Лунная миссия «Берешит» – характеристики аппарата, серия маневров и самый длинный путь на Луну



    Какой двигатель установлен на аппарате «Берешит»? Что за научные приборы есть на его борту? Какие маневры должен совершить аппарат, чтобы добраться до Луны? Сколько километров он пролетит за 47 дней своего полета?


    Силами и средствами лишь одной небольшой частной компании отправить в космос лунный аппарат невозможно, но с помощью международного космического сообщества можно превратить идею в реализуемый на данный момент полноценный проект.

    Участники проекта, задействованные в миссии «Берешит»:

    — команда молодых израильских ученых и инженеров из компании SpaceIL,

    — NASA (США),

    — ISA (израильское космическое агентство),

    — IAI (концерн «Авиационная промышленность Израиля»‏),

    — компания Spaceflight Industries (США, организатор вывода аппарата «Берешит» на орбиту),

    — компания SpaceX (США, ракета-носитель Falcon 9),

    — Шведская космическая корпорация (Swedish Space Corporation),

    — компания Cobham (Швеция),

    — компания Ramon Chips (Израиль).



    Ведь SpaceIL – это по мировым меркам небольшая организация, в ее штат входят порядка 200 человек, причем большая часть из них — это добровольцы-ученые и инженеры, которые “стремятся содействовать развитию технологического и научного прогресса в Израиле”.

    На фото Даниэла Герон – инженер компании SpaceIL.



    Общая стоимость разработки, подготовки и организации всех действий для реализации проекта «Берешит» – 100 миллионов долларов.

    Это не коммерческий проект, так как, например, финансовой выгоды от совместной работы с израильской компанией SpaceIL у NASA не будет, а вместо этого такое плотное их сотрудничество позволит NASA получить ценную научную информацию с магнитометра аппарата «Берешит».
    «Такой тип сотрудничества выгоден любой стороне. Чтобы продолжить успешно исследовать Луну и Марс, нам необходимы партнеры. Чем шире будет наша партнерская сеть, тем лучше это будет для мировой науки в целом», — сообщил Стив Кларк, заместитель руководителя развития исследовательских систем NASA.
    Компоненты первого частного лунного аппарата «Берешит»

    Общие характеристики:

    — высота аппарата «Берешит» составляет около 1,5 метра, диаметр 2 метра (2.3 метра между посадочными опорами);

    — масса 585 килограмм с топливом (масса топлива – 390 кг), 195 кг без топлива.

    На самом деле, данные о массе топлива и массе аппарата разнятся, где-то указано, что масса аппарата без топлива 150 кг или 160 кг, но цифра в 585 кг общей стартовой массы – это почти константа во всех материалах.

    Аппарат «Берешит» на финальных стадиях тестирования элементов и приготовления к старту:







    1. Двигатель.

    Двигатель аппарата «Берешит» — это специальный адаптированный (для миссии «Берешит» была сделана его доработка путем укорачивания сопла и прибавки тяги) химический ракетный блок семейства LEROS (для применения на спутниковых платформах) — модификация LEROS 2b на гидразине (монометилгидразине) с тягой в 45 кгс (441H), что немного больше его штатных характеристик в 41,5 кгс (407H).





    2. Бортовая электроника.



    Cobham Gaisler's HiRel GR712RC processor

    В качестве основного элемента бортового компьютера в аппарате «Берешит» используется двухядерный процессор Gaisler HiRel GR712RC компании Cobham.

    Технологически чип базируется на основе LEON SPARC и произведен с использованием уникальной радиационно-стойкой кремниевой технологии.

    Компания SpaceIL стала первым заказчиком данного процессора и инженеры SpaceIL написали для него специальное программное обеспечение еще до осуществления фактической поставки и прогонки на аппарате «Берешит».

    GR712RC — двухъядерный процессор LEON3FT SPARC V8. Может работать на частоте до 125 МГц во всем диапазоне военных частот. Это обеспечивает до 300 DMIPS и 250 MFLOPS пиковой производительности. Интегрирует расширенные протоколы интерфейса, в том числе SpaceWire, CAN, SatCAN, UART, 1553B, Ethernet, SPI, I2C, GPIO и другие. Имеет высокоскоростные интерфейсные шины для внешней памяти SDRAM / SRAM / PROM / EEROM / NOR-FLASH. Доказанная радиационная стойкость — до 300 крад. Низкое энергопотребление.





    По данным из комментария amartology: прелесть этого процессора как раз в том, что он произведен по самой обычной коммерчески доступной технологии (TowerJazz 180 нм, made in Israel), примерно такой же, на которой контроллеры для электрочайников делают. Обеспечение радстойкости без вмешательства в технологию, за счет схемотехники и топологии элементов, что обходится на порядок-другой дешевле, чем если бы техпроцесс разрабатывали специально.

    3. Бортовая камера.

    Бортовая камера аппарата «Берешит» — это 8-мегапиксельная Imperx Bobcat B3320C с оптикой Ruda.

    Количество камер на аппарате: 6 шт.



    И первые кадры с этой камеры должны были быть сделаны как раз во время полета к Луне аппарата «Берешит», а потом уже после посадки (кстати процедуру посадки тоже будет эта камера снимать, конечно), если все удачно получится, то планируется запечатлеть на лунной поверхности максимальное количество кадров, сколько сможет сделать камера до выхода из строя в результате перегрева.

    Телеметрию и данные с камеры аппарата в ЦУПе проекта «Берешит» получают с помощью коллег из Швеции и аппаратуры научно-космического центра в Кируне, на севере Швеции.

    Вид на камеру в процессе сборки аппарата:



    Вот тут на картинке примерно видно, как размещена камера и табличка с первым фото из этой публикации.





    4. Научные приборы на борту аппарата «Берешит»:

    На борту аппарата «Берешит» размещен магнитометр (производитель — Институт Вейцмана, Израиль), с помощью которого планируется провести серию замеров магнитного поля Луны в зоне приземления.

    Так же на аппарате «Берешит» установлен массив лазерных уголковых отражателей (производитель — Центр космических полётов им. Годдарда, США).

    Вот фото одного из отражателей, который по размерам меньше компьютерной мышки:



    Данный инструмент имеет восемь отражающих плоскостей, установленных в куполообразной алюминиевой раме. Такая структура позволяет устройству отражать свет, поступающий с любой стороны, обратно к источнику.

    Лазерный альтиметр LRO (лунный орбитальный зонд NASA), предназначенный для составления карты высот, будет посылать лазерные световые импульсы на уголковый отражатель аппарата «Берешит», а затем измерять, сколько времени требуется свету, чтобы вернуться назад.

    Используя эту технику, инженеры NASA и SpaceIL планируют, что смогут определить местоположение аппарата «Берешит» с точностью до 10 сантиметров.

    Так же, когда аппарат «Берешит» будет выполнять процедуру посадки, то LRO (лунный орбитальный зонд NASA) проведет анализ “выхлопных газов” главного жидкостного двигателя.

    «Наша команда попытается “увидеть”, как вещества, испускаемые двигателем аппарата будут вести себя над поверхностью Луны», — сказал Джон Келлер, ученый NASA из проекта LRO.


    5. Система связи и обмена данными (телеметрии и управления).

    У компании SpaceIL нет своего центра космической связи, так что организация передачи данных между ЦУПом на Земле и аппаратом «Берешит» в космосе — это сложный процесс, в котором задействованы:

    — сеть антенн Шведской космической корпорации (Swedish Space Corporation), благодаря которой аппарату «Берешит» передаются навигационные команды и отслеживается его траектория;

    — сеть дальней космической связи NASA (DSN) для управления аппаратом «Берешит» и передачи научных данных от аппарата на Землю после его посадки на Луне.

    DSN — это сеть радиотелескопов и система из десятков огромных антенн для связи с космическими кораблями в глубоком космосе, управляется она Лабораторией реактивного движения NASA в Пасадене (штат Калифорния).

    Про маневры аппарата «Берешит» на пути к Луне

    Видео о выполнении планируемого комплекса маневров аппаратом «Берешит»:



    По предварительным данным отсюда, можно составить таблицу космических маневров аппарата «Берешит».







    Главная часть полета — это выполнение серии маневров (включение двигателей на несколько секунд или даже минут) для увеличения апогея своей эллиптической обиты после каждого витка вокруг Земли.



    Вот как эта серия маневров выглядит в описании от SpaceIL:























    Анализируя информацию о планируемых маневрах и о текущих данных состояния аппарата «Берешит», можно составить такую таблицу:



    Доклады о состоянии миссии «Берешит» выкладываются тут твиттер Israel To The Moon команда SpaceIL.

    Moon Travel Report #1
    Moon Travel Report #2
    Moon Travel Report Probem
    Moon Travel Report #4
    Moon Travel Report #5

    7 марта 2019 года был успешно выполнен третий маневр — орбита с апогеем 270000 км, включение двигателя для разгона на 152 секунды.





    Путь к Луне аппарата «Берешит»

    Оказывается, что аппарат «Берешит», в случае успеха, побьет своеобразный рекорд — он летит на Луну по самой длинной траектории из возможных.

    Вот мне и стало интересно, а какое именно расстояние (хоть и оценочное, но все же достаточное для понимания размаха данной миссии) пройдет в космическом пространстве этот аппарат за 47 дней?

    Примем за основные данные таблицу маневров аппарата и получаем вот такую оценочную таблицу для его траектории:



    Таким образом, более 5,5 миллионов километров аппарат «Берешит» пролетит за 47 дней, чтобы достигнуть финальной точки своей миссии – посадки на Луну.

    Средняя скорость 1354 м\с или 4874,4 км\ч.

    По данным от SpaceIL, путь еще длиннее — 6,5 миллионов километров!

    Место посадки аппарата «Берешит»

    По расчетным данным аппарат «Берешит» должен совершить мягкую посадку 11 апреля 2019 года на темной лавовой равнине, известной как Море Ясности, недалеко от региона, в котором 11 декабря 1972 прилунились астронавты миссии «Аполлон-17».

    Но после посадки ранее планировался (хотя это действие не заявлено в последних обзорах от SpaceIL и может быть отменено еще на стадии запуска — ждем по факту) выполнить еще один маневр – этакий дополнительный «прыжок» на расстояние до 500 метров (если хватит топлива), чтобы выполнить «лунный ровер-норматив» по передвижению по Луне и, может быть, сразу подняться на шестое из восьми мест по длине перемещения на лунной поверхности среди роверов:



    В любом случае, даже без совершения прыжка это будет интересная посадка, тем более, что ее обещают в SpaceIL записать на видео и показать через некоторое время в открытом доступе.

    Планируемый район посадки аппарата «Берешит»:







    В любом случае, будет выполнен прыжок или нет, аппарат «Берешит» приступит к научным исследованиям, также планируется сделать несколько панорамных снимков высокого разрешения поверхности Луны.

    У аппарата «Берешит» нет тепловой защиты и систем охлаждения, расчетное время работы на поверхности Луны примерно двое земных суток (трое суток максимум), потом его электроника выйдет из строя из-за перегрева, связь с аппаратом будет потеряна, и он станет новым лунным памятником в Море Ясности, рядом с Луноходом-2 (миссии Луна-21) и модулями миссии Аполлона-17.
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Комментарии 27

      +2
      По насыщенности научной программы очень напоминает запуск tesla roadster'а на орбиту.
        +4
        Главная цель миссии — показать, что частный космический аппарат способен достигать других тел солнечной системы.
          +5
          Именно потому я про roadster и сказал. Цель примерно такая же. Показать, что «можем».
          +4
          Основная цель — образовательная. Они провели тысячи лекций в школах.
          Научные приборы вначале вообще не собирались ставить
          0
          Прыжок, вроде отменили после отмены X Prize.
          А про двигатели ориентации ничего не известно? На инертном газе?
            +2
            Прыжок на поверхности после отмены конкурса и не планировали. Информация точная.
              +6
              Технологически чип… произведен с использованием уникальной радиационно-толерантной кремниевой технологии.
              Таки нет, прелесть этого процессора как раз в том, что он произведен по самой обычной коммерчески доступной технологии (TowerJazz 180 нм, made in Israel), примерно такой же, на которой контроллеры для электрочайников делают. Обеспечение радстойкости без вмешательства в технологию, за счет схемотехники и топологии элементов, что обходится на порядок-другой дешевле, чем если бы техпроцесс разрабатывали специально.
                +3

                А как это работает?
                Ну, всякое ECC с коррекцией можно поставить на статическую память. Можно самотестирование сделать. Два ядра дают какое-то (ограниченное) redundancy. Но что делать с SEU в триггере где-нибудь посреди процессорного пайплайна? От этого только библиотека с ячейками потолще и семь-бед-один-ресет?

                  +2
                  Конкретно тут — библиотека логических и I/O элементов. SEU в триггере посреди пайплайна просто нет (или почти нет), потому что у триггера не обычная схема, а например с внутренним резервированием и/или с временной защитой от глитчей. Плюс там ECC c коррекцией не только в памяти, но и в регфайлах.
                  Триггеров можно три поставить, опять же. Можно вообще всем элементам схемотехнику перепилить для большей стойкости как к одиночным эффектам, так и по дозе.
                    0
                    1) Физическое дублирование-троирование критических элементов в цепях питания (диоды, транзисторы) по отказустойчивой схеме.
                    2) Контрольные суммы.
                    3) Заведомое увеличение размеров элементов. Эсли мы делаем чип по «старым» технологиям в 180 нм на новом оборудвании в разрешением в, например, 60 нм, то уже одно это сильно повышает стойкость, т.к. нужно больше энергии для переключения элементов.
                    4) Минимальное применение элементов, хранящих своё состояние долгое время, либо меры по автобоновлению состояния в случае его случайного изменения. Простейший пример — делаем три триггера и голосование. В случа расхождения одного из них обновляем его состояние.
                    5) Широкое применение логических элементов с большим гистерезисом внтури чипа.
                    6) Максимальный запас по напряжениям/энергиям переключения логических элементов питания. Т.е. сильно занижают рабочую частоту относительно максимально возможной и несколько поднимают напряжение питания (чтобы расширить гистерезис).
                    7) Все элементы-дублёры физически размещаютися так, чтобы минимизировать возможность влияния на них одной заряженной частицы. Как минимум, это разворот топологии на 90'.

                    Ядра процессора при этом, обычно, пускают в синхронном режиме и используют специальный аппаратный watchdog (или набор хитрых таймеров) для нахождения расхождения.
                    Кстати, на сколько я понимаю, в радиацонно-стойком режиме там частота всего 100Мгц. Автор сильно преукрасил картину.
                      +2
                      Пункт 3 — неправда. Увеличение размеров транзисторов вместе с большей энергией переключения даст вам большее сечение сбоев, и при стандартной схемотехнике в итоге получится намного хуже. Можно на той же площади организовать резервирование и получить меньше потребление и меньше сбоев.
                      Пункты 5 и 6 устарели много лет назад.
                      Пункт 7 внутри чипа реализуется по-другому, никакой перпендикулярно юности там не надо, достаточно разнести на 2-3 микрона и, если совсем надо, охранные кольца положить.
                  +1
                  У аппарата «Берешит» нет тепловой защиты и систем охлаждения, расчетное время работы на поверхности Луны примерно два дня (три дня максимум), потом его электроника выйдет из строя из-за перегрева

                  А во время полета он не перегреется/переохладится? Что изменится после посадки? Тепло от горячей поверхности Луны?
                    +1
                    Да, на Луне до +120°С днем и до -190°С ночью (на полюсах еще ниже). День и ночь лунные, что равны земным 13,5 суткам.
                    Но не все время там +120°С, а в зависимости от степени освещенности и времени лунного дня.
                      +1
                      Ну кроме аккумулятора и фотоаппарата я не вижу частей особо восприимчивых к 120 градусам. Питаться можно и от солнечных батарей напрямую. Процессору это даже холодно если использовать тугоплавкий припой хотя бы на основе 100% свинца, ну или серебра. Что ещё легкоплавкое я пропустил?
                        +1
                        Вы пропустили то, что при отсутствии теплоотвода при температуре внешней среды 120 градусов чипы очень быстро нагреются до гораздо более высоких температур, а дальше электромиграция сделает свое дело.
                        Бессвинцовый припой, к слову, в космосе никто не применяет, с ним тоже много интересного случается в таких условиях.
                      –1

                      Воздуха нет — некуда тепло отводить. Ну и перепады температуры большие.

                        0
                        В полете, видимо, вращается постепенно. Американцы такое вращение называют режимом барбекю.
                        0

                        могли бы в какую лавовую трубку упасть, хоть глянули что там внутри. Недавно была новость, что земная атмосфера достаёт и до Луны, значит вода из атмосферы может где-нибудь где не достает Солнце конденсироваться, споры микроорганизмов опять же должны оседать, любой метеорит может их отправить дальше на какой-нибудь Энцелад или Европу, да и на Марс. А если в лавовых трубках есть залежи льда, наверняка где-то там есть и подтаивающие области с временной атмосферой и какие-нибудь экстремофилы с жизненным циклом в тысячу лет.

                          0
                          Кстати, между прочим, об Луне находящейся в «атмосфере» Земли, точнее проходящий через хвост сдуваемой атмосферы Земли. Так вот плотность хвоста атмосферы Земли на орбите луны составляет 70 (семьдесят) атомов на кубический метр. По земным меркам — это высокий или сверхвысокий вакуум?
                          Я думаю экстремофилу выживающему в такой атмосфере и атмосфера не сильно нужна.
                          0
                          Почему он такой большой? Полезной нагрузки почти нет. Цель только сесть. Большой размер как-то обеспечивает надежность?
                            +1
                            На четвертом фото вы можете обратиться внимание на большие серые сферы, занимающие почти весь объем аппарата. Это топливные баки.
                            0

                            Интересно, а почему постепенно увеличивать апогей выгоднее, чем сразу разогнать до второй космической? И насколько выгоднее в терминах расхода топлива или стоимости миссии?

                              0
                              Потому что аппарат в нижней точке орбиты дополнительно разгоняется при помощи гравитации Земли. В терминах расхода топлива это разы и порядки экономии. Подробно про гравитационные маневры можно почитать, например, в википедии.

                              Под спойлером - наглядная гифка про Вояджер-1
                              image
                                0

                                Суть гравитационного маневра Вояджеров на пролёте мимо планеты, когда планета делится частью своего импульса, для меня вполне понятна, и существенная экономия топлива не вызывает сомнений. При таком манёвре вообще можно обойтись без затрат топлива. Тут же ситуация выглядит по-другому: космический аппарат уже движется по эллиптической орбите вокруг данной планеты, и просто так она поделиться импульсом не может. В каких точках орбиты включение двигателя помогает? Важно ли движение Земли вокруг Солнца или наличие Луны для такого манёвра?


                                Вероятно тут речь об эффекте Оберта. Или нет?

                                  +1
                                  Вероятно тут речь об эффекте Оберта. Или нет?

                                  Вот тут интересная про это есть информация.
                                    0

                                    Во, спасибо.

                                0
                                Движок же слабенький. За раз разогнаться либо просто не получится, либо придется потратить еще массу топлива на коррекцию финальной орбиты.

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое