Примерно через год Европейское космическое агентство запустит миссию «Гера». Его пунктом назначения является астероид Дидимос, и это будет второй пилотируемый космический корабль, который посетит этот 390-метровый кусок скалы. Миссия НАСА DART врезалась кинетическим ударным элементом в крошечный спутник Дидимоса Диморфос в качестве испытания планетарной защиты.
Гера проведет дополнительное исследование двойного астероида, чтобы измерить размер и морфологию ударного кратера на Диморфосе. Чтобы помочь ему, ему потребуются два крошечных CubeSat, которые приземлятся на Диморфосе.
Может показаться странным, что два крошечных спутника совершат посадку на астероид. Но Гера предназначена для достижения разных целей. Прежде всего, это часть программы Планетарной защиты ЕКА. Итак, его основная задача — изучить влияние миссии НАСА DART на Диморфос и Дидим, чтобы мы могли узнать больше об отклонении опасных астероидов, которые могут угрожать Земле. Но это также миссия по демонстрации технологий.
Пара CubeSat может протестировать новый метод посадки на астероид под названием Robust Ballistic Landings.
Посадить что-либо на вращающийся астероид, практически лишенный гравитации, непросто. Если вы хотите потратить много денег на сложный космический корабль, вы можете получить хорошие результаты. Но можно ли это сделать с меньшими затратами и меньшими сложностями и при этом добиться успеха? Именно это и попытаются сделать CubeSats Milani и Juventus.
Пара CubeSat идентичны, за исключением инструментов. Они весят примерно 12 кг (26,5 фунтов), имеют трехосную стабилизацию и двигательную установку на холодном газе. Они будут использовать свои инструменты, чтобы дополнить исследование Герой двойного астероида. Их инструменты включают спектрометр, термогравиметр для обнаружения летучих и органических веществ, радар для исследования внутренней структуры Диморфоса и гравиметр. Есть также камеры и радиоаппаратура. Гера, Милани и Ювентус будут изучать Диморфоса и Дидимоса около шести месяцев.
Затем, в конце своей миссии, Милани и Ювентус планируют высадиться на Диморфосе.
В новой статье представлен новый метод, который CubeSats может использовать для приземления на Диморфос. Ее название — «Проектирование и анализ устойчивых баллистических посадок на вторичной стороне двойного астероида». Ведущий автор — Иосто Фодде из Университета Глазго в Великобритании.
«Два CubeSat на борту Hera планируют выполнить баллистическую посадку на вторичной стороне системы, называемой Dimorphos», — пишут авторы. «Для этих типов посадок поступательное состояние во время спуска не контролируется, что снижает сложность космического корабля, но также увеличивает его чувствительность к ошибкам маневра развертывания и динамическим неопределенностям».
Что такое надежная баллистическая посадка? По сути, это означает, что это не механический спуск.
Здесь задействовано много математических вычислений, но они сводятся к так называемому методу неинтрузивной интерполяции Чебышева (NCI). По сути, компьютер рассчитывает скорость роста числа возможных состояний CubeSat с течением времени. Это позволяет космическому кораблю ограничить количество скоростей и углов удара, которые позволят успешно приземлиться. В результате космический корабль может оптимизировать свою посадку. Таким образом, крошечный CubeSat может повысить надежность своей траектории по сравнению с другими методами.
«Полученная траектория повышает надежность траектории по сравнению с традиционным методом, улучшая успешность приземления на 20 процентов и значительно уменьшая площадь приземления», — говорят авторы новой статьи.
Успешная миссия НАСА по возвращению образцов с астероида OSIRIS-REx еще раз продемонстрировала, насколько важно доставлять образцы на Землю. Это имело фантастический успех. Но это была также сложная и относительно дорогая миссия. Вся эта сложность необходима не для каждой миссии. Авторы этой статьи отмечают, что простая посадка космического корабля на астероид может многое раскрыть. «Посадки на поверхность астероидов невероятно ценны с точки зрения научной отдачи, поскольку взаимодействие космического корабля с поверхностью дает прямую информацию о внутренней структуре и свойствах материала астероида, в то время как их инструменты могут проводить некоторые измерения на месте, чтобы охарактеризовать астероид в более широком смысле. глубина», — пишут они.
Итак, разработка надежного способа посадки на астероиды является частью их изучения.
Милани и Ювентус попытаются приземлиться на Диморфосе в конце миссии Геры. К тому времени у них будет подробная информация о поверхности, включая камни и кратеры. Но Диморфос — это бинарная система, и это, наряду с другими вещами, вносит дополнительную сложность, с которой не приходилось сталкиваться предыдущим миссиям по астероидам. «Сложная динамика из-за большого влияния первичной силы, несферическая форма обоих тел и малые гравитационные силы затрудняют проектирование траектории приземления», — поясняют авторы.
Исследователи специально рассматривали возможность посадки CubeSat в том же полушарии, что и ударный кратер DART. Это потребует дополнительного маневра торможения для снижения скорости приземления. Надежный баллистический метод приземления NCI «увеличил процент успешных приземлений с 74,3% до 94,7% по сравнению с траекторией, спроектированной без учета неопределенностей». Это значительное улучшение, которое приводит в восторг инженеров, особенно когда оно не требует более сложной конструкции космического корабля.
«Это происходит за счет увеличения среднего угла удара и смещения средней долготы приземления от желаемого места», — объясняют авторы. «Однако даже с учетом этих изменений устойчивая траектория оказалась гораздо более желательной».
«Эти результаты показывают потенциал этой методологии для проектирования баллистической посадки на Диморфос», — говорят авторы.
