НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ №9 - 2003

МЕЖПЛАНЕТНЫЕ СТАНЦИИ

АМС Японии – прошлые и будущие


П.Павельцев. «Новости космонавтики»
Запущенный 9 мая КА Hayabusa – это пятая по счету японская межпланетная станция.

Первые две, MS-T5 (Sakigake, «Пионер») и Planet-A (Suisei, «Комета») были запущены в январе и августе 1985 г. с целью изучения кометы Галлея, а также физических свойств межпланетного пространства. Прожили они долго: Sakigake после выполнения основной программы трижды сближался с Землей и проработал до ноября 1995 г.

Станция Muses-A (Hiten, «Звездная дева»), выведенная в январе 1990 г. на высокоэллиптическую орбиту ИСЗ, многократно встречалась с Луной. При первой встрече в марте 1990 г. она обеспечила выведение на орбиту спутника Луны малого аппарата Hagoromo («Покрывало ангела»), в феврале 1992 г. сама сделалась спутником Луны и упала на ее поверхность в апреле 1993 г.

Судьба Nozomi
Наконец, аппарат Planet-B (Nozomi, «Надежда») был запущен 3 июля 1998 г. с целью исследования состава и динамики атмосферы Марса с орбиты его спутника. Из-за неудачного разгона в поле тяготения Земли 20 декабря 1998 г. программу полета пришлось пересмотреть, и вместо октября 1999 г., как планировалось изначально, аппарат прибудет к Марсу лишь в самом конце 2003 г. или в первых числах января 2004 г. Кроме того, в ходе полета отказал бортовой передатчик диапазона S и остался в работе лишь передатчик диапазона X.

Выполнение новой программы полета оказалось под угрозой, когда 21 апреля 2002 г. Nozomi попал «под огонь» солнечного коронарного выброса (НК №7, 2002). «Обстрел» продолжался 6 часов, причем зарегистрированная плотность потока частиц была рекордной, энергии их зашкаливали за 100 МэВ, а скорость доходила до 140000 км/с! В результате один из преобразователей питания на борту станции вышел из строя – и электропитание КА было нарушено. Последствий было много; среди основных: отключились нагреватели и замерзло топливо бортовой ДУ, аппарат потерял возможность передавать телеметрию. И хотя из 14 бортовых приборов ни один не пострадал, пришлось прекратить научные исследования на трассе полета.
Параметры орбиты АМС Nozomi
(до, между и после встречи с Землей)
ПараметрДата
24.08.200222.03.200330.06.2003
Наклонение орбиты
Перигелий, млн км
Афелий, млн км
Период обращения, сут
2.939°
146.08
216.38
487.0
6.205°
147.07
152.08
365.2
0.418°
151.32
227.02
519.4

К счастью, аппарат сохранил способность принимать команды, и после нескольких попыток операторы и специалисты ISAS смогли наладить с ним двусторонний радиообмен, используя бортовое ПО для автономной работы и радиомаяк станции. Знаете, как врач задает вопросы тяжело больному человеку? «Если вы меня слышите, моргните левым глазом». Вот и тут было сделано то же самое – аппарат «отвечал на вопросы», включая и выключая радиомаяк. По мере того, как Nozomi приближался к Земле, «беседа» становилась все более оживленной. Операторы смогли наладить ориентацию КА и перейти на остронаправленную антенну. Наконец, в промежутке между сентябрем и декабрем 2002 г. частично оттаял замерзший гидразин, и удалось провести коррекции, которые вывели станцию к Земле.

21 декабря 2002 г. в 07:36:57 UTC аппарат прошел на минимальном расстоянии около 30000 км от Земли. Как и планировалось, в результате гравитационного маневра период обращения станции сравнялся с земным годом, но траектория отклонилась к северу от эклиптики.

19 июня 2003 г. Nozomi вернулся к Земле, прошел на минимальном расстоянии 11000 км от нее в 14:43 UTC и вышел на траекторию полета к Марсу.

Между двумя встречами с Землей станция находилась практически на постоянном расстоянии от Солнца (благодаря чему гидразин полностью растаял) и не удалялась от Земли более чем на 16 млн км (что облегчало связь). Все усилия операторов и инженеров ISAS были направлены на то, чтобы полностью разобраться в состоянии борта и подготовиться к «дистанционному ремонту» системы электропитания в июле–сентябре. Если он увенчается успехом, аппарат сможет выйти на орбиту спутника Марса и будет выполнять свою программу. Если нет – с удалением от Солнца гидразин замерзнет вновь и маневр у Марса окажется невозможным.

Расчетная орбита захвата имеет высоту 300 км в перицентре и 15 радиусов Марса в апоцентре при наклонении 170° к плоскости эклиптики. Выйдя на нее, Nozomi должен будет развернуть штангу научной аппаратуры и антенны, а затем перейдет на рабочую орбиту с перицентром на высоте 150 км и периодом 38.5 час.

Lunar-A: невезучий долгожитель
Первая японская лунная станция Muses-A была экспериментальной. Вторая же предназначалась для решения важной научной задачи – она должна выяснить детали внутреннего строения Луны, определить размеры железного лунного ядра и по результатам сделать вывод, какая из гипотез образования Луны более вероятна.

Проект, получивший название Lunar-A, начали разрабатывать в 1990 г. Аппарат массой 540 кг планировалось оснастить тремя пенетраторами, сбрасываемыми с орбиты спутника Луны и проникающими в грунт на глубину до 3 м. Сеть из трех сейсмометров, установленных на этих пенетраторах, позволила бы путем регистрации лунотрясений установить маршруты распространения сейсмических волн и «нащупать» границу лунной мантии и ядра.

Этот проект, по-видимому, уже можно записать в рекордсмены по количеству задержек и переносов. Первоначально Lunar-A должен был стартовать еще в августе 1997 г. на ракете M-5 №2, но – по последним данным – он не будет запущен раньше лета 2005 г.

Первый перенос случился весной 1997 г. из-за неудовлетворительных результатов механических испытаний КА в лаборатории ISAS в г.Сагамихара. При испытаниях системы подвески и отделения пенетраторов выявилась малая жесткость ее конструкции: ось пенетратора значительно отклонялась от правильного положения при имитации стартовых нагрузок. Это могло привести к отстрелу и полету пенетраторов по нештатным траекториям и входу в грунт под нерасчетным углом. Выяснилось также, что заряд пиротехнического устройства для сброса пенетратора недостаточен и не во всех случаях обеспечивает отделение. Так как доработка предстояла существенная, Lunar-A «пропустил» вперед станцию Planet-B, и его запуск был отложен до марта 1999 г.

К лету 1998 г. дефект системы отделения устранили и ликвидировали утечки из литиевых аккумуляторных батарей пенетраторов. Тут вдруг выяснилось, что через 6 месяцев после выхода на орбиту аппарат попадет в тень на целых 5 часов, и его двух бортовых аккумуляторов просто не хватит, чтобы Lunar-A сохранил работоспособность. А это значило, что вместо года станция проработает вдвое меньше.

После длительных поисков разработчики не нашли ничего лучше, как снять с борта один из трех пенетраторов и за счет высвободившейся массы добавить дополнительные аккумуляторы. Два пенетратора означали заведомо худший научный результат – погрешность определения диаметра ядра сразу возрастала до 50 км, но выбора не было. Один было решено сбросить в Океан Бурь, в район посадки Apollo 12 и Apollo 14, а второй – на обратной стороне Луны.

Чтобы сохранить осевую симметрию КА, аппарат перекомпоновали: вместо трех панелей солнечных батарей с тремя же блоками электроники установили четыре и разместили два пенетратора на противоположных боках КА, а не через 120°, как раньше. Несмотря на большой объем доработок, запуск отложили лишь до августа-сентября 1999 г.

Эти планы пошли прахом в декабре 1998 г., когда аэрокосмическое отделение Nissan Motors (ныне IHI Aerospace Co. Ltd.) провело на полигоне Сандийской национальной лаборатории в США квалификационные испытания своего пенетратора. С помощью т.н. «пушки Дэвиса» моделью пенетратора выстрелили в песок на скорости 323 м/с и при угле атаки 8.6° (номинальные значения – 285 м/с и до 8°). После «выстрела» получить данные от приборов пенетратора не удалось. Вскрытие модели показало, что в ней возникли трещины, повредившие и плату электроники, и кабельный жгут. Отказ произошел из-за грубого просчета разработчиков: корпус пенетратора и внутренний «капсулирующий» материал имели различный коэффициент теплового расширения. Опытный пенетратор изготовили при +25°C, а испытывали с частичной имитацией лунных условий, при -20°С, и разницы всего в 45° хватило для растрескивания.

Это означало, что пенетратор придется по существу разрабатывать заново, и запуск отложили сразу до осени 2002 г.; авария M-5 в феврале 2000 г. повлекла задержку еще на год. В мае 2000 г. в Сандийской лаборатории испытали два варианта пенетратора с новым материалом-заполнителем, на этот раз успешно. Год спустя провели еще одно предварительное испытание с удовлетворительным результатом: связь с приборами пенетратора сохранилась.

На август 2002 г. планировалось зачетное, «квалификационное» испытание пенетратора, но его так и не успели провести – «попали» под следующую отсрочку. После того, как запуск Muses-C был перенесен с ноября 2002 на май 2003 г., «поползло» и расписание следующих пусков на ракете M-5, а их должно состояться еще по крайней мере четыре: с астрофизическими обсерваториями Astro-F (IRIS) и Astro-E2, солнечной обсерваторией Solar-B и со станцией Lunar-A. В результате в январе 2003 г. ISAS объявил, что старт лунной станции отложен на период «после 2004 финансового года». Так как названный год заканчивается 31 марта 2005 г., то ближайшая возможность запустить Lunar-A – это весна или лето 2005 г. Пока известно, что в октябре 2003 г. должны начаться испытания полностью собранной станции.

Selene
Вторая японская лунная станция, Selene, разрабатывается совместными усилиями обоих космических ведомств страны – NASDA и ISAS – с 1996 г. Первоначально запуск планировался на 2003 г., сейчас – на август-сентябрь 2005 г., практически одновременно с Lunar-A. Для запуска будет использован наиболее грузоподъемный японский носитель – H-2A.

Проект Selene является многоцелевым; основные его задачи – это комплексное исследование Луны с орбиты спутника и отработка техники мягкой посадки. Состав АМС и график полета за прошедшие годы пересматривался несколько раз, и в настоящее время выглядит так. Основной аппарат несет два субспутника, которые будут отделены на орбитах вокруг Луны: спутник-ретранслятор и спутник VRAD для измерения радиационной обстановки. Selene в течение года будет вести зондирование Луны и окололунного пространства с полярной орбиты высотой около 100 км с использованием лазерного высотомера, набора камер и спектрометров видимого диапазона, рентгеновского и гамма-спектрометров, магнитометра и анализатора плазмы. Субспутник VRAD будет работать на высотах от 100 до 800 км, а ретранслятор – на орбите с апоселением 2400 км.

После этого Selene разделится на две части, и та, которая до сих пор служила двигательным отсеком, выполнит спуск на поверхность Луны для отработки технологии мягкой посадки с автономной навигацией и уклонением от опасных мест. (Первоначально в составе Selene планировался отдельный спускаемый аппарат, но финансирование проекта было урезано, и разработчикам пришлось «изворачиваться».) После посадки (если она будет успешной) в течение двух месяцев передатчики посадочной ступени и спутника-ретранслятора будут использоваться в эксперименте по радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой.

По материалам ISAS, NASDA, CSA


О лунном радиотелескопе

П.Павельцев. «Новости космонавтики»

24 июля американская компания SpaceDev объявила о получении контракта на первый этап проработки концепции миссии и космического аппарата для развертывания на Луне малого радиотелескопа. Телескоп, предназначенный для исследований в области мультиволновой астрономии, предполагается разместить в районе южного полюса Луны, в точке, которая почти постоянно освещена Солнцем и доступна для связи с Землей.

Заказчиком выступила фирма со звучным названием Lunar Enterprise of California - «Лунное предприятие Калифорнии». Для нее SpaceDev проведет анализ возможностей запуска, выбор возможных траекторий полета и мест посадки, изучит имеющиеся технологии и предложит варианты конструкции КА, а также требования к средствам связи и обработке данных. В основе разработки будет лежать такой подход: использование малых, дешевых и удобных в использовании систем при минимизации риска.

Как заявил председатель и главный исполнительный директор SpaceDev Джеймс Бенсон, это исследование «продолжается там, где мы закончили наш первоначальный проект NEAP 1997 г., нашу разработку Mars MicroMission для JPL в 1999-м и нашу работу с Boeing'ом в 2001 г. по возможным коммерческим лунным орбитальным миссиям».

Как видно из этого перечня, пока ни одна «коммерческая АМС» фирмы SpaceDev (о которых мы в свое время подробно писали) не «улетела» дальше архива. Однако кое-чего SpaceDev за это время добилась. Сделанный ею в кооперации с Университетом Калифорнии в Беркли исследовательский спутник CHIPSat был запущен 13 января 2003 г. и вполне успешно трудится на орбите. Американские военные заказывают Бенсону миниатюрные двигательные установки на гибридном топливе и проект легкой РН Streaker грузоподъемностью до 450 кг, агентство по противоракетной обороне - исследования по применению микроспутников в области национальной ПРО, так что вероятность реализации проекта лунного радиотелескопа больше, чем была бы несколько лет назад.

Заказчик, компания Lunar Enterprise Corporation, является подразделением издательства Space Age Publishing Company. Основатель и директор LEC Стив Дёрст надеется, что его лунный радиотелескоп послужит «катализатором» для целой группы проектов исследования и использования Луны за счет средств частных инвесторов.

По материалам SpaceDev