Странник VIPER: как сконструирован планетоход и что он будет делать на Луне

Обложка к комиксу Weird science. 50-годы

NASA разрабатывает планетоход VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), который будет искать и составлять карту залежей воды на Луне. VIPER планируют доставить на поверхность Луны уже к концу 2023 года. Исследовательский центр Эймса отвечает за управление работой планетохода, разработку его программного обеспечения и систем контроля. Оборудованием занимается космический центр Джонсона, научными инструментами — исследовательский центр Эймса и космический центр Кеннеди. Компания Astrobotic из Питтсбурга выиграла контракт на запуск, транспортировку и доставку планетохода на поверхность Луны. По данным NASA, общие затраты на разработку миссии составляют $433,5 млн долларов.

Ключевые факты

• Способ доставки на Луну: ракета-носитель и посадочный модуль;
• Продолжительность полета: 100 земных дней.
• Высадка планетохода должна осуществиться на Луне в начале «летнего сезона» на Южном полюсе, в самые продолжительные периоды солнечного света, чтобы было легче поддерживать работу ровера.

Задачи планетохода VIPER

В ближайшие годы в NASA намерены вновь отправлять людей на Луну (программа Артемида). Целью миссии планетохода является сбор данных, которые помогут составить дальнейшие планы по постройке баз на Луне. В лунных полярных регионах большое количество водяного льда. Его наличие связано с осевым наклоном Луны, который обеспечивает постоянное затенение полярных областей, а отсутствие прямых солнечных лучей не позволяет льду сублимироваться в кислород и газообразный водород. Лед будет необходим для жизни человека на Луне. Он будет использоваться для всего – питья, орошения, производства газообразного кислорода и водородного топлива.

Оказавшись на Луне, VIPER будет собирать пробы различных почвенных сред для создания глобальных карт водных ресурсов Луны, которые пригодятся при постройке баз. Планетоход поможет ответить на вопросы о том, где находится вода, насколько глубоко и в каком количестве.

Что мы знаем о конструкции планетохода VIPER

Ровер оснащен:

• системой спектрометров NIRVSS, NSS (будет использоваться для выявления воды под поверхностью);
• инструментами для наблюдения за лунными операциями с масс-спектрометром MSolo;
• буровой установкой TRIDENT (длина бура 1 м) для изучения новой местности, получения и последующего анализа образцов почвы;
• аккумулятором на солнечной батарее (максимальная мощность — 450 Вт);
• четырьмя колесами.

Параметры VIPER:

• Размер — 1,5 м х 1,5 м х 2,5 м,
• Вес — 430 кг;
• Максимальная скорость – 0,8 км/ч;
• Шаг – от 4 до 8 метров (в зависимости от указаний диспетчеров миссии на Земле).

Поскольку на данный момент неизвестно, какой будет почва в полярных регионах Луны — твердой или рыхлой, планетоход отличается беспрецедентной маневренностью и проходимостью. VIPER может двигаться вбок и по диагонали, вращаться по кругу — двигаться в любом направлении. Если он встретит на своем пути мягкую почву, он даже сможет ходить колесами, независимо перемещая каждое колесо, чтобы освободиться от грунта.

Сильные колебания света и темноты на полюсах Луны создают очень длинные и быстро движущиеся тени. VIPER, работающий на солнечной энергии, должен отступать от надвигающихся теней, поскольку он ищет подходящую территорию для забора материалы, поддерживая связь с Землей. Периоды темноты будут долгими, около одной земной недели, поэтому планетоход будет “парковаться” на возвышенностях, чтобы сократить простой до 4 дней. Данные факторы усложняют планирование и построение маршрута планетохода.

Также VIPER — первый планетоход NASA с фарами, так как он будет исследовать темные кратеры, куда не проникает солнечный свет. Исследования, проведенные в прошлом году, показали, что вода находится по всей Луне, включая участки, подверженные прямому солнечному свету, и в специальных карманах на поверхности, называемых холодными ловушками, которые постоянно находятся в темноте. Многие из этих холодных ловушек находятся в ударных кратерах, что делает их интересными объектами для исследования.

Предшественники планетохода VIPER

В настоящее время планетоходы запускаются на Луну и Марс. Некоторые планетоходы были сконструированы для перемещения членов экипажа космической экспедиции, другие были исследовательскими аппаратами – дистанционно управляемыми роботами. Планетоход должен обладать стойкостью к перегрузкам, низким и высоким температурам, давлению, пылевому загрязнению, химической коррозии, космическому излучению. Также ему важно сохранять работоспособность без ремонта в течение необходимого для исследований времени.

Давайте вспомним планетоходы, которые уже побывали на других планетах.

Луноходы:

1. Луноход-1 (1970, СССР) — первый в мире планетоход, успешно работавший на поверхности Луны;
2. Лунные автомобили программы «Аполлон» (1971-1972 гг., США) – использовались для обеспечения большей подвижности экипажей «Аполлон -15, 16, 17»;
3. Луноход-2 (1973, СССР) – предназначен для изучения механических свойств лунной поверхности, фото- и телесъемки Луны, проведения экспериментов;
4. Yutu (2013, КНР) – первый китайский луноход. После 40 дней работы потерял подвижность и продолжил работу в стационарном режиме;
5. Yutu-2 (2019, КНР) – первый в мире луноход, изучавший обратную сторону Луны;
6. Прагъям (2019, Индия) – разбился о поверхность Луны в результате неудачной посадки.

Марсоходы:

1. ПрОП-М (1971, СССР) – название двух первых в мире марсоходов, которые достигли поверхности Марса, но так и не начали работу;
2. Sojourner (1997, США) – первый работающий марсоход, передал 550 фотографий и более 15 раз провел химический анализ марсианских камней и грунта;
3. Spirit (2004, США) – первый из двух запущенных марсоходов, в рамках проекта Mars Exploration Rover. Осуществлял анализ геологических пород. В 2009 году марсоход застрял в песчаной дюне.
4. Opportunity (2004, США) – второй марсоход проекта Mars Exploration Rover. В конце апреля 2010 года продолжительность миссии достигла 2246 солов ( марсианские сутки — 24 часа 39 минут 35,24409 секунды), что сделало ее самой длительной марсианской операцией. В 2019 году миссия была официально завершена.
5. Curiosity (2012, США) — автономная химическая лаборатория, работает в настоящее время, проводит полноценный анализ марсианских почв и компонентов атмосферы;
6. Perseverance (2021, США) — разработан для исследования кратера Езеро. Марсоход впервые переработал углекислый газ из атмосферы Марса в кислород;
7. Zhurong (2021, КНР) – первый китайский марсоход, приземлившийся на планете. В его задачи входит картирование структуры планеты, изучение характеристик поверхностного слоя и распределения водяного льда в нем, анализ состава материалов поверхности, измерение параметров ионосферы планеты, электромагнитного и гравитационного полей и получение информации о климате.