НАСА запускает Capstone, спутник-куб весом 55 фунтов на Луну

26 июня 2022 г.: В воскресенье НАСА объявило о задержке запуска CAPSTONE как минимум на один день, чтобы дать больше времени для окончательных проверок систем. Статья обновлена.

В ближайшие годы НАСА будет занято на Луне.

Гигантская ракета завершает капсулу без астронавтов вокруг Луны и обратно, возможно, до конца лета. Парад автоматических посадочных модулей проведет эксперименты на Луне, чтобы собрать множество научных данных, особенно о водяном льде, застрявшем в полярных регионах. Через несколько лет астронавты вернутся туда, более чем через полвека после последней посадки Аполлона на Луну.

Все они являются частью Лунной программы НАСА 21 века, названной в честь Артемиды, которая в греческой мифологии была сестрой-близнецом Аполлона.

Уже на этой неделе космический корабль под названием CAPSTONE будет запущен в качестве первой части Артемиды, направляющейся на Луну. По сравнению с тем, что следует, он скромен по размеру и масштабу.

На борту CAPSTONE не будет астронавтов. Космический корабль очень маленький, размером примерно с микроволновую печь. Этот робот-зонд не приземлится на Луну.

Но она во многом отличается от любой предыдущей лунной миссии. Это может послужить образцом для государственно-частного партнерства, которое НАСА может предпринять в будущем, чтобы оказать большее влияние на свои межпланетные полеты.

«НАСА уже летало на Луну, но я не уверен, что это было сделано именно так», — сказал Брэдли Читам, генеральный директор и президент Advanced Space, компании, которая руководит миссией НАСА.

Запуск был запланирован на понедельник, но в воскресенье запуск был перенесен как минимум на один день, чтобы дать Rocket Lab, Американско-новозеландская компания Это экономит время полета CAPSTONE на орбиту и больше времени на окончательные проверки системы.

«Команды оценивают погоду и другие факторы, чтобы определить, когда будет следующая попытка запуска», — заявили в НАСА. В сообщении в блоге. «Следующая возможность запуска в течение текущего периода — 28 июня».

Полное название миссии — Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Он будет служить исследователем лунной орбиты, где в конечном итоге будет построена пилотируемая космическая станция как часть Артемиды. Этот аванпост, называемый Gateway, будет служить дорожной станцией, где будут останавливаться будущие экипажи, прежде чем отправиться на поверхность Луны.

CAPSTONE необычен для НАСА во многих отношениях. Например, он находится на стартовой площадке не во Флориде, а в Новой Зеландии. Во-вторых, НАСА не проектировало и не строило CAPSTONE, и не будет его эксплуатировать. Агентство даже не владеет ею. CAPSTONE принадлежит Advanced Space, компании, насчитывающей 45 сотрудников в пригороде Денвера.

Космический корабль медленно, но эффективно движется к Луне. Возможности запуска есть ежедневно до 27 июля. Если к тому времени космический корабль оторвется от Земли, в какой бы день он ни взлетел, он выйдет на орбиту вокруг Луны в тот же день: 13 ноября.

Миссия CAPSTONE продолжает усилия НАСА по новому сотрудничеству с частными компаниями в надежде на более быстрое получение дополнительных возможностей при меньших затратах.

«Это еще один способ для НАСА выяснить, что ему нужно, чтобы узнать и снизить стоимость», — сказал Билл Нельсон, администратор НАСА.

Стоимость контракта Advance Space с NASA на CAPSTONE, подписанного в 2019 году, составляет 20 миллионов долларов. Путешествие CAPSTONE в космос тоже небольшое и дешевое: чуть менее 10 миллионов долларов на запуск Rocket Lab.

«Меньше чем за три года это будет меньше 30 миллионов долларов», — сказал Кристофер Бейкер, исполнительный директор Программы технологий малых космических кораблей НАСА. «Относительно быстро и относительно недорого».

до того как Берешит , минимальные усилия израильской некоммерческой организации по посадке на Луну. В 2019 году стоимостью 100 миллионов долларов.

«Я вижу в этом движущую силу того, как мы можем помочь облегчить коммерческие миссии за пределами Земли», — сказал г-н Бейкер.

Г-н Читам сказал, что основная миссия CAPSTONE – продержаться шесть месяцев с возможностью продления еще на год.

Собранные данные помогут планировщикам лунного аванпоста, известного как Врата.

Когда президент Дональд Дж.

Это побудило НАСА сделать космическую станцию ​​вокруг Луны неотъемлемой частью того, как астронавты попадают на лунную поверхность. Такое постепенное расположение облегчило бы им доступ к разным частям Луны.

Gateway не будет использовать первую десантную миссию Artemis, которая в настоящее время запланирована на 2025 год, но, вероятно, будет отложена. Но последующие миссии будут.

НАСА определило, что лучшим местом для размещения этого аванпоста будет так называемая полупрямая гало-орбита.

Орбиты короны — это те, на которые влияет гравитация двух объектов — в данном случае Земли и Луны. Столкновение двух тел помогает сделать орбиту очень стабильной, уменьшая количество топлива, необходимого для удержания космического корабля на орбите вокруг Луны.

Гравитационные взаимодействия также поддерживают орбиту под углом примерно 90 градусов, если смотреть на луч зрения с Земли. (Это полупрямая часть названия.) Таким образом, космический корабль на этой орбите никогда не проходит за Луной, где связь будет прервана.

Орбита, по которой будет двигаться Gateway, составляет около 2200 миль от северного полюса Луны и достигает 44 000 миль, когда он проходит над южным полюсом. Одно путешествие вокруг Луны заняло бы около недели.

С точки зрения базовой математики хорошо понятны экзотические пути, такие как орбита гало, близкая к прямой. Но это также и орбита, на которую не летал ни один космический корабль.

Таким образом, КЭПСТОУН.

«Мы считаем, что у нас очень хорошие преимущества, — сказал Дэн Хартманн, программный директор Gateway. «Но с набором полезной нагрузки CAPSTONE мы можем помочь проверить наши модели».

На практике без каких-либо спутников GPS вокруг Луны для точного позиционирования может потребоваться несколько проб и ошибок, чтобы выяснить, как лучше всего удерживать космический корабль на желаемой орбите.

«Самая большая неопределенность — это знать, где вы на самом деле находитесь», — сказал г-н Читам. «Вы никогда не знаете, где вы находитесь в космосе. Поэтому вы всегда понимаете, где оно находится, но с некоторой неопределенностью».

Как и другие миссии НАСА, CAPSTONE будет триангулировать оценку своего положения, используя Сигналы от сети дальнего космоса НАСА от параболических радиоантенн, а затем, при необходимости, возвращается на нужную орбиту, пройдя самую дальнюю точку от Луны.

CAPSTONE также проверит альтернативный способ определения своего местоположения. Маловероятно, что кто-то будет тратить время и деньги на создание сети GPS вокруг Луны. Но есть и другие космические аппараты, в том числе Лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА, вращающийся вокруг Луны, и, скорее всего, прибудет в ближайшие годы. Общаясь друг с другом, флот космических аппаратов на разных орбитах может, по сути, создать пользовательскую систему глобальной системы позиционирования (GPS).

Advanced Space разрабатывала эту технологию более семи лет, и теперь она будет тестировать концепцию с CAPSTONE для отправки сигналов туда и обратно с помощью Lunar Reconnaissance Orbiter. «Со временем мы сможем определить местонахождение обоих космических кораблей», — сказал г-н Читам.

Когда я начал разработку CAPSTONE, компания Advanced Space также решила добавить на космический корабль атомные часы в масштабе компьютерного чипа и сравнить это время с тем, что транслируется с Земли. Эти данные также могут помочь определить местонахождение космического корабля.

Поскольку компания Advanced Space владеет CAPSTONE, у нее была возможность внести это изменение без разрешения НАСА. И хотя агентство по-прежнему тесно сотрудничает в таких проектах, эта гибкость может быть благом для обеих частных компаний, таких как Advanced Space и NASA.

«Поскольку у нас был коммерческий контракт с нашими поставщиками, когда нам нужно было что-то изменить, нам не нужно было проводить серьезную проверку государственных заказчиков», — сказал г-н Читам. «Это помогло с точки зрения скорости».

Обратная сторона заключается в том, что, поскольку Advanced Space договорилась о фиксированной плате за миссию, компания не смогла обратиться к НАСА за дополнительными средствами (хотя она получила дополнительные платежи из-за задержек в цепочке поставок из-за пандемии Covid-19). Более традиционные контракты НАСА, известные как «надбавка к стоимости», оплачивают компании за то, что они тратят, а затем добавляют комиссионные, полученные в качестве прибыли, вдобавок к этому, что дает им мало стимулов для контроля над расходами.

«Как оказалось, нам нужно было придумать, как справиться с этим очень эффективно», — сказал г-н Читам.

Это похоже на успешную стратегию НАСА по использованию контрактов с фиксированной ценой с компанией Илона Маска SpaceX, которая теперь перевозит грузы и астронавтов на Международную космическую станцию ​​и обратно по гораздо более низкой цене, чем предыдущие космические челноки агентства. Для SpaceX инвестиции НАСА позволили привлечь клиентов, не входящих в НАСА, заинтересованных в запуске полезных грузов и частных астронавтов на орбиту.

До CAPSTONE работа Advanced Space была в основном теоретической — анализ орбит и написание программ для пользовательских GPS — а не создание и эксплуатация космических кораблей.

Компания до сих пор не занимается строительством космических кораблей. «Мы купили космический корабль, — сказал мистер Читам. «Я говорю людям, что единственные машины, которые мы строим здесь, в Advanced, — это Lego. У нас огромная коллекция Lego».

В последние два десятилетия, Небольшие спутники, известные как CubeSats, получили широкое распространение., что позволяет большему количеству компаний быстро строить космические корабли на основе стандартизированной конструкции, где каждый куб имеет размеры 10 сантиметров или четыре дюйма. CAPSTONE входит в число самых крупных, объемом 12 кубов, но Advanced Space смогла приобрести его, грубо говоря, у Tyvak Nano-Satellite Systems в Ирвине, Калифорния.

Это все еще требует решения многих проблем. Например, Большинство кубсатов На низкой околоземной орбите, в нескольких сотнях миль над поверхностью. Луна находится почти в четверти миллиона миль от нас.

«Никто никогда не летал на спутниках на Луну, — сказал г-н Читам. «Поэтому логично, что никто не создавал радиоприемники для полетов CubeSat на Луну. И поэтому нам пришлось по-настоящему погрузиться во множество этих деталей и на самом деле взаимодействовать с кучей разных людей, чтобы получить системы, которые могли бы работать».

Г-н Хартманн, директор программы Gateway, в восторге от CAPSTONE, но говорит, что нет необходимости продвигаться вперед с лунным аванпостом. НАСА уже заключило контракты на строительство первых двух блоков Gateway. ESA также вносит свой вклад в два подразделения.

«Можем ли мы летать без него?» Г-н Хартманн сказал о CAPSTONE. «Да. Это обязательно? Нет».

Но он добавил: «В любое время, когда вы можете уменьшить планки погрешностей в своих моделях, это всегда хорошо».

Г-н Читэм обдумывает, что может произойти дальше, возможно, больше миссий на Луну либо для НАСА, либо для других коммерческих партнеров. Он также думает дальше этого.

«Я очень увлечен мыслью о том, как мы можем сделать что-то похожее на Марс», — сказал он. «Меня лично тоже очень интересует Венера. Думаю, ему не уделяется достаточно внимания».