Роботизированный посадочный аппарат израильской космической компании SpaceIL разбился при попытке мягкой посадки на Луну в четверг, что ознаменовало внезапное завершение его миссии. Спускаемый аппарат под названием Beresheet был на пути к тому, чтобы стать первым частным космическим аппаратом, совершившим контролируемую посадку на лунную поверхность.
"К сожалению, нам не удалось успешно приземлиться", - сказал Офер Дорон, глава космического подразделения Израильской аэрокосмической промышленности, во время прямой трансляции попытки посадки. "Мы стали седьмой страной, вышедшей на орбиту Луны, и четвертой, достигшей ее поверхности. Это огромное достижение до сих пор".
Очевидно, что во время спуска у "Бересета" отказал двигатель, который необъяснимо отключился, когда космический аппарат находился на расстоянии около 4 миль от земли. Команде на Земле удалось снова запустить двигатель, но связь с космическим аппаратом была потеряна, что указывает на то, что аппарат почти наверняка врезался в Луну на большой скорости. По всей вероятности, его останки покоятся в небольшом, недавно образовавшемся лунном кратере.
Можно подумать, что заставить крошечного робота приземлиться - проще простого. В конце концов, мы высадили людей на Луну почти полвека назад. Но даже с технологиями и знаниями 21 века посадка на Луну остается невероятно сложной задачей. Успех SpaceIL был бы более похвальным, чем люди могли бы подумать, и, наоборот, их неудача вполне объяснима.
"Главное в лунной посадке - это сесть на ровную поверхность с нулевой скоростью", - говорит Х. Джей Мелош, геофизик, работающий в настоящее время в Университете Пердью в Вест-Лафайете, штат Индиана. "На Луне это не так просто". Если учесть, сколько энергии и скорости требуется, чтобы отправить туда космический корабль, нетрудно понять, сколько всего может пойти не так, если заставить его замедлиться до нулевой скорости. Даже если бы двигатель "Берешета" не отключился, нет никакой гарантии, что он смог бы изящно приземлиться.
С Земли Луна выглядит яркой и блестящей, но на самом деле ее поверхность невероятно неровная, испещренная кратерами, валунами и зыбкими геологическими объектами. Из-за этих опасностей трудно найти ровный участок земли для приземления: Нил Армстронг почти исчерпал запас топлива в поисках нового места посадки во время полета "Аполлона-11", поскольку ему показалось, что на прежнем месте было слишком много кратеров и валунов. На самом деле, из-за своей поверхности "Луна более сложна для посадки, чем Марс", - говорит Мелош. "На самом деле нет ни одного места [на Луне], которое было бы лучше другого. Статистически все одинаково".
Космический корабль без экипажа лишен человеческой интуиции, которая побудила Армстронга изменить курс на лету. Остается надеяться, что автономная система, управляющая спускаемым аппаратом, достаточно умна, чтобы распознать опасность на поверхности и сесть в безопасном месте. Пока неясно, есть ли на израильском аппарате программное обеспечение для предотвращения опасностей, как на китайских лунных аппаратах "Чанъэ"; судя по тому, насколько пустой была миссия, Мелош предполагает, что нет.
Хотя меньшая гравитация Луны облегчает замедление при спуске, спуск на безвоздушное тело затруднен. Когда вы сажаете самолет на Земле, поле давления нашей атмосферы помогает отталкиваться от транспортного средства и замедлять движение. В вакууме это поле давления не существует.
Но, возможно, одна из самых больших проблем при высадке на Луну - это знание того, где вы находитесь. У нас до сих пор нет технологии, позволяющей точно определить местоположение готовящегося к спуску аппарата. "На Луне нет GPS, а на Земле мы считаем это само собой разумеющимся", - говорит Алисия Чианчиоло, инженер аэрокосмической отрасли в Исследовательском центре НАСА имени Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния. "Мы не знаем точного положения или скорости автономного транспортного средства в любой момент времени". Сеть глубокого космоса НАСА помогает собирать некоторую информацию о таких вещах, но это всего лишь оценки, и из-за огромного расстояния существует время задержки. На этом расстоянии могут накапливаться ошибки.
По мере схода с орбиты и выполнения маневров по спуску, говорит Мелош, наземные аппараты ориентируются по инерции - "то есть они пытаются определить свое положение по ускорению, действующему на космический аппарат", - говорит Мелош. "Но гравитация не дает никакого инерционного ускорения. Акселерометр абсолютно не реагирует на любые изменения в гравитационном поле". Безопасная посадка означает, что вы должны действительно хорошо чувствовать лунное гравитационное поле - то, что в начале этого десятилетия было охарактеризовано в лаборатории НАСА по восстановлению гравитации и внутреннему пространству (GRAIL) (в работе которой участвовал Мелош).
Все эти неопределенности делают более насущной задачу повышения автономности космического аппарата, что фактически требует от вас воображения и планирования каждой вещи, которая может пойти не так. "Недостаток воображения - это то, что мы не можем спланировать и проверить", - говорит Чианчиоло.
Она и другие сотрудники НАСА Лэнгли работают над улучшением бортовых систем и смягчением потенциальных ошибок, которые растут в ходе таких миссий, особенно в рамках проекта агентства SPLICE (Safe and Precise Landing-Integrated Capabilities Evolution). Цель проекта - повысить точность и безопасность автономной посадки космических аппаратов за счет лучшей интеграции всех датчиков на борту и усиленной обработки данных. Работа еще не завершена, но есть надежда, что SPLICE в скором времени выведет автономные системы посадки на новые высоты, особенно в преддверии цели возвращения на Луну к 2024 году.
Хотя моделирование помогло нам со временем усовершенствовать эти системы, лучшим учителем является реальный опыт, независимо от того, заканчивается ли он успехом или неудачей. Неудача SpaceIL - это не обязательно катастрофическая потеря. В долгосрочной перспективе каждая подобная миссия помогает лучше понять, что может пойти не так, и какие решения могут предотвратить катастрофу в следующий раз. "То, что идет не так, иногда является просто недостатком воображения с нашей стороны, и просто нужно научиться смягчать последствия другими способами", - говорит Чанчиоло.