Mały statek kosmiczny NASA wyruszył, aby przetestować nową orbitę wokół Księżyca

Wczesnym rankiem mały statek kosmiczny NASA wielkości kuchenki mikrofalowej Wyruszyłem w czteromiesięczną podróż na Księżyc, gdzie w końcu wejdzie na wyjątkową, wydłużoną orbitę księżycową, której wcześniej nie odwiedziła żadna misja NASA. Cel statku kosmicznego jest prosty: przetestować tę konkretną orbitę i zobaczyć, jak ona wygląda. To dlatego, że jest to ta sama orbita, z której astronauci lecący na Księżyc mogliby korzystać w następnej dekadzie.

Ta charakterystyczna orbita nosi nazwę Near Straight Line Halo Orbit, w skrócie NRHO. Jest to specjalna siedmiodniowa ścieżka, którą statek kosmiczny może okrążyć wokół Księżyca, utrzymując pojazdy stosunkowo blisko powierzchni Księżyca przez jeden dzień, zanim oddali się od Księżyca przez pozostałe sześć.

NASA rozważa wykorzystanie tej orbity dla programu Artemis – wysiłków agencji, aby wysłać pierwszą kobietę i pierwsze kolorowe osoby na powierzchnię Księżyca. W ciągu następnej dekady NASA chce zbudować nową stację kosmiczną wokół Księżyca o nazwie Gateway, miejsce, które będzie służyć jako platforma szkoleniowa i kwatery mieszkalne dla przyszłych astronautów zmierzających na powierzchnię Księżyca. A agencja kosmiczna chce zatrzymać bramę na tej krętej ścieżce wokół Księżyca.

Ponieważ NASA nigdy wcześniej nie wysyłała statku kosmicznego na tę orbitę, agencja nie ma doświadczenia, jak to jest obsługiwać tam statek kosmiczny. Ta misja, nazwana CAPSTONE, ma służyć jako odkrywca. Można ją również uznać za pierwszą misję całego programu Artemis, rozpoczynającą złożoną, zaplanowaną oś czasu, której kulminacją może być powrót ludzi na Księżyc ponad pół wieku później. „Postrzegamy misję CAPSTONE jako całość jako cenne wprowadzenie”, powiedział podczas konferencji prasowej Nujoud Merancy, szef Biura Planowania Misji Eksploracyjnych w NASA Johnson Space Center.

Kiedy astronauci udali się na Księżyc podczas misji Apollo, ich drogą na Księżyc był dość prosty strzał na masywnej rakiecie zwanej Saturn V. Tam w końcu ustawili się na względnie kołowej orbicie wokół Księżyca, która zbliżyła ich do 62 mil powierzchni. W ten sposób mogą zejść na Ziemię i stosunkowo szybko powrócić na orbitę Księżyca.

Dzięki takiemu podejściu szybko znaleźli się na Księżycu, ale wymagało to mnóstwa zasobów. „Jedną z rzeczy, na które niestety trzeba patrzeć, jeśli chodzi o sprowadzanie statków kosmicznych i sprzętu na Księżyc przy użyciu tego modułowego podejścia, jest znaczna ilość wymaganego paliwa” – powiedział Elwood Agassid, zastępca dyrektora NASA Small Spacecraft Technology Program. Centrum Badawcze Amesa mówi krawędź.

Dzięki Artemis NASA chce wypróbować nowe podejście do eksploracji Księżyca. Zatrzymując bramę w NRHO, przyszła księżycowa stacja kosmiczna będzie znajdować się 1000 mil od południowego bieguna Księżyca i co tydzień odchylać się do 43 500 mil od drugiego bieguna. To bliskie przejście to znacznie większa odległość, niż astronauci Apollo musieli pokonać, aby dotrzeć na Ziemię. Ale NRHO zapewnia inne ważne korzyści. Sonda NRHO ma stałą linię widzenia z Ziemią, co pozwala na ciągłą komunikację. To jest coś, czego astronauci Apollo nie mieli; Kiedy znajdowali się na orbicie wokół Księżyca, mijali jego drugą stronę, blokując sygnały z Ziemi na około godzinę podczas każdego okrążenia.

Być może największą zaletą jest to, że przebywanie w NRHO nie wymaga tyle paliwa, co przebywanie na orbicie kołowej wokół Księżyca. To dlatego, że ten typ trajektorii jest znany jako orbita trzech ciał; Na statki kosmiczne na tej trasie wpływa grawitacja Ziemi, Słońca i Księżyca. W wyniku tego procesu równoważenia ta trajektoria jest stosunkowo stabilna dla statków kosmicznych w utrzymaniu i nie muszą zużywać dużo paliwa, aby utrzymać się na torze lub podróżować na powierzchnię.

„Korzyścią netto z niskiego zużycia energii jest wchodzenie i wychodzenie z niskiego poziomu energii” – powiedział podczas konferencji prasowej Chris Baker, dyrektor wykonawczy programu NASA Small Spacecraft Technology Program. Baker opisuje statek kosmiczny na tej orbicie jako „Jazda w tym punkcie równowagi między grawitacją Ziemi a grawitacją Księżyca”.

Osiągnięcie tej równowagi jest kluczowe, a NASA chce sprawdzić, kiedy opór Ziemi na orbicie staje się większy i kiedy Księżyc zaczyna przeszkadzać. CAPSTONE zapewni zespołowi misji wiedzę w czasie rzeczywistym na temat tego, jakie manewry są wymagane i kiedy należy spalić paliwo, aby statek kosmiczny mógł prawidłowo poruszać się po tej trajektorii.

Obraz: zaawansowana przestrzeń

Dzięki CAPSTONE NASA przetestuje również bardzo długą drogę na Księżyc. Ponieważ samochód jest tak mały, nie ma wiele miejsca na paliwo, chociaż jest pełen tego, co może unieść. „To dość gęsta paczka, ponieważ system napędowy zajmuje dużo masy, przestrzeni i objętości statku kosmicznego” – mówi Agassid. „Jest pełen dżemu. To cud techniki”. Oszczędź dodatkowe wynagrodzenie dzięki dodatkowemu boosterowi o nazwie Photonnadal nie ma dużo paliwa do spalenia w porównaniu z, powiedzmy, masywną rakietą, taką jak Saturn V.

Tak więc w ciągu najbliższych czterech miesięcy CAPSTONE dotrze na Księżyc drogą znaną jako Lunar Ballistic Transport lub BLT. Wykorzystując efekty grawitacji Słońca, CAPSTONE będzie oddalać się od układu Ziemia-Księżyc, posuwając się coraz dalej po spirali, aż osiągnie punkt, w którym będzie mógł włożyć się w NRHO. Wymaga znacznie mniej paliwa, ale więcej czasu.

CAPSTONE ma przybyć do NRHO 13 listopada. Po wejściu na orbitę pozostanie przez co najmniej sześć miesięcy, umożliwiając NASA przechwytywanie krytycznych danych o tej ścieżce Księżyca. Agencja planuje również przetestowanie nowej zdolności nawigacyjnej, w której statek kosmiczny będzie próbował określić swoją pozycję i prędkość w kosmosie. W ten sposób pojazd wymaga mniejszego wkładu od ludzi na Ziemi, co może być przydatne w przyszłości w eksploracji międzyplanetarnej.

Po zakończeniu misji NASA wyśle ​​CAPSTONE na przyspieszony kurs z Księżycem, po wykonaniu swojej historycznej misji. Ale na razie zespół misji musi poczekać, aż małe ciężarówki z satelitami wjadą na orbitę wokół Księżyca. „Korzyści z NRHO są oczywiste i jesteśmy podekscytowani widząc test CAPSTONE i walidację tego orbitala po raz pierwszy” – powiedział Merancy.