этапе, когда космический аппарат оказался на высоте не менее 3 км над Луной, данные о его положении и высоте в бортовую систему управления должен был передавать лазерный дальномер. Однако прибор все это время «молчал», пока «Устойчивость» не снизилась до высоты менее 900 м от поверхности Луны.
Сразу после этого зонд попытался увеличить интенсивность торможения, но к тому моменту двигался гораздо быстрее, чем планировалось: 66 м/с вместо запланированных 44 м/с. Данные телеметрии, полученные с аппарата на высоте 192 м, показали, что на этом отрезке он снижался со скоростью 42 м/с. Передача телеметрии прекратилась на высоте 52 м, когда до расчетной посадки оставались 1 минута 45 секунд. В результате зонд врезался в поверхность на высокой скорости.
После анализа всех имеющихся данных в ispace признали потерю «Устойчивости». На снимках, полученных 20 июня с орбитального аппарата NASA LRO, видно вероятное место крушения японского зонда: кратер диаметром 16 м примерно в 282 м к югу и в 236 м к востоку от запланированного места посадки.
«Глазомер» не сработал
Как заявил на брифинге 23 июня вице-президент японского инженерного офиса ispace Йосицугу Хитачи, в первое время после аварии «Устойчивости» команда миссии пыталась выяснить, что стало причиной отказа — неисправность аппаратуры или ошибка программы. Телеметрия не выявила никаких проблем с ПО зонда и исключила любые неполадки в его двигательной установке.
Затем специалисты проанализировали работу лазерного дальномера. Они обратили внимание, что прибор был установлен правильно, а значит, его характеристики каким-то образом изменились уже в самом полете. Причиной могли стать несколько факторов: условия лунной поверхности (уменьшали количество отраженного от поверхности к зонду лазерного света), снижение мощности лазера или производительности прибора при более высоких скоростях, а также воздействие космической среды — вакуума или радиации.
«В настоящее время мы не можем сузить круг возможных причин или определить, была ли аномалия вызвана одним фактором или комбинацией нескольких факторов», — признался Хитачи.
Вместе с Resilience был утерян 5-килограммовый ровер Tenacious, произведенный в Люксембурге. В этой связи стоит вспомнить, что сам Hakuto-R M2 был изготовлен в Европе компанией ArianeGroup.
Примечательно, что для ispace это уже вторая неудача на Луне. Ранее на штурм этого небесного тела отправился ее первый посадочный аппарат HAKUTO-R M1, который не смог совершить успешную посадку из-за проблем с программным обеспечением: в связи со сбоем системы зонд «думал», что уже находится на поверхности, хотя на самом деле он «завис» на высоте 5 км, пока не израсходовал топливо и не разбился. Вместе с ним был потерян эмиратский ровер Rashid, тоже произведенный в Европе, а также японский мини-луноход Sora-Q.
По словам Хитачи, причина аварии Resilience кроется в другом — ПО на нем сработало на отлично. Между тем у первого аппарата, напротив, не было никаких проблем с лазерным дальномером. В то же время на втором зонде использовалась другая модель прибора, поскольку поставщик лазерного дальномера больше не производил версию, которая использовалась в первой миссии ispace.
«Неудачи могут быть, но важно, что мы движемся дальше»
Для решения проблемы, возникшей на борту «Устойчивости», специалисты намерены усовершенствовать программу испытаний лазерного дальномера и связанных с ним датчиков, отметил технический директор ispace Рё Удзиэ. По его словам, это позволит лучше понять, как устройства работают в непростых условиях — например, при высокой скорости посадки и низкой отражательной способности поверхности Луны.
Второе решение — использование все же другого лазерного дальномера, поскольку тот, который был установлен на Resilience, не прошел летные испытания. Кроме того, команда изучает возможность дополнения лазерного дальномера другими датчиками, такими как лазерный локатор (лидар) или видеокамеры, для обеспечения навигации по местности. Эта работа будет осуществляться при поддержке новой экспертной комиссии, в которую войдут бывшие инженеры NASA и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA).
Конец Hakuto-R M2, безусловно, стал неким этапом в жизни ispace: компания была основана в 2018 году членами команды Hakuto, которая участвовала в конкурсе Google Lunar X-Prize (не стоит путать японскую компанию с китайской iSpace, которая делает ракеты-носители Hyperbola).
Как утверждают в ispace, все эти изменения в проекте не повлияют на график следующих лунных полетов. На данный момент компания готовится к двум — Mission 3, в рамках которой будет построен посадочный аппарат для проекта NASA «Дрейпер» (созданием зонда занимается американское подразделение ispace), и Mission 4, предполагающей строительство посадочного аппарата непосредственно в Японии.
Оба этих полета запланированы на 2027 год. По оценке компании, дополнительные расходы на миссии составят около $10,3 млн (с учетом нового лазерного дальномера и оптимизации программы его тестирования).
«Мы относимся к этому очень серьезно, — отметил исполнительный директор ispace Такеши Хакамада. — Однако важно то, что мы продолжаем попытки. Могут быть неудачи, но мы продолжаем совершенствовать наши системы. Нашей главной целью сегодня [на пресс-конференции] было показать, что ispace, как компания-претендент, уже движется вперед к своей следующей миссии».
