Японський космічний апарат вперше зміг м’яко сісти на Місяць

До 2024 року м’яко сісти на Місяць виходило в апаратів лише чотирьох країн: Росії, США, Китаю та Індії. При цьому останні спроби такого роду закінчилися катастрофами. Японська космічна агенція стала п’ятою у списку тих, хто зміг це зробити, показавши нетривіально високий рівень компетентності.

Smart Lander for Investigating Moon (Розумний посадковий апарат для вивчення Місяця, SLIM) спочатку планували запустити у 2021 році, але на практиці це вдалося лише 6 вересня 2023-го. На відміну від багатьох інших апаратів для посадки на Місяць, він використав часвитратні траєкторії, тому досяг близькомісячної орбіти лише 25 грудня. З 17 січня 2024 року апарат почав поступово гальмуватися, знижуючи висоту польоту над Селеною. До 19 числа нижня точка цієї орбіти досягла 15 кілометрів, після чого SLIM почав посадку на земний супутник. Він м’яко прилунився.

Місце посадки апарату — 13-й градус південної широти видимого боку Місяця, поблизу невеликого, 300-метрового, кратера Сіорі, що знаходиться всередині більшого кратера Кирило. Це різко відрізняє місію від торішньої індійської, що сіла у південних приполярних широтах Місяця, щоб краще вивчити район, де ґрунт потенційно багатий водою.

Вибір Сіорі обумовлений тим, що японська місія спеціально підбирала місце, де можна безпечно сісти лише за виключно високої точності посадки. Річ у тому, що розробники SLIM вважають можливий розмір посадкової плями для свого апарату рівним 100 метрам. Для порівняння: посадка останнього з місячних пілотованих модулів місій «Аполлонів» йшла у посадковий еліпс 15 на п’ять кілометрів. При посадці відхилення від неї становило 400 метрів — навіть незважаючи на суттєвий досвід, накопичений Сполученими Штатами Америки на той момент.

Досі найвищу точну посадку на Місяці продемонстрували китайці: у них посадкова пляма була шість на шість кілометрів. І вони змогли відхилитися від його центру лише на 89 метрів. У «Чандраян-3», який сів минулого року, посадкова пляма була чотири на 2,5 кілометра, але при посадці відхилення становило вже 350 метрів від центральної точки.

Точності посадкової плями 100 метрів японський апарат має досягти не заради престижу, а тому, що майбутні місії на Місяць плануються в район південного полюса, де безліч дуже складних ландшафтів. Величезні валуни, схили тощо означають, що невелика помилка з точністю місця посадки може стати фатальною для місії. Навіть прилунення апарата на схил кратера Шеклтон — через крутість його схилів, що перевищують 30 градусів — може призвести до завалювання на бік, після чого нормальна робота (і виживання) вже не вийде.

Щоб відпрацювати посадку в таких складних умовах, японці вибрали для посадки SLIM місцевість з нахилом до 15 градусів (схил кратера). Це дуже ризиковано для апарату із «сухою» масою 120 кілограмів. Крім точності, вона вимагає досить специфічних посадочних ніг: вони спроектовані навмисно руйнівними при посадці, причому деформація цих алюмінієвих опор має погасити частину енергії удару.

Крім того, апарат використовує унікальну методику посадки, свого роду завалювання набік при лунанні. Без неї йому було б складно забезпечити правильну орієнтацію сонячних батарей Сонцем в умовах посадки на сильно похилу поверхню.

Для забезпечення високої точності апарат уточнюватиме своє конкретне положення під час посадки за допомогою камер високої роздільної здатності. Порівнюючи дані від них з картами місячної поверхні у своїй пам’яті, він вносить корективи в роботу посадкових двигунів у реальному часі. Таке завдання було вкрай складним, оскільки потрібна для цього продуктивність бортового комп’ютера дуже висока, а надто продуктивний комп’ютер споживає дуже багато енергії.

Серед корисного навантаження апарату — не лише прилади для аналізу складу місячного ґрунту в районі посадки, а й одразу два місяцеходи. Причому перший із них, Lunar Excursion Vehicle 1, унікальної конструкції. Його точніше було б назвати «місяцестрибом», оскільки він повинен переміщатися поверхнею супутника стрибками. Це надзвичайно корисна технологія, оскільки, як Naked Science вже писав, стандартні планетоходи мають виключно низьку прохідність. Причому цю проблему практично неможливо вирішити на колісних і навіть гусеничних машинах (реголіт Місяця і навіть Марса має надто специфічні властивості).

Тим часом значні наукові результати часто вимагають попадання в максимально перетнуту місцевість — наприклад, на круті схили кратерів, куди не дістають сонячні промені і де збереглося більше легких елементів (аж до вічномерзлотних ґрунтів). Для попадання у відкриті частини величезних місячних печер (лавових трубок) колісно-гусеничні машини в принципі не годяться, а от «місяцестриби» через низьку місцеву гравітацію потенційно придатні. Зрозуміло, перший місяцестриб буде мати обмежене приладове навантаження і енергетичні можливості — від нього потрібно лише продемонструвати стійке пересування по схилах.

Другий бортовий місяцехід, Lunar Excursion Vehicle 2, в якомусь сенсі ще екзотичніший. Його маса — 250 грамів, за вихідною формою він куля діаметром вісім сантиметрів. За рахунок рухомих частин місяцехід здатний змінювати форму і пересуватися по реголіту до двох годин (потім закінчиться заряд батареї). Розробником цього досить незвичайного виробу став японський виробник дитячих іграшок.