17 декабря 2020 г. в 01:59 пекинского времени (16 декабря в 17:59 UTC) возвращаемый аппарат китайского комплекса «Чанъэ-5» успешно приземлился на посадочном полигоне в хошуне Сыцзыван Автономного округа Внутренняя Монголия, доставив образцы лунного грунта из Океана Бурь.
Напомним, что задачей проекта «Чанъэ-5» (см. https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/77328.html ) являлась 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.
Комплекс «Чанъэ-5» общей массой 8250 кг был запущен носителем CZ-5 с космодрома Вэньчан 24 ноября в 04:30 пекинского времени и в 05:07 выведен на сильно вытянутую эллиптическую орбиту с перигеем 200 км и апогеем около 400000 км вблизи Луны.
28 ноября в 20:59 на высоте около 400 км над Луной был включен маршевый двигатель YF-37 орбитального аппарата. За 17 работы он снизил скорость комплекса примерно на 400 м/с, и «Чанъэ-5» вышел на начальную орбиту с апоцентром на высоте около 5700 км и с периодом обращения более 8 часов.
29 ноября в 20:23 маршевый двигатель был включен еще раз и снизил скорость еще на 410 м/с. В результате была сформирована круговая орбита наклонением около 44° и высотой примерно 196×198 км.
30 ноября в 04:40 состоялась расстыковка орбитального и посадочного комплексов. В результате двух последующих маневров последний перешел на предпосадочную орбиту высотой 15.5×183 км.
1 декабря в 22:57 был включен на торможение двигатель YF-36A посадочного аппарата. Он успешно погасил орбитальную и вертикальную скорость движения, и в 23:11 пекинского времени посадочный аппарат совершил посадку 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.
2 декабря в 01:47 начался 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. Полный ход устройства составил 1.68 м, а глубина погружения – около 1.0 м при максимально возможной глубине 2.01 м. Гибкую трубу с грунтом аккуратно намотали на барабан и в таком виде загрузили в контейнер на взлетном аппарате. Этот этап завершился в 04:54.
Бортовой радар для зондирования подповерхностной структуры грунта указал наиболее интересные места, и в 06:33 «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 малый 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 22:22 – на пять с лишним часов раньше плана. Малый контейнер был герметически закрыт, чтобы доставить лунные образцы в вакуумной «таре» и не допустить загрязнения земным воздухом и влагой, и с помощью манипулятора помещен в большой контейнер, внутрь барабана. 3 декабря с 14:06 по 14:46 с использование камер на манипуляторе был проведен фотообзор взлетного аппарата и доступных частей посадочного.
Тем временем орбитальный комплекс выполнил 2 декабря около 04:00 второй маневр фазирования, а затем и третий, который в плане стоял 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. Лишь из последующих публикаций мы знаем, что четвертый маневр состоялся 3 декабря около 11:00, и после него орбитальный комплекс оказался на орбите ожидания наклонением 45° и высотой 200 км.
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.
Старт с Луны был произведен 3 декабря в 23:10:21.078 пекинского времени. Израсходовав около 400 кг топлива, через 360 секунд, в 23:17:27.853, взлетный аппарат вышел на окололунную орбиту высотой 14.6×188 км, немного выше расчетной 15×180 км. Орбитальный аппарат в этот момент находился практически в противоположной точке орбиты высотой примерно 196×207 км.
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. Первый маневр состоялся 4 декабря около 06:00. После второго маневра, выполненного 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. Четвертое включение имело место 5 декабря примерно в 19:00. Судя по данным радиомониторинга, около 20:30 взлетный аппарат сократил отставание до нуля и даже вышел немного вперед. В итоге 6 декабря в 02:13 он оказался на орбите высотой примерно 210 км, на 10 км выше орбитального комплекса и в 50 км впереди.
6 декабря в 02:14 началась фаза сближения и захвата, за которую отвечал уже 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 5 км, 1 км и 100 м, причем на сближение от 5 км и до касания отводился весь последний виток. В 03:47 орбитер прибыл в точку 5 км, а в 04:20 раскрыл захваты стыковочного устройства.
К 05:19 аппарат достиг 100-метровой отметки. Специалисты в Пекинском центре управления полетом отслеживали подход и последующие операции по кадрам бортовых видеокамер. В 05:26 орбитер остановился на 15-метровой отметке и в 05:32 пошел на причаливание. В 05:41, на две минуты позже плана, на высоте 210 км был выполнен захват взлетного аппарата за три радиальных штыря стыковочного устройства, а в 05:41:35 первая в мире автоматическая стыковка на окололунной орбите завершилась.
Сразу после этого, в 05:51, была инициирована девятиминутная перегрузка контейнера в возвращаемый аппарат. Люк его был закрыт в 06:12 с отставанием от графика на 11 минут. Эти отклонения не имели значения для выполнения задачи экспедиции, так как до старта к Земле оставалась 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. Однако 8 декабря в 06:59 китайские операторы просто включили двигатель взлетного аппарата на торможение, и в 07:30 он разбился о поверхность Луны в районе 30°ю.ш., 0°в.д. По непонятным причинам китайские информационные агентства сообщили об этом как о посадке, хотя взлетный аппарат не предназначался для этого и не имел запаса топлива, необходимого для повторного гашения орбитальной скорости. Зато обоснование для этой операции было дано вполне грамотное: не стоит оставлять на окололунной орбите космический мусор, который в будущем может помешать какой-нибудь другой лунной миссии.
Как мы помним, момент отлета к Земле был выбран вблизи зимнего новолуния, когда Луна имеет наиболее отрицательное склонение. Поэтому еще шесть суток аппарат находился в режиме ожидания на круговой орбите высотой около 210 км.
12 декабря в 09:54 был выдан первый отлетный импульс величиной около 400 м/с, который превратил орбиту «Чанъэ-5» в эллиптическую с перицентром 230 км и апоцентром около 5730 км.
13 декабря вблизи перицентра аппарат включил на 22 минуты четыре двигателя тягой по 150 Н. В результате он увеличил свою скорость еще примерно на 420 м/с и покинул окололунную орбиту, направившись к Земле.
На этапе перелета к Земле состоялись две из трех запланированных коррекций – 14 декабря в 11:13 и 15 декабря в 09:15. В обоих случаях использовались два двигателя тягой по 25Н, которые проработали 28 и 8 секунд соответственно.
На заключительном этапе полета над южной частью Индийского и Атлантического океанов и над Африкой с «Чанъэ-5» по договору с китайской стороной работала наземная станция ЕКА Маспаломас на Канарских островах. Сначала она отслеживала подлетную траекторию, а 17 декабря около 01:00 через нее на борт заложили последние уставки с условиями входа в атмосферу. Станция Куру работала только на прием в качестве дублера.
В 01:13:18.864 на высоте 5008 км над Южной Атлантикой прошло разделение орбитального и возвращаемого модулей. Первый уже в 01:22:16 сманеврировал, чтобы избежать попадания в земную атмосферу – у китайских специалистов есть планы его дальнейшего использования. Второй продолжил снижение и в 01:28 на высоте 120 км к востоку от берегов Сомали вошел в атмосферу со скоростью 10.65 км/с под углом –5.72°.
Частично погасив ее в ходе первого погружения до высоты 62 км над Аравийским морем и кораблем «Юаньван-3», возвращаемый модуль поднялся над краем атмосферы за счет подъемной силы, действующей на его фарообразный корпус с теплозащитой. Пройдя над Гималаями апогей новой баллистической траектории на высоте 104 км, он погрузился во второй раз в 01:34 над западной частью Китая и окончательно затормозился в плотных слоях атмосферы. В 01:51 на высоте 10 км в соответствии с планом была введена парашютная система. Посадка была зафиксирована в 01:59 пекинского времени (17:59 UTC) в точке с координатами 42°20’19’’с.ш., 111°26’20’’в.д., всего в 1.3 км от расчетной.
В ночной степи Сыцзывана была отвратительная погода – температура ниже -20°C при сильном ветре. Тем не менее поисково-спасательный комплекс уверенно вел аппарат, и уже через 20 минут после приземления люди были около него.
Впрочем, одна любопытная лиса появилась на месте событий еще раньше.
Около трех часов ночи Председатель КНР Си Цзиньпин выступил с поздравлением в адрес всех участников китайской экспедиции за лунным грунтом. И есть за что – ведь лунное вещество доставлено на Землю впервые за 44 года!
Аппарат упаковали и вывезли с места посадки. Вечером 17 декабря китайский военной-транспортный самолет Юнь-9 поднялся с военного полигона Чжурихэ, чтобы доставить ценный груз на предприятие CAST в Пекине. Утром 19 декабря там в контролируемых условиях из возвращаемого аппарата был извлечен контейнер с лунным грунтом. Измерение показало, что внутри находятся образцы суммарной массой 1731 г, из которых примерно 1500 г приходится на насыпной реголит. После этого руководитель Китайской национальной космической администрации Чжан Кэцзянь и президент Китайской академии наук Хоу Цзяньго подписали акт о передаче контейнера для научных исследований.
Между прочим, в возвращаемом аппарате «Чанъэ-5» имеются и другие грузы. Пока известно, что он доставил семена растений (риса, овса, люцерны и орхидей), совершившие полет по маршруту Земля – Луна и обратно.
Автор: Liss
