Отправленный к Луне израильский частный космический аппарат «Берешит» 11 апреля должен совершить посадку в кратере Море Ясности, что в северном полушарии видимой стороны нашего естественного спутника. На борту космического аппарата находится небольшой прибор, успешная проверка которого позволит в будущем существенно точнее (с погрешностью до нескольких сантиметров) производить расчеты мест для высадок роботизированных, а также пилотируемых миссий на поверхность спутницы Земли.
Космический аппарат «Беришит», чье название с иврита переводится как «в начале, был отправлен к спутнику Земли 21 февраля. Исследовательский посадочный модуль является детищем частной израильской некоммерческой организацией SpaceIL и компании Israel Aerospace Industries. В рамках полета аппарат совершил несколько запланированных коррекционных маневров вокруг Земли, благодаря чему практически уже вышел на орбиту вокруг спутника.
Вместе с посадочным модулем «Берешит» на Луну отправилось небольшое устройство, которое называется ретрорефлектором. Его предоставило американское аэрокосмическое агентство NASA. Устройство представляет собой систему кварцевых зеркал, заключенных внутри куполообразной алюминиевой рамы.
Точные посадки
Если «Берешит» успешно прилунится 11 апреля, то находящийся на орбите спутника космический аппарата NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) использует свой альтиметр (прибор для измерения высоты) и «обстреляет» ретрорефлектор посадочного модуля лазерными импульсами. Благодаря этому, говорит команда проекта, им удастся с точностью до 10 сантиметров определить местоположение аппарата на лунной поверхности.
В будущем NASA планирует отправить на Луну множество аналогичных ретрорефлекторов. Все они будут служить в качестве фидуциальных маркеров. То есть, космические аппараты, которые будут направляться к Луне, смогут использовать эти устройства для совершения очень точных посадок в запланированных областях.
Ретрорефлектор (LRA), который NASA предоставило для «Берешита», был разработан инженерами и учеными Центром космических запусков имени Годдарда, а также специалистами Массачусетского технологического института. Он расположен на верхней части посадочного модуля, поэтому легко заметен с орбиты.
Лазерные лучи
Сам ретрорефлектор не выполняет никакой активной функции. Он будет использоваться в паре с лунным орбитальным лазерным альтиметром (LOLA) космического аппарата LRO. Лучи этого высотометра ударяются и отражаются от лунной поверхности. После каждого импульса LOLA проводит расчет времени движения луча до поверхности и на основе этого рассчитывает расстояние до нее.
Пока «Берешит» будет выполнять изначально возложенные на него задачи, использовать установленный на него ретрорефлетор не будут. Объясняется это тем, что лазерный луч альтиметра может повредить другое чувствительное оборудование, которое находится на борту посадочного модуля. Чтобы это избежать, эксперимент с ретрорефлектором аппарата будет проводиться уже после того, как «Берешит» свое «отживет», говорит менеджер проекта LOLA из Массачусетского технологического института Дэвид Смит.
«Этот эксперимент направлен на проверку концепта. Продолжаться он будет до тех пор, пока это будет возможно. Возможно, до того времени, пока инструмент LOLA на борту LRO будет сохраняться работоспособность. К слову, в июне этого года будет юбилей – время нахождения аппарата на орбите спутника составит 10 лет», — комментирует Смит.
Точечная подсветка
Смит отмечает, что система лазеров была придумана и разработана им и его коллегой из Центра космических полетов Годдарда около 15 лет назад, еще для миссии космического посадочного аппарата «Феникс», работавшего на Марсе.
«Предполагалось, что этот ретрорефлектор будет работать в паре с лазерным альтиметром, установленным на орбитальном космическом аппарате Mars Global Surveyor. К сожалению, к тому моменту, когда посадочный модуль высадился на Красную планету, инструмент на орбитальной станции уже вышел из строя», — объясняет Смит.
По словам инженера, основная цель развертывания лазерных систем на Марсе и Луне заключается в том, чтобы с помощью этих устройств определять точное месторасположение посадочных аппаратов с орбитальных станций. Однако метод имеет один недостаток – его точность связана с ограничением размера площади поверхности, которая подсвечивается лазерным импульсом. По словам Смита, лазер, создающий в диаметре 5-метровую «точку» на поверхности небесного тела требует очень точного наведения системы. В этом случае, конечно же, было бы проще и удобнее использовать более широкие лазерные лучи для определения местоположения рефлектора, однако это весьма сильно снизит точность данных о расположении аппарата на поверхности.
Аппарат LRO, находящийся на орбите Луны
Одинокий лазер на Луне
«Правильно адаптированная система измерения дальности может решить эту проблему. Все-таки инструмент LOLA был разработан для измерения высоты, а не расстояния до небольшой системы рефлекторов. Но на ближайшее будущее – это единственный доступный лазер на спутнике нашей планеты», — говорит Смит.
С помощью снимков поверхности, которые делает орбитальный аппарат LRO, ученые в любом случае смогут точно установить местоположение израильского модуля «Берешит». Поэтому акцент в этом эксперименте направлен на то, чтобы понять насколько сложно будет для LRO определить расстояние до посадочного модуля.
«Если расположить вокруг зоны высадки несколько небольших отражателей, то в рамках будущих миссий можно будет посадить аппарат прямо в эту точку. Эта система не требует питания, поэтому может работать на поверхности спутника десятилетиями, возможно, даже дольше», — добавляет Смит.
Лунный орбитальный лазерный альтиметр (Lunar Orbiter Laser Altimeter, LOLA), находящийся на борту космического аппарата NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. С помощью него, а также ретрорефлектора, установленного на израильский посадочный модуль «Берешит» ученые смогут узнать точное место посадки последнего
Польза в будущем
По словам Смита, подобные компактные ретрорефлекторы планируется установить и на другие небесные тела, включая малые, например, те же астероиды. Установка (или просто сброс) определенного количества таких рефлекторов на поверхность объекта позволит работающим рядом с этим объектом зондам проводить более точные расчеты их характеристик, например, более точно устанавливать скорость их вращения, расположения, относительно Земли, а также их форму.
«Поскольку рефлекторы могут работать десятилетиями, интересуемый объект можно будет исследовать сразу несколькими космическими аппаратами в рамках разных миссий. Кроме того, наличие этих рефлекторов на поверхности упростит посадку аппаратов на интересуемое небесное тело», — добавляет Смит.
Конечно же, очень компактные рефлекторы обладают ограниченным радиусом действия. По словам Смита, имеющиеся в Центре космических запусков имени Годдарда прототипы способны улавливать лазерные импульсы с расстояния около 10 000 километров.
«Вес компактных рефлекторов составляет всего около 20 граммов, но использование более крупных позволит определять их с гораздо больших расстояний. В то же время «большой» — значит более тяжелый. А преимущество маленьких заключается в том, что их можно устанавливать практически на любой небольшой посадочный аппарат», — говорит Смит.
Обсудить статью можно в нашем Telegram-чате.
