Мини-спутник CAPSTONE агентства NASA, движущийся по орбите вокруг Луны, в мае впервые успешно испытал технологию навигации, родственную земной GPS, но предназначенную для Луны. В будущем она поможет участникам лунных миссий эффективнее ориентироваться на поверхности нашего спутника.

Источник изображения: NASA

Космический аппарат CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) представляет собой объект размером с микроволновку, движущийся по особой орбите, которая в будущем будет выделена для лунной орбитальной станции Gateway, и призван выполнить ряд задач для последующего освоения Луны.

NASA сообщило, что было проведено тестирование технологии CAPS с участием двух космических аппаратов: CAPSTONE и окололунного орбитального модуля Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). 9 мая проведён эксперимент, в ходе которого CAPSTONE отправлял сигнал LRO для оценки дистанции между аппаратами и их относительной скорости. LRO вернул сигнал, после чего CAPSTONE произвёл необходимые вычисления. Тест подтвердил возможность собирать измерения с последующей обработкой программным обеспечением CAPS для определения местоположения двух аппаратов. В ходе будущих лунных миссий технология, как ожидается, обеспечит автономную бортовую навигацию.

Помимо успешного выполнения теста CAPS, кубсат CAPSTONE достиг и ещё одной цели миссии — он летает по почти прямолинейной гало-орбите не меньше полугода. В дальнейшем аппарат продолжит движение и испытание различных бортовых технологий до года — в ходе расширенной фазы миссии. Дополнительно кубсат впервые (для себя) сделал снимки лунной поверхности возле местного северного полюса в момент, когда максимально приблизился к Луне 3 мая текущего года.

В ноябре 2022 года CAPSTONE стал первым кубсатом на орбите Луны. В начале 2023 года спутник перестал реагировать на команды с Земли, но позже его функциональность была восстановлена.

Специалисты NASA почти две недели добивались ответа от аппарата CAPSTONE, переставшего выходить на связь. Экспериментальный спутник, находящийся на окололунной орбите, предназначен для проведения исследований, предшествующих выводу на лунную орбиту космической станции Gateway. По данным агентства, до того, как вернуться к полноценной работе, аппарат не реагировал на команды в течение 11 дней в период с 26 января по 6 февраля.

Источник изображения: NASA

По данным NASA, все эти дни аппарат сохранял необходимый курс и продолжал работать, отправляя телеметрию на Землю. 6 февраля CAPSTONE перезагрузил свою систему, восстанавливая возможность получать команды из «дома». Проблемы возникают у зонда не впервые.

Известно, что CAPSTONE отправили к Луне с помощью ракеты Rocket Lab Electron в июне 2022 года. 4 июля команда потеряла связь с объектом во время отделения от ракеты-носителя. На решение проблемы ушёл всего день, но ещё два месяца спустя сбой произошёл во время запуска двигателя для корректировки орбиты. В результате на некоторое время космический аппарат перешёл в безопасный режим. После того как специалисты выявили причину сбоя и устранили её, CAPSTONE вернулся к работе и 13 ноября 2022 года стал первым окололунным кубсатом. С тех пор он совершил более 12 оборотов по почти прямолинейной гало-орбите, хотя изначально планировалось не более шести.

Такая орбита позволяет пролетать близко от потенциально богатого водой южного полюса Луны, полученные данные упростят высадку астронавтам в рамках программы Artemis 3, которая должна быть выполнена уже в 2025 году. Известно, что ещё один спутник NASA Lunar Flashlight, так и не сумел достичь орбиты. Мелкие сбои случаются с CAPSTONE довольно часто, но выполнение миссии продолжается.

Например, CAPSTONE должен был принять участие в навигационном тесте, для чего требовалась передача данных как минимум между двумя спутниками в условиях, когда какие-либо аналоги GPS отсутствуют. Орбитальный лунный модуль NASA — Lunar Reconnaissance Orbiter был готов к проведению эксперимента и получил сигнал, но CAPSTONE не смог эффективно справиться с обработкой обратного сигнала, новый эксперимент состоится в ближайшие недели.

С другой стороны, CAPSTONE потребовалось гораздо меньше манёвров, чем ожидалось, чтобы оставаться на запланированной орбите. Если ранее рассчитывали, что маневрировать придётся при каждом обороте вокруг спутника Земли, то на деле двигатель за 12 оборотов пришлось включать всего дважды. По данным NASA, это снижает риски и сложность миссии и обеспечивает основу для планирования на этой орбите других космических объектов вроде станции Gateway.

В воскресенье, 13 ноября, 25-килограммовый зонд CAPSTONE наконец добрался к Луне. По данным портала Space.com, это первый кубсат, посетивший окрестности спутника Земли. Об успехе миссии было объявлено после корректного запуска двигателя спутником минувшей ночью (в 3:39 по московскому времени).

CAPSTONE //Источник изображения: NASA

NASA уже сообщило о выходе спутника на близкую к прямолинейной гало-орбиту (NRHO). На этой неделе два дополнительных манёвра обеспечат точную ориентацию зонда. NRHO-орбита также будет занята в будущем космической станцией NASA Gateway.

Первые модули Gateway в NASA планируют отправить к Луне в 2024 году — это важная часть программы изучения Луны — Artemis. Тем не менее в агентстве намерены сначала узнать больше об орбите NRHO. Устройство CAPSTONE размером с микроволновку поможет определить, насколько стабильна такая орбита, миссия должна продлиться не менее шести месяцев. Дополнительно CAPSTONE проведёт коммуникационные и навигационные тесты, некоторые из них — согласованно с зондом Lunar Reconnaissance Orbiter, находящимся на окололунной орбите с 2009 года. Впрочем, CAPSTONE ещё нуждается в дополнительной настройке.

По данным представителя компании Advanced Space, владеющей CAPSTONE и работающей по заказу NASA, спутнику потребуется ещё два малых манёвра для коррекции окололунной орбиты. Известно, что CAPSTONE следовал к окололунной орбите довольно сложным путём, стартовав с Земли с помощью ракеты Rocket Lab Electron ещё 28 июня и выйдя на «извилистую», чрезвычайно энергоэффективную траекторию, учитывавшую влияние гравитационных полей. 4 июля команда CAPSTONE потеряла связь со своим детищем — сразу после отделения от корабля Photon, но проблема программного обеспечения была быстро установлена и устранена буквально на следующий день.

CAPSTONE //Источник изображения: NASA

Ещё худшие неприятности ожидали спутник 8 сентября, поскольку произошёл сбой при корректировке его траектории, после чего зонд начал кувыркаться и вошёл в защитный безопасный режим. Команде миссии удалось отследить проблемы в двигательной системе и решить её, в конце концов, вернув объект на прежний курс.

Если всё пойдёт согласно планам, следом за CAPSTONE скоро последуют и другие кубсаты, а выполнение миссии Artemis 1 должно начаться 16 ноября после нескольких задержек — к спутнику Земли отправят беспилотный зонд Orion. Та же ракета-носитель поможет вывести в космос и 10 кубсатов, некоторые из которых будут изучать Луну. Например, японский OMOTENASHI даже попробует высадить на Луну крошечный посадочный модуль.

Хотя CAPSTONE стал лунным первопроходцем в своём классе, это не первый кубсат, вышедший за пределы орбиты Земли. Эта честь принадлежит зондам NASA: MarCO-A и MarCO-B, также получившим прозвища Wall-E и Eva. Они были запущены вместе с посадочным модулем NASA InSight в мае 2018 года. Два кубсата помогали отправлять на Землю данные в ходе посадки InSight на Красную планету и даже фотографировали Марс.

Инженеры Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и частной аэрокосмической компании Advanced Space сумели вернуть работоспособность зонду Cislunar Autonomous Positioning Technology Operations and Navigation Experiment (CAPSTONE), который находился в безопасном режиме с середины сентября. Аппарат обработал полученные из центра управления полётами команды и перестал бесконтрольно вращаться.

Источник изображения: Daniel Rutter / NASA

В NASA отметили, что специалистам ведомства удалось «устранить серьёзное препятствие на пути возвращения космического аппарата к нормальной работе». Сбои в работе 25-килограмового спутника CAPSTONE начались из-за «проблемы, связанной с клапаном в одном из восьми двигателей космического аппарата». В результате один из двигателей фактически вышел из строя и вызвал неконтролируемое вращение спутника.

В настоящее время специалисты работают над тем, чтобы полностью восстановить контроль над CAPSTONE до того, как он достигнет орбиты Луны 13 ноября. Уже сейчас инженерам NASA удалось скорректировать положение солнечных батарей и антенн спутника, а также взять под контроль систему ориентации в пространстве. «Сейчас CAPSTONE сориентировал солнечные батареи на Солнце и скорректировал направление своих антенн, чтобы обеспечить лучшую связь с Землёй для передачи данных», — говорится в сообщении NASA.

Напомним, аппарат CAPSTONE был запущен в космическое пространство вместе с универсальной платформой Photon с помощью ракеты-носителя Rocket Lab Electron в июле этого года. После серии манёвров спутник отделился от платформы и продолжил двигаться по заданной траектории в направлении Луны. После выхода на почти прямолинейную гало-орбиту CAPSTONE должен приступить к сбору разных данных для лунной программы NASA. Кроме того, в будущем ведомство планирует построить на этой орбите полноценную орбитальную станцию, поэтому миниатюрный спутник также позволит оценить перспективность этого проекта.