Lunar Lander (космический корабль) - Lunar Lander (spacecraft)

Эта статья о лунной миссии Европейского космического агентства (ESA). Для других миссий по высадке на Луну см. Лунный посадочный модуль.
Лунный посадочный модуль
LLMoon.jpg
Изображение Лунного посадочного модуля на поверхности Луны
Тип миссииДемонстрация технологий, Исследование
ОператорЕКА
Продолжительность миссииПеревод: ~ 2-4 месяца[1]
Наземные работы: несколько месяцев (предлагается)[1]
Свойства космического корабля
ПроизводительAstrium
Стартовая масса~ 2000 кг (4400 фунтов)[2]
Сухая масса750 кг (1650 фунтов)[2]
Размерывысота: 3,44 м (11,3 футов)[3]
диаметр: 5,6 м (18 футов)[3]
Начало миссии
Дата запуска2018 (предлагается)[2]
РакетаСоюз 2.1б[1]
Запустить сайтКосмический центр Гвианы - ELS
Луна спускаемый аппарат
Дата посадки2018 (предлагается)
Посадочная площадкаЮжный полюс Луны
 

В Лунный посадочный модуль был роботизированная миссия намеревался отправить спускаемый аппарат к Луна во главе с ЕКА Управление пилотируемых космических полетов и операций. Основная цель миссии Lunar Lander заключалась в том, чтобы продемонстрировать способность Европы безопасно и точно доставить полезный груз на поверхность Луны. Более конкретно, миссия продемонстрировала бы технологии, необходимые для достижения мягкой и точной посадки при автономном избегании наземных опасностей, которые могут поставить под угрозу безопасность посадки и надводной миссии. Эти технологии станут активом для будущих исследовательских миссий человека и роботов.[4] Однако реализация проекта была приостановлена ​​на заседании Совета министров ЕКА в 2012 году.[5]

Сценарий миссии

Запуск и передача

Запускаемый из Центра Пространственной Гайаны, Куру, в конце 2018 года на ракете-носителе Союз, спускаемый аппарат вводится в Высокоэллиптическая орбита (HEO) разгонным блоком «Фрегат-МТ» через серию промежуточных орбит. После отделения «Фрегата» спускаемый аппарат использует свою движущую силу для выхода на конечную лунную переходную орбиту и, после общего времени перехода в несколько недель, выходит на полярную орбиту вокруг Луны. После серии Аполуна и Перилуна снижая маневры, спускаемый аппарат достигает конечной низкой лунной орбиты (LLO) на высоте 100 км.[6]

Низкая лунная орбита

Находясь на низкой лунной орбите, Lunar Lander готовится к заключительному этапу миссии, ожидая правильного созвездия орбиты, геометрии Земли и Солнца и выполнения операций проверки и калибровки систем, важных для посадки. Ожидается, что время, проведенное посадочным устройством в LLO перед началом операций по посадке, составит от нескольких недель до максимум 3 месяцев.[6]

Спуск и посадка

Фаза спуска и посадки начинается, когда спускаемый аппарат выполняет сжигание с орбиты вблизи северного полюса Луны. Этот ожог уменьшает опасность для орбиты примерно до 15 км, примерно на 500 км впереди южного полюса Луны, на половину орбиты позже. Во время выбега используется автоматическое визуальное распознавание ориентиров на лунной поверхности для определения точного местоположения спускаемого аппарата и обеспечения правильного позиционирования в начале окончательного спуска. Направляясь к южному полюсу, спускаемый аппарат входит в финальную фазу спуска с электроприводом. Используя группу двигателей, посадочный модуль замедляется и спускается. На этом этапе необходимо применять переменную тягу по мере приближения посадочного модуля к месту посадки. Более точные уровни тяги достигаются при использовании двигателей ATV с импульсной модуляцией, как показано на этом рисунке. видео обжиговых испытаний на YouTube. На высоте нескольких километров система обнаружения и предотвращения опасностей (HDA) может видеть основную посадочную площадку и оценивать ее. Если основная площадка считается небезопасной из-за наличия поверхностных опасностей (таких как крутые склоны, кратеры, валуны, тени и т. Д.), HDA имеет возможность назначить повторное нацеливание на вспомогательную площадку приземления. Когда безопасное место приземления найдено, посадочный модуль выполняет мягкое касание ногами.

Поверхностные операции

После приземления на поверхность посадочный модуль выполняет важные операции, такие как развертывание своей антенны и мачты камеры, и передает полный пакет данных, касающихся последовательности спуска и посадки, обратно на Землю. Посадочный модуль полагается на прямую связь с земной шар поскольку спутник-ретранслятор для миссии не планируется. Эта конфигурация подразумевает периоды, когда связь с Землей невозможна из-за того, что Земля движется за пределами поля зрения посадочного модуля. Аналогично солнце, земной шар будет ниже горизонта после месячного цикла из-за наклона оси вращения Луны относительно плоскости ее орбиты.
Затем инициируются номинальные наземные операции, которые включают развертывание определенных полезных нагрузок на лунной поверхности с помощью роботизированной руки, активацию других полезных нагрузок статического мониторинга на борту спускаемого аппарата и, в конечном итоге, сбор образцов поверхности с помощью роботизированной руки для анализа приборами на посадочный модуль.

Посадочная площадка

В южный полярный регион Луны был определен в качестве важного пункта назначения для будущих исследовательских миссий из-за уникальных условий поверхности, обнаруженных на определенных участках с точки зрения солнечного освещения, близости научно интересных мест, таких как постоянно затененные кратеры, и потенциального наличия ресурсов, которые могут быть используется. Эти факторы в совокупности делают этот регион сильным кандидатом для будущих исследований человека и потенциально даже для долгосрочного присутствия в виде лунной базы. Недавние орбитальные полеты предоставили убедительные доказательства того, что южный полярный регион может стать важным исследовательским центром.
Продолжительные периоды непрерывного солнце Освещение является уникальным для полярных регионов Луны и позволяет спускаемому аппарату работать от солнечной энергии. Однако ожидается, что благоприятно освещенные места будут ограничены по размеру (несколько сотен метров в поперечнике) и могут представлять собой участки опасной местности с крутыми склонами, валунами, кратерами или протяженной тенью.[7] Эти условия на поверхности требуют использования специальной технологии автономной, безопасной и точной посадки.

Система

Конфигурация

Размеры лунного посадочного модуля [мм] с космонавтом в качестве сравнения размеров

Корпус посадочного модуля имеет цилиндрическую форму с четырьмя посадочными опорами, выступающими по бокам, а по периметру основного корпуса установлены солнечные батареи. На нижней стороне преобладают сопла основных двигателей, а наверху есть место для датчиков и полезной нагрузки.
В спускаемом аппарате будет использоваться роботизированная рука для извлечения образцов почвы для анализа на борту.

Точная посадка, обнаружение и предотвращение опасностей

Полярные посадочные площадки, предлагающие длительные периоды непрерывного освещения, были ограничены по протяженности, анализируя данные с Лунный разведывательный орбитальный аппарат и Кагуя.[7] Следовательно, от Lunar Lander требуется точность посадки в несколько сотен метров. По сравнению с предыдущими миссиями роботизированного посадочного модуля (например, Surveyor[8]), технологии, необходимые для миссии Lunar Lander, могут повысить достижимую точность посадки на один или два порядка, достигнув характеристик, достигаемых только пилотируемыми аппаратами (Аполлон-12 LM приземлился всего в ~ 150 м от зонда Surveyor 3.[9])
Возможные места посадки в полярных регионах также могут быть частично покрыты тенью и могут представлять собой участки с крутыми склонами или большими скалами. Чтобы избежать посадки на небезопасной местности, используется автономная система обнаружения и предотвращения опасностей (HDA). Система состоит из ЛИДАР и камеру, которая генерирует 2D и 3D изображения поверхности, и бортовой компьютер, который использует эти изображения для характеристики ландшафта под посадочным модулем во время последнего спуска. Если зона считается небезопасной, система приказывает перенацелить на безопасную зону приземления, совместимую с оставшимся порохом.

Мощность

Миссии по исследованию планет часто обращаются к радиоизотопным устройствам, будь то RHU или RTG, для поддержки терморегулирования и выработки электроэнергии в условиях, которые часто имеют экстремальные температуры и энергозатратную среду. Однако для Европы, где эти технологии в настоящее время недоступны, использование таких устройств имеет важные технические и программные последствия. В то время как деятельность по исследованию разработки RHU и, в конечном итоге, RTG продолжается в Европе, не ожидается, что европейские устройства будут доступны во время миссии Lunar Lander в 2018 году.[10]
Вместо этого Lunar Lander питается от солнечных батарей, которые обернуты вокруг корпуса. После приземления ось симметрии транспортного средства будет почти перпендикулярна направлению движения. солнце обеспечение постоянного хорошего освещения солнечных элементов при вращении посадочного модуля относительно Солнца (из-за вращения Луны).
Батареи используются для кратковременного отключения солнечной энергии. Солнечная энергия недоступна в LLO, когда спускаемый аппарат выходит на луну. затмение и на земле, когда горные вершины на горизонте закрывают Солнце. Посадочные операции также будут производиться исключительно от аккумуляторной батареи.

Движение

На космическом корабле используются двигатели трех типов:

  1. Шесть 220N Квадроцикл двигатели[11] работал в импульсном режиме[12] для подачи переменного импульса при спуске, так как сам двигатель имеет фиксированный уровень тяги, в отличие от Двигательная установка спуска используется, например, на Apollo.
  2. Пять 500N European Apogee Motors.[13]
  3. Шестнадцать малых двигателей управления ориентацией

Все двигатели 500 и 220 Н потребуются для обеспечения тяги, достаточной для замедления спускаемого аппарата с низкой лунной орбитальной скорости для контролируемого конечного снижения.

Навигация

Корабль использует традиционные средства навигации при переходе по траектории к Луне. Это включает использование ИДУ (объединенная единица акселерометр и гироскоп ), звездные трекеры и датчики солнца. Более того, классифицировать и Допплер измерения с Земли помогут определить положение и скорость космического корабля соответственно.
В LLO и во время спуска необходимо рассмотреть другие средства навигации. На ранних этапах исследования была выявлена ​​необходимость использования абсолютной навигации на основе видения на большой высоте наряду с относительной визуальной навигацией.[2] Эти передовые методы позволяют улучшить навигационные характеристики по сравнению с традиционными методами, такими как инерциальная навигация и определение орбиты Земля-Земля. Кроме того, чтобы гарантировать мягкую посадку и достичь начала фазы захода на посадку в узком коридоре, требуется оценка высоты на борту на большом расстоянии, которая будет доступна с помощью комбинации визуальной навигации и измерений высотомера.

Наука

Научные цели Lunar Lander были установлены в рамках подготовки человека к исследованию. Сюда входит подробное исследование параметров поверхности, имеющих большое значение для будущих операций на поверхности, будь то человек и / или робот.
Была идентифицирована полезная нагрузка модели, касающаяся следующих конкретных тем:

  • микроскопические свойства пыли, включая форму и гранулометрический состав, а также ее состав
  • среда плазмы и электрического поля на поверхности Луны, а также поведение пыли в этой среде
  • возможность проведения радиоастрономических измерений с поверхности Луны
  • потенциальное содержание летучих веществ в реголите (например, ОН)
  • пакет камеры для визуальных данных из окружающей среды Южного полюса

Вся полезная нагрузка либо статически размещена на корпусе посадочного модуля, удерживается на расстоянии от посадочного модуля специальными стрелами, либо развертывается в непосредственной близости от посадочного модуля (1–2 м) роботизированной рукой. Полезные нагрузки, которые анализируют образцы реголита крупным планом, будут получать небольшие количества материала, собранного в непосредственной близости от посадочного модуля устройством сбора данных на конце манипулятора робота.[1]

Статус миссии

В августе 2010 года Astrium была выбрана генеральным подрядчиком.[14] для Lunar Lander Phase B1,[15] который включает в себя макетные работы в области движения и навигации.[10] Этап B1 следует за тремя технико-экономическими обоснованиями, проведенными параллельно EADS Astrium, OHB и Thales Alenia Space, который завершился в 2010 году.

На министерском совете ЕКА в ноябре 2012 года дальнейшее финансирование проекта Lunar Lander выделено не было. Германия, будучи основным спонсором, не смогла найти достаточной финансовой поддержки для программы со стороны других государств-членов. Немецкую делегацию в совете возглавил Петер Хинце, который заявил, что Германия была готова внести 45% от общей стоимости миссии, но не смогла обеспечить финансовую поддержку остальных 55% со стороны других государств-членов.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Fisackerly, R .; и другие. (2010). "Миссия ЕКА на лунный посадочный модуль". AIAA.
  2. ^ а б c d De Rosa, D .; и другие. (5–10 июня 2011 г.). "Миссия ЕКА на лунный посадочный модуль". 8-я Международная конференция ESA по системам наведения, навигации и управления.
  3. ^ а б Карпентер, Дж .; и другие. (2012). "Научная подготовка к исследованию Луны с помощью европейского лунного посадочного модуля". Планетарная и космическая наука. 74: 208–223. arXiv:1207.4965. Bibcode:2012P & SS ... 74..208C. Дои:10.1016 / j.pss.2012.07.024.
  4. ^ "Стратегия освоения космоса ЕКА". esamultimedia.esa.int. Получено 2016-07-26.
  5. ^ «Лунный посадочный модуль ЕКА отложен перед бюджетной конференцией». Получено 21 ноября 2012.
  6. ^ а б Фисакерли, Р. «Европейский лунный посадочный модуль: робототехнические операции в суровых условиях» (PDF). ЕКА. Получено 10 апреля 2012.
  7. ^ а б Де Роса, Д. (2012). "Характеристика потенциальных посадочных площадок для проекта Европейского космического агентства по посадке на Луну" (PDF). 43-я конференция по изучению луны и планет; Материалы конференции. Вудлендс, Техас. Получено 7 июля 2012.
  8. ^ Рибарич, J.J. (1978). «Точность посадки геодезического корабля». Журнал космических аппаратов и ракет. 5 (7): 768–773. Bibcode:1968JSpRo ... 5..768R. Дои:10.2514/3.29355.
  9. ^ "Места посадки Аполлона-12 и Сервейера, полученные камерой орбитального аппарата лунной разведки".
  10. ^ а б Фисакерли, Р. (2012). "Европейский лунный посадочный модуль: миссия-предшественник исследования человека". Глобальная конференция по исследованию космоса; Материалы конференции. Вашингтон, округ Колумбия.
  11. ^ "Двухкомпонентные двигатели на 200 N для вездехода ЕКА". Astrium. Получено 5 апреля 2012.
  12. ^ «Лунный посадочный модуль запускается для приземления». ЕКА. Получено 10 апреля 2012.
  13. ^ "Европейский двухкомпонентный двигатель Apogee (EAM), 500 N". Astrium. Получено 5 апреля 2012.
  14. ^ «Astrium исследует автоматическую посадку на южном полюсе Луны». Архивировано из оригинал на 2013-04-03.
  15. ^ «Обзор этапов миссии аэрокосмического проекта».
  16. ^ Кристоф Зайдлер (16 ноября 2012 г.). ""Лунный посадочный модуль "Europas Mondmission fällt aus". Spiegel в сети.

внешняя ссылка