Грунт с небес: «Хаябуса2» и «Чанъэ5» вернулись на Землю

Японский сапсан: от астероида к астероиду

В ночь с 5 на 6 декабря 2020 года возвращаемая капсула японской автоматической межпланетной станции «Хаябуса-2» («Сапсан-2»), несущая грунт с астероида Рюгу, спустя шесть лет после старта вошла в атмосферу Земли. После сброса теплозащитных экранов на высоте около 10 км открылся парашют, и аппарат успешно приземлился в заданном районе полигона Вумера в Австралии, где когда-то действовал космодром.

Японское космическое агентство JAXA заранее договорилось с правительством Австралии о посадке своего аппарата на территории этой страны — ровно так же, как это было с первой «Хаябусой», возвращаемая капсула которой приземлилась в 2010 году. Японские специалисты заранее прибыли в Австралию, чтобы пройти двухнедельный карантин.

После падения в австралийской пустыне у спускаемого аппарата заработал специальный маячок, с помощью которого его нашла поисковая группа на вертолете. Во временном лагере JAXA капсулу вскрыли 7 декабря, чтобы извлечь герметичный контейнер с ценным внеземным веществом. 14 декабря была опубликована фотография с темными частицами с астероида Рюгу.

Теперь впереди несколько долгих фаз, в течение которых в очень чистой лаборатории астероидное вещество будет отсортировано, взвешено и описано, после чего приступят к его химическому анализу. 10% вещества передадут NASA, 40% будет помещено на хранение в стерильных условиях, а остальные частицы продолжат изучать, в том числе с участием иностранных специалистов и лабораторий [1].

Между тем в орбитальном аппарате «Хаябусы-2» остался запас топлива, и он, сбросив возвращаемую капсулу на Землю, пролетел мимо нашей планеты, отправившись в долгий путь к крошечному сферическому астероиду 1998 KY26 (диаметр около 30 м). Этой цели аппарат достигнет только в июле 2031 года, совершив 6,5 оборота вокруг Солнца и два гравитационных маневра у Земли. Всё это время он будет анализировать распределение пыли в межпланетном пространстве.

Но самая важная часть этой космической миссии всё же завершена.

Аппарат стартовал с Земли 3 декабря 2014 года. Прибыв к астероиду Рюгу 27 июня 2018 года, станция «Хаябуса-2» выполнила почти все поставленные задачи, спустив на поверхность несколько зондов и выполнив две кратковременные посадки 22 февраля и 11 июля 2019 года для забора грунта с астероида с поверхности и с небольшой глубины, с которой он был извлечен предварительными «выстрелами» [2]. В ноябре 2019 года аппарат начал операцию по возвращению к Земле.

Китайская богиня: новые страницы истории Луны

А 16 декабря на Землю был доставлен грунт с Луны. Впервые за 44 года! (Предыдущей была миссия советской автоматической станции «Луна-24».) Приземление китайского спускаемого аппарата межпланетной станции «Чанъэ-5» произошло во Внутренней Монголии.

Эта миссия началась 24 ноября, когда тяжелая ракета-носитель «Чанчжэн-5» («Великий поход — 5»), стартовавшая с самого южного китайского космодрома Вэньчан, вывела «Чанъэ-5» [3] на орбиту, близкую к расчетной: высотой 200 км в перигее и около 400 тыс. км в апогее. Такая вытянутая эллиптическая орбита необходима, чтобы достигнуть Луны.

Комплекс «Чанъэ-5», названный в честь богини Луны, состоял из четырех компонентов:

• основной и самый тяжелый орбитальный аппарат, который обеспечил полет от Земли к Луне, работу на окололунной орбите и возвращение к Земле;
• посадочный аппарат, который отделился на окололунной орбите и выполнил торможение и прилунение;
• взлетный аппарат, который стартовал с поверхности Луны и вышел на орбиту высотой 15?180 км. Орбитальный аппарат состыковался и забрал контейнер с грунтом в возвращаемый аппарат. Взлетный аппарат, выполнив свою задачу, упал на Луну;
• возвращаемый аппарат, который в итоге отделился от орбитального при подлете к Земле, вошел в атмосферу и приземлился на парашюте.

Космическая миссия «Чанъэ-5» выполнила третий этап китайской лунной программы, то есть доставила 1–2 кг лунного грунта — и с поверхности Луны, и с глубины до двух метров (точная масса будет известна после взвешивания внеземного вещества в Пекине).

Китайцы решили повторить американские лунные экспедиции на «Аполлонах», но в беспилотном варианте. Схема полета и работы «Чанъэ-5» содержит многие элементы того, что было у американцев в 1960-х годах: орбитальный модуль с возвращаемым аппаратом, который останется на орбите Луны, и посадочный модуль для выполнения мягкой посадки на лунную поверхность, на котором есть устройства для сбора грунта и взлетный модуль. И даже пробы грунта были взяты похожим образом — с поверхности и с глубины.

Схема «Аполлонов» повторена почти один в один, но с важнейшим отличием: китайская миссия полностью автоматическая. Второе отличие в том, что у Китая пока еще нет сверхтяжелой ракеты, поэтому их миссия «Чанъэ-5» была более компактной и длилась несколько дольше.

Выбрав техническую схему полета «Чанъэ-5», китайские специалисты постарались подобрать как можно более интересную цель для миссии. Местом посадки стала точка примерно в 160 км к востоку от вулканического комплекса горы Рюмкера и в 10 км к северу от холма Лувилль-Омега, расположенных в северо-восточной части Океана Бурь. Там расположены примерно 20 вулканов, окруженных полями молодой лавы — ее возраст составляет 1,2–1,5 млрд лет. (Образцы, доставленные американскими «Аполлонами» и советскими «Лунами», позволили узнать об эпохах истории Луны, более отдаленных во времени.) Для планетологов очень важно изучить еще одну точку на Луне с точной датировкой возраста грунта: это позволит уточнить модель для определения возраста пород в конкретных районах спутника с помощью подсчета кратеров на поверхности [4].

28 ноября корабль вышел на низкую орбиту Луны — перелет занял у китайского аппарата 112 часов. Затем 1 декабря посадочный модуль мягко опустился на поверхность спутника [5], а орбитальный блок с возвращаемым аппаратом оставался на орбите Луны на высоте 200 км. Посадочный модуль был оборудован «умной» системой мягкой посадки, испытанной во время предыдущих миссий «Чанъэ-3» и «Чанъэ-4», которая может анализировать рельеф, выбирать ровные участки и корректировать траекторию снижения.

2 декабря были выполнены два этапа по забору образцов — сначала бурение лунного грунта и взятие колонки с глубины до 2 м, а затем зачерпывание манипулятором реголита с поверхности в контейнер на взлетном аппарате. 3 декабря взлетный аппарат стартовал с помощью пружины, а уже потом включился двигатель. Это было нужно, чтобы не повредить приборы посадочного модуля и дать им возможность доработать до конца лунного дня. Дальше работа не планировалась, и китайцы не установили на аппарат радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).

В комплект приборов модуля входили камеры, спектрометр LMS (Laser Mass Spectrometer) для определения минерального состава реголита, анализатор газовыделения лунной поверхности, инструмент для изучения структуры лунного грунта, измеритель профиля температуры образцов.

6 декабря орбитальный аппарат сблизился на орбите с взлетным модулем с помощью средств автономного наведения и захватил его тремя парами «лапок» за три штыря в верхней части. Это была самая сложная часть миссии и первая в истории автоматическая стыковка двух космических аппаратов у другого небесного тела!

Контейнер с образцами был перегружен через люк в верхней части возвращаемой капсулы, после чего взлетный аппарат отделился для последующего падения на Луну.

13 декабря, дождавшись необходимых баллистических условий, орбитальный аппарат «Чанъэ-5» увеличил свою скорость и покинул окололунную орбиту, направившись к Земле.

16 декабря на расстоянии около 5000 км от Земли возвращаемый аппарат отделился от орбитального и вошел в атмосферу. За его подлетом по договоренности с китайской стороной следила европейская станция «Маспаломас» на Канарских островах.

Спускаемый аппарат выполнен в виде «фары» с теплозащитой массой более 300 кг. Он выполнил двухэтапное торможение «с подскоком» — ровно так же, как это делали спускаемые аппараты советских беспилотных кораблей «Зонд», лунных «Союзов», летавших на орбиту к спутнику в 1967–1970 годах.

С помощью парашюта возвращаемый аппарат «Чанъэ-5» приземлился на территории Внутренней Монголии, в уезде Сыцзыван. Эта операция уже была протестирована китайцами в ходе экспериментального полета аппарата CE5-T1 в 2014 году с возвращением от Луны на Землю. Поисково-спасательная группа быстро обнаружила аппарат и подготовила его к отправке в Пекин для извлечения контейнера с лунным грунтом и других грузов. Известно, что в возвращаемом аппарате «Чанъэ-5» находились семена растений (риса, овса, люцерны и орхидей) для биологического эксперимента.

Успех очередной лунной миссии Китая сделал его третьей в мире державой после СССР и США, доставившей на Землю образцы лунных пород.

На момент подписания номера в печать стало известно, что с Рюгу доставили 5,4 г вещества, а с Луны 1,731 кг.

Александр Хохлов, популяризатор космонавтики,
член Северо-Западной организации Федерации космонавтики РФ