«Откровенно говоря, ужасно»: как инженеры Firefly Blue Ghost готовятся к высадке на Луну

Это как бросить дротик и попасть в яблочко по движущейся мишени в соседнем городе: это то же самое, что пытаться посадить космический корабль на Луну. На негостеприимной поверхности с крутыми кратерами и неудобными валунами нет ни посадочных площадок, ни GPS, ни управления воздушным движением, и некому помочь, если что-то пойдет не так.

В эти выходные Firefly Aerospace попытается бросить вызов трудностям и благополучно посадить свой космический корабль Blue Ghost на поверхность Луны, приземлившись в регионе Mare Crisium на ближней стороне Луны.

Только еще одна частная компания когда-либо успешно приземлялась на Луну, и эта посадка не была легкой прогулкой: спускаемый аппарат Intuitive Machines Odysseus зацепился ногой за неровную поверхность Луны во время спуска и в конечном итоге приземлился на боку , что ограничило его срок службы.

Таким образом, на команду Firefly оказывается давление, которое стремится к идеальной мягкой посадке в воскресенье, и мы поговорили с членом этой команды, чтобы узнать, как они надеются это осуществить.

Кевин Шолтес — архитектор будущих систем Firefly, а это значит, что его работа — решать проблемы будущего. «Мне нравится говорить людям, что моя работа — постоянно быть недовольным тем, где мы находимся, и подталкивать нас идти дальше», — сказал он Digital Trends.

Он и его коллеги с нетерпением ждут предстоящей в эти выходные попытки приземления, ожидая, смогут ли годы напряженной работы подготовить их любимый посадочный модуль к решению многих проблем, которые может возникнуть при посадке на Луну.

«Все определенно напряжены в ожидании того, что произойдет», – сказал он.

Доверяя инженерам

Из всех страшных вещей, связанных с попыткой приземлиться на объект, находящийся на расстоянии более 200 000 миль, заключается в том, что вы не можете управлять лунным космическим кораблем вручную. Как только процесс приземления начнется, космический корабль должен будет двигаться самостоятельно — именно поэтому японское космическое агентство назвало этот период « 20 минутами террора» .

«Как только мы совершим спуск, тогда он станет полностью автономным», — объяснил Шольтес. Из-за расстояния до Луны и ограничений скорости света между Землей и космическим кораблем неизбежна задержка связи в несколько секунд.

«Поэтому невозможно даже командовать и общаться с посадочным модулем в реальном времени. Поэтому мы доверяем инженерам. Мы доверяем анализу. Мы доверяем указаниям и навигации на борту автомобиля. Мы прекрасно понимаем, что приняли решение взять на себя обязательства, и собираемся довести его до конца».

Глядя в окно

Человечество, возможно, успешно высадилось на Луну более 50 лет назад, но не обманывайтесь, думая, что высадка на Луну — это легко.

«Как ни странно, одна из самых больших проблем в этом — просто знать, где вы находитесь», — сказал Шольтес.

Без возможности GPS, обеспечивающей точное позиционирование, или астронавтов на борту, которые могут смотреть в окно, космический корабль должен замедлить движение от скорости мили в секунду до возможной скорости приземления всего в один метр в секунду и точно рассчитать свое собственное местоположение с точностью до метра.

«Это может быть страшно, потому что нам приходится генерировать все это внутри компании», — объяснил Шольтес. «Мы должны делать это так, как это делал бы пилот, так сказать, визуально глядя в окно и говоря: «Я узнаю эти особенности и на основе этого могу примерно сказать, насколько быстро я еду».

Распознать эти особенности тоже непросто, поскольку поверхность Луны покрыта кратерами, как большими, так и маленькими. Они выглядят одинаково на разных высотах, поэтому трудно понять, видите ли вы большой кратер вблизи или маленький кратер издалека.

«На высоте сто километров, один километр или 10 метров — когда вы смотрите на поверхность, вы видите кратеры», — объяснил Шольтес.

Это означает, что даже при идеальных навигационных данных все равно трудно определить, насколько далеко находится поверхность, когда вы приближаетесь к ней.

«Не заблуждайтесь, — сказал Шольтес, — высадка на Луну — невероятно трудная задача».

Выбор идеального места

Благодаря современным технологиям и камерам на космических кораблях, таких как Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА, нам повезло иметь впечатляющие изображения поверхности Луны, сделанные с орбиты. И эти изображения имеют неоценимое значение для выбора места приземления, но при разрешении в несколько метров на пиксель изображения не могут показать все опасности, которых необходимо избегать посадочному аппарату.

«Это довольно низкое разрешение для обнаружения большого камня, на который вы собираетесь приземлиться», — сказал Шольтес.

Однако у лунной среды есть преимущество: отсутствие атмосферы означает отсутствие ветра и движения, поэтому нет никаких объектов, таких как облака, которые отбрасывают тени на поверхность. Эта статичная среда означает, что если вы знаете, где находится солнце, то длина тени дает вам очень хорошее представление о том, насколько велико препятствие.

Таким образом, Blue Ghost оснащен технологией, называемой относительной навигацией по местности, которая использует камеру, установленную на нижней части космического корабля, для съемки изображений местности внизу и сопоставляет их со встроенной картой поверхности. Такой вид навигации стал возможен лишь недавно благодаря достижениям в компьютерной обработке данных, которые позволяют бортовому компьютеру быстро сравнивать поступающие изображения со своей внутренней картой.

«Мы синтезируем то, как должна выглядеть Луна, — объяснил Шольтес, — используя бортовой компьютер, — и, по сути, сравниваем это с тем, что нам показывают камеры».

Различия между бортовой картой и реальными изображениями с камеры могут сказать космическому кораблю, насколько быстро он движется и его ориентация, и это позволяет системе определить, где именно находится посадочный модуль.

Затем вторая система, называемая «Избегание опасностей», может использовать те же данные камеры, чтобы выделить любые потенциальные опасности, такие как валуны или кратеры, создавая карты опасностей, которые показывают, какие области потенциально опасны для попытки приземления, а какие безопаснее.

Дробимые соты

Наряду с методом расчета расстояния от поверхности с помощью лазеров, называемым лазерной альтиметрией, и данными об относительной высоте и ускорении, собираемыми бортовыми датчиками, эти системы могут определить, где находится космический корабль относительно поверхности, и помочь мягко приземлить его.

Однако, если космический корабль прибудет быстрее, чем ожидалось, у него есть еще один трюк в рукаве: его опоры содержат разрушаемый сотовый материал, который может сминаться и поглощать удары, как зоны деформации на автомобиле.

Датчики на ножках посадочного модуля указывают, когда они вошли в контакт с твердой землей, и посылают сигнал об отключении двигателю — в этот момент, будем надеяться, посадочный модуль стоит в безопасном вертикальном положении на поверхности Луны и готов начать свою работу.

Гонка на Луну

Blue Ghost — лишь одна из частных лунных миссий, которые в настоящее время проводятся. Помимо посадочного модуля Firefly, в настоящее время на пути к Луне находятся еще два лунных посадочных модуля, а запуск еще одного запланирован на следующий год.

Но это не означает, что между конкурирующими компаниями существуют негативные чувства. Скорее, сказал Шольтес, они надеялись на успех для всех.

«Мы очень поддерживаем друг друга», – сказал он. «Мы очень болеем за Intuitive Machines, мы болеем за ispace и Astrobotic. Мы действительно хотим видеть их успешными — отчасти потому, что их успех — это наш успех. Что мы действительно хотим сделать, так это убедить американских налогоплательщиков и людей во всем мире в том, что Луна достойна возвращения».

Компании обмениваются информацией, и некоторые из них являются частью программы НАСА под названием Commercial Lunar Payload Services (CLPS). Но каждая компания следует своему собственному направлению и принимает собственные решения в надежде найти тот подход, который работает лучше всего.

На данный момент «мы пытаемся сосредоточиться на том, чтобы успешно провести приземление для нас», — сказал Шольтес, — «а затем, надеюсь, вскоре после этого наш хороший друг на другой стороне Луны осуществит свою посадку».

В эти выходные все будут держать пальцы скрещенными в ожидании этого амбициозного подвига, на подготовку и работу которого ушли годы. «Все, что касается этого процесса, откровенно говоря, ужасно», — сказал Шольтес. «Это ужасающая и невероятно смелая попытка».