Как приземляется ракета: Приземление ракеты-носителя Falcon прошло неудачно

Приземление ракеты-носителя Falcon прошло неудачно

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Запуск «Фалькона» состоялся в субботу утром

Американская частная компания SpaceX сообщила, что ракета-носитель Falcon, отправившая к МКС грузовой корабль, совершила жесткую посадку на платформу в Атлантическом океане.

Задачей Falcon было доставить грузовую капсулу Dragon на орбиту к Международной космической станции. Запуск Falcon 9 был произведен в субботу с мыса Канаверал, Флорида, в 04.47 по местному времени (09.47 GMT).

В настоящий момент капсула находится на орбите и приближается к МКС, стыковка должна состояться в понедельник.

С первой частью задачи Falcon справился. После он должен был совершить управляемое возвращение и приземлиться на платформу у берегов Флориды.

Гендиректор компании Елон Маск сообщил у себя в «Твиттере», что во время приземления разгонный двигатель сильно ударился о платформу и был поврежден.

«Почти получилось, — добавил он, — Будет над чем поработать».

Видео посадки сделать не удалось из-за плохой погоды.

Компания продолжит работать над проблемой повторного использования ракеты-носителя. Если специалисты SpaceX смогут осуществить посадку первой ступени на платформу в море, это сильно удешевит запуск ракет. Мягкая посадка будет означать, что первую ступень можно будет восстановить и использовать еще раз.

В перспективе таким же образом можно будет возвращать космические корабли за Землю.

Автор фото, PA

Подпись к фото,

«Фалькон» должен был приземлиться на платформу в Атлантическом океане

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Это первый запуск ракет с октября, когда орбитальная грузовая платформа, принадлежащая компании-конкуренту Orbital Sciences Corporation взорвалась во время запуска.

На сегодняшний день ракеты спроектированы таким образом, что первая ступень отсоединяется в верхних слоях атмосферы, и сбрасывается оставшееся топливо. Таким образом, уменьшается вес второй ступени, которая сохраняет необходимую скорость, чтобы выйти на орбиту Земли.

Первая ступень тем временем падает на Землю и полностью разрушается. Это означает, что для нового полета нужно строить новую ракету, что очень дорого.

Компания SpaceX поставила перед собой задачу сохранить ключевые элементы первой ступени с тем, чтобы потом их использовать вновь.

Двигатель первой ступени, созданный компанией, при возвращении замедляет полет еще в воздухе, так как имеет оперение, помогающее снизить скорость, и опоры, при помощи которых совершается посадка на платформу.

До сегодняшнего момента компания проводила тренировочные посадки на платформу.

Размер платформы менее 100 м в ширину, а предыдущие эксперименты с управляемой посадкой показали, что радиус приземления может доходить до 10 км.

Тем не менее компания воодушевлена успехами, в частности тем, что первая ступень приземлилась на платформу, чего раньше у нее не получалось.

Не все так просто

Джон Логстон, почетный профессор Института космической политики Университета Джорджа Вашингтона говорит, что идея повторного использования ракет чрезвычайно заманчива.

«Если запуск ракеты станет дешевле, мы сможем позволить себе неудачи. А это значит, что при создании новых спутников и космических кораблей вам не придется тратить столько денег как раньше, чтобы быть абсолютно уверенным, что корабль выполнит свою задачу».

Доктор Адам Бейкер из Ракетной лаборатории Университета в Кингсттоне, Великобритания, говорит: «На сегодняшний момент исследование космоса представляется чрезвычайно дорогим делом. Если SpaceX сможет снизить стоимость запуска на 50%, применение космической техники станет более широким. Люди смогут использовать космос в своих целях – например, для получения солнечной энергии, запускать больше спутников, готовить большее количество астронавтов. Полеты в космос станут более частыми, и мы все сможем попробовать это. Станут возможны экспедиции на Луну, Марс, возможно, даже колонизация Марса, и мы продвинемся дальше в Солнечную систему».

Автор фото, Reuters

Подпись к фото,

Ученые уже строят планы колонизации Марса — если Falcon выполнит поставленные задачи

По мнению научного корреспондента Би-би-си Джонатана Эймоса, эти фантастические путешествия не так близки, как кажется.

Действительно, система, которую можно восстановить и использовать еще раз, расширит возможности человечества. Однако надо помнить, что двигатель первой ступени состоит из 50 тысяч деталей.

Компания SpaceX старается избежать постройки нового двигателя, сконструировав его таким образом, что его можно будет восстановить. На сегодня ее двигатель «Мерлин» способен совершить 40 пусков без какой-либо серьезной замены деталей.

Однако проблема заменяемости деталей, по мнению Райчел Валейн, сотрудника аналитической компании Euroconsult, является проблемой компании SpaceX. «У заказчика всего три требования: время, качество и цена».

Каковы бы ни были результаты экспериментов с Falcon, они вынуждают мировую космическую индустрию действовать более решительно.

В Европе сейчас идет работа над более дешевым вариантом ракеты-носителя «Ариан», который должен быть готов к 2020 году. Он, однако, не будет подлежать повторному использованию.

разбираем на примере SpaceX • AIN.UA

16 Сентября, 2021,
18:01

976

16 сентября, в 3:00 по Киеву компания SpaceX запустила на орбиту космический аппарат Crew Dragon, у него на борту — экипаж из четырех человек, который проведет в космосе трое суток. Пуск и посадку первой ступени компания транслировала в прямом эфире, такие трансляции за последние годы стали довольно популярными не только среди любителей космоса.

AIN.UA публикует небольшой гайд о том, как проходит пуск ракеты, и что означают аббревиатуры вроде MAX-Q или SECO, которые появляются на экране в это время. Разберем эту терминологию и этапы на примере последнего пуска Falcon 9.

Откуда стартует ракета

Обычная стартовая картинка для таких трансляций выглядит так:

Фото SpaceX

На фото мы видим ракету Falcon 9, ее первая ступень отличается по цвету от второй, потому что до пуска она два раза уже использовалась. На самом верху ракеты — аппарат Crew Dragon, в котором будет находиться экипаж.

Локация, где находится ракета — Космический центр Кеннеди во Флориде, одна из пусковых площадок, их по всему миру — довольно много:

Изображение National Geographic

Площадка, с которой 16 сентября 2021 года стартовал Falcon 9, выглядит так:

Фото SpaceX

Это — пусковой комплекс LC-39A в Космическом центр Кеннеди, SpaceX в 2014 году подписала 20-годичный контракт с NASA на его использование. Огромное здание на переднем плане — это ангар. В нем ракета находится до пуска в горизонтальном положении.

Этапы запуска ракеты

Почти всегда во время онлайн-трансляций пусков отмечают этапы, которые проходит ракета перед и после запуском. А после старта зрителям показывают ее телеметрию (данные о положении, скорости, высоте и т.д.). Разберем, что означают основные понятия и этапы, которые проходит двухступенчатая ракета, на примере пуска Falcon 9.

Ниже — скриншот с трансляции пуска ракеты SpaceX 16 сентября. Все этапы подготовки и запуска указывают на кривой внизу. Кто бы ни был производителем ракеты, если ее пуск транслируется онлайн, то организаторы стараются помечать эти этапы графически, чтобы зрители ориентировались, что происходит.

Обозначение T- (время) на скриншоте выше — это расчетное время до запуска. Тип топлива, который использует Falcon 9 — керосин (RP-1) + жидкий кислород (LOX). Обозначения, видные на кривой S2 RP-1 LOAD и S2 LOX LOAD — это заправка 2-й ступени ракеты (Stage 2) топливом (RP — керосин, LOX — кислород в жидком виде). Жидкий кислород, которым заправляют ракету, кипит при -183°C, его нужно стравливать, и когда суперохлажденный кислород попадает в окружающий ракету воздух, возле нее конденсируются облака влаги. Поэтому перед стартом можно наблюдать, что корпус ракеты как бы «дымится».

Какие еще обозначения могут выводиться на этот график? В случае с пуском Falcon 9 эта последовательность выглядит так:

  • Заправка (мы писали о ней ранее).
  • Engine Chill — охлаждение двигателя.
  • Strongback Retract — отведение от ракеты кабель-заправочной мачты. Происходит за несколько минут до старта.
  • Start Up — старт предпусковых процедур, на этом этапе ракету контролирует компьютер.
  • Liftoff — сам момент пуска.
  • MAX-Q — важный этап пуска, момент максимальной динамической нагрузки на ракету (она набирает сверхзвуковую скорость, но воздух еще недостаточно разрежен). Он наступает через минуту-полторы после взлета.
  • MECO — main engine cut-off, отключение главного двигателя. После этого от ракеты отделяется первая ступень (и в случае с Falcon 9 приземляется). Ракета продолжает полет на двигателе второй ступени — это этап SES-1 (second engine startup). На этом этапе на экран выводится телеметрия для первой и второй ступени (скорость и высота).
  • Entry Burn — когда первая ступень входит в атмосферу, включается двигатель, чтобы снизить ее скорость.
  • SECO-1 — second stage engine cut-off, отключение двигателей второй ступени.
  • Landing — приземление первой ступени.
  • Dragon Deploy — отделение аппарата с экипажем на борту от второй ступени. Dragon с этого момента продолжает полет уже без помощи ракеты.

Больше о том, как устроены и как летают ракеты Falcon 9, можно прочесть в пользовательском гайде.

Что происходит с ракетой после запуска

Проще всего понять, из чего состоит ракета, ее конструкцию и особенности разгона, можно на этом видео. Здесь несколько ракет (Saturn V, Space Shuttle, Falcon Heavy, SLS) изображены с прозрачным корпусом. Цветные наполнители — это типы топлива и охладителя. Керосин обозначен на видео красным, кислород — голубым, оранжевый — жидкий водород (Lh3). Сейчас, из-за коронавируса в США есть нехватка жидкого кислорода для пуска ракет, об этом недавно заявляли в SpaceX (жидкий кислород используется в кислородных концентраторах и ИВЛ).

На видео хорошо заметно, что под топливо отводится основной объем ракеты, полезная нагрузка (если речь не идет о шаттле) помещается сверху. Ролик также показывает, как работают ступени ракеты:

Projector Creative&Tech Online Institute

Вход / регистрация

или

Запомнить меня

Нажимая «Войти/Зарегистрироваться» вы соглашаетесь с условиями
«Пользовательского соглашения»
AIN. UA

Забыли пароль?

Восстановление пароля

Пожалуйста, введите ваш e-mail. Вы получите письмо со ссылкой для создания нового пароля.

Назад

Илон Маск показал приземление ракеты Falcon 9

Тема дня

  1. Главная

  2. org/ListItem»>

    Технологии

08 июля, 2021, 14:11

Распечатать

Видео собрало 3,4 миллиона просмотров.

  • Вам также будет интересно

    >

    • Космический корабль SpaceX взлетел с российским космонавтом

      05.10 19:49

    • В Австралии нашли останки самой большой птицы на Земле

      05.10 19:23

    • Ученым удалось выяснить, как двигаются бактерии

      05. 10 18:44

    • Убивший динозавров астероид вызвал глобальное цунами – ученые

      05.10 15:10

    • В Израиле обнаружили древний клад с золотыми монетами

      05.10 14:35

    • Нобелевскую премию по химии присудили за технологию создания молекул
      Обновлено
      05. 10 12:50

    • Ученые проследили за эволюцией лягушек в Чернобыльской зоне

      05.10 11:27

    • США готовят новые ограничения экспорта микрочипов в Китай

      05.10 05:58

    • Европарламент ввел универсальное зарядное устройство: какое и когда ждать реализации решения

      05. 10 02:37

    • В США решили ввести искусственный интеллект в законодательное поле

      04.10 17:09

    • К Земле на высокой скорости летят сразу четыре астероида

      04.10 14:50

    • Ученые зафиксировали на Солнце сильнейшую за несколько месяцев вспышку

      04. 10 14:11

Последние новости

  • За сутки ВСУ сбили пятнадцать российских БПЛА

    09:28

  • Посевная в Украине: в Минагрополитики оценили вероятные потери

    09:19

  • Россия хочет тайного голосования в ООН по осуждению аннексии территорий Украины

    09:18

  • Как ВСУ осенью освобождали украинские земли: карта от министра Резникова

    09:15

  • Удар по Запорожью: две женщины погибли, под завалами есть люди

    08:54

Все новости

Добро пожаловать!
Регистрация
Восстановление пароля
Авторизуйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Зарегистрируйтесь, чтобы иметь возможность комментировать материалы
Введите адрес электронной почты, на который была произведена регистрация и на него будет выслан пароль

Забыли пароль?
Войти

Пароль может содержать большие и маленькие буквы латинского алфавита, а также цифры
Введенный e-mail содержит ошибки

Зарегистрироваться

Имя и фамилия должны состоять из букв латинского алфавита или кирилицы
Введенный e-mail содержит ошибки
Данный e-mail уже существует
У поля Имя и фамилия нет ошибок
У поля E-mail нет ошибок

Напомнить пароль

Введенный e-mail содержит ошибки

Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!
Уже зарегистрированы? Войдите!
Нет учетной записи? Зарегистрируйтесь!

Как ракеты возвращаются на Землю? The Amazing Tech Involved

Океан — это ракетное кладбище. Обломки тысяч сгоревших ракет, спутников и шаттлов усеивают дно океана. Повторное использование ракет означает меньше отходов, меньшую стоимость и возможность вернуться из пункта назначения намного проще.

Видеть, как космический корабль приземляется и снова легко взлетает, — это то, что мы видели тысячу раз в кино. Теперь мы видим это и в реальной жизни. С момента начала попыток в 2015 году SpaceX успешно запустила и посадила более 50 ракет.0003

Итак, как ракеты могут приземляться на Землю? В этой статье будет рассказано о невероятных технологиях, лежащих в основе многоразовых ракет.

Проблемы посадки ракет

Unsplash — указание авторства не требуется

Есть несколько проблем с посадочными ракетами, даже если они только частично многоразовые.

  • Топливо : Чтобы покинуть атмосферу Земли, ракета должна развить невероятную скорость 17 500 миль в час, также известную как скорость убегания. Для этого требуется колоссальное количество топлива. Топливом обычно служит невероятно дорогой жидкий кислород. Чтобы успешно посадить ракету, нужно запастись топливом.
  • Тепловая защита : Для истинного повторного использования вся ракета должна быть оснащена тепловой защитой, что обычно остается только для той части, которая будет падать обратно на Землю. Это предотвращает повреждение или разрушение частей ракеты при входе в атмосферу Земли. Это также верно для ракет, нацеленных на Марс.
  • Шасси : Для ракеты также требуется шасси. Его нужно сделать как можно легче, но при этом сохранить прочность, необходимую для поддержки массивной ракеты (Falcon 9)., одна из ракет SpaceX, весит 550 тонн).
  • Вес : Чем тяжелее космический корабль, тем больше топлива требуется и тем труднее будет вход в атмосферу. Пустые топливные баки увеличивают сопротивление и вес ракеты, поэтому топливные баки обычно сбрасывают и дают сгореть в атмосфере. Кроме того, тепловая защита и шасси значительно добавят вес.

Как мы уже упоминали, SpaceX уже много раз удавалось совершить этот невероятный подвиг. Так что же за удивительная технология стоит за многоразовыми ракетами?

3D-печать

Unsplash — указание авторства не требуется

3D-печать произвела революцию в промышленности по всему миру, не в последнюю очередь в технологиях, лежащих в основе ракет. На самом деле, некоторые ракеты теперь почти полностью напечатаны на 3D-принтере.

Одним из преимуществ 3D-печати является то, что инженеры могут производить меньше деталей в целом. Печатные детали могут быть гораздо более сложными и не требуют дорогих и уникальных производственных инструментов для каждой детали. Это снижает стоимость строительства ракет и повышает эффективность производственного процесса.

Топливные баки с 3D-печатью

означают, что вам не нужны швы в металле — типичное слабое место, которое может вызвать проблемы в ракетах. Еще одним важным преимуществом 3D-печати является возможность изготовления оптических деталей из легких материалов, что снижает общий вес ракет.

Ретродвижение и наведение

Чтобы ракета приземлилась, обратная тяга должна быть больше, чем вес ракеты. Он также должен быть векторным, что означает, что тяга является направленной и может использоваться для стабилизации спуска ракеты.

Для стабилизации ракеты задним ходом требуется очень точная информация о положении, высоте и угле наклона ракеты. Для этого требуются высокотехнологичные системы, обеспечивающие точные измерения в режиме реального времени с прямой обратной связью с двигателями. Они называются системами управления реакцией (RCS).

Системы управления реакцией

RCS обеспечивает небольшую тягу в нескольких направлениях для управления высотой и вращением ракеты. Примите во внимание тот факт, что вращение может включать в себя крен, тангаж и рыскание, и что RCS должна будет предотвращать все это одновременно, а также контролировать спуск ракеты.

RCS использует несколько двигателей, оптимально расположенных вокруг ракеты. Основная проблема с подруливающими устройствами заключается в обеспечении экономии топлива.

Одним из примеров является ракетная система Merlin компании SpaceX. Это комплект из 10 отдельных двигателей, управляемых системой управления с тройным резервированием. Каждый из 10 движков имеет блок обработки, и каждый блок обработки использует три компьютера, которые постоянно контролируют друг друга, чтобы резко снизить вероятность ошибок.

В двигателе «Мерлин» в качестве топлива используется РП-1 (керосин высокой очистки) и жидкий кислород. Самая последняя версия двигателя может дросселировать (контролируя, сколько энергии он использует) до 39% от его максимальной тяги, что необходимо для управления на высоком уровне при посадке ракеты.

Решетчатые плавники

VargaA/Wikimedia Commons

Решетчатые стабилизаторы

используются для направления многоразовых ракет, таких как Falcon 9, к месту посадки. Изобретенные в 50-х годах решетчатые стабилизаторы использовались в нескольких ракетах.

Решетчатые плавники имеют вид картофелемялки, которые торчат под перпендикулярным углом из ракеты. Их используют, потому что они обеспечивают высокий уровень управления полетом ракеты на гиперзвуковых и сверхзвуковых скоростях. Напротив, традиционные крылья вызывают ударные волны и увеличивают сопротивление на этих гораздо более высоких скоростях.

Поскольку решетчатые стабилизаторы позволяют воздушному потоку проходить через сам стабилизатор, он имеет гораздо меньшее сопротивление, в то время как ракету можно вращать или стабилизировать, вращая или наклоняя стабилизатор, как крыло, но более эффективно.

Еще одна причина, по которой используются штрафы сетки, заключается в том, что с многоразовыми ракетами они технически летят назад, когда приземляются. Это означает, что передняя и задняя части ракеты должны быть очень похожи, чтобы ими можно было управлять в любом направлении.

Шасси

Очевидно, что многоразовой ракете понадобится какое-то шасси. Они должны быть достаточно легкими, чтобы резко не увеличивать количество топлива, необходимого для полета и входа в атмосферу, но при этом достаточно прочными, чтобы выдержать вес ракеты.

В настоящее время ракеты SpaceX используют 4 посадочные опоры, которые складываются в корпус ракеты во время полета. Затем они раскладываются под действием силы тяжести перед приземлением.

Но Илон Маск заявил в январе 2021 года, что для самой большой ракеты SpaceX, сверхтяжелой ракеты-носителя, они будут стремиться «поймать» ракету с помощью рычага стартовой башни. Это уменьшит вес ракеты, потому что ей больше не нужны посадочные опоры.

Посадка в пусковую башню также означает, что ракету не нужно будет перевозить для повторного использования. Вместо этого его просто нужно будет переоборудовать и заправить топливом там, где он есть.

Это еще не все

Ракеты

летали в космос десятилетиями, но для их безопасного возвращения на Землю для повторного использования потребовалось множество технологических прорывов.

Мы не смогли рассказать обо всех удивительных технологиях, используемых в ракетах, которые могут возвращаться на Землю, но мы надеемся, что вы узнали что-то новое из этой статьи! Технологии космических полетов быстро развиваются, и интересно подумать о том, что может стать возможным через несколько коротких лет.

900:00 Как ракета SpaceX возвращается на землю? | Полуразумный Страж | Predict

Все мы знаем, каким технологическим чудом является приземление ракеты-носителя Falcon 9 компании SpaceX на Землю. Но как это работает ? Что на самом деле происходит внутри ракеты-носителя перед выполнением этих завораживающих маневров?
Начинаем прямо сейчас!

Ракета-носитель содержит высокоточные GPS, гироскопы и акселерометры как в верхней, так и в нижней части для точной оценки ориентации, положения и скорости ракеты-носителя. Ускоритель также содержит огромное количество тензодатчиков, которые отслеживают силы, воздействующие на конструкцию в критических точках, особенно тягу двигателя. (Тензометрические датчики представляют собой тонкие пленки с исключительной чувствительностью, которые приклеиваются к поверхностям для электрического измерения растяжения и сжатия конструкций.)

Все эти входные данные снабжены временными метками, чтобы компьютеры с трехсторонним резервированием могли рассчитать, где находился бустер микросекунды назад. Путем сравнения прошлого положения и вектора с желаемым курсом вычисляется последняя навигационная ошибка.

Компьютеры выполняют многие физические уравнения на графических процессорах. Они используются для оптимизации траектории полета, расчета ошибок и управления вектором тяги, положениями решетчатых стабилизаторов и продолжительностью работы двигателей на холодном газе.

У ракеты-носителя есть три возможности корректировки курса с помощью маршевых двигателей. Каждый прожиг обычно выполняется одним центральным двигателем или тремя двигателями подряд.

Ускоритель становится намного легче после расхода топлива и отделения от второй ступени, поэтому первое горение на удивление короткое.

При ускоренном сжигании бустер сначала переворачивается встык. Горение меняет горизонтальную скорость, чтобы вернуться к земле рядом с местом запуска, или, для посадки беспилотного корабля, горизонтальная скорость почти равна нулю или уменьшается, если позволяет топливо. (Все смоделировано заранее, чтобы выбрать позицию для приземления.)

В некоторых редких случаях, когда топлива будет мало, первое горение — это всего лишь незначительная коррекция курса, которая может даже ненадолго увеличить дальность полета до того, как произойдет маневр флипа. Эта ракета-носитель, испытывающая нехватку топлива, войдет в атмосферу под довольно небольшим углом.

Сжигание при входе в атмосферу в основном используется для снижения скорости воздуха, чтобы ускоритель не был поврежден теплом при входе в атмосферу (выхлопное пламя на самом деле намного холоднее, чем гиперзвуковая ударная волна), но это также вторая возможность исправить любую ошибку пути входа в атмосферу.

Между повторным входом в атмосферу и приземлением проходит относительно много времени, падая через все более плотный воздух. Вафельные решетчатые ребра вокруг верхней части могут заставить ускоритель ориентироваться в воздушном потоке довольно широко, сохраняя при этом маневренный двигательный газ. Бортовая ориентация в первую очередь снижает скорость, но любой наклон также меняет горизонтальную скорость. В этот период ракета-носитель замедляется с гиперзвуковой до трансзвуковой. До 10% перепада высоты можно использовать для горизонтальной корректировки во время падения.

Приземление — последняя возможность исправить горизонтальную ошибку. Хотя бетонные зоны приземления имеют радиус более 30 метров, палубы кораблей-дронов допускают погрешность всего в 10 метров. По мере того как ракета-носитель замедляется и приближается к посадочной площадке, главный приоритет смещается к обнулению горизонтальной и вертикальной скоростей при касании посадочных опор. В настоящее время любая остаточная горизонтальная ошибка менее 10 метров является номинальной, хотя Falcon9 обычно приземляется в пределах пары метров.

Для минимизации расхода топлива при посадке включается 1, затем 3, а затем 1 двигатель(и). Интервал работы трех двигателей заканчивается на скорости и высоте, которые позволяют одноцентровому двигателю работать в середине его диапазона дроссельной заслонки. Это дросселирование и центральный наклон двигателя (кардан) являются частью «управления вектором тяги», которое может обеспечить значительную боковую силу в нижней части ускорителя. Поскольку ракета-носитель замедляется во время этого последнего горения, решетчатые ребра теряют эффективность. Для компенсации используются двигатели холодного газа. Поскольку они также расположены вверху, они мало влияют на основание.

Поскольку диапазон дроссельной заслонки одного двигателя не включает уровень, на котором возможно зависание, ракета-носитель должна полностью снизить скорость до посадочной поверхности и отключиться с точностью до микросекунды перед приземлением. Чрезмерная ошибка либо снова поднимет ракету-носитель, либо поглотит материал для раздавливания посадочной опоры (или и то, и другое).

В зоне приземления установлены стационарные GPS-приемники, обеспечивающие непрерывную поправку к бортовой системе GPS ракеты-носителя. (Необработанные данные от обоих приемников объединяются, повышая точность GPS с трех метров до примерно двух сантиметров относительно места посадки. См. «Дифференциальный GPS».) Также измеряются скорость и направление воздуха на месте посадки. Конечно, это подразумевает канал данных зоны приземления, передающий такие данные на ракету-носитель.

Бортовой посадочный радар предоставляет точные данные о высоте и доплеровской скорости. (Во время планирования первого зрелищного приземления с двумя ускорителями Falcon Heavy были опасения по поводу возможных помех между двумя посадочными радарами, поэтому посадки ускорителей были намеренно сдвинуты во времени, чтобы свести к минимуму эту возможность.)

При посадке на дрон-корабль , приземление дополнительно осложняется океанскими волнами, перемещающими посадочную поверхность. Волны не могут быть полностью предсказуемы на основе анализа прошлых событий, поэтому это имеет тенденцию потреблять раздавливаемый материал в посадочных опорах.

План по возвращению астронавтов на Луну стоимостью 93 миллиарда долларов

Утром 17 марта самые большие в мире двери распахнулись, чтобы открыть космическое чудо в Космическом центре Кеннеди в Меррит-Айленде, Флорида. Там, в самом большом здании НАСА, стояла его новейшая ракета — самая мощная из когда-либо построенных и высотой почти 100 метров. В тот вечер огромная колесная платформа медленно выкатилась из здания, неся мега-ракету через прибрежную ночь к стартовой площадке.

Как и многие энтузиасты космоса, Рене Вебер, планетолог из Центра космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, с благоговением смотрела веб-трансляцию. «Эта штука летит на Луну, — подумала она.

И в отличие от любой другой ракеты за последние полвека, эта штука доставит людей на Луну. НАСА планирует использовать его для отправки экипажей обратно на поверхность Луны более чем через 50 лет после того, как американские астронавты в последний раз ходили туда во время программы «Аполлон». Предстоящий толчок называется Артемида, в честь сестры-близнеца Аполлона в греческой мифологии.

НАСА намерено начать эру Артемиды в конце этого года с первого запуска своей мега-ракеты под названием Система космического запуска (SLS). Эта миссия, получившая название Artemis 1, будет летать без экипажа вокруг Луны и обратно в полете продолжительностью от 26 до 42 дней. НАСА надеется достичь своей следующей гигантской цели — высадки астронавтов на южном полюсе Луны — к концу 2025 года. Чтобы поддержать программу Artemis, НАСА заключило контракт с компаниями на отправку на Луну серии автоматических посадочных модулей, которые доставят НАСА- финансировал инструменты для исследования его поверхности и расширения научных знаний, которые могли быть получены в результате миссий космонавтов.

В рамках предстоящей миссии Artemis 1 новый космический корабль НАСА «Орион» совершит полет вокруг Луны без экипажа. Фото: НАСА/Лиам Янулис

Программа Artemis сталкивается с огромными проблемами, в частности, будет ли Конгресс США готов платить несколько миллиардов долларов за полет. Но если она пойдет так, как предполагало НАСА, это даст мощный толчок научному образованию и повышению осведомленности общественности, во многом подобно тому, как программа «Аполлон», родившаяся в результате космической гонки между Соединенными Штатами и Советским Союзом в эпоху холодной войны, вдохновила поколения ученых и инженеров.

Эти шесть стран собираются отправиться на Луну — вот почему

Наука тоже пойдет на пользу. Южный полюс Луны никогда не исследовался людьми или спускаемыми аппаратами (хотя несколько миссий роботов стремятся добраться туда раньше астронавтов Артемиды). Поскольку солнечный свет никогда не достигает частей южного полюса, некоторые районы могли быть заморожены на миллиарды лет. Они могут содержать лед и другие соединения, которые редко встречаются на почти полностью высохшей Луне. Находя эти летучие вещества и изучая их, ученые могут получить представление о происхождении и эволюции Луны, а также о более широкой истории Солнечной системы, включая Землю 9. 0136 1 .

«Думайте об этом как о построении Аполлона», — говорит Вебер. «Программа «Аполлон» полностью изменила наше понимание лунной науки и самой Луны».

Подготовка к полету

Официальный старт Artemis начался в 2017 году, когда бывший президент Дональд Трамп подписал директиву о космической политике, согласно которой НАСА должно сосредоточиться на отправке астронавтов на Луну. Корни этой идеи восходят к 2004 году, когда тогдашний президент Джордж Буш сделал приоритетной отправку астронавтов на Луну, а затем на Марс. В ответ НАСА приступило к разработке ракет большой грузоподъемности — предшественников SLS, — которые могли бы доставлять людей и грузы за пределы низкой околоземной орбиты (см. «Тяжелый подъем»).

В 2010 году президент Барак Обама отменил планы эпохи Буша, поручив НАСА сосредоточиться на разработке своих ракет для отправки астронавтов на астероид в рамках подготовки к полету на Марс (таким образом, обойдя Луну). Конгресс поддержал ракетную программу, предоставив НАСА десятки миллиардов долларов на разработку SLS. Если и когда он, наконец, взлетит со стартовой площадки во Флориде, SLS станет первой новой конструкцией космического летательного аппарата НАСА с момента дебюта космического корабля «Шаттл» в 1981 году. Однако в последний момент у SLS случаются сбои. В апреле важный тест, который должен был заполнить ракету топливом, а затем слить его, выявил некоторые проблемы, в том числе неисправный клапан и утечку водорода. НАСА работает над устранением проблем.

Во время высадки корабля «Аполлон» на Луну с 1969 по 1972 год по поверхности Луны ходили 12 белых мужчин. НАСА заявило, что Артемида высадит на Луну первую женщину и первого цветного человека. В его отряд астронавтов входят несколько цветных женщин, в том числе геолог-планетолог Джессика Уоткинс, совершившая свой первый космический полет — на Международную космическую станцию ​​— 27 апреля.

Дуг Херли, отставной астронавт НАСА, совершивший полет на низкой околоземной орбите, говорит, что отправка людей обратно на Луну станет выдающимся моментом в истории человечества, особенно учитывая современные фотографии и видео Луны (см. «Карта некоторых лунных посадки»). «Первый человек, увидевший это своими глазами за 50 с лишним лет. Это будет грандиозно», — говорит он. «Эти первые фотографии станут вирусными».

В отличие от дней «Аполлона», действие «Артемиды» происходит в эпоху, когда частные аэрокосмические компании разрабатывают свои собственные ракеты меньшего размера, чтобы добраться до Луны. Эта эра коммерческих космических полетов открывает перед американскими учеными широкий спектр возможностей для отправки роботизированных миссий на поверхность Луны. «Со времен Аполлона у нас не было регулярного доступа к поверхности Луны», — говорит Барбара Коэн, лунный ученый из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.

Первое возвращение НАСА на поверхность Луны может произойти к концу этого года. Если все пойдет по плану, две компании, частично финансируемые НАСА, — Intuitive Machines в Хьюстоне, штат Техас, и Astrobotic в Питтсбурге, штат Пенсильвания — совершат две посадки в разных частях Луны. Intuitive Machines нацелена на темную область под названием Oceanus Procellarum, используя инструменты НАСА, такие как видеокамера, для захвата пылевого шлейфа, создаваемого спускаемым аппаратом, когда он приземляется.

Astrobotic отправится к Lacus Mortis, вулканической равнине в северном полушарии Луны, с инструментами NASA, включая масс-спектрометр, который будет измерять, как выхлопные газы при посадке влияют на химический состав лунной грязи. «Глядя на то, как газы взаимодействуют с поверхностью, мы можем многое сказать о том, как они мигрируют и в конечном итоге теряются в космосе или задерживаются в холодных полярных резервуарах», — говорит Мехди Бенна, планетолог из Годдарда и главный исследователь эксперимента. .

Лунный посадочный модуль Peregrine, построенный Astrobotic, должен отправиться на Луну в конце этого года и станет одной из первых миссий в рамках программы NASA Commercial Lander Payload Services, которая является частью Artemis. Фото: Astrobotic

Эти посадочные модули являются первыми в серии Коммерческих услуг НАСА по полезной нагрузке на Луну, в которых агентство нанимает компании для доставки научных инструментов на Луну, а не доставляет их туда самостоятельно. Это рискованное предложение, потому что ни одна из этих компаний ранее не строила лунные посадочные модули. В ближайшие годы запланировано еще как минимум пять спускаемых аппаратов, каждый из которых отправится в другое место и будет нести различные научные инструменты.

Другой зонд Intuitive Machines должен приземлиться в 2024 году на Райнер Гамма, что является ярким примером географического явления, известного как «лунный вихрь». Это сильно намагниченные пятна на поверхности Луны, которые выглядят как извилистые яркие узоры. Запланированный космический корабль под названием Lunar Vertex поместит небольшой ровер в Райнер Гамма для сбора магнитных измерений, чтобы попытаться разгадать, как образовались лунные вихри 2 .

Художественное представление Nova-C, посадочного модуля, построенного Intuitive Machines, который должен доставить научные инструменты в область Гаммы Райнера на Луне. Кредит: Intuitive Machines

Ровер на солнечной энергии проживет всего один лунный световой день, или около 14 земных дней, но за это время он сможет откатиться на сотни метров от места посадки, путешествуя по светлым и темным участкам водоворотов и измеряя сила и ориентация магнитных полей в горных породах. «Это определенно будут самые напряженные две недели в нашей жизни», — говорит Соня Тику, планетолог из Стэнфордского университета в Калифорнии, которая работает над Lunar Vertex.

В 2025 году еще один коммерческий посадочный модуль должен доставить два сейсмометра на обратную сторону Луны; они будут первыми сейсмометрами на Луне со времен Аполлона. Изучая лунотрясения, вызванные геологической активностью и падением метеоритов на поверхность, ученые могут уточнить свое понимание внутренней структуры Луны. Вебер, который является частью команды, говорит, что это может стать началом геофизической сети на Луне, подобно тому, как астронавты Аполлона сбрасывали научные пакеты, включая сейсмометры, магнитометры и другие инструменты в разных местах. Этот наблюдательный массив просуществовал до тех пор, пока НАСА не отключило его в 1977. «Проведение одного и того же эксперимента в разных местах ценно с научной точки зрения», — говорит Вебер.

Еще один посадочный модуль будущего нацелится на одну из самых интригующих целей ученых — лунный лед. В следующем году коммерческая программа НАСА отправит марсоход VIPER, построенный НАСА, в район южного полюса Луны для поиска льда. Ровер высотой 2,5 метра должен быть доставлен компанией Astrobotic для поиска воды и других летучих веществ, замороженных в грязи, а затем с помощью бура длиной 1 метр будет пробовать лед. Приборы на борту марсохода будут изучать фрагменты ядра, которые он поднимает. НАСА хочет, чтобы VIPER служил лунным разведчиком, собирая информацию о том, где распределяются летучие вещества, точно так же, как золотодобытчик будет искать богатые рудой жилы. Любое большое количество воды может служить ресурсом для будущих исследователей Луны.

Иллюстрация марсохода NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), исследующего область Южного полюса Луны, где он будет искать водяной лед. Предоставлено: NASA Ames/Daniel Rutter

Летучие вещества в полярных регионах Луны также являются ключевой научной целью для первой посадки Артемиды с экипажем. Во времена Аполлона ученые не знали, что на Луне есть вода. Они думали, что Луна потеряла всю свою воду во время своего формирования в результате гигантского удара или из-за глубокого холода космического пространства с течением времени. Предварительные доказательства существования влажной Луны появились в 1990-х годов с космических кораблей США, таких как Clementine 3 и Lunar Prospector 4 . В 2009 году индийский орбитальный аппарат «Чандраян-1» измерил частоты света, отражающегося от стенок кратеров и других поверхностей, что подтвердило наличие на Луне небольшого количества воды, застывшей в постоянно затененных областях на высоких широтах 5 (см. «Где вода? ?’).

«Это произвело революцию в нашем понимании лунных полюсов, — говорит Коэн. С тех пор другие ученые расширили исследования лунной воды, чтобы найти ее в других областях, даже в освещенных солнцем частях Луны 9.0136 6 .

Изучение летучих веществ раскроет секреты не только истории Луны, но и остальной части Солнечной системы, говорит Коэн. Меркурий, например, сохраняет лед в своих затененных полярных кратерах, хотя это самая близкая к Солнцу планета, а дневные температуры могут достигать 430 °C. То, как вода попала на Луну и как она выжила, позволяет понять, как это вещество, имеющее решающее значение для жизни на Земле, распространилось по всей Солнечной системе. «Мы идем сейчас, вооружившись этим новым знанием, и это будет принципиально новая наука», — говорит Коэн.

Астронавты Аполлона никогда не приближались к полюсам Луны. Так что астронавты Артемиды будут первыми, кто исследует этот важный регион. Место посадки Artemis 3, которое станет первой миссией по доставке астронавтов на поверхность, еще не выбрано, но оно будет находиться где-то в пределах шести градусов от южного полюса. Подобно астронавтам «Аполлона», экипаж «Артемиды» ходил или ездил по месту приземления, проводя эксперименты и собирая образцы горных пород, чтобы доставить их на Землю для анализа.

Там, где не светит солнце

Рядом с кратером Шеклтона шириной 21 км, расположенным на южном полюсе и названным в честь исследователя Антарктики Эрнеста Шеклтона, находится несколько потенциальных посадочных площадок. В ходе 6,5-дневной миссии на Шеклтон астронавты смогли не только искать летучие вещества, но и собирать камни, оставшиеся от океана магмы, когда-то покрывавшего Луну 7 . Столкновение, которое создало Шеклтон, обнажило куски этой ранее погребенной древней лунной коры.

Южный полюс Луны — потенциальное место посадки первого экипажа астронавтов в рамках программы «Артемида». Они могут исследовать кратер Шеклтона шириной 21 км, который может содержать залежи водяного льда. Фото: ETHZ/LPI/Valentin T. Bickel and David A. Kring

Жизнь и работа рядом с южным полюсом Луны связаны с уникальными проблемами. Поскольку Луна не наклонена вокруг своей оси, как Земля, солнечный свет не всегда достигает ее полюсов. Некоторые участки постоянно освещены, а другие находятся в вечной тени. Каждый лунный день Солнце вращается низко над горизонтом, создавая потусторонний опыт, подобный эффекту полуночного Солнца в Арктике и Антарктике. Поскольку Солнце находится так низко над горизонтом, а лунный ландшафт такой скалистый, части Луны, такие как укромные уголки в глубоких кратерах, могут оставаться в тени.

НАСА должно возглавить возвращение человечества на Луну

НАСА разрабатывает скафандры Artemis, способные выдерживать огромные перепады температур от светлого до темного и обратно. Камеры должны иметь широкий динамический диапазон, одинаково хорошо работающий как в глубокой тени, так и при ярком солнечном свете. И даже передвигаться по поверхности будет непросто. «Это будет дезориентирующая среда для работы», — говорит Хосе Уртадо, планетарный геолог из Техасского университета в Эль-Пасо, который помогает обучать астронавтов НАСА. «Вы можете представить, как гуляете ночью с фонариком».

Астронавты Артемиды будут тренироваться в полевой геологии ночью в суровых ландшафтах Земли, чтобы подготовиться к условиям, с которыми они могут столкнуться на Луне. Использование искусственного освещения, лазерного дальномера, отображения карты или других технических средств может помочь им передвигаться более плавно, говорит Каролин ван дер Богерт, планетарный геолог из Мюнстерского университета в Германии, которая анализировала места приземления космонавтов. «Это будет улучшение по сравнению с тем, что было у астронавтов Аполлона».

Программа «Артемида» предусматривает не только высадку на южный полюс, но и полеты астронавтов в другие части Луны, а также строительство лунной базы и малой космической станции на орбите Луны под названием «Ворота», первые компоненты которой должны быть запущены в 2024 году.

Масштабы и амбициозность программы ставят огромные задачи. Есть финансовые вопросы о том, будет ли у агентства достаточно денег, чтобы осуществить посадку астронавтов в 2025 году; каждый запуск Artemis оценивается в более чем 4 миллиарда долларов США, или одну шестую часть всего бюджета НАСА. Вся программа, охватывающая всю работу, связанную с Artemis, во всех подразделениях НАСА, начиная с 2012 финансового года, оценивается в 9 долларов.3 миллиарда до конца 2025 финансового года. Есть также технические вопросы, например, будет ли вовремя готов космический корабль, который должен доставить астронавтов с лунной орбиты на поверхность, который будет построен американской компанией SpaceX.

Самые оптимистичные документы НАСА по планированию показывают посадку «Артемиды-3» в 2025 году, а затем перерыв в высадке астронавтов до 2028 года.

Многие лунные ученые говорят, что возьмут все, что смогут. «Я очень рад Artemis 3», даже если НАСА не продолжит программу после этого, — говорит Уртадо. «Конечная надежда — на устойчивое присутствие на Луне».

Тем временем НАСА продолжает продвигать планы по высадке людей на поверхность Луны. В ближайшие месяцы он призовет группы геологов, которые хотят разработать научные планы для астронавтов Артемиды-3. Американские лунные ученые изо всех сил пытаются объединиться с коллегами, чтобы побороться за эту первую после Аполлона возможность.

Для многих возвращение на Луну давно отложено и может выйти далеко за пределы мира лунной науки. «Аполлон имел просто ошеломляющий успех, — говорит Дэвид Кринг, геолог из Лунного и планетарного института в Хьюстоне. «Я хотел бы, чтобы Артемида сегодня сделала то же самое для Америки и всего мира.