A NASA felbocsátja a Capstone-t, az 55 font súlyú kockaműholdat a Holdon

2022. június 26.: Vasárnap a NASA bejelentette, hogy a CAPSTONE kilövésében legalább egy napot késlekednek, hogy több idő legyen a rendszer végső ellenőrzésére. A cikk frissült.

A következő években a NASA a Holdon lesz elfoglalva.

Óriás rakéta űrhajók nélkül repül a kapszulán a Hold körül és vissza, valószínűleg a nyár vége előtt. A robotleszállók felvonulása kísérleteket hajt végre a Holdon, hogy tudományos adatokat gyűjtsön, különösen a sarki régiókban rekedt vízjégről. Néhány év múlva az űrhajósok újra ott lesznek, több mint fél évszázaddal az Apolló utolsó holdraszállása után.

Ezek mind részei a NASA 21. századi holdprogramjának, amelyet Artemiszről neveztek el, aki a görög mitológiában Apolló ikertestvére volt.

A héten egyszer felbocsátják a CAPSTONE nevű űrszondát az Artemisz első darabjaként, amely a Hold felé tart. A követendőhöz képest szerény méretben és terjedelemben.

Nem lesznek űrhajósok a CAPSTONE fedélzetén. Az űrhajó nagyon kicsi, nagyjából akkora, mint egy mikrohullámú sütő. Ez a robotszonda nem fog leszállni a Holdra.

De sok mindenben különbözik minden korábbi holdküldetéstől. Modellként szolgálhat a NASA által a jövőben vállalható köz- és magánszféra közötti partnerségek számára, hogy jobb hatást gyakorolhasson bolygóközi repüléseire.

„A NASA már járt a Holdon, de nem vagyok benne biztos, hogy így állították össze” – mondta Bradley Cheetham, a NASA-missziót irányító Advanced Space cég vezérigazgatója és elnöke.

Az indítást hétfőre tervezték, de vasárnap az indítást legalább egy nappal kitolták, hogy a Rocket Lab amerikai és új-zélandi cég Ez megtakarítja a CAPSTONE pályára repülését, és több időt takarít meg a rendszer végső ellenőrzésére.

„A csapatok az időjárást és más tényezőket értékelik, hogy meghatározzák, mikor lesz a következő kilövési kísérlet” – mondta a NASA. Egy blogbejegyzésben. „A jelenlegi időszakban a következő indulási lehetőség június 28-án lesz.”

A küldetés teljes neve Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Holdpálya-kutatóként szolgál majd, ahol az Artemis részeként egy emberes űrállomást építenek majd. Ez a Gateway nevű előőrs útállomásként szolgál majd, ahol a jövő legénységei megállnak, mielőtt továbbmennének a Hold felszínére.

A CAPSTONE sok szempontból szokatlan a NASA számára. Például nem Floridában, hanem Új-Zélandon egy kilövőálláson található. Másodszor, a NASA nem tervezte vagy építette meg a CAPSTONE-t, és nem is fogja működtetni. Az ügynökség nem is birtokolja. A CAPSTONE az Advanced Space vállalathoz tartozik, amely 45 alkalmazottat foglalkoztat Denver külvárosában.

Az űrszonda lassú, de hatékony úton halad a Hold felé. Július 27-ig van napi indulási lehetőség. Ha az űrszonda addigra felszállt a Földről, akármelyik napon száll fel, ugyanazon a napon: november 13-án éri el a Hold körüli pályát.

A CAPSTONE küldetés folytatja a NASA arra irányuló erőfeszítéseit, hogy új módokon működjön együtt magáncégekkel abban a reményben, hogy gyorsabban, alacsonyabb költségek mellett juthatnak további képességekhez.

„A NASA egy másik módja annak, hogy kitalálja, mire van szüksége, és csökkentse a költségeket” – mondta Bill Nelson, a NASA adminisztrátora.

A NASA-val a CAPSTONE-ra kötött Advance Space-szerződés 2019-ben 20 millió dollárba kerül. A CAPSTONE űrutazása kicsi és olcsó is: alig 10 millió dollár a Rocket Lab elindítása.

„Kevesebb, mint 30 millió dollár lesz kevesebb, mint három éven belül” – mondta Christopher Baker, a NASA Kis Űrjárművek Technológiai Programjának ügyvezető igazgatója. „Viszonylag gyors és viszonylag alacsony költség.”

amíg Beresheet, egy izraeli nonprofit szervezet minimális erőfeszítése, hogy leszálljon a Holdra 2019-ben 100 millió dolláros költséggel.

„Úgy látom, hogy ez egy útmutató arra vonatkozóan, hogyan segíthetünk a Földön túli kereskedelmi küldetésekben” – mondta Baker úr.

Mr. Cheetham elmondta, hogy a CAPSTONE elsődleges küldetése az, hogy hat hónapig tartson, még egy év lehetőségével.

Az összegyűjtött adatok segítséget nyújtanak az átjáróként ismert holdi előőrs tervezőinek.

Amikor Donald J. elnök.

Ez arra késztette a NASA-t, hogy a Hold körüli űrállomást az űrhajósok Hold felszínére jutásának alapvető részévé tegye. Egy ilyen fokozatos elhelyezkedés megkönnyítené számukra, hogy elérjék a Hold különböző részeit.

A Gateway nem fogja használni az Artemis első leszállási küldetését, amelyet jelenleg 2025-re terveznek, de valószínűleg késik. De a későbbi küldetések igen.

A NASA megállapította, hogy ennek az előőrsnek a legjobb helye az úgynevezett félegyenes Halo-pálya lenne.

A korona pályái azok, amelyekre két objektum – jelen esetben a Föld és a Hold – gravitációja hat. A két test becsapódása elősegíti, hogy a pálya nagyon stabil legyen, csökkentve az űrszonda Hold körüli keringéséhez szükséges üzemanyag mennyiségét.

A gravitációs kölcsönhatások a pályát körülbelül 90 fokos szögben tartják a Földről nézve is. (Ez a név félig egyenes része.) Így egy űrhajó ezen a pályán soha nem halad el a Hold mögött, ahol a kommunikáció megszakadna.

A pálya, amelyet a kapu meg fog haladni, körülbelül 2200 mérföldre található a Hold északi pólusától, és 44 000 mérföldre kering, amikor áthalad a déli póluson. Egy hold körüli utazás körülbelül egy hétig tart.

Az alapvető matematika szempontjából jól ismertek az olyan egzotikus utak, mint a haló pályája az egyenes közelében. De ez is egy olyan pálya, amelyen még egyetlen űrhajó sem ment.

Így, CAPSTONE.

„Úgy gondoljuk, hogy nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkezünk” – mondta Dan Hartmann, a Gateway programigazgatója. „A CAPSTONE hasznos teherkészlettel azonban segíthetünk modelljeink érvényesítésében.”

A gyakorlatban a pontos helymeghatározás érdekében a Hold körüli GPS-műholdak nélkül némi próbálkozásba és hibába is telhet annak kiderítése, hogyan lehet a legjobban a kívánt pályán tartani az űrhajót.

„A legnagyobb bizonytalanság az, hogy tudja, hol van valójában” – mondta Mr. Cheetham. „Soha nem tudod igazán, hogy hol vagy az űrben. Így mindig megbecsülöd, hogy hol van, és körülötted van némi bizonytalanság.”

Más NASA-missziókhoz hasonlóan a CAPSTONE is háromszögelést végez helyzetbecslésével A NASA Deep Space Network jelei a rádiótányér antennáiról, majd szükség esetén a Holdtól legtávolabbi pont elhaladása után visszahajtja magát a kívánt pálya felé.

A CAPSTONE alternatív módszert is tesztel a helyének megtalálására. Nem valószínű, hogy valaki időt és költséget költene GPS-hálózat kiépítésére a Hold körül. De vannak más űrhajók is, köztük A NASA Lunar Reconnaissance Orbiter, a Hold körül kering, és valószínűbb, hogy megérkezik a következő években. Egymással kommunikálva a különböző pályán lévő űrjárművek flotta lényegében egyedi Global Positioning System (GPS) rendszert hozhat létre.

Az Advanced Space több mint hét éve fejleszti ezt a technológiát, és most a CAPSTONE segítségével teszteli a koncepciót, hogy oda-vissza küldjön jeleket a Lunar Reconnaissance Orbiter segítségével. „Idővel mindkét űrhajó helyét meg tudjuk találni” – mondta Mr. Cheatham.

Amikor elkezdtem fejleszteni a CAPSTONE-t, az Advanced Space úgy döntött, hogy számítógépes chip méretű atomórát ad az űrrepülőgéphez, és összehasonlítja azt a Földről sugárzott idővel. Ezek az adatok segíthetnek az űrhajó helyének meghatározásában is.

Mivel az Advanced Space birtokolja a CAPSTONE-t, a NASA engedélye nélkül is rugalmasan végrehajthatta ezt a változtatást. És bár az ügynökség továbbra is szorosan együttműködik az ilyen projektekben, ez a rugalmasság hasznos lehet mind az olyan magáncégeknek, mint az Advanced Space és a NASA.

„Mivel kereskedelmi szerződést kötöttünk a beszállítóinkkal, amikor valamin változtatnunk kellett, nem kellett átmennünk a kormányzati szerződő tisztviselők jelentős ellenőrzésén” – mondta Mr. Cheetham. – Sebesség szempontjából segített.

A másik oldal pedig az, hogy mivel az Advanced Space átalánydíjat egyeztetett a küldetésért, a cég nem tudott a NASA-hoz fordulni, hogy további forrásokat kérjen (annak ellenére, hogy a Covid-19 világjárvány miatti ellátási lánc késések miatt további kifizetéseket kapott). A hagyományos NASA-szerződések, az úgynevezett „költségfelár”, fizetik a vállalatokat a költésükért, majd hozzáadják a nyereségként kapott díjakat, ami kevéssé ösztönzi őket a költségek kordában tartására.

„Ahogy a dolgok kiderült, ki kellett találnunk, hogyan kezeljük nagyon hatékonyan” – mondta Mr. Cheetham.

Ez hasonló a NASA sikeres stratégiájához, amely szerint fix áras szerződéseket köt Elon Musk SpaceX cégével, amely most sokkal olcsóbban szállít rakományt és űrhajósokat a Nemzetközi Űrállomásra és onnan vissza, mint az ügynökség korábbi űrsiklói. A SpaceX esetében a NASA befektetései lehetővé tették, hogy olyan nem NASA-ügyfeleket vonzzon, akik érdeklődnek rakományok és magánűrhajósok pályára állítása iránt.

A CAPSTONE-ig az Advanced Space munkája többnyire elméleti jellegű volt – pályák elemzése és egyedi GPS-programok írása –, nem pedig űrhajók építése és üzemeltetése.

A cég még mindig nem foglalkozik űrhajók építésével. – Megvettük az űrhajót – mondta Mr. Cheetham. „Azt mondom az embereknek, hogy az Advancednél az egyetlen gép, amit itt építünk, a Lego. Hatalmas Lego-gyűjteményünk van.”

Az elmúlt két évtizedben Elszaporodtak a CubeSat néven ismert kis műholdak, amely lehetővé teszi több vállalat számára, hogy gyorsan űrhajót építsen szabványos tervezés alapján, minden kocka 10 centiméteres vagy négy hüvelykes méretű. A CAPSTONE a legnagyobbak között van, 12 kockás térfogatával, de az Advanced Space nagyjából a kaliforniai irvine-i Tyvak Nano-Satellite Systemstől tudta megvásárolni.

Ez még sok problémamegoldást igényel. például, A legtöbb CubeSat Alacsony földi pályán, néhány száz mérfölddel a felszín felett. A Hold csaknem negyedmillió mérföldre van.

„Soha senki nem repült cupsattal a Holdon” – mondta Mr. Cheetham. „Tehát logikus, hogy senki sem épített rádiót, hogy CubeSatokat repítsen a Holdra. Ezért nagyon sok részletbe kellett belemerülnünk, és sok különböző emberrel kellett együttműködnünk, hogy a működőképes rendszereket megszerezzük.”

Mr. Hartmann, a Gateway Program igazgatója izgatott a CAPSTONE miatt, de azt mondja, nem szükséges előrelépni a Hold előőrsével. A NASA már szerződést kötött az első két Gateway egység megépítésére. Az ESA két egységhez is hozzájárul.

– Repülhetünk nélküle? Mr. Hartmann mondta a CAPSTONE-ról. „Igen. Kötelező? Nem.”

De hozzátette: „Bármikor csökkentheti a hibasávokat a modelleken, mindig jó dolog.”

Mr. Cheetham azt fontolgatja, hogy mi jöhet ezután, esetleg több küldetés a Holdra, akár a NASA, akár más kereskedelmi partnerek számára. Ennél tovább is gondolkodik.

„Nagyon lenyűgözött a gondolat, hogy miként tehetünk valami hasonlót a Marshoz” – mondta. „Engem személy szerint a Vénusz is nagyon érdekel. Azt hiszem, nem kap elég figyelmet.”