06.12.2020

«Чанъэ-5»: есть взлет, есть стыковка!

6 декабря 2020 г. в 05:42 пекинского времени (5 декабря в 21:42 UTC) взлетный аппарат китайского комплекса «Чанъэ-5» с образцами лунного грунта в контейнере произвел стыковку с орбитальным комплексом на окололунной орбите. Выполнены все ключевые, не проверенные ранее операции в экспедиции за лунным грунтом, за исключением последней – старта к Земле. 

Напомним, что задачей проекта «Чанъэ-5» (см. https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/77328.html ) является доставка на Землю образцов лунного вещества из зоны относительно молодых вулканических пород. Среди материалов, привезенных в 1969-1976 гг. шестью американскими экспедициями программы «Аполлон» и тремя советскими беспилотными аппаратами типа Е8-5, таких образцов не было.

"Чанъэ-5" в полете

Комплекс «Чанъэ-5» общей массой 8250 кг был запущен носителем CZ-5 с космодрома Вэньчан 24 ноября в 04:30:22 пекинского времени и в 05:06:50 выведен на сильно вытянутую эллиптическую орбиту с перигеем 200 км и апогеем около 400000 км вблизи Луны.

На траектории полета к Луне было запланировано три коррекции. Состоялись первые две из них – 24 ноября в 22:06, то есть через 17 часов после начала полета, и 25 ноября в это же время. В первом случае использовался маршевый двигатель YF-37 орбитального аппарата тягой 3000 Н, который был включен на 2 секунды: помимо выдачи необходимого импульса нужно было проверить его в работе до использования в критически важном маневре торможения у Луны. Проверка прошла успешно, и для второй коррекции применили два двигателя тягой по 150 Н, которые проработали 6 секунд. Третья коррекция, планировавшаяся на 27 ноября в 21:06, то есть через 88 часов после старта, не потребовалась.

Подбор параметров траектории перелета под наблюдаемое допплеровское смещение (Scott Tilley)

28 ноября в 20:58:38 с китайской наземной станции Цзямусы была отправлена команда на исполнение цикла торможения у Луны. В 20:58:53.659 на высоте около 400 км над Луной был включен маршевый двигатель YF-37. Примерно через 17 минут он выключился, израсходовав около 1000 кг топлива и снизив скорость комплекса примерно на 400 м/с. «Чанъэ-5» вышел на начальную орбиту с апоцентром на высоте около 5700 км и с периодом обращения более 8 часов.

На первом витке была проведена небольшая необъявленная коррекция с целью снижения перицентра примерно до 200 км. Европейские радиолюбители, принимавшие сигналы «Чанъэ-5» в X-диапазоне, отметили характерный перегиб допплеровской кривой в 18:48, хотя, казалось, логичнее было бы провести маневр двумя часами раньше, в апоцентре орбиты.

Китайские официальные органы сообщали далеко не о всех маневрах, предусмотренных полетным планом, и радиолюбительские наблюдения давали очень ценную дополнительную информацию. Скотт Тилли, Эдгар Кайзер и другие «слухачи» обнаружили передачи различных компонентов комплекса на частотах 8463.7, 8467.3, 8471.2, 8478.7 и 8486.3 МГц, а также широкополосный телевизионный сигнал на 8455 МГц. Последний даже удалось расшифровать и увидеть солнечные батареи КА, снимаемые бортовой камерой.

Спектр сигнала на частоте 8455 МГц (@uhf_satcom)

За сутки «Чанъэ-5» сделал три витка по своей восьмичасовой орбите. 29 ноября в 20:23 маршевый двигатель был включен еще раз и снизил скорость еще на 410 м/с. Расчеты показывают, что маневр продолжался около 16 минут, расход топлива был близок к 900 кг. В результате была сформирована круговая орбита наклонением около 44° и высотой примерно 196x198 км с периодом обращения 127.3 мин и средней скоростью 1592 м/с.

30 ноября в 04:40:14.822 состоялась расстыковка орбитального и посадочного комплексов. Теперь сигналы посадочного комплекса принимались на частотах 8463.7 и 8478.7 МГц, в то время как орбитальный комплекс передавал на 8486.3 МГц. У орбитального комплекса орбита просела совсем чуть-чуть, а у посадочного довольно заметно, примерно до 185x198 км.

Расстыковка "Чанъэ-5" 29 ноября 2020 г.

Далее полетным планом предусматривались два маневра посадочного комплекса – 30 ноября в 22:23 и 1 декабря в 02:22. Официальных сообщений о них не было, но опубликованные радиолюбителями допплеровские кривые позволяют заключить, что после первого была достигнута орбита 86x184 км, а после второго – 15.5x183 км с периодом 117.8 мин. 

Допплеровские кривые до и после расстыковки 29 ноября.(Edgar Kayser)

Тем временем 1 декабря в 07:59 орбитальный комплекс выполнил первый маневр фазирования, поднявшись на орбиту высотой 196x234 км. С каждым витком посадочный комплекс уходил вперед по отношению к орбитальному и к моменту торможения обогнал его на виток.

1 декабря в 22:57:17.944 был включен на торможение двигатель YF-36A посадочного аппарата. Это произошло примерно в 600 км от расчетной точки посадки (43.1°с.ш., 51.8°з.д.) вблизи перицентра орбиты, на высоте 15587 м и при начальной скорости 1709.8 м/с. Двигатель успешно погасил орбитальную и вертикальную скорость движения и примерно через 14 минут на высоте около двух метров выключился. В 23:11:20.924 пекинского времени посадочный аппарат опустился на лунную поверхность.

Посадка произошла в северо-восточной части Океана Бурь, примерно в 160 км к востоку от вулканического комплекса горы Рюмкера и в 10 км к северу от холма Лувилль-Омега. Координаты точки посадки, объявленные первоначально, несколько раз уточнялись; последние китайские данные соответствовали точке 43.062°с.ш., 51.916°з.д.

В Центре управления полетом "Чанъэ-5"

Китайское телевидение и сетевые СМИ не показали прилунение в прямом эфире, но репортаж о нем запустили буквально через пару минут после касания. Вскоре был представлен фильм, снятый на спуске десантной камерой посадочного модуля, а также половина лунной панорамы к югу от посадочного аппарата, составленной из 120 отдельных снимков панорамной камеры. С левой стороны был замечен свежий кратер, на гладкой в целом поверхности лежали камни различного размера. Поверхность действительно была моложе, чем в районах посадки «Чанъэ-3» и «Чанъэ-4».

Полупанорама района посадки "Чанъэ-5"

Место первого зачерпывания грунта было между опорой и камнем.

2 декабря в 04:53 завершился первый этап взятия образцов – бурение лунного грунта и взятие колонки с глубины до 2 метров. Операция затянулась примерно на час по сравнению с планом. Развивая мощность до 1000 Вт, лунный бур благополучно углубился в реголит. Гибкую трубу с грунтом аккуратно намотали на барабан и в таком виде загрузили в контейнер на взлетном аппарате. Бортовой радар для зондирования подповерхностной структуры грунта указал наиболее интересные места, и «Чанъэ-5» приступил к сбору образцов при помощи манипулятора с поверхности к югу от себя. 

Это был очень медленный процесс: на то, чтобы опустить манипулятор на грунт, зачерпнуть и закрыть крышечкой немного реголита, поднять «руку» и пересыпать материал в контейнер, уходило не менее 50 минут. Спектрометр LMS использовался для определения минерального состава грунта с поверхности и залегавшего на глубине. Панорамная камера продолжала съемку и в конечном итоге передала примерно 700 кадров.

Программой предусматривалось взять 15 таких черпков, но после 12-го специалисты увидели, что контейнер почти полон, и остановили процесс. В результате все работы по забору и упаковке грунта завершились 2 декабря в 22:00 – на пять с лишним часов раньше плана. Контейнер был герметически закрыт, чтобы доставить лунные образцы в вакуумной «таре» и не допустить загрязнения земным воздухом и влагой.

Следы ковшика манипулятора на грунте

Тем временем орбитальный комплекс после третьего маневра фазирования, который в плане стоял на 2 декабря в 22:46, вернулся на орбиту ожидания высотой 197 км. На 3 декабря в 05:46 намечался сброс переходного конуса, на котором во время запуска стоял посадочный модуль, а под ним размещались возвращаемый аппарат и элементы стыковочного устройства. Никаких сообщений об этих операциях китайские СМИ не дали, хотя они были очевидным образом необходимы для стыковки.

Старт с Луны планировался ровно через двое суток после прилунения, когда вследствие медленного вращения Луны плоскость орбиты «Чанъэ-5» вновь пройдет через место посадки. Чтобы сохранить лэндер и его инструменты, разработчики предусмотрели что-то вроде минометного старта: 800-килограммовый взлетный аппарат подбрасывался пружиной, и уже после этого, в полете, включался двигатель YF-37 тягой 3000 Н, такой же, как и на орбитальном аппарате.

Непосредственно перед стартом на посадочном аппарате был выставлен из горизонтального положения в вертикальное флагшток с государственным флагом КНР. Сам флаг имел массу всего 12 граммов, а весь блок для его хранения и вертикализации – около килограмма. Панорамная камера немедленно сделала снимки красного знамени над Луной.

Китайский флаг над Луной на лэндере "Чанъэ-5"

Старт с Луны был произведен 3 декабря в 23:10:21.078 пекинского времени. Израсходовав около 400 кг топлива, через шесть минут с небольшим, в 23:17:27.853, взлетный аппарат вышел на окололунную орбиту высотой 15x180 км. Орбитальный аппарат в этот момент находился практически в противоположной точке орбиты высотой примерно 196x207 км. 

Старт! Взлетный аппарат подброшен пружиной

Включение ЖРД YF-37 для выхода на орбиту

Главный экран ЦУП через две минуты после выхода на орбиту

Как и раньше, китайские СМИ не сообщали подробностей орбитального маневрирования. Западные радиолюбители фиксировали орбитальный аппарат на орбите со средней высотой 203 км, а взлетный в ходе маневров фазирования поднимался, уменьшая угловую скорость сближения. После второго маневра, выполненного 4 декабря примерно в 16:04, его средняя высота была близка к 180 км, и он отставал от цели примерно на 14 минут. После третьего маневра (по плану 5 декабря в 03:46) высота достигла 191 км, а отставание сократилось до трех минут. Судя по данным радиомониторинга, 5 декабря около 20:30 взлетный аппарат сократил отставание до нуля и даже вышел немного вперед. В итоге он оказался на орбите высотой примерно 210 км на расстоянии в несколько десятков километров от орбитального комплекса.

Взлетный аппарат на фоне Земли, снятый камерой орбитального аппарата

6 декабря в 02:14 началась фаза сближения и захвата, за которую отвечал орбитальный аппарат, оснащенный необходимыми средствами автономного наведения. Массы двух участников процесса оценивались в 2300 и 400 кг соответственно. Контрольные точки на участке сближения находились на отметках 50 км, 5 км, 1 км и 100 м, причем на сближение от 5 км и до касания отводился весь последний виток. Специалисты в Пекинском центре управления полетом отслеживали подход и последующие операции по кадрам бортовых видеокамер. В 05:42, на две минуты позже плана, на высоте 210 км был выполнен захват взлетного аппарата за три радиальных штыря стыковочного устройства. Это была первая в мире автоматическая стыковка на окололунной орбите.


Сразу после этого была инициирована перегрузка контейнера в возвращаемый аппарат, которая завершилась в 06:12 с отставанием от графика на 11 минут. Эти отклонения не имеют значения для выполнения задачи экспедиции, так как до старта к Земле остается целая неделя.


Отделение взлетного аппарата с элементами стыковочного устройства состоялось 6 декабря в 12:35 в строгом соответствии с планом. Китайские СМИ сообщили, что на борту остался значительный запас топлива, так что рассматриваются варианты полезного использования этого изделия.

Орбитальный комплекс должен стартовать к Земле 13-14 декабря из оптимальной для этого точки лунной орбиты. Возвращаемый аппарат приземлится 17 декабря на штатном полигоне посадки во Внутренней Монголии.


Поделиться в соц. сетях
2099