2. Лунная миссия «Чанъэ-5»
В августе 1976 г. возвращаемый аппарат советской автоматической межпланетной станции «Луна-24» доставил на Землю 170 г лунного грунта. Это была последняя «доставка» той эпохи, эпохи «лунного противостояния» СССР и США. Американцы в последний раз привезли лунный грунт за четыре года до этого, во время крайней высадки космонавтов на Луну в декабре 1972 г.
С тех пор ни мы, ни американцы не имели своей задачей пополнить коллекцию лунного реголита новыми образцами. А вот китайцы такую цель перед собой поставили и упорно к ней шли: в 2007 г. на селеноцентрическую орбиту вывели станцию «Чанъэ-1», в 2013 г. состоялась мягкая посадка на Луну станции «Чанъэ-3», в 2014 г. облет Луны и возвращение на Землю совершила станция «Чанъэ-5Т1». Полет «Чанъэ-5» стал завершающей миссией первого этапа китайской лунной программы.
Изначально запуск «Чанъэ-5» был запланирован на 2017 г. Но китайцы решили не спешить и продолжить тщательную подготовку полета, в связи с чем сроки начала миссии сначала сдвинулись на 2019 г., а потом и на 2020-й.
Станция «Чанъэ-5» стартовала 23 ноября прошлого года с космодрома Вэньчан. И запуск, и выведение аппарата на траекторию полета к Луне прошли в штатном режиме. Перелет занял 112 ч. На селеноцентрическую орбиту станция вышла 28 ноября, а спустя два дня от нее отделился посадочный модуль. 1 декабря он совершил мягкую посадку на лунную поверхность в районе пика Рюмкера в Океане Бурь.
Два дня потребовалось на бурение лунной тверди и забора образцов подповерхностного грунта. Камни собирали и с самой поверхности – с помощью специального манипулятора. Всё собранное поместили внутрь герметичного контейнера на взлетной ступени, которая стартовала с поверхности Луны 3 декабря 2020 г. Через три дня она состыковалась с орбитально-возвращаемым аппаратом. Все дни, пока велась работа на Луне, он кружил по селеноцентрической орбите. Спустя некоторое время контейнер с образцами был перегружен из взлетного модуля в возвращаемый аппарат. После этого взлетный модуль отстыковали и 8 декабря «уронили» на лунную поверхность «за ненадобностью».
Орбитально-возвращаемый модуль стартовал с селеноцентрической орбиты в сторону Земли 13 декабря и спустя трое суток успешно приземлился на территории Китая. В нем прибыло на Землю почти 2 кг лунного грунта. Его передадут ряду научных лабораторий, которые займутся их изучением. Китайцы обещали поделиться привезенными образцами с российскими и американскими учеными, которые проведут сравнительный анализ грунта, взятого из разных точек лунной поверхности.
Однако с доставкой лунного грунта на Землю миссия «Чанъэ-5» не закончилась. После того, как от орбитального модуля был отделен возвращаемый аппарат, первый выполнил маневр, чтобы не войти в земную атмосферу, и продолжил свой полет. В планах китайских специалистов вывод его в точку либрации L1 и дальнейшее его использование в научных целях, а также для проверки новых технологий.
Тем временем, уже третий год подряд, продолжается китайская миссия посадочного модуля «Чанъэ-4» и лунохода «Юйту-2» на обратной стороне Луны (см. «Взлёт» №1–2/2020, с. 54). Напомним, они работают там с начала января 2019 г., при этом китайцам удалось осуществить то, что в свое время не смогли сделать ни мы, ни американцы: до них на «той» стороне «ночного светила» еще никого не было. По состоянию на декабрь 2020 г. «Юйту-2» прошел по поверхности Луны уже более 600 м, передав на Землю большое количество высококачественных снимков, данные о лунном грунте и о многом другом. Рассчитанный всего на несколько месяцев работы, аппарат продолжает функционировать уже более двух лет!
В ближайшее время Китай намерен перейти ко второму этапу своей лунной программы, предусматривающей отправку человека на поверхность «ночного светила». И нельзя исключать, что в этом они могут опередить не только нас, но и американцев.
3. Марсианская «троица»
По всем законам небесной механики минувший год был благоприятным для отправки земных посланцев к Марсу. Этим не преминули воспользоваться сразу три страны: США, Китай и … Объединенные Арабские Эмираты. Предполагалось, что в 2020 г. пополнение «марсианской флотилии» будет насчитывать четыре аппарата. Но российско-европейский «ЭкзоМарс» не смогли вовремя подготовить из-за проблем с парашютной системой посадочной платформы, и старт отложили на два года. А вот все остальные аппараты благополучно «легли на курс». Их прибытие в пункт назначения ожидается нынешней весной.
Первым в путь отправился эмиратский зонд «Аль-Амаль» (на русский язык название аппарата переводится как «Надежда»). Это первый межпланетный аппарат не только в ОАЭ, но и во всем арабском мире. Создали его в Космическом центре Мохаммеда ибн Рашида, но в работах приняли активное участие американская Лаборатория реактивного движения, университеты Калифорнии, Колорадо и Аризоны, а также ряд других американских организаций. Без этой помощи запуск эмиратского зонда вряд ли бы состоялся.
Задачей «Аль-Амаля» является создание полной картины атмосферы Красной планеты. Зонд будет исследовать, как меняется погода в течение суток и года, изучать метеорологические явления в нижних слоях атмосферы – такие, как пылевые бури.
С отправкой аппарата к Марсу арабам помогли японцы – в космос он был выведен 19 июня 2020 г. с помощью ракеты-носителя H-2A, стартовавшей с космодрома Танегасима.
Спустя четыре дня после эмиратского зонда, 23 июля, в космос ушел китайский аппарат «Тяньвэнь-1». Старт приурочили к 100-летнему юбилею Коммунистической партии Китая. «Тяньвэнь-1» был запущен с космодрома Вэньчан с помощью ракеты-носителя CZ-5. Основной задачей проекта является глобальное обследование планеты с ареоцентрической орбиты и детальное изучение одного из районов на поверхности с помощью марсохода. Программа исследований включает в себя картирование морфологии и геологической структуры Марса, изучение характеристик поверхностного слоя и распределения в нем водяного льда, анализ состава грунта, измерение параметров марсианской ионосферы, электромагнитного и гравитационного полей, получение информации о климате.
В феврале 2021 г. «Тяньвэнь-1» должен достигнуть окрестностей Марса и выйти на орбиту вокруг Красной планеты. Более двух месяцев потребуется для формирования рабочей орбиты зонда и уточнения района посадки. 23 апреля от орбитального модуля произойдет отделение спускаемого аппарата, который через несколько часов должен совершить посадку на планете, после чего с его платформы по трапу съедет марсоход, который начнет свою программу исследований.
Расчетный срок функционирования марсохода – три месяца. Но мы прекрасно помним, что на такой же срок были рассчитаны и американские марсоходы Spirit и Opportunity, а фактически проработали они более 6 и 14 лет соответственно.
Наконец, 30 июля 2020 г. стартовала американская миссия Mars 2020 Rover Mission, предусматривающая доставку на Красную планету марсохода Perseverance. Он станет уже пятым американский самоходным аппаратом на Марсе.
Perseverance предназначен для астробиологических исследований древней среды на Марсе, геологических процессов и истории, в т.ч. оценки прошлой обитаемости планеты и поиска доказательств жизни в пределах доступных геологических материалов. Кроме того, он будет собрать образцы грунта, которые планируется отправить на Землю в рамках миссии Mars Sample Return. Правда, окончательного решения об ее осуществлении еще не принято. Если она состоится, то сможет стартовать в 2026 г., а на Землю образцы прибудут предположительно в 2031 г.
На борту Perseverance размещен роботизированный вертолет-разведчик Ingenuity, который будет искать возможные цели на поверхности Марса для последующего передвижения марсохода. Это первый летательный аппарат, который будет работать в атмосфере другой планеты (не считая аэростатов в атмосфере Венеры). По результатам работы Ingenuity будет оценена перспективность данной технологии.
Когда этот номер уже готовился к сдаче в печать, 18 февраля 2021 г. Perseverance успешно совершил посадку на поверхность Марса – за прямой трансляцией этого события (с учетом 10-минутной задержки на прохождение сигнала с Красной планеты до Земли) следили миллионы землян.
4. Грунт взят! (OSIRIS-Rex)
20 октября 2020 г. был произведен успешный забор грунта с поверхности астероида Бенну. Сделать это удалось американской межпланетной станции OSIRIS-Rex, прибывшей к малой планете десятью месяцами ранее.
Космический аппарат стартовал с Земли 8 сентября 2016 г. Для перелета к месту назначения ему потребовалось чуть больше двух лет – на орбиту вокруг астероида он вышел в последний день 2018 г. Бенну стал самым маленьким из небесных тел (диаметр астероида 560 м), «получившим» собственный искусственный спутник.
Сначала шло изучение малой планеты с близкого расстояния, а 20 октября 2020 г. произошел контакт станции с астероидом, во время которого и состоялся забор образцов грунта. Он осуществлялся с помощью устройства с раскладным манипулятором длиной 3,35 м без посадки всего аппарата на поверхность астероида. Для облегчения процесса сбора проб реголит переносился в ловушку при помощи сжатого азота, запас которого находился на зонде. Весь процесс документировался бортовой камерой.
По предварительным оценкам было собрано гораздо больше образцов грунта, чем планировалось. В результате, некоторое количество осколков стало вылетать из контейнера. Чтобы сохранить вещество и не растерять его по дороге, было решено не выполнять так называемые «повороты Осириса», запланированные для определения массы забранного материала, а упаковать блок в капсулу и на этом операцию завершить. Так и поступили. Какова истинная масса собранных образцов, выяснят уже на Земле.
Спустя несколько дней после проведения операции по забору образцов возвращаемый аппарат станции отправился в сторону дома. Его посадка в штате Юта запланирована на 2023 г.
5. Грунт прибыл! («Хаябуса-2»)
В конце 2020 г. завершился важнейший этап миссии японского межпланетного зонда «Хаябуса-2»: вечером 5 декабря от зонда отделился спускаемый аппарат, который спустя несколько часов приземлился на полигоне Вумера в Австралии. На Землю были доставлены образцы грунта с поверхности астероида Рюгу. Эта малая планета была открыта в 1999 г., но свое официальное название получила только в октябре 2015-го, когда миссия «Хаябусы-2» уже началась. Диаметр астероида оценивается в 920 м. В перигелии орбита Рюгу заходит внутрь орбиты Земли, а в афелии касается орбиты Марса.
Миссия «Хаябусы-2» началась 3 декабря 2014 г. запуском зонда с космодрома Танегасима. В окрестности астероида Рюгу космический аппарат прибыл летом 2018 г., через 3,5 года после старта. Самое интересное началось 21 сентября 2018 г., когда были сброшены «подпрыгивающие» посадочные модули-роботы Rover-1A и Rover-1B. Они опустились на поверхность и передали оттуда первые снимки мира Рюгу.
3 октября того же года на астероид совершил посадку модуль MASCOT, разработанный и изготовленный специалистами германского и французского космических агентств. Он проработал на поверхности небесного тела более 17 ч: за это время модуль трижды менял свое местоположение, успешно выполнил запланированные исследования состава грунта и свойств астероида, а собранные данные были переданы на орбитальный аппарат.
22 февраля 2019 г. зонд опустился на относительно ровную площадку на поверхности Рюгу. Последовал выстрел в поверхность стержнями из тантала. Образовавшиеся в результате этого осколки были собраны специальными ковшами, и «Хаябуса-2» вновь отправился на орбиту вокруг небесного тела.
5 апреля на поверхность астероида с высоты 500 м был сброшен 4,5-килограммовый заряд взрывчатки. Произошел взрыв, который образовал на поверхности небольшой кратер. 11 июля зонд повторно сел на астероид в 20 м от получившейся воронки и собрал осколки, выброшенные из глубины небесного тела на его поверхность.
В ноябре 2019 г. «Хаябуса-2» завершил изучение астероида Рюгу и взял курс на Землю. Перелет занял чуть более года и завершился успешным приземлением капсулы с образцами, изучение которых, как ожидается, позволит узнать много нового об истории возникновения Солнечной системы.
А сам зонд, сбросив возвращаемый аппарат, совершил маневр в гравитационном поле Земли и отправился дальше. В июле 2026 г. ему предстоит пролететь близ астероида 2001 СС21, а в июле 2031-го – сблизиться с астероидом 1998 KY26. Если всё получится, то и на эту малую планету «Хаябуса-2» совершит посадку.
6. Созвездие «Старлинков»
В минувшем году численность создаваемой с 2019 г. компанией Илона Маска группировки спутников системы Starlink возросла ни много ни мало на 833 космических аппарата. А всего до середины текущего десятилетия планируется вывести на орбиту около 12 тыс. спутников этого созвездия!
Starlink – это глобальная спутниковая система, разворачиваемая SpaceX для обеспечения высокоскоростным широкополосным доступом в интернет в местах, где он был ненадежным, дорогим или полностью недоступным. Разработка проекта началась в 2015 г., два первых экспериментальных аппарата были запущены в феврале 2018-го. В мае 2019 г. состоялся запуск первых 60 аппаратов-прототипов, а в ноябре того же года началось полномасштабное развертывание спутниковой группировки.
В 2020 г. было осуществлено 14 запусков, в большинстве из которых на орбиту с помощью ракет-носителей Falcon 9 выводилось по 60 спутников (в трех запусках число «Старлинков» оказалось чуть меньше: два раза – по 58 и один раз – 57). При этом в манифесте SpaceX на 2020 г. значились 24 пуска, но у компании в минувшем году было очень много другой работы, так что некоторая задержка в запусках вполне объяснима.
Спутники Starlink оснащены электростатическими двигателями, работающими на эффекте Холла с использованием криптона. Собственные двигатели позволяют им поднимать орбиту, маневрировать в космосе и сходить с орбиты в конце срока функционирования. Масса каждого аппарата, выполненного в виде плоской панели с четырьмя фазированными антенными решетками и одной солнечной батареей – 260 кг.
Согласно прогнозу SpaceX, система Starlink обеспечит до 50% всего интернет-трафика. В отличие от систем связи Iridium, Globalstar и др., для подключения пользователя к Starlink потребуется приобрести специальный терминал «размером с коробку пиццы» – установить его можно будет везде, откуда он сможет «видеть» спутники.
Система Starlink – не единственная, которую планируется развернуть в ближайшее время на орбите для широкополосного доступа к интернету. В том же 2020 г. начались запуски британских спутников OneWeb – для их выведения на орбиту используются российские ракеты-носители «Союз-2.1б». Правда, пока удалось запустить гораздо меньше космических аппаратов, чем планировалось – в марте прошлого года компания OneWeb неожиданно начала процедуру банкротства. В ноябре, после новых инвестиций, старты возобновились. Но как дела будут складываться дальше, пока до конца неясно. В течение 2020 г. «Роскосмос» смог осуществить только три из 12 планировавшихся запусков: два с Байконура в феврале и марте (по 34 спутника массой по 148 кг) и один с Восточного в декабре (36 аппаратов). К настоящему времени на орбиту выведено 104 аппарата из запланированных 600.
Планы по развертыванию собственных многоспутниковых систем доступа в интернет имеют также Китай и Россия. Возможно, китайцы начнут запускать свои спутники уже в 2021 г. России для создания спутниковой группировки «Сфера» из 600 аппаратов может потребоваться гораздо больше времени – по состоянию на конец 2020 г. ее концепция еще не была окончательно утверждена, а финансирование не выделено. В любом случае, вряд ли какой-нибудь из всех этих проектов сможет конкурировать с системой Starlink по глобальности охвата – уж очень ретиво Илон Маск взялся за дело.
7. Новый исследователь Солнца (Solar Orbiter)
В минувшем году «эскадра» космических аппаратов, предназначенных для изучения Солнца, пополнилась европейско-американским зондом Solar Orbiter, запущенным в феврале с мыса Канаверал ракетой Atlas V в рамках программы фундаментальных космических исследований Европейского космического агентства на 2015–2025 гг. Cosmic Vision.
Предполагается, что Solar Orbiter выйдет на эллиптическую гелиоцентрическую орбиту с большим наклонением и перигелием внутри орбиты Меркурия. На это ему потребуется 3,5 года и неоднократные маневры в гравитационных полях Земли и Венеры. Первый из них состоялся 27 декабря 2020 г.
Целью миссии является проведение исследований Солнца и его внутренней гелиосферы с высоким разрешением. Космический аппарат будет приближаться к светилу каждые шесть месяцев. Орбита будет сформирована таким образом, чтобы Solar Orbiter многократно проходил над одними и теми же областями на Солнце, что позволит исследовать их повторно.
Расчетный срок работы аппарата – 7 лет. В этот период за счет гравитационного поля Венеры планируется поднять наклонение орбиты аппарата от 0° до 24°. Если же миссия будет продлена, то оно может быть увеличено до 33°. Такое наклонение позволит наблюдать полярные области Солнца, недоступные с Земли и из других мест эклиптики. Космический аппарат будет выполнять детальные измерения внутренней гелиосферы и зарождающегося солнечного ветра, а также вести наблюдения полярных областей Солнца, которые трудно делать с Земли. Все эти исследования помогут ответить на вопрос, как Солнце создает и контролирует гелиосферу.
Планируется, что Solar Orbiter будет вести совместные исследования с американским солнечным зондом Parker, находящимся на гелиоцентрической орбите с 2018 г.
8. Второй полет тяжелой «Ангары»
На исходе минувшего года, 14 декабря 2020 г., состоялся долгожданный второй испытательный полет новой российской тяжелой ракеты-носителя «Ангара-А5», которая вывела на геостационарную орбиту макет полезной нагрузки массой более 2,4 т.
Всё бы хорошо, если бы не ряд «но». Во-первых, этот полет, рядовой с точки зрения развития мировой космонавтики, принято считать самым крупным достижением отечественной отрасли в 2020 г. Во-вторых, настораживает срок, прошедший со времени первого пуска нового российского носителя – шесть лет! В-третьих, в 2020 г. неожиданно выяснилось, что первый пуск тяжелой «Ангары» в 2014 г. был не таким уж и успешным, как об этом тогда сообщалось: оказывается, к ракете были «серьёзные замечания», в результате чего ее пришлось дорабатывать, на что и ушло шесть лет.
Конечно, «Ангару» научат летать. Слишком много денег вложено в эту ракету, чтобы от нее отказаться. Пуск третьей «Ангары-А5» с космодрома Плесецк намечен на вторую половину 2021 г. Ожидается, что в дальнейшем ракеты семейства «Ангара» будут летать и с Плесецка, и с нового космодрома Восточный. Первый пуск «Ангары-А5» с Восточного с новым пилотируемым кораблем «Орел» без экипажа запланирован на декабрь 2023 г.
9. Система «Бейдоу» стала глобальной
Запуск в работу в минувшем году китайской глобальной спутниковой навигационной системы «Бейдоу-3» на фоне других достижений космонавтики КНР прошел практически незамеченным. Однако, это событие имеет (и будет иметь в будущем) довольно большое значение, ведь у российского ГЛОНАССа, американской GPS и европейской Galileo появился весьма сильный конкурент, который будет активно продвигать свою разработку. А если вспомнить о «засилье» китайских товаров на мировом рынке, можно ожидать, что и с навигационным оборудованием может случиться нечто подобное.
Впрочем, не будем спешить. Пока китайцы ограничивают свою «навигационную экспансию» азиатским регионом. Но уже идут переговоры со странами арабского мира, рядом африканских государств, странами СНГ. С Россией китайцы договорились о совместном использовании двух навигационных систем – ГЛОНАСС и «Бейдоу». Кстати, китайские интересы простираются и на арктический регион.
Глобальная навигационная система «Бейдоу» включает в себя 35 космических аппаратов (по другим данным – 36 или 37): пять из них находится на геостационарной орбите, три – на геосинхронной, 27 – на средней орбите. Несколько спутников, возможно, составят орбитальный резерв.
Запуски аппаратов «Бейдоу-3» начались в 2015 г. и с различной интенсивностью шли четыре следующих года. Особенно много спутников – 18 штук – вывели на орбиту в 2018 г. Ну а закончили пусковую кампанию весной 2020 г. Три месяца – и систему запустили в работу. Теперь будем наблюдать за ее становлением.
10. Аварийный 2020 год
Ушедший год, к сожалению, можно считать «аварийным». Такого количества неудачных стартов – 10 – не было уже давно. В последний раз сходную статистику зафиксировали в 1971 г., когда разбились 13 ракет. Но полвека назад это было объяснимо – мировая космонавтика завершала первый период освоения космического пространства и училась на собственных ошибках.
Впрочем, и нынешнему «аварийному обилию» есть логические объяснения. Во-первых, значительная часть прошлогодних аварий связана с ракетами, создаваемыми частными компаниями. Не все из них имеют достаточный опыт разработки сложной ракетно-космической техники. К тому же среди «частников» идет жесткая конкуренция за рынок пусковых услуг, особенно в классе легких носителей. Зачастую они торопятся с летными испытаниями, а «сырая» техника имеет свойство подводить своих создателей.
Во-вторых, косвенно на рост аварийности повлияла пандемия COVID-19. Те меры, которые пришлось предпринять, чтобы защитить сотрудников от болезни, оказывали на них мощное психологическое воздействие и мешали им с должным вниманием относиться к своей работе. Человек есть человек, и он не застрахован от ошибок.
Сочетание этих причин – малого опыта, жесткой конкуренции и человеческого фактора – и привело к тому, что 10 носителей в 2020 г. потерпели аварии и не смогли выполнить свою задачу – доставить полезную нагрузку на орбиту. Среди них китайские CZ-7A, CZ-3B, KZ-11 и KZ-1A, иранская «Симург», сразу две американских новых ракеты Astra, а также ракета воздушного старта LauncherOne, частная американско-новозеландская Electron и даже европейская Vega: никакая космическая техника не застрахована от аварий.
Можно в этой связи порадоваться, что российскую космонавтику сия горькая чаша в прошлом году миновала – все ракеты успешно выполнили свою задачу. Наш период без аварий продолжается уже более двух лет, и, хочется надеяться, так будет и дальше.
Печатная версия материала опубликована в журнале "Взлёт" №1-2/2021