‘Откровенно ужасающий’: как инженеры Blue Ghost из Firefly готовятся к высадке на Луну

      Это все равно, что метнуть дротик и попасть точно в яблочко движущейся мишени в соседнем городе: это все равно, что попытаться посадить космический корабль на Луну. На негостеприимной поверхности, усеянной 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 компания Firefly Aerospace попытается преодолеть все трудности и благополучно посадить свой космический аппарат Blue Ghost на поверхность Луны, совершив посадку в районе Моря Кризиса на ближней стороне Луны.

      Только одна частная компания когда-либо успешно совершала посадку на Луну, и эта посадка не была легкой прогулкой: посадочный модуль Intuitive Machines Odysseus при спуске зацепился ногой за неровную поверхность Луны и в итоге приземлился на бок, что ограничило срок его службы.

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

      Кевин Шолтес - будущий системный архитектор Firefly, а это значит, что его работа заключается в решении проблем будущего. “Мне нравится говорить людям, что моя работа заключается в том, чтобы постоянно быть недовольным тем, где мы находимся, и подталкивать нас к дальнейшему развитию”, - сказал он Digital Trends.

      Он и его коллеги с нетерпением ожидают попытки высадки на Луну в эти выходные, желая убедиться, что годы напряженной работы позволили их любимому посадочному модулю справиться со многими трудностями, которые может предложить посадка на Луну.

      “Все, безусловно, как на иголках в ожидании того, что произойдет”, - сказал он.

      Мы доверяем инженерам

      Миссия Blue Ghost 1 – Команда со спускаемым аппаратом в чистой комнате Firefly Firefly Aerospace

      Одна из самых 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 аппаратом вручную. Как только начинается процесс посадки, космический аппарат должен самостоятельно ориентироваться — вот почему японское космическое агентство назвало этот период "20 минутами ужаса".

      “Как только мы приступаем к спуску, он становится полностью автономным”, - объяснил Шолтес. Из-за расстояния до Луны и ограничений скорости света неизбежна задержка связи между Землей и космическим аппаратом на несколько секунд.

      “Таким образом, невозможно даже управлять посадочным модулем в режиме реального времени и поддерживать связь с ним. Поэтому мы доверяем инженерам. Мы доверяем анализу. Мы доверяем руководству и навигации на борту транспортного средства. Мы полностью осознаем, что приняли решение взять на себя обязательства, и намерены довести его до конца”.

      Глядя в окно

      Снимок Луны, сделанный космическим аппаратом Blue Ghost компании Firefly Aerospace. Firefly Aerospace

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

      “Как ни парадоксально, но одна из самых больших проблем, связанных с этим, заключается в том, чтобы просто знать, где вы находитесь”, - сказал Шолтес.

      Без GPS, обеспечивающего точное позиционирование, или астронавтов на борту, которые могли бы выглянуть в иллюминатор, космический корабль должен замедлить свой полет со скоростью мили в секунду до конечной скорости приземления всего в один метр в секунду и точно рассчитать свое местоположение с точностью до метра.

      “Это может быть пугающим, потому что мы должны создавать все это внутри компании”, - объяснил Шолтес. “Мы должны сделать это так, как это сделал бы пилот, так сказать, визуально выглянув в окно и сказав: ”Я узнаю эти особенности и могу приблизительно определить, с какой скоростью я еду".

      Распознать эти особенности также непросто, поскольку поверхность Луны покрыта кратерами, как большими, так и маленькими. С разных высот они выглядят одинаково, из-за чего трудно понять, большой кратер вы видите вблизи или маленький - издалека.

      “На высоте ста километров, одного километра или 10 метров — когда вы смотрите на поверхность, вы видите кратеры”, - объяснил Шолтес.

      Это означает, что даже при наличии идеальных навигационных данных по-прежнему трудно определить, как далеко находится поверхность, когда вы приближаетесь к ней.

      “Не допускайте ошибок, - сказал Шолтес, - посадка на Луну - невероятно сложная задача”.

      Выбор идеального места

      Изображение Голубого призрака на поверхности Луны. Firefly Aerospace

      Благодаря современным технологиям и камерам на космических аппаратах, таких как Lunar Reconnaissance Orbiter НАСА, нам посчастливилось получить впечатляющие снимки поверхности Луны, сделанные с орбиты. И эти снимки бесценны для выбора места посадки, но при разрешении в несколько метров на пиксель изображения не могут показать всех опасностей, которых должен избегать посадочный модуль.

      “Это довольно низкое разрешение для обнаружения большого камня, на который вы собираетесь приземлиться”, - сказал Шолтес.

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

      Итак, Blue Ghost оснащен технологией под названием terrain relative navigation, которая использует камеру, установленную на нижней стороне космического аппарата, для получения изображений местности внизу и сопоставления их с бортовой картой поверхности. Этот вид навигации стал возможен лишь недавно благодаря достижениям в области компьютерной обработки, которые позволяют бортовому компьютеру быстро сравнивать изображения, поступающие на его внутреннюю карту.

      “Мы синтезируем то, как должна выглядеть Луна, - объяснил Шолтес, используя бортовой компьютер, - и, по сути, проводим сравнение между этим и тем, что показывают нам камеры”.

      Различия между бортовой картой и фактическими изображениями с камер позволяют определить скорость движения космического аппарата и его ориентацию, что позволяет системе точно определить, где находится посадочный модуль.

      Затем вторая система, называемая hazard avoidance, может использовать те же данные с камеры для выявления любых потенциальных опасностей, таких как валуны или кратеры, создавая карты опасностей, которые показывают, в каких районах потенциально опасно совершать посадку, а в каких безопаснее.

      Крошащиеся пчелиные соты

      Миссия Blue Ghost 1: Полностью собранный лунный посадочный модуль Firefly Aerospace

      Наряду с методом расчета расстояния до поверхности с помощью лазеров, называемым лазерной альтиметрией, и данными об относительной высоте и ускорении, получаемыми с помощью бортовых датчиков, эти системы могут определить, где находится космический аппарат относительно поверхности, и помочь мягко посадить его.

      Однако, если космический аппарат все-таки прилетит быстрее, чем ожидалось, у него есть последний козырь в рукаве: его ножки содержат материал с ячеистой сердцевиной, который может сминаться и поглощать удары, как зоны смятия в автомобиле.

      Датчики на опорах посадочного модуля показывают, когда они соприкасаются с твердой почвой, и посылают сигнал отключения на двигатель — и в этот момент, как мы надеемся, посадочный модуль благополучно встанет вертикально на поверхность Луны и будет готов к запуску.

      Гонка на Луну

      Находясь на окололунной орбите, посадочный модуль Firefly Blue Ghost сделал снимок южного полюса Луны в дальнем левом углу. Firefly Aerospace

      Blue Ghost - это всего лишь одна из частных лунных миссий, которые в настоящее время осуществляются. В дополнение к посадочному аппарату Firefly, два других лунных аппарата в настоящее время находятся на пути к Луне, и еще один запуск запланирован на следующий год.

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

      “Мы очень поддерживаем друг друга”, - сказал он. “Мы очень поддерживаем интуитивные машины, мы поддерживаем ispace и Astrobotic. Мы действительно хотим видеть их успешными — отчасти по той причине, что их успех - это наш успех. Что мы действительно хотим сделать, так это убедить американских налогоплательщиков и людей по всему миру в том, что Луна достойна того, чтобы на нее вернуться”.

      Компании действительно делятся информацией, и некоторые из них являются частью программы НАСА под названием Commercial Lunar Payload Services, или CLPS. Но каждая компания придерживается своего собственного направления и принимает свои собственные решения в надежде найти, какой подход работает лучше всего.

      На данный момент “мы пытаемся сосредоточиться на том, чтобы успешно провести посадку для нас, - сказал Шолтес, - а затем, надеюсь, вскоре после этого у нас появится хороший друг на другой стороне Луны, который проведет их посадку”.

      В эти выходные все будут держать пальцы скрещенными в предвкушении этого грандиозного достижения, на которое ушли годы подготовки и работы. “Откровенно говоря, все в этом процессе вызывает ужас”, - сказал Шолтес. “Это пугающая и невероятно смелая попытка”.