19 января японский космический аппарат SLIM совершил посадку на Луну, выпустив перед касанием два небольших лунохода. Не всё прошло гладко, однако зонд смог выполнить основные задачи, стоящие перед ним.
Как прошли полёт и прилунение, с какой неприятностью столкнулся SLIM после посадки и почему его работа крайне важна для будущих лунных миссий человечества? Так как SLIM был запущен на одной ракете вместе с рентгеновским телескопом XRISM, о первых результатах его работы также будет кратко сказано в конце статьи.
Статья посвящена только полёту, посадке и работе SLIM на Луне, его обзор, как и телескопа XRISM, был приведён в прошлом материале об этих миссиях. Созданием, запуском и обеспечением миссий занимается Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA).
Содержание:
Завалившийся вперёд SLIM на поверхности Луны, снимок сделан луноходом LEV-2 через некоторое время после посадки. Credit: JAXA/TOMY Company/Sony Group Corporation/Doshisha.
Первоисточник статьи
Author: Колпаксиди Александр Павлович.
Самое важное о SLIM
Как уже упоминалось выше, детальный обзор аппарата был приведён в статье, посвящённой запуску. Но нужно отметить, что SLIM (Smart Lander for Investigating Moon, русс. «Умный посадочный модуль для исследования Луны») — технологический демонстратор с двумя основными целями:
- совершить мягкую посадку на Луну с беспрецедентной точностью (отклонение менее 100 метров), используя лёгкие, простые и относительно дешёвые решения;
- протестировать ряд необычных решений, применённых в конструкции.
Научные исследования стоят на втором месте.
Благодаря первой цели SLIM получил неофициальное название «Лунный снайпер».
Полёт, прилунение и работа на поверхности
SLIM был запущен вместе с телескопом XRISM 7 сентября 2023 года с помощью японской ракеты-носителя среднего класса H-IIA с космодрома Танегасима. Во время полёта SLIM получил снимок Земли с расстояния около 100 тыс. км.
Снимок Земли с расстояния около 100 тыс. км, полученный SLIM. Credit: JAXA.
На орбиту Луны аппарат вышел только 25 декабря. SLIM двигался по очень времязатратной траектории к Луне, которая была необходима из-за запуска вместе с XRISM и позволила сэкономить топливо. На орбите Луны было получено ещё несколько снимков.
Снимки Луны, полученные SLIM с орбиты. Credit: JAXA.
Многие обратили внимание на довольно низкое качество фотографий. Это неудивительно, ведь SLIM, будучи технологическим демонстратором, не оснащён соответствующими камерами.
Первоначально SLIM вышел на полярную эллиптическую лунную орбиту с высотой 600 х 4000 км, которая была снижена до почти круговой 600-километровой орбиты. Перед посадкой высота орбиты была снижена до 15 км.
Прилунение состоялось 19 января 2024 года в 18:20 по московскому времени, в Японии было уже 20 число. Как и предполагалось, посадка произошла вблизи крошечного кратера Сиори в восточной части кратера Кирилл на видимой стороне Луны.
Место прилунения SLIM. Credit: JAXA/NASA/ASU.
Через 5 дней SLIM был обнаружен с орбиты американским зондом Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), который заснял его с высоты около 80 км над поверхностью Луны. Кроме самого японского аппарата можно увидеть характерное светловатое диффузионное пятно, образовавшееся благодаря работе двигателей при посадке. Яркая область слева — светлый материал от кратера Сиори. Ширина изображения — примерно 880 метров, север сверху.
SLIM на Луне, снимок LRO. Credit: NASA/Goddard/ASU.
SLIM выпустил небольшие луноходы экспериментальной конструкцией LEV-1 и LEV-2 (последний также может обозначаться как TLR или Sora-Q; Lunar Exploration Vehicle, русс. «Лунный исследовательский аппарат») перед касанием и поддерживал связь после посадки, но его солнечные батареи не получали энергию. Как выяснилось позже, SLIM как бы «уткнулся носом» в поверхность. Времени было мало: нужно было собрать и отправить как можно больше данных на Землю прежде, чем аккумуляторы SLIM разрядятся до 12% — безопасного значения, после которого работа может быть восстановлена при освещении солнечных батарей в будущем. Суммарно зонд успел проработать 2 часа 37 минут после посадки, за этот период с лунохода LEV был передан важнейший снимок, который раскрыл причины произошедшего и прояснил будущее SLIM. Аппарат завалился вперёд, он потерял сопло одного из двигателей (ещё до прилунения) и повредил одну из антенн (после). Но была и хорошая новость: когда Солнце переместится по лунному небу (1 лунный день длится 14 земных) в западную часть, то сможет осветить батареи SLIM.
Завалившийся вперёд SLIM на поверхности Луны, снимок сделан луноходом LEV-2 через некоторое время после посадки. Credit: JAXA/TOMY Company/Sony Group Corporation/Doshisha.
Так что же произошло? Данные телеметрии показывают, что один из двух главных двигателей вышел из строя на заключительном этапе посадки. Это произошло на высоте 50 метров, что привело, судя по телеметрии, к небольшому движению вверх и на запад. Однако SLIM автоматически учёл аномалию и смог совершить посадку. Аппарат был спроектирован таким образом, чтобы сначала коснуться поверхности под углом 15 градусов одной задней опорой, а затем опрокинуться вперед и стабилизироваться на четырёх передних опорах. Возможно, из-за проблем с двигателем удар по задней опоре получился слишком сильным или SLIM прилунялся по иному сценарию.
На этих снимках видно отвалившееся сопло и некоторые части SLIM (отмечены красным). Синим отмечено расположение характерного валуна, использованного для сопоставления кадров. Credit: JAXA.
Несмотря на проблемы, отклонение от планируемой точки прилунение составило примерно 55 метров! Это стало понятным после анализа снимков с навигационной камеры и данных с LRO.
По центру показаны снимки с навигационной камеры SLIM, наложенные на снимки с индийского орбитального зонда «Чандраян-2». Credit: JAXA/ISRO.
Кроме снимка от лунохода LEV было передано изображение с самого SLIM. Оно сделано мультиспектральной камерой Multi-Band Spectral Camera (MBC, русс. «Мультидиапазонная спектральная камера», фактически единственный научный прибор SLIM) путём синтеза 257 монохромных изображений низкого разрешения. Последнее объясняется тем, что изображение было сделано для изучения состояния SLIM и MBC.
Изображение поверхности Луны, составленное из снимков мультиспектральной камеры MBC. Credit: JAXA/Tsumeikan University/The University of Aizu.
Многие камни уже получили неофициальные названия. Credit: JAXA/Tsumeikan University/The University of Aizu.
Развёртывание экспериментальных луноходов было успешным. Сферический луноход-трансформер LEV-2 получил снимки SLIM и окружающей поверхности, а LEV-1 смог успешно установить прямую связь с Землёй. Последнее кажется не особо интересным, однако масса LEV-1 составляет всего лишь 2,1 кг, т. е. это самый маленький земной аппарат, с которым установлена прямая связь на таком расстоянии!
Выброс и развёртывание LEV-1 и LEV-2, иллюстрация. Credit: JAXA.
Как и было и рассчитано, 28 января солнечные батареи были наконец-то освещены и SLIM вернулся к работе. У специалистов было несколько дней до наступления лунной ночи, поэтому они начали полноценную работу с MBC. На данный момент результаты тех наблюдений не обработаны и не опубликованы. Кроме этого также было опубликовано несколько новых снимков со SLIM.
Снимки Луны, полученные SLIM после пробуждения. Credit: JAXA.
31 января SLIM вновь отключился, но уже из-за наступления лунной ночи.
Последние снимки SLIM. Credit: JAXA.
Что дальше?
Японские специалисты попытаются восстановить работу SLIM после наступления следующего лунного дня. Однако аппарат не приспособлен для того, чтоб пережить экстремально холодную лунную ночь, поэтому шансы минимальны. Мало того, если даже SLIM и удастся оживить, то только ближе к закату, когда Солнце вновь сможет осветить солнечные батареи зонда.
Несмотря на проблемы, технические решения, применённые в SLIM, помогут в будущей колонизации небесного тела. Особенно сверхточная посадка, которая позволит доставлять грузы близко к колониям.
Естественно, японцы не планируют останавливаться на SLIM. Ранее они уже реализовывали успешные орбитальные миссии «Хитэн» и «Кагуя», а полученные в рамках миссии SLIM знания и опыт будут использоваться в создании новых посадочных аппаратов. Так Япония и Индия работают над совместной миссией Lunar Polar Exploration Mission (LUPEX, русс. «Полярная миссия по исследованию Луны»), запуск которой может состояться уже в 2026 году. А в 2030 году планируется запуск миссии «Геракл», создаваемой Японией, Канадой и странами Европейского союза. Также японская компания ispace Inc., которая весной 2023 года не смогла прилунить свой зонд Hakuro-R, сможет воспользоваться опытом SLIM для Hakuto-R M2 и последующих аппаратов. Кроме того, Япония активно участвует в новой лунной программе США с широким международным участием «Артемида».
Итоги миссии SLIM
- Теперь Япония — пятое государство после СССР, США, КНР и Индии, чей аппарат смог совершить мягкую посадку на Луну!
- Хоть SLIM и является лишь небольшим технологическим демонстратором, решения, применённые в его конструкции, помогут в будущих лунных миссиях человечества.
- Теперь LEV-1 — самый маленький аппарат, который смог напрямую установить связь с Землёй с поверхности Луны.
- И хотя научные исследования стояли на втором месте, мультиспектральная камера MBC успела изучить окружающую поверхность.
- Полученный японскими специалистами опыт поможет им в следующих лунных миссиях.
Отметим, что и до SLIM японцы тоже пытались прилуниться. 16 ноября 2022 года в рамках миссии «Артемида-1» (первая миссия новой лунной программы США с широким международным участием «Артемида») вместе с космическим кораблём «Орион» к Луне было запущено ещё 10 небольших спутников-кубсатов, среди которых был OMOTENASHI. Он имел массу 12,6 кг и размеры 10х20х30 см (6U-кубсат). Планировалось, что его портативный посадочный модуль совершит уникальную для такого типа аппаратов полужёсткую посадку на Луну, где он бы изучал радиационное излучение на её поверхности. Но из-за урагана запуск переносился, и часть кубсатов, которые находились в режиме ожидания, слишком сильно разрядились. У адаптера полезной нагрузки ракеты-носителя не было систем их подзарядки, так как предполагалось, что собранная ракета не будет ждать так долго из-за непогоды. Из-за этого аккумуляторы части кубсатов, среди которых был и OMOTENASHI, разрядились слишком сильно, и устройствам не хватило энергии на первых этапах автономного полёта.
Вторая попытка связана с частным посадочным модулем Hakuto-R, созданным японской космической компанией ispace Inc., с арабским луноходом «Рашид». Авария произошла во время прилунения в апреле 2023 года из-за ошибки в программном обеспечении.
А что с телескопом XRISM?
X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission (XRISM, русс. «Миссия по рентгеновской визуализации и спектроскопии») после подготовки к работе и охлаждения научных приборов до рабочих температур начал наблюдения. Без проблем, правда, тоже не обошлось: не раскрылась перегородка рентгеновского спектрометра Resolve, которая состоит из бериллиевой крышки и стальной сетки. К счастью, крышка полупрозрачна для рентгеновского излучения, она лишь немного снизит чувствительность прибора.
Первой целью XRISM стал остаток сверхновой N132D, расположенный на расстоянии около 160 тыс. световых лет от нас в Большом Магеллановом Облаке, спутнике нашей галактики Млечный Путь. Возраст остатка составляет около 3 тыс. лет, он возник при взрыве звезды в 15 раз массивнее Солнца. XRISM получил как и рентгеновское изображение остатка, так и его рентгеновский спектр, в котором удалось выявить пики таких химических элементов, как кремний, сера, кальций, аргон и железо. XRISM также получил изображение скопления галактик Abell 2319, расположенного в созвездии Лебедь на расстоянии примерно 770 млн световых лет от Земли. Рентгеновское излучение исходит от горячего межгалактического газа, и на изображении становится очевидным, что он распределён неравномерно, что, видимо, связано со слияниями с другими скоплениями и воздействием чёрных дыр.
Так как XRISM создавался с участием американских и европейских специалистов, в обработке данных также принимают участие учёные этих стран.
Рентгеновское изображение скопления галактик Abell 2319, сделанное XRISM и наложенное на полученный наземной обсерваторией снимок в видимом диапазоне спектра. Так как XRISM работает в рентгеновском диапазоне спектра, все цвета на его снимках условные. Credit: JAXA/NASA/ESA.
Остаток сверхновой N132D и наложенный на него рентгеновский спектр. Так как XRISM работает в рентгеновском диапазоне спектра, все цвета на его снимках условные. Credit: JAXA/NASA/ESA.
Поздравляю народ Японии и всё человечество с хоть и не беспроблемным, но успехом миссии SLIM! Отдельная благодарность всем тем, работал и работает над ней и телескопом XRISM!
