Изучение Луны поверхностным трансформируемым роботом.
Японское агентство аэрокосмических исследований JAXA вместе с компаниями Takara Tomy (Tomy Company) и Sony Group Corporation и Университетом Досися (префектура Киото, регион Кансай) занимаются совместной разработкой трансформируемого лунного робота. Работы ведутся в рамках совместного с Toyota проекта создания пилотируемого лунного герметичного ровера, который планируют запустить во второй половине 2020-х гг.
Общая концепция систем лунного герметичного ровера начала прорабатываться с 2019 г. Но так как техника будет ездить по Луне, сила гравитации на которой, как известно, составляет 1/6 от земной, а сама поверхность еще и покрыта реголитом, то специалисты пришли к выводу, что для выбора технологий автономного вождения и перемещения по Селене необходимо больше информации о ее поверхности, в частности, не хватает изображений.
Выполнение поставленной задачи пало на трансформируемого робота, который установят на лунный посадочный аппарат (ПА) частной японской компании ispace (Mission 1), планируемый к запуску в 2022 г. С этой целью в апреле 2021 г. JAXA заключило контракт с ispace (по доставке трансформируемого робота на поверхность Луны).
Робот до и после трансформации
Робот изучит «поведение» реголита во время передвижения по нему и сфотографирует поверхность, а все данные будут отправлены на Землю через ПА. Информацию используют для написания алгоритмов определения ровером собственного местоположения и для улучшения его способности передвижения по реголиту.
Вообще, JAXA и компания Takara Tomy начали заниматься корпусом трансформируемого лунного робота с 2016 г. В 2019 г. к ним присоединились разработчики Sony, а в 2021 г. – еще и университет Досися.
Takara Tomy и Досися занимаются минитюаризацией корпуса, Sony – технологией управления, а JAXA – вопросами стойкости к космической среде. Таким образом получится передвижное, сверхмалогабаритное и сверхлегкое устройство, способное функционировать в суровых лунных условиях.
Особенностью робота также является то, что для транспортировки на спутник его разместят на ПА в сложенном виде. А при съезде на поверхность Селены робот раскроется.
Таким образом JAXA использует пусковые возможности частной компании для отработки своих решений, которые, как Япония надеется, будут серьезно рассмотрены мировым сообществом при осуществлении международной межпланетной деятельности.
«Сапсан-2» прихватил с Рюгу органику и образцы планетезимали?!
Добрые вести из Японии. Специалисты утверждают, что с большой долей вероятности межпланетный аппарат «Хаябуса-2» доставил на Землю образцы планетезимали (небесного тела, образующегося в результате приращения мелких пылевых тел, в дальнейшем сжимающегося и отвердевающего), а также органические вещества.
Одна из двух «горячих зон» (hot spot) на поверхности Рюгу (на рисунках обведена в кружок). В них обнаружены валуны с очень высокой степенью пористости. Шкала отображает температуру в кельвинах
24 мая в английском онлайн-журнале Nature Astronomy была размещена публикация, объединяющая результаты исследований астероида Рюгу зондом «Хаябуса-2». Основной автор работы Anomalously porous boulders on (162173) Ryugu as primordial materials from its parent body («Аномально пористые валуны Рюгу – это вещество его материнского тела») Сакатани Наоя (坂谷 尚哉) из токийского университета Риккё (立教大学) подытожил работу научной группы «Хаябусы-2», образованной из исследователей семи японских университетов.
Ученые проанализировали снимки, сделанные с высоким разрешением камерами среднего инфракрасного диапазона TIR и оптической навигации ONC в ходе сближений аппарата «Хаябуса-2» с астероидом Рюгу. Были обнаружены валуны с очень высокой степенью пористости. Причем настолько легкие, что могли бы удержаться на поверхности воды!
Считается, что Рюгу сформировался из планетезимали, которая после аккумуляции частиц пыли подверглась процессам тепловой эволюции и сжатия и впоследствии столкнулась с другим небесным телом. Отлетевшие при столкновении обломки собрались вместе и появился астероид Рюгу – такой, каким мы его знаем теперь.
С одной стороны, еще никому не удавалось наблюдать планетезимали, и одними из важнейших вопросов процесса планетообразования являются следующие: существовали ли вообще планетезимали и какую они имели форму.
Что касается обнаруженных валунов, то они предположительно являются примерами хорошо сохранившегося до сегодняшних дней вещества, которое демонстрирует нам форму и характеристики планетезималей, ставших причиной появления планет в Солнечной системе.
Кроме того, при «всеобщей мобилизации» данных со всех бортовых средств научного наблюдения «Хаябусы-2» для проведения сравнительного анализа разных участков Рюгу выяснилось, что на всей поверхности астероида присутствуют частицы вещества, которое схоже по составу с высокопористыми валунами. Более того, существует вероятность его наличия в доставленных «Хаябусой-2» образцах. Если оно и впрямь будет обнаружено в японской лаборатории Центра хранения внеземных образцов ESCuC, то приоткроется завеса не только истории формирования и эволюции материнского тела Рюгу, но и раннего периода формирования нашей родной звездной системы.
Вообще, почти весь Рюгу покрыт валунами. И, согласно наблюдениям камеры TIR и ИК-теплорадиометра MARA (был установлен на франко-германском посадочном зонде MASCOT), большинство валунов этого астероида по сравнению с найденными на поверхности Земли углеродистыми хондритами обладают более низкой тепловой инерцией. Этот научный термин определяет степень «лёгкости» нагрева и охлаждения небесных тел. Соответственно, чем ниже тепловая инерция, тем выше степень «тепловой изоляции» – днем поверхность тела легко нагревается, а ночью так же легко охлаждается.
«Низкую тепловую инерцию» валунов можно перефразировать в «высокую степень пористости» или «низкую плотность». А по предварительным подсчетам степень пористости валунов Рюгу соответствует 30-50% (Grott et al., 2019; Sugita et al., 2019; Okada et al., 2020).
В рамках работы под руководством господина Сакатани очень скрупулезно изучались данные, полученные при репетициях посадки на астероид и сбросе на поверхность аппарата MASCOT и японских посадочных зондов Minerva II, а также изображения с камеры TIR (с пространственным разрешением менее 45 мегапикселей), сделанные при снижении основного аппарата на высоту ниже 500 м. Японцы разыскивали места на поверхности с аномальной температурой.
Результатом розысков стало обнаружение вблизи центров двух небольших кратеров диаметром менее 20 м двух очень «горячих зон» (hot spot). Проведя подробный тепловой анализ, ученые выяснили, что показатель тепловой инерции этих зон аналогичен показателям на поверхности Луны, однако ниже любой другой точки на поверхности Рюгу.
В одном из кратеров был обнаружено скопление темных валунов размером 10 см. То есть они обладают большей пористостью, чем другие породы Рюгу. Она превышает 70%! Это соответствует плотности приблизительно менее 0,8 г/см3. А так как плотность воды 1 г/см3, то они бы не утонули в воде…
А при помощи спектрометра ближнего инфракрасного диапазона NIRS3 японцы выяснили, что поглощение на длине волны 2,72 ㎛ – указывает на гидроксильную группу – на внутренней стороне второго кратера сильнее, чем на внешней. Это значит, что это вещество было «выкопано» относительно недавно (при искусственном создании кратера).
Образование Рюгу: планетезималь – материнское тело – соединение обломков после столкновения – смешение высокопористых пород с другими – их размельчение – искусственное создание кратера танталовым снарядом и подъем высокопористого материала на поверхность. Высокопористые породы обозначены красным.
Что же касается формирования материнского тела Рюгу, то выдвинута такая теория (Okada et al., 2020; Neumann et al., 2021): вследствие облучения радиоактивным элементом наподобие алюминия-26 внутренняя область планетезимали нагрелась и затем сжалась. Но когда случилось столкновение с другим телом процессы консолидации и затвердения не завершились.
По данной гипотезе пористость большей части материнского тела Рюгу равнялась 30-50%. Однако температура поверхностного слоя материнского тела была ниже, чем в его внутренней области, и поэтому он не сильно «ужался». Следовательно, поверхностное вещество материнского тела несет в себе информацию о состоянии материи в начальном периоде образования астероида, когда пористость была очень высокой. Поэтому специалисты надеются, что такое «живое ископаемое» из эпохи становления Солнечной системы найдут в доставленных «Хаябусой-2» образцах, и оно расскажет об истории Рюгу больше, чем все его обследованные валуны.
А в результате проведения в апреле инфракрасной спектроскопии ученые получили данные, свидетельствующие о наличии в образцах Рюгу органических веществ. Такие выводы, кстати, были сделаны еще при дистанционном сканировании астероида с орбиты. Кроме того, исследователи пришли к выводу, что раньше на Рюгу присутствовала вода.
Что касается дальнейшей работы с внеземными образцами, то 11 июня глава JAXA Ямакава Хироси анонсировал завершение начавшейся в декабре первой фазы работы с образцами (Phase-1) и переход ко второй фазе (Phase-2).
В рамках первой фазы JAXA вместе с университетами и исследовательскими учреждениями провело первичный осмотр (наблюдения под микроскопом, взвешивание, определение размеров и формы) и каталогизацию вещества. Вторая фаза началась 20 июня, продлится она около года, а специалисты приступили к первичному анализу образцов.
Передача образцов для второй фазы. 17 июня 2021 г.
Кстати хорошо, что состоится так сказать «перекрестное опыление» – образцы Бенну и Рюгу обогатят японскую и американскую лаборатории хранения внеземного вещества.
Так, в рамках соглашения с NASA в декабре 2021 г. JAXA передаст США часть вещества Рюгу, а ориентировочно с июня 2022 г. японцы приступят к передаче оного в международные исследовательские организации. Соответственно, американский ARES отправит частицы Бенну в японский ESCuC.
Закон о космических ресурсах
Японская компания ispace, разрабатывающая серию лунных посадочных аппаратов и имеющая планы на использование лунных ресурсов, поддержала закон о космических ресурсах, принятый парламентом Японии. Он разрешает компаниям добывать и использовать космические ресурсы.
Палата советников, являющаяся верхней палатой японского парламента, 15 июня приняла соответствующий законопроект, а нижняя палата – палата представителей – одобрила его 10 июня. Закон поддержали две крупнейшие политические партии – правящая Либерально-демократическая и Конституционно-демократическая партии Японии.
Законопроект, официально названный «Закон о содействии коммерческой деятельности, имеющей отношение к разведке и разработке космических ресурсов» (Law Concerning the Promotion of Business Activities Related to the Exploration and Development of Space Resources), разрешает японским компаниям проводить разведочные работы, добычу и эксплуатацию разных космических ресурсов. Однако компании, которые пожелают заняться данной деятельностью, в первую очередь обязаны получить разрешение от правительства Японии.
Содержание японского документа схоже с положениями «Закона о конкуренции при осуществлении коммерческих космических пусков» (Commercial Space Launch Competitiveness Act), принятого конгрессом США и подписанного президентом Обамой в 2015 г. Этот законопроект предоставляет американским компаниям право на добытые ими ресурсы, однако не закрепляет право собственности на небесные тела, что противоречило бы «Договору о космосе» (Outer Space Treaty). С тех пор похожие законодательные акты утвердили Люксембург и ОАЭ.
Все четыре государства подписали «Соглашения Артемиды» (Artemis Accords), которые поддерживают добычу и использование космических ресурсов. Согласно «Соглашениям», подписавшие стороны утверждают, что добыча космических ресурсов по своей сути не является национальным присвоением, о чем говорится во второй Статье «Договора о космосе», и что контракты по программе Artemis и иные правовые инструменты, имеющие отношение к космическим ресурсам, следует привести соответствие с «Договором о космосе».
Одна из последних подписавших «Соглашения Артемиды» страна – Новая Зеландия – также поддерживает международные обсуждения использования космических ресурсов.
Замкнутая система регенерации от Хонда
JAXA и Honda рассматривают практическую реализацию замкнутой системы регенерации для осуществления космической деятельности.
Эксплуатация на поверхности Луны замкнутой системы регенерации, объединяющей технологии электролитического преобразования воды под высоким давлением и технологии топливных элементов. По центру – сама система. Слева – электричество и водород пойдут на осуществление активной деятельности. Справа – выработка кислорода позволит дышать
JAXA и Технологический институт компании Honda планируют создать систему жизнеобеспечения для длительного пребывания и работы человека в космосе. Полным ходом идёт совместное исследование замкнутой системы регенерации, которая бы позволила обеспечить обитаемые пункты на поверхности небесных тел и мобильные транспортные средства кислородом, водородом и электроэнергией.
14 июня JAXA сообщило о начале совместного обсуждения вопросов практической реализации такой системы.
Чтобы человек мог жить в космосе, помимо еды и воды необходимы еще кислород для дыхания, водород в качестве топлива и энергия для осуществления разного рода деятельности. И все эти составляющие элементы желательно не поставлять с Земли, а получать прямиком в космосе.
Один из вариантов решения проблемы: создать замкнутую систему регенерации, которая будет состоять из системы преобразования воды под высоким давлением на основе электролиза (благодаря энергии Солнца из воды будет выделяться кислород и водород) и системы на основе топливных элементов (будет генерировать из кислорода и водорода электричество и воду).
В ноябре 2020 г. JAXA и Honda заключили соглашение о совместных исследованиях сроком на три года (2020 ф.г. – 2022 ф.г.).
Данными технологиями обладает Honda. В 2002 г. компания впервые в мире открыла «лизинговую реализацию» (lease sale) автомобилей, работающих на топливных элементах. Кроме того, Honda имеет опыт разработки и установки «умных водородных заправочных станций» (smart hydrogen station).
Согласно подписанному документу, обе технологии Honda будут приспосабливать для создания объединенной системы, которую разрабатывают для анонсированной США окололунной станции и для баз на поверхности Луны.
Используется замкнутая система регенерации. Солнечная энергия поступает в систему электролитического преобразования воды под высоким давлением, производящую водород и кислород. Они затем направляются в топливные элементы, которые вырабатывают электричество и воду, которая возвращается в систему на основе электролиза
В 2020 ф.г. (1.04.2020-31.03.2021) были определены ключевые технологические задачи, которые нужно решить для создания объединенной системы. В 2021 ф.г. на опытном образце системы их проверят на практике. Результаты учтут при рассмотрении вопроса об осуществимости эксплуатации такой космической системы в принципе – окончательным дебатам отводится 2022 ф.г.
Евгений Рыжков
Источники
https://www.jaxa.jp/press/2021/05/20210527-1_j.html
https://www.jaxa.jp/press/2021/05/20210525-1_j.html
https://spacenews.com/japan-passes-space-resources-law/
https://www.jaxa.jp/press/2021/06/20210614-2_j.html
https://www.jaxa.jp/about/president/presslec/202106_j.html
https://www.isas.jaxa.jp/topics/002639.html
