Китай готовится к миссии по высадке на обратной стороне Луны

В декабре Китай предпримет попытку первой в истории мягкой посадки космического аппарата на обратной стороне Луны. Официальные даты начала мисси еще не были озвучены, но согласно последним слухам, запуск должен состояться 8 декабря, а посадка на спутник – в конце месяца, сообщает журнал IEEE Spectrum. По словам команды миссии, возможность точной высадки в определенной точке спутника, а также научная работа в автономном режиме могут заложить основу для будущих программ по исследованию дальнего космоса, а также наделить ученых опытом, который пригодится в рамках будущих миссий по изучению полюсов Луны, запланированных на начало 2020-х годов.

В то же время первая высадка космического аппарата на обратной стороне спутника обещает стать суровой проверкой новых коммуникационных и навигационных технологий, а также технологий посадки.

Аппарат «Чанъэ-4», состоящий стационарной лунной станции и лунохода, которые высадятся на обратной стороне Луны, изначально разрабатывался в качестве дублера «Чанъэ-3» — первого китайского аппарата, высадившегося на лунную поверхность в 2013 году. Но после того, как аппарат успешно прилунился в месте под названием Море Дождей, ученые решили использовать «Чанъэ-4» в рамках отдельной миссии, целью которой является изучение обратной стороны Луны.

Что интересно, луноход «Юйту», который «Чанъэ-3» высадил на поверхность в 2013 году, смог за два лунных дня с момента посадки (по земным меркам около месяца) продвинуться всего на 114 метров, после чего вышел из строя. Ли Мин, вице-президент Китайской академии космических технологий на собрании Международного конгресса астронавтики, проходившем в октябре этого года в Германии, без технических подробностей рассказал, что основной причиной поломки стали «мелкие компоненты машины». Новый 140-килограммовый луноход «Чанъэ-4», добавил Мин, должен оказаться более надежным и сможет функционировать гораздо дольше изначально конструктивно подготовленного для 3-х месячной работы ровера «Юйту».
 

Одним из сложнейших испытаний для команды, занимающейся подготовкой миссии «Чанъэ-4», является тот факт, что обратную сторону Луны невозможно увидеть с Земли. Со временем гравитационные силы нашей планеты замедлили ее вращение, поэтому спутник теперь находится в постоянном приливном захвате. Другими словами, Луна всегда повернута к нам только одной стороной. К сожалению, невозможность видеть обратную сторону спутника затрудняет задачу по коммуникации с ровером и посадочным модулем.

Для решения проблемы Китай отправит в мае будущего года к обратной стороне Луны искусственный спутник-ретранслятор «Цюэцяо», который займет так называемую орбиту Лиссажу. Находясь на этой орбите, зонд будет вращаться примерно в 60-80 тысячах километров за Луной в так называемой точке Лангранжа L2. С этого положения он сможет видеть и обратную сторону Луны, и Землю, куда будут ретранслироваться сигналы с ровера и посадочного модуля.

Для общения с ровером и посадочным модулем спутник «Цюэцяо» будет использовать трехсантиметровый диапазон (частоты 5200-11000 Мгц). В свою очередь аппараты на поверхности будут передавать сообщения между собой с помощью сверхвысокочастотных радиоволн. Для передачи сообщений между «Цюэцяо» и наземными станциями будет использоваться диапазон S (частоты 1550-5200 Мгц). Китай недавно увеличил число своих наземных станций, добавив к тем, что уже установлены в Цзямусы и Каши, новые установки в Аргентине и Намибии – их собираются использовать для передачи телеметрии с аппаратов, слежения, а также передачи команд для новых научных задач.

При посадке комбинированного космического аппарата весом 3780 килограммов необходимо учитывать топографию обратной стороны Луны, которая существенно отличается от той, что находится на ближней к нам стороне. Поверхность на обратной стороне очень неровная, лишь с несколькими относительно плоскими областями – темными базальтовыми равнинами, которых на ближней стороне гораздо больше. Кроме того, на обратной стороне наблюдается очень большая разница высот и более обильное покрытие кратерами. Все это усложняет поиск достаточно просторной и плоской площадки для посадки. Для того же посадочного модуля «Чанъэ-3» выбор посадочного места осуществлялся на площади в сотни квадратных километров. Место для «Чанъэ-4» придется выбирать исходя всего из нескольких десятков квадратных километров подходящей площади.

Из-за этих ограничений было решено проводить высадку аппаратов «Чанъэ-4» в области кратера Карман диаметром 180 километров, что рядом с бассейном Южный полюс — Эйткен. Это место представляет собой самый старый и самый большой ударный кратер в Солнечной системе (диаметр 2500 километров) и пользуется очень большим интересом со стороны ученых, поскольку в нем могут содержаться открытые участки лунной мантии, которая может открыть новые детали об эволюционных процессах в системе Земля-Луна. По словам Пинга Цзиньсуна, отвечающего за работу низкочастоного спектрометра нового лунохода, кратер Карман был выбран не только по этой причине. На самом деле, это единственное место в бассейне Южный полюс— Эйткен, имеющее хоть какую-то плоскую поверхность, подходящую для посадки.

Алгоритмы, используемые подсистемами навигации и управления аппаратами «Чанъэ-4», отвечающими за движение посадочного модуля, его ориентацию в пространстве и прокладывание курса, были существенно доработаны и подстроены под особенности рельефа обратной стороны Луны.

Спуск аппарата на поверхность будет осуществляться в шесть шагов. Первые три – замедление, быстрая корректировка курса и ориентации, а также сближение с поверхностью – будут контролироваться центром управления с Земли. Оставшиеся три – зависание, проверка безопасности спуска и, собственно, медленное прилунение – будут выполняться посадочным модулем в автономном режиме. Радиус области снижения аппарата будет составлять около 450 километров, однако по сравнению с «Чанъэ-3» новый посадочный модуль и луноход будут садиться под более прямым углом.

Следует также отметить, что новый посадочный модуль и луноход более адаптированы для работы на лунной поверхности, по сравнению с предыдущими аппаратами. Оба оснащены источниками питания на базе радиоизотопных термоэлектрических генераторов, которые позволят им проводить температурные замеры поверхности. Например, во время лунной ночи температура окружающей среды может опускаться здесь почти до -180 градусов Цельсия. Китайское космическое агентство рассчитывает, что благодаря более тщательной подготовке новая лунная миссия окажется более продолжительной и успешной.