«Lunar Lander» («Artemis»)


Новости космонавтики 1992 №5:
США. Программа "Артемис" - возвращение к Луне.

10 марта. Вашингтон. По сообщению журнала "POPULAR MECHANICS" инженерно-технический персонал космического центра им.Джонсона приступил к разработке небольшого беспилотного модуля "Артемис" для полетов на Луну.

Запускаемый с помощью ракеты-носителя средней грузоподъемности, модуль может нести полезную нагрузку весом до 200 кг, в которую могут входить небольшие телескопы, приборы для проведения геофизических экспериментов и другое оборудование.

Управление полетом лунного модуля будет осуществляться с помощью бортовых радиолокационных станций, а торможение и мягкое касание поверхности Луны обеспечат тормозные двигатели и посадочные шасси, использующие принцип амортизации.

Полеты модулей по программе "Артемис", первый из которых планируется осуществить в 1996 г., будет предшествовать пилотируемым полетам на Луну, объявленным Президентом Бушем в рамках дальнейшего развития космической программы США. Кроме того, в дальнейшем модули могут быть использованы и для доставки различных грузов на лунные обитаемые станции.

По мнению журнала, реализация программы "Артемис" обойдется НАСА дешевле по сравнению с программой "Аполло".


Оператор - ЕКА
Продолжительность миссии - ~ 2-4 месяца
Производитель - Astrium
Стартовая масса - ~ 2 000 кг
Сухая масса - 750 кг
Габаритные размеры - высота: 3,44 м
диаметр: 5,6 м
Начало миссии - 2018
Ракета - Союз 2.1б
Запустить сайт - Космический центр Гвианы - ELS
Посадочный модуль на Луну
Дата посадки - 2018
Посадочная площадка - Южный полюс Луны
Lunar Lander был роботизированная миссия предназначена для отправки посадочного модуля транспортного средства на Луну, во главе с ЕКА. Основная цель миссии Lunar Lander состояла 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 посадку и безопасность миссии. Эти технологии станут активом для будущих исследовательских миссий с участием людей и роботов. Однако реализация проекта была приостановлена на заседании Совета министров ЕКА в 2012 году.
Запускаемый из Центра Пространственной Гайаны, Куру, в конце 2018 года на ракете-носителе Союз, посадочный модуль выводится на высокоэллиптическую орбиту (ВЭО) разгонной ступенью Фрегат-МТ через серию промежуточных орбит. После отделения «Фрегата» спускаемый аппарат использует собственную 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 маневров спускаемый аппарат достигает своей конечной низкой лунной орбиты (LLO) на высоте 100 км.
Находясь на низкой лунной орбите, Lunar Lander готовится к заключительному этапу миссии, ожидая правильного положения орбиты, 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. Фаза спуска и посадки начинается, когда спускаемый аппарат выполняет спуск с орбиты вблизи северного полюса Луны. Этот импульс снижает орбиту примерно до 15 км, примерно на 500 км перед южным полюсом Луны, через пол-витка. Во время снижения 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. 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. 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 опорами.
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 Землей, так как 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. Подобно Солнцу , Земля 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 поверхности Луны с помощью роботизированной руки, активацию других полезных нагрузок статического мониторинга на борту спускаемого аппарата и, в конечном итоге, сбор образцов поверхности с использованием роботизированной руки для анализа приборами на посадочный модуль.
Посадочная площадка
Южная полярная область Луны была определена в качестве важного назначения для разведки будущих миссий из-за уникальных условия поверхности, найденных на определенных участках в условиях солнечного освещения, близость научно интересных мест, такие как постоянно затененные кратеры и потенциальное существование ресурсов, которые могут быть использованы. Эти факторы в совокупности делают этот регион хорошим кандидатом для будущих исследований человека и потенциально даже для долгосрочного присутствия в виде лунной базы.
Основная часть посадочного модуля имеет цилиндрическую форму, с четырьмя опорами, выступающими по бокам. По окружности основной корпус покрыт солнечными элементами. На нижней стороне 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.
Полярные посадочные площадки, предлагающие длительные периоды непрерывного освещения, были ограничены по протяженности при анализе данных с LRO и КА "Кагуя". Таким образом, для Лунного посадочного модуля требуется точность приземления в несколько сотен метров. 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 лидара и камеры, которые генерируют двухмерные и трехмерные изображения поверхности, и бортового компьютера, который использует эти изображения для характеристики ландшафта под посадочным модулем во время заключительного спуска. Если зона считается небезопасной, система приказывает перенацелить на безопасную зону приземления, совместимую с оставшимся топливом.
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.
Вместо этого Lunar Lander питается от солнечных батарей, которые обернуты вокруг корпуса. После приземления ось симметрии транспортного средства будет почти перпендикулярна направлению Солнца для обеспечения 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 уходит в лунное затмение и на грунте, когда горные вершины на горизонте закрывают Солнце. Посадочные операции также будут питаться исключительно от аккумуляторной батареи.
Двигательная установка
На космическом аппарате используются двигатели трех типов:
Шесть подруливающих устройств ATV 220N работают в импульсном режиме для подачи переменного импульса на спуске, так как сам двигатель имеет фиксированный уровень тяги, в отличие от посадочной двигательной установки, используемой, например, на Apollo.
Пять 500N European Apogee Motors.
Шестнадцать небольших двигателей управления ориентацией
Все двигатели 500N и 220Н потребуются для обеспечения тяги, достаточной для замедления спускаемого аппарата с низкой лунной орбитs для контролируемого окончательного снижения.
Навигация
КА использует традиционные средства навигации при переходе по траектории к Луне. Это включает использование IMU (комбинированный блок акселерометра и гироскопа ), астродатчиков и солнечных датчиков. Кроме того, измерения дальности и доплеровские измерения с Земли помогут определить положение и скорость космическогоаппарата соответственно.
В LLO и во время спуска необходимо рассмотреть другие средства навигации. На ранних этапах исследования была выявлена необходимость использования абсолютной навигации на большой высоте. Эти передовые методы позволяют улучшить навигационные характеристики по сравнению с традиционными методами. Кроме того, чтобы гарантировать мягкую посадку и достичь начала этапа 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 к пилотируемым исследованиям. 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 среды 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, собранные в непосредственной близости от посадочного модуля устройством сбора данных на конце манипулятора робота.
Статус миссии
В августе 2010 года Astrium была выбрана в качестве генерального подрядчика для фазы B1 лунного посадочного модуля, которая включает макетные работы в области движения и навигации. Этап B1 следует за тремя технико-экономическими обоснованиями, проведенными параллельно EADS Astrium, OHB и Thales Alenia Space, завершившимися в 2010 году.
На министерском совете ЕКА в ноябре 2012 года дальнейшее финансирование проекта Lunar Lander не поддержано. 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.