Этот крошечный, новаторский спутник берет на себя большую лунную миссию

Если цели CAPSTONE окажутся успешными, за ним могут последовать гораздо более крупные лунные орбитальные аппараты.

Отредактировано 2023-25-06
Концепция спутника CAPSTONEМаленький космический аппарат CAPSTONE на орбите вокруг Луны, концепция художника.

Через несколько лет, если все пойдет хорошо, астронавты НАСА отправятся на Луну на борту капсулы Orion - 8,5-тонного убежища, которое заполнит собой большую комнату. Но на другом конце спектра размеров - но во многом не менее важном для целей освоения Луны - находится космический корабль, который может аккуратно разместиться на офисном столе.

Этот аппарат называется Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment - сокращенно CAPSTONE. Он будет запущен к Луне в конце июня и станет первым лунным спутником такого класса. И это будет пробный запуск, за которым планируются будущие, возможно, более блестящие миссии. CAPSTONE может помочь НАСА создать узел связи, который в недалеком будущем будет огибать Луну.

Стипендия CubeSat

Несмотря на свои размеры, CAPSTONE примечателен по нескольким причинам, многие из которых связаны с классом спутника: CubeSat.

CubeSat, в общем, кубические: распространенные базовые модели имеют размер около 4 дюймов по бокам и весят не более 4,5 фунтов. Вы можете держать его в руке; вы даже можете собрать его вручную, поскольку в большинстве случаев используются готовые компоненты. Их можно складывать в большие спутники. CAPSTONE объединяет 12 CubeSat, что меньше, чем самый большой на сегодняшний день спутник (в котором использовалось 16).

С 1998 года до начала июня 2022 года было запущено 1 862 CubeSat, и это число должно более чем удвоиться к 2028 году. Низкая стоимость CubeSats означает, что они доступны любителям, университетским группам, начинающим стартапам, небольшим развивающимся странам и тем, кто не располагает ресурсами SpaceX или крупных мировых космических агентств.

Однако низкая стоимость CubeSats сделала их привлекательными и для других миссий. В 2019 году НАСА заключило контракт с частной компанией Advanced Space на создание CAPSTONE за 13,7 млн долларов. (Для сравнения, даже самый примитивный большой лунный зонд может стоить на порядок дороже). Advanced Space решила использовать CubeSats, чтобы дешево и быстро вывести зонд в космос.

Подавляющее большинство CubeSat находятся на околоземной орбите. Лишь некоторые из них вышли за ее пределы. В 2018 году два из них прибыли на Марс вместе с миссией НАСА Mars InSight. Абсолютно ни один из них не отправился к месту назначения CAPSTONE на орбите Луны.

"На сегодняшний день не существует лунных кубсатов", - говорит Джекан Танга, инженер из Университета Аризоны, который не участвует в проекте CAPSTONE. "CAPSTONE будет первым в этом отношении".

Другие CubeSat отправляются в полет вместе с неэкипажным испытательным аппаратом Artemis 1. В зависимости от времени их запуска - в настоящее время он запланирован не ранее августа - они могут опередить CAPSTONE на Луне.

Две миссии CAPSTONE

CAPSTONE будет запущен с полуострова Махия в Новой Зеландии на ракете Electron, построенной частной космической компанией Rocket Lab, которая в основном выводит на околоземную орбиту небольшие спутники. CAPSTONE станет первой попыткой Electron добраться до Луны. "Это тоже своего рода прецедент, - говорит Танга.

В начале ноября, после 3,5-месячного путешествия, CAPSTONE встанет в необычную вытянутую петлю вокруг Луны, называемую около-прямолинейной гало-орбитой (NRHO). Она проходит на высоте от 1 000 миль над одним полюсом до 43 500 миль над другим полюсом. Выход на NRHO - это не просто забавное любопытство. CAPSTONE протестирует эту орбиту для будущего Lunar Gateway, космической станции на лунной орбите, запланированной в рамках программы Artemis.

"Нет никакой реальной уверенности в том, что математика работает", - говорит Читэм, но CAPSTONE даст операторам космических аппаратов практику для выхода на эту орбиту.

Во время полета по орбите Луны CAPSTONE попытается сделать кое-что еще: поговорить с космическим аппаратом, не связываясь с наземным управлением на Земле. Бортовой компьютер CAPSTONE попытается установить связь с Lunar Reconnaissance Orbiter, более ранним космическим аппаратом НАСА, который ведет съемку поверхности Луны с 2009 года, и вычислить положение обоих аппаратов. Когда связь от Земли до Луны, даже на скорости света, занимает более 1 секунды, возможность общаться с местными спутниками является полезной способностью.

Будущие CubeSats, говорит Танга, могут сделать эту возможность более постоянной. Например, это облегчит связь с дальней стороной Луны, которая в настоящее время недосягаема для Земли. Когда в прошлом году китайский аппарат "Чанъэ-4" приземлился на дальней стороне Луны, ему понадобился еще один спутник для передачи сообщений на Землю и обратно.

Лунные спутники, которые общаются друг с другом, смогут легче избежать столкновений, и им не придется обращаться к наземному управлению Земли по любому поводу. "Мы хотим сделать приоритетным этот наземный контакт", - говорит Читэм, отменяя рутинные проверки местоположения в пользу передачи важных оперативных данных,

Коммуникация - это король

Внимание всего мира, скорее всего, будет приковано к полетам корабля "Артемида" с экипажем, когда он действительно оторвется от земли, первый из которых намечен на 2024 год. Но такие небольшие миссии, как CAPSTONE, необходимы для того, чтобы заложить основу (или, так сказать, космическую работу) для этих астронавтов.

В планах - новые лунные миссии, которые могут стартовать уже в конце этого года. НАСА поручило нескольким компаниям построить целую армаду лунных посадочных аппаратов, оснащенных научными экспериментами для измерения таких параметров, как подповерхностная вода, состав поверхности Луны и сила ее магнитного поля, что позволит проверить перспективы будущих лунных полетов.

По мере того, как все больше и больше полетов Artemis и астронавтов будут добираться до Луны, они будут полагаться на такую инфраструктуру, как Лунный шлюз, который будет действовать как центр связи и доставки для астронавтов на поверхности. Этот план подвергся критике - некоторые комментаторы считают, что высадка на Луну через Gateway приведет к тому, что миссии потребуют больше энергии и дорогостоящего топлива.

Но Gateway - это только начало. Космические агентства и их партнеры по проекту Artemis планируют все - от лунных шахт до лунного спутникового навигатора и лунных атомных электростанций.

"Есть ощущение, что на Луне будет гораздо больше трафика, - говорит Танга, - а это требует гораздо большей инфраструктуры, включая такие системы, как Gateway".

Поправка (24 июня 2022 года): Место запуска CAPSTONE было изменено с Чесапикского залива на Махеа, Новая Зеландия. Кроме того, компания, создавшая ракету Electron, называется Rocket Lab, а не Rocket Labs.