Японские автоматические станции для изучения Луны

Hiten (изначальное название Muses-A) – японский зонд для исследований Луны был запущен 24 января 1990 г. ракетой-носителем Mu-3S-II M-3S2-5 со стартовой площадки Утиноура M1. Первоначально зонд был запущен для исследований окололунного пространства и изучения аэродинамического торможения. Но в феврале 1992 г. его перевели на лунную орбиту. 10 апреля 1993 г. (длительность полёта составила 3 года, 2 месяца) врезался в Луну.

Технические характеристики: масса – 143 кг; мощность – 110 Вт; элементы орбиты: эксцентриситет – 0,32, наклонение – 34,7°, период обращения – 4,7 дня, апоцентр – 51130 км, перицентр – 11330 км.

Hiten имеет цилиндрическую форму 1,4 метра в диаметре и 0,8 м высотой. Малый орбитальный зонд Hagoromo имеющий форму многогранника закреплён в верхней части аппарата.

Кагуя (Kaguya), также известен как SELENE (Луна) – второй японский ИСЛ.. Станция была создана совместно Институтом Космонавтики и Аэронавтики (ISAS) и Национальным агентством по исследованию космоса (NASDA), которые позднее объединились в Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). Аппарат был запущен 14 сентября 2007 г. ракетой-носителем H-IIA со стартового комплекса Ёсинобу в Космическом центре Танегасима; прекратил существование 10 июня 2009 г., врезавшись в поверхность Луны на её видимой стороне.

Имя образовано от сокращения английских слов Selenological and Engineering Explorer (Селенологический и технологический исследовательский аппарат), Селена была богиней Луны в греческой мифологии. Второе имя аппарата, «Кагуя», по традиции было выбрано общественностью. Кагуя – имя лунной принцессы из старинного японского народного сказания. После успешного отделения двух малых спутников Rstar и Vstar, им были присвоены имена Окина и Оюна, в честь старика со старухой приютивших принцессу Кагую, из этой же сказки.

Кагуя стала частью возрождения интереса к исследованиям Луны, став «крупнейшей лунной программой со времён программы „Аполлон“», и последовав за первым японским лунником, Хагоромо (Хитэн), запущенным в 1990 г.

Технические характеристики станции: масса – 2914 кг; мощность – 3486 Вт; элементы орбиты: наклонение – 90°, период обращения – 2 часа, апоцентр – 100 км, перицентр – 100 км.

Основными научными задачами полёта являлись: изучение происхождения Луны и её геологической эволюции; получение данных о поверхности Луны; выполнение радиоэкспериментов на орбите ИСЛ.

Изначально аппарат назывался SELENE (SELenological and ENgineering Explorer), и был переименован в июле 2007 года. Разработка аппарата началась в 1996 году. Тогда вместе с орбитальным аппаратом планировалось запустить и посадочный аппарат, однако в июле 1997 правительство Японии значительно урезало бюджет национальной космической программы в результате чего финансирование проекта SELENE было сокращено с 320 до 226 млн долларов и от посадочного аппарата массой 350 кг отказались. Вместо этого японские специалисты решили провести спуск и прилунение отделяемого двигательного модуля, но и этот эксперимент был отменен в начале 2000 г.

Станция имеет форму вытянутого параллелепипеда и конструктивно состоит из двух модулей – переднего, в котором находится научное оборудование и двигательного модуля. Общая масса станции 2914 кг. На левой грани аппарата смонтирована ориентируемая панель солнечной батареи. Рядом с панелью солнечной батареи находится узконаправленная антенна, с помощью которой осуществляется связь со станцией в Х-диапазоне. Аппарат также оснащён четырьмя всенаправленными антеннами для осуществления связи в S-диапазоне. В двигательном модуле размещена маршевая двигательная установка тягой 500 Н. Для управления ориентацией и поддержания орбиты на станции установлены 12 двигателей тягой по 20 Н, для управления по крену 8 двигателей тягой по 1 Н.

На станции смонтированы 15 научных инструментов.

Оптические средства наблюдения представлены стереоскопической камерой Terrain Camera и двумя спектрометрами инфракрасного (Multiband Imager) и видимого диапазона (Spectral Profiler). Разрешение камеры равно 10 м/пиксель. С помощью этих приборов была произведена топографическая и глобальная минералогическая съёмка лунной поверхности.

Для исследования распределения химических элементов по поверхности Луны на станции установлены рентгеновский спектрометр (XRS), предназначенный для картирования основных элементов лунной коры и гамма-спектрометр (GRS) – предназначенный для определения количества элементов.

Для определения минерального состава установлены широкодиапазонная камера (MI) и построитель спектрального профиля (SP).

С помощью низкочастотного радара Lunar Radar Sounder были получены данные о лунных недрах.

Лазерный альтиметр LATL имеет разрешение 5-10 м.

Для исследования окололунного пространства на станции имеется 5 инструментов: лунный магнитометр (LMAG), спектрометр заряженных частиц (CPS), прибор RS (Radio science) – для поиска лунной ионосферы.

Два прибора предназначены для наблюдений за Землёй: ультрафиолетовый телескоп UPl и HDTV-камера.

Вместе с АМС «Кагуя» к Луне стартовали вспомогательные субспутники «Окина» и «Оюна». Потребность в них возникла из-за того, что лунный зонд, исследуя обратную сторону Луны, невидим с Земли и значит данные о гравитационных аномалиях не могут быть получены непосредственно. Два дополнительных микроспутника решают эту проблему.

«Окина» (первоначально назывался Rstar) – субспутник-ретранслятора сигнала. Он, также как и второй субспутник «Оюна» (первоначально называвший Rstar), имеет форму октогональной призмы. «Окина», стабилизируемый вращением, ретранслировал радиосигналы между Землей и основным спутником «Кагуя». 9 октября 2007 г. отделился от АМС «Кагуя», 12 февраля 2009 г. совершил запланированное падение на поверхность Луны.

Технические характеристики «Окина»: масса – 53 кг; размеры – 1,0 × 1,0 × 0,65 м; потребляемая мощность – 70 Вт; орбита – эллиптическая орбита (100 × 2400 км); наклонение – 90°.

Второй субспутник «Оюна», также стабилизируемый вращением, привлекался для более высокоточных измерений со сверхдлинной базой гравитационного поля Луны. Отделился от станции 12 октября 2007 г.

Технические характеристики «Оюна»: масса – 53 кг; размеры – 1,0 × 1,0 × 0,65 м; потребляемая мощность – 70 Вт; орбита – эллиптическая орбита (100 × 800 км); наклонение – 90°.

Научная программа зонда «Кагуя» дала возможность составить топографическую карту Луны с разрешением около 15 км. При помощи вспомогательного спутника «Окина» удалось составить карту распределений сил тяжести на обратной стороне Луны. Также полученные данные позволили сделать выводы о затухании вулканической активности Луны 2,84 млрд. лет назад. Зонд «Кагуя» стал первым аппаратом заглянувшим на дно кратера Шеклтон, где предполагалось найти лёд.

Европейская автоматическая станция «Смарт-1» для изучения Луны. «Смарт-1» (SMART-1) – первая автоматическая станция Европейского космического агентства для исследования Луны. Аппарат создан по заказу ЕКА Шведской космической корпорацией при участии почти 30 субподрядчиков из 11 европейских стран и США. Общая стоимость проекта составила 110 млн. евро. Задачей полета этой станции была отработка новых двигателей и исследование Луны. Запуск станции был осуществлен 27 сентября 2003 г. ракетой-носителем «Ариан-5» со стартовой площадки Куру в качестве попутной нагрузки при выведении спутников связи на ГСО.

25 января 2005 года на Землю были отправлены первые снимки лунной поверхности, выполненные «Смарт-1» с близкого расстояния. 27 февраля 2005 г. спутник достиг своей конечной цели — он стал искусственным спутником Луны, с периодом обращения около 5 часов, а 3 сентября 2006 г. аппарат завершил свою миссию. Он был сведён с орбиты и разрушился при ударе о поверхность Луны.

Технические характеристики: масса – 305 кг; срок активного существования – 3 года; элементы орбиты: эксцентриситет – 0,776, наклонение – 81,08°, период обращения – 5,385 дней, апоцентр – 53215 км, перицентр – 6700 км.

SMART-1 был первым аппаратом в программе «Small Missions for Advanced Research in Technology», он создавался прежде всего как экспериментальная АМС для отработки перспективных технологий и в первую очередь – электрореактивной двигательной установки для будущих миссий к Меркурию и Солнцу. Испытания новых технологий удачно совместились с решением научных задач – исследованием Луны. Ранее аналогичные научно-экспериментальные АМС уже запускались НАСА и JAXA: Deep Space 1 и Хаябуса соответственно.

Перспективные технологии SMART-1. Главной изюминкой АМС является солнечная электрическая ДУ PPS-1350-G, изготовленная компанией Snecma Moteurs при сотрудничестве с ОКБ Факел. В её состав входят холловский электростатический двигатель, созданный на основе двигателя SPD-100 производства ОКБ «Факел» (стационарный плазменный двигатель — в соответствии с классификацией принятой в России), система подачи и распределения электропитания и запас рабочего тела (ксенона) — 82 кг. Ускорение ионов происходит за счёт эффекта Холла. Двигатель с кольцеобразной керамической камерой внешним диаметром 100 мм и внутренним 56 мм развивает тягу до 70 мН (7 гс) при удельном импульсе 16400 м/с. Рабочее напряжение двигателя — 350 В, ток — 3.8 А, потребляемая мощность — 1350 Вт, расход рабочего тела — 4.2 мг/с, КПД — 51 %. Двигатель оснащён двухстепенным механизмом поворота, позволяющим сохранять правильное направление вектора тяги по мере израсходования рабочего тела. Среди других технологических экспериментов стоит упомянуть аппаратуру KaTE (X/Ka-band Telemetry and Telecommand Experiment) для высокоскоростной связи и управления в диапазонах X (7/8 ГГц) и Ka (32/34 ГГц), бортовое ПО автономной навигации OBAN (On_Board Autonomous Navigation) для определения положения КА в космосе, литий-ионную модульную бортовую аккумуляторную батарею и эксперимент с лазерной связью.

Научная аппаратура.

Миниатюризированная ПЗС-камера AMIE (Asteroid/Moon Micro_Imaging Experiment) предназначена для цветной съёмки с высоким разрешением и высокой чувствительностью поверхности Луны, и в особенности ее плохо освещённых полярных областей. Поле зрения камеры — 5,3×5,3°, размер ПЗС 1024×1024, разрешение — 30 м с высоты 300 км. Камера также была использована для наблюдения пиков вечного света.

Компактный спектрометр ближнего инфракрасного диапазона SIR (SMART-1 Infrared Spectrometer) для картирования минералов (пироксен, оливин, полевой шпат и т. п.) на поверхности Луны, для поиска отложений льда и твёрдой углекислоты в постоянно затенённых полярных кратерах. SIR имеет 256 каналов в между 0,93 и 2,4 мкм при спектральном разрешении 0.06 мкм и пространственном разрешении до 300 м.

Опытный компактный (4,5 кг) видовой рентгеновский спектрометр D-CIXS (Demonstration Compact Imaging X-ray Spectrometer) работает в диапазоне 0.5-10 кэВ при разрешении 200 эВ и предназначен для составления глобальной карты элементного состава Луны с разрешением 50 км.

Китайские автоматические станции для изучения Луны. «Чанъэ-1» (кит. трад. 嫦娥一號, упр. 嫦娥一号, пиньинь: Cháng'é Yī Hào, палл.: Чанъэ и хао) – китайский спутник, названный в честь богини китайского эпоса. Запущен 24 октября 2007 г. ракетой-носителем «Великий поход-3A» со стартовой площадка Сичан.

Запуск «Чанъэ-1» (рис. 7.32) является первой ступенью китайской программы исследования Луны (Chinese Lunar Exploration Program), предусматривающей изучение Луны с помощью роботов и полётов космонавтов. Задачей «Чанъэ-1» было совершить облёт Луны и сбор данных для составления цифровой модели её рельефа. Расходы по проекту составляют 150-180 млн. долл.

Сход с орбиты станция «Чанъэ-1» совершила 1 марта 2009 г. КА закончил программу исследований, и был уничтожен путём жёсткой посадки на лунную поверхность.

Технические характеристики станции «Чанъэ-1»: масса – 2350 кг; размеры – 2,0×1,7×2,2 м; элементы орбиты: наклонение – ~64°, период обращения – ~127 мин, апоцентр – ~200 км, перицентр – ~200 км.

Вообще было запланировано, что аппарат выполнит несколько задач:

Построение трёхмерной топографической карты Луны — для научных целей и для определения места посадок будущих аппаратов.

Составление карт распределения химических элементов типа титана и железа. Необходимы для оценки возможности промышленной разработки месторождений.

Оценка глубинного распределения элементов с помощью микроволнового излучения – поможет уточнить как распределяется гелий-3 и велико ли его содержание.

Изучение среды между Землёй и Луной, например, «хвостовой» области магнитосферы Земли, плазмы в солнечном ветре и т. д.

В перспективе КНР планирует разрабатывать лунные запасы железа и гелия-3, рассматриваемого в качестве термоядерного топлива.

В целом, в лунной программе Китая намечено три заметных события, причём первое – запуск спутника на орбиту Луны – уже произошло. Посадка космического корабля и запуск двух дистанционно управляемых луноходов намечены на 2012 г., а полет и возвращение ракеты на Землю – на 2017 г. К 2025 г. запланирована не только высадка китайского гражданина на лунную поверхность, но и строительство производственных мощностей по переработке гелия-3.

«Чанъэ-2» (кит. трад. 嫦娥二號, упр. 嫦娥二号, пиньинь: Cháng'é Èr Hào, палл.: Чанъэ эр хао) – второй китайский спутник зондирования Луны, запущенный 1 октября 2010 г. с космодрома Сичан в юго-западной провинции Сычуань при помощи ракеты-носителя «Великий поход-3C». Полёт впервые для китайской лунной программы проходил напрямую по траектории сближения, без использования старта с орбиты. Аппарат является запасным вариантом спутника «Чанъэ-1», который оснастили новыми лазерным альтиметром и камерой высокого разрешения. В задачу «Чанъэ-2» (рис. 7.33) входит изучение условий и выбор подходящего места для посадки лунного аппарата «Чанъэ-3» в 2013 г. Длительность полёта составляет более 6 месяцев.

Технические характеристики «Чаньэ-2»: масса – 2500-2600 кг; элементы орбиты: апоцентр – 100 км; перицентр – 15 км.

В состав целевой аппаратуры КА входит прибор с зарядовой связью (ПЗС) улучшенной стерео камерой. Пространственное разрешение: 10 м (H=100 км) и 1,5 м (H=15 км)

Спутник после отделения от третьей ступени ракеты-носителя был на траектории сближения с параметрами: высота в перигее – 212,8 км, высота в апогее – 356996 км, наклонение – 28,5 градусов. В 19:56 спутник раскрыл солнечные батареи. После проведённая 2 октября коррекция орбиты очень точно вывела аппарат на селеноцентрическую орбиту, намечавшиеся ещё две коррекции были отменены. 6 октября началось первое торможение «Чанъэ-2» с помощью двигателя тягой 490 Н, которое продолжалось 1942 с, благодаря чему аппарат успешно вышел на 12-часовую эллиптическую окололунную орбиту с апоселением 8631 км и периселением около 120 км. 8 октября в началось второе торможение, продолжительностью 17 мин, уменьшившее апоселений до 1830 км, а период обращения – до трёх с половиной часов. 9 октября в началось последнее, третье, торможение продолжительностью 15 мин, в результате которого зонд вышел на рабочую селеноцентрическую приполярную орбиту с периселением 101 км, апоселением 103 км и периодом обращения 1 час 58 минут.

27 октября аппарат начал фотосъемку участков Луны, пригодных для посадки следующих КА. Для решения данной задачи спутник приблизится к Луне на расстояние 15 км.

8 ноября в Государственном управлении оборонной науки, техники и промышленности состоялась церемония открытия фотоснимка с изображением части поверхности «Залива Радуги», получение этого снимка знаменует то, что «Чанъэ-2» успешно выполнил свою главную задачу

6 февраля 2012 г. китайские специалисты опубликовали полную карту Луны с лучшим в мире пространственным разрешением, созданную на базе снимков, полученных зондом «Чанъэ-2». По словам заместителя руководителя китайской лунной программы Лю Дункуя, новые китайские карты обладают «самым высоким разрешением из всех когда-либо публиковавшихся снимков спутника Земли».

Для сравнения, разрешение новых карт в 17 раз превосходит качество снимков, полученных ранее спутником «Чанъэ-1».

Китайская программа зондирования Луны «Чанъэ» включает три этапа: облет вокруг спутника Земли («Чанъэ-1» и «Чанъэ-2»), посадка на Луну («Чанъэ-3» и «Чанъэ-4») и возвращение с Луны на Землю («Чанъэ-5» и «Чанъэ-6»).

Запуск спутника «Чанъэ-5», с которого начнется третий этап китайской лунной программы и которому предстоит доставить китайским ученым образцы лунного грунта, ожидается в 2017 году.

В настоящее время продолжает работу спутник «Чанъэ-2», который в августе 2011 г. по завершении работы на лунной орбите, был выведен в точку Лагранжа L-2, откуда в настоящее время передает данные. Ранее точку L2, расположенную на расстоянии 1,7 млн. км от Земли, посещали только космические аппараты НАСА и Европейского космического агентства. «Чанъэ-2» будет работать в этой точке до конца 2012 года.

Индийская автоматическая станция «Чандраян-1» («Лунный корабль») – космический зонд, искусственный спутник Луны. Проект Индийской организации космических исследований (ISRO).

Старт модернизированной версии индийской ракеты-носителя PSLV-XL с КА «Чандраян-1»с индийской стартовой площадки Шрихарикота состоялся 22 октября 2008 г. 8 ноября 2008 г. зонд успешно вышел на селеноцентрическую орбиту, но корректировки движения спутника продолжались до 12 ноября, когда он наконец достиг расчётной окололунной орбиты высотой в 100 км. 14 ноября от «Чандраян-1» отстыковался лунный ударный зонд, который совершил жёсткую посадку недалеко от кратера Шеклтон, расположенного рядом с южным полюсом Луны. 29 августа 2009 г., после пребывания КА на лунной орбите в течение 312 дней, связь с ним была потеряна.

Аппарат состоял из орбитального модуля и ударного зонда. Масса станции вместе с топливом составляла 1304 кг (мощность 750 Вт), по форме аппарат похож на куб со стороной 1,5 м. Станция несёт 12 приборов, из них 6 индийских, а шесть других принадлежат ЕКА, НАСА и Болгарскому аэрокосмическому агентству.

В число основных целей запуска «Чандраян-1» входит поиск полезных ископаемых и запасов льда в полярных регионах Луны, а также составление трёхмерной карты поверхности.

Часть программы «Чандраян-1» – запуск ударного зонда (moon impact probe), оснащённого тремя инструментами: масс-спектрометром, альтиметром и видеокамерой. Он был запущен с окололунной орбиты и в течение 25 мин достиг поверхности Луны, совершив жёсткую посадку. Выбросы лунной породы на месте падения модуля были проанализированы орбитальным аппаратом. Данные полученные при жёсткой посадке ударного зонда будут использованы для мягкой посадки будущего индийского лунохода, доставка которого на Луну запланирована в ходе полёта следующего зонда «Чандраян-2».

В состав научной аппаратуры входили следующие приборы:

– спектрометр Moon Mineralogy Mapper (США);

– радар Mini-SAR (США);

– дозиметр Radiation Dose Monitor (Болгария);

– ИК-спектрометр SIR-2 (ЕКА), аналогичен установленному на АМС Смарт-1;

– атомный анализатор SARA (The Sub-keV Atom Reflecting Analyzer) (ЕКА);

– фотокамера TMC (The Terrain Mapping Camera);

– HySI (The Hyper Spectral Imager)

– прибор для определения рельефа поверхности LLRI (The Lunar Laser Ranging Instrument)

– рентгенофлуоресцентный спектрометр C1XS

– рентгеновский спектрометр XSM (Solar X-ray Monitor)

– гамма-спектрометр HEX

– ударный зонд

Автоматические межпланетные станции для исследования Венеры