В чем секрет успешной посадки китайского зонда "Чанъэ-5" на Луну

Космический аппарат "Чанъэ-5" после перехода с орбиты Земли на орбиту Луны, окололунного торможения и полета вокруг Луны 1 декабря 2020 года в 23.11 успешно прилунился в заданном районе на видимой стороне спутника Земли.

2 декабря в 22.00 зонд "Чанъэ-5" после примерно 19 часов работы на поверхности Луны завершил автоматический сбор проб лунного грунта, а также произвел упаковку и сохранение всех образцов в отсеке для хранения взлетного модуля в заданной форме.

Итак, чем отличаются посадки на Луну "Чанъэ-5", "Чанъэ-4" и "Чанъэ-3"? Какие аппараты были использованы при мягкой посадке миссии "Чанъэ-5"?

Процесс прилунения "Чанъэ-5" включает в себя такие этапы, как активное снижение скорости, ускоренное регулирование, приближение, зависание во избежание препятствий, медленный спуск и свободное падение. За столь легкой и плавной на первый взгляд посадкой кроются большая мудрость и опыт многих научных сотрудников.

24 ноября в 4.30 по пекинскому времени Китай успешно запустил лунный зонд "Чанъэ-5" с космодрома Вэньчан. Фото: "Жэньминь Жибао" онлайн / Чжоу Гоцян

По словам руководителя Китайской академии космических технологий при Китайской корпорации космической науки и техники (CASC), ответственного учреждения за разработку зонда "Чанъэ-5", процесс прилунения "Чанъэ-5" также является процессом выбора "стартовой площадки" для последующего лунного взлета аппарата. По сравнению с "Чанъэ-4" и "Чанъэ-3", к точности определения местоположения и ровности места приземления "Чанъэ-5" были предъявлены небывало высокие требования - в зоне посадки не должно быть ни слишком высоких подъемов, ни слишком глубоких ям, наклон также должен отвечать поставленной задаче. Можно сказать, что процесс посадки на Луну - это и есть поиск точки прилунения во время полета.

По словам экспертов, для успешного и точного приземления космического аппарата на поверхность Луны Китайская академия космических технологий оснастила "Чанъэ-5" режимом "грубого и тщательного обхода препятствий", который уже был использован 502-м институтом Китайской академии космических технологий в "Чанъэ-4" и "Чанъэ-3". Данный режим действует следующим образом: под управлением системы руководства, навигации и контроля (GNC) комплекс посадочного модуля со взлетным аппаратом сначала резко снижает скорость посредством торможения противовключением, затем быстро корректирует положение, фотографирует и распознает местность заранее заданной зоны посадки и обходит препятствия. На расстоянии 100 метров до достижения поверхности Луны аппарат зависает и вновь фотографирует выбранный для посадки участок, чтобы точно обойти препятствия. Далее зонд совершает наклон по направлению к месту посадки и после перемещения прямо на верхнюю сторону участка посадки начинает отвесно спускаться вниз. Во время приближения к Луне аппарат выключает двигатель и совершает мягкое прилунение благодаря демпфирующим устройствам.

Второго декабря зонд "Чанъэ-5" достиг поверхности Луны. Фото: Информационное агентство Синьхуа / Цзинь Ливана

Ключ к прилунению кроется в сохранении устойчивости. В ходе посадки комплекса посадочного модуля со встроенным взлетным аппаратом в результате столкновения с поверхностью Луны возникает относительно большая ударная нагрузка. Чтобы гарантировать, что зонд не опрокинется и не утонет, аппарату требуются соответствующие буферные устройства. Это одна из технических задач, которую научным сотрудникам необходимо было решить для успешной посадки зонда на Луну.

Буферные устройства, говоря непрофессиональным языком, являются "ногами" аппарата "Чанъэ-5".

Эти четыре "ноги" с функциями амортизации и опоры далеко не просты. Функция "складывания и самосжатия" посадочного буферного механизма с независимыми правами на интеллектуальную собственность гарантирует легкость смыкания и надежное выдвижение "ножек" аппарата, а также решает проблемы амортизации и устойчивости посадки.

Один из первых кадров, сделанных зондом "Чанъэ-5" сразу после прилунения. Фото: Китайское национальное космическое управление

По сравнению со схемой проектирования "Чанъэ-3", из-за повышенной сложности миссии требования к буферной мощности зонда "Чанъэ-5" были увеличены на треть, а весовой показатель устройств снижен на 5 процентов.

За успешным прилунением зонда "Чанъэ-5" скрываются еще две другие тонкости дизайна. Во-первых, внешне кажется, что это посадочный модуль со взлетным аппаратом "на спине" совершает мягкую посадку на Луну, но на самом деле посадочный модуль в процессе посадки опирается на "внешний мозг" и "внешний глаз", то есть центральный управляющий компьютер, используемый взлетным аппаратом при взлете с поверхности Луны, и звездный датчик, определяющий положение зонда. Это решение одновременно позволило сэкономить себестоимость и снизить вес аппарата.

Во-вторых, поскольку лунная пыль, поднимающаяся из-за выхлопов двигателя, может загрязнить звездный датчик и повлиять на взлет аппарата с Луны, научными сотрудниками была специально разработана крышка для объектива звездного датчика. Крышка закрывается, когда аппарат достигает определенной высоты от поверхности Луны, и открывается после посадки зонда и рассеивания пыли. Закрытие и открытие крышки позволяют посадочно-взлетному комплексу успешно приземляться на Луну.

Публикация подготовлена по материалам газеты "Жэньминь Жибао"