Развитие технологий имеет решающее значение в освоении других тел Солнечной системы. И в последнее время интерес к нашему ближайшему соседу — Луне — возрастает всё сильнее. У космических агентств и компаний сформировалась потребность в доставке грузов на поверхность нашего спутника.

Отсюда возникла программа по доставке коммерческих грузов на Луну — CLPS. NASA уже заключило контракты с двумя компаниями и рассчитывает на дополнительное сотрудничество для поддержки будущих лунных миссий.

Чтобы подготовиться к этим миссиям, NASA провело ряд исследований с целью изучения технологий, необходимых для сбора ценных данных о Луне. Эти исследования привели к некоторым открытиям в двигательной инженерии, системах навигации и связи, системах посадки и других критически важных для посадочных аппаратов подсистемах. Недавно агентство опубликовало концепцию посадочного аппарата среднего размера, который смог бы доставить ровер в полярные районы Луны.

Об аппарате

Этот посадочный модуль спроектирован для запуска на ракете со стандартным 5-метровым обтекателем. Подойдёт и Atlas 5 от ULA и Falcon 9 от SpaceX. Модуль сможет доставить примерно 300 килограмм полезной нагрузки в полярные области Луны. Его полёт к нашему спутнику может занять от 3 до 6 суток. В ходе полёта будет выполняться проверка всех систем посадочного модуля и его полезной нагрузки.

Вся миссия будет разделена на 6 фаз. Условные обозначения: CLV — ракета-носитель; TLI — манёвр по выведению аппарата на траекторию к Луне; TCM — дополнительный орбитальный манёвр; DSN — сеть связи в глубоком космосе; KSC — Космический центр им. Кеннеди; MSFC — Центр космических полётов им. Маршалла; С/О — проверка; LV — сокр. от CLV; SRM — система твердотопливных двигателей; ACS/DCS/RSC — системы контроля ориентации (ACS и RSC) и помощи при спуске (DCS); TRN — относительная навигация по местности; NDL — навигационный лидар; PSI — взаимодействие с выбросами пыли на поверхности Луны при посадке.

Спуск на поверхность Луны будет проходить в четыре этапа: торможение, снижение с уклоном, заход на посадку и посадка.

Для торможения будут использоваться двигатели на твёрдом топливе. Прямо перед началом снижения с уклоном они отделятся от аппарата. Это станет возможным благодаря двухсекционному расцепляющему механизму. «Активная» половина механизма отделится вместе с твердотопливной системой, а «пассивная» половина продолжит своё путешествие вместе посадочным аппаратом.

На этапах захода на посадку и посадки будут использоваться жидкостные подруливающие устройства системы управления спуском. Они ещё больше замедлят модуль и помогут ему совершить точную посадку в пределах обозначенного посадочного эллипса. После этого модуль сможет в течение 15 минут обеспечивать питание для лунохода. Затем луноход будет работать независимо.

Общая масса модуля при запуске составит ~ 4250 кг. Большая часть этой массы состоит из ракетного топлива (как твёрдого, так и жидкого). Его массовая доля при запуске может составлять более 60%.

Для питания модуля энергией будут задействованы солнечные батареи., которые рассчитаны на мощность 670 Вт при минимальном потоке излучения (1326 Вт на квадратный метр). Масса одной солнечной панели — 7,8 килограмм. Для сохранения энергии будет использоваться литий-ионная ячейка LJ MJ1 с номинальной массой 20,7 кг и ёмкостью 78 А·ч.

Авионика посадочного аппарата будет состоять из трех физических модулей: интегрированного блока авионики (IAU), системы контроля двигателей и узла интерфейса разделения (SEPIA).

IAU по сути служит бортовым компьютером и диспетчером для космического корабля. Этот блок будет реализован на платформе MUSTANG, разработанной в Центре космических полётов им. Годдарда.

Конструкция системы контроля двигателей обеспечит управление 8-ю двигателями для спуска, 12-ю двигателями ориентации и различными клапанами. Также эта система будет отвечать за последовательность отделения твердотопливных двигателей.

Модуль SEPIA будет следить за тем, чтобы спускаемый аппарат и его полезная нагрузка оставались выключенными во время запуска и чтобы он не включался до тех пор, пока не произойдёт отделение от второй ступени ракеты.

SEPIA

Пакет программного обеспечения (как и авионика) будет состоять из трёх частей: основного полётного ПО (FSW), ПО для моделирования (SSW) и ПО для тестирования (TSW).

FSW обеспечивает управление всеми динамическими функциями спускаемого аппарата на этапе его эксплуатации, за исключением включения питания, которое электромеханически контролируется SEPIA. Система FSW построена при помощи языка С на базе библиотеки программного обеспечения, называемой Core Flight Software (CFS). Эта библиотека предоставляет все сервисы и утилиты, обычно необходимые для космических полётов.

SSW поможет в принятии и проверке решений FSW, имитируя посадочный модуль и его окружающую среду. А TSW, в свою очередь, подсобит в тестировании и проверке решений FSW, предоставляя ей интерфейс управления данными.

Заключение

Свой вклад в разработку посадочного модуля внесли несколько исследовательских центров NASA. Результаты этой работы отражены в техническом документе, доступном широкой общественности. И учитывая тот факт, что NASA нацелено привлечь своих коммерческих партнёров к освоению Луны, космические компании могут извлечь некоторую большую выгоду из проделанной агентством работы.

Источник

Подробный технический отчёт NASA

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.