Введение
Космический аппарат, предназначенный для посадки на поверхность Луны.
Лунный посадочный модуль, или лунный лендер, – это космический аппарат, разработанный для посадки на поверхность Луны. По состоянию на 2024 год лунный модуль программы «Аполлон» является единственным аппаратом, использовавшимся в пилотируемых космических полетах для посадки на Луну, осуществив шесть посадок с 1969 по 1972 год в рамках американской программы «Аполлон». Несколько автоматических аппаратов достигли лунной поверхности, и некоторые из них доставили образцы на Землю. Конструктивные требования к этим аппаратам зависят от таких факторов, как масса полезной нагрузки, частота полетов, требования к двигательной установке и конструктивные ограничения. Другие важные конструктивные факторы включают общие энергетические потребности, продолжительность миссии, тип операций на лунной поверхности и систему жизнеобеспечения, если аппарат пилотируемый. Относительно высокая гравитация (выше, чем у всех известных астероидов, но ниже, чем у всех планет Солнечной системы) и отсутствие атмосферы на Луне исключают возможность использования аэродинамического торможения, поэтому посадочный аппарат должен использовать двигатели для замедления и осуществления мягкой посадки.
1958 - 1976 годы
Программа «Луна» была серией роботизированных аппаратов для нанесения ударов, пролётных аппаратов, орбитальных аппаратов и посадочных модулей, запущенных Советским Союзом в период с 1958 по 1976 год. «Луна-9» стала первым космическим аппаратом, совершившим мягкую посадку на Луну 3 февраля 1966 года после 11 неудачных попыток. Три аппарата «Луна» доставили образцы лунного грунта на Землю с 1972 по 1976 год. Два других аппарата «Луна» мягко посадили лунный ровер «Луноход» в 1970 и 1973 годах. «Луна» осуществила в общей сложности семь успешных мягких посадок из 27 попыток. Американская программа «Сурвейер» впервые совершила мягкую посадку «Сурвейера-1» 2 июня 1966 года, за которой последовали четыре дополнительных успешных мягких посадки, последняя из которых состоялась 10 января 1968 года. Программа «Сурвейер» достигла в общей сложности пяти успешных мягких посадок из семи попыток к 10 января 1968 года. «Сурвейер-6» даже совершил короткий прыжок по лунной поверхности. Лунный модуль «Аполлон» был лунным посадочным аппаратом американской программы «Аполлон». По состоянию на 2024 год это единственный пилотируемый лунный посадочный аппарат. Программа «Аполлон» завершила шесть успешных мягких посадок на Луну с 1969 по 1972 год; седьмая попытка посадки на Луну была прервана, когда в служебном модуле «Аполлона-13» произошла аварийная вентиляция из кислородных баков. Лунный модуль ЛК был лунным посадочным аппаратом, разработанным Советским Союзом в рамках нескольких советских пилотируемых лунных программ. Несколько лунных модулей ЛК были запущены без экипажа на низкую околоземную орбиту, но лунный модуль ЛК так и не полетел на Луну, поскольку разработка ракеты-носителя Н1, необходимой для лунного полёта, столкнулась с неудачами (включая несколько неудачных запусков), и после того, как Соединенные Штаты осуществили первые высадки человека на Луну, Советский Союз отменил как ракету Н1, так и программы лунного модуля ЛК без дальнейшей разработки.
20132023 год
Китайская программа исследования Луны (также известная как проект Чанъэ) включает в себя роботизированные посадочные аппараты, луноходы и компоненты для возврата образцов; программа осуществила первую успешную мягкую посадку на Луну с космическим аппаратом Чанъэ-3 14 декабря 2013 года. По состоянию на 2023 год программа CLEP совершила три успешные мягкие посадки из трех попыток, а именно: Чанъэ-3, Чанъэ-4 и Чанъэ-5. Чанъэ-4 вошла в историю, осуществив первую в мире мягкую посадку на обратной стороне Луны. Израильская компания SpaceIL предприняла попытку роботизированной посадки на Луну с помощью посадочного модуля Beresheet 4 апреля 2019 года; попытка оказалась неудачной. По состоянию на 2023 год SpaceIL планирует еще одну попытку мягкой посадки с использованием следующего роботизированного посадочного аппарата Beresheet 2. Индийская программа "Чандраян" провела неудачную попытку роботизированной мягкой посадки на Луну 6 сентября 2019 года в рамках космического аппарата "Чандраян-2", приведшую к крушению посадочного модуля на поверхности Луны. 23 августа 2023 года последующий аппарат Chandrayaan-3 совершил первую в Индии роботизированную мягкую посадку, а затем 3 сентября 2023 года выполнил кратковременный прыжок для тестирования технологий, необходимых для индийской миссии по возврату образцов лунного грунта под названием Chandrayaan-4. Японская компания ispace (не следует путать с китайской i Space) предприняла попытку мягкой посадки на Луну с помощью роботизированного посадочного аппарата Hakuto-R Mission 1 25 апреля 2023 года. Попытка оказалась неудачной, и аппарат разбился на лунной поверхности. Компания планирует еще одну попытку посадки в 2024 году. Российская программа Luna Glob, являющаяся преемницей советской программы Luna, запустила лунный посадочный аппарат Luna-25 10 августа 2023 года; предполагаемым местом назначения зонда был район около южного полюса Луны, но 19 августа 2023 года посадочный аппарат потерпел крушение на поверхности Луны. Японский посадочный аппарат Smart Lander for Investigating Moon совершил успешную посадку на Луну с неправильной ориентацией, ограниченной пропускной способностью сигнала и даже после потери одного из двигателей во время спуска, но в пределах запланированной зоны посадки 19 января 2024 года. На борту находились два небольших лунохода LEV, которые были развернуты отдельно непосредственно перед посадкой SLIM. Эта посадка сделала Японию пятой страной, осуществившей мягкую посадку на Луну.
2024 год
В январе 2024 года первая миссия программы CLPS, финансируемой НАСА, Peregrine Mission One, столкнулась с утечкой топлива через несколько часов после запуска, что привело к потере возможности поддерживать ориентацию и заряжать батарею, тем самым исключив выход на лунную орбиту и возможность посадки. Впоследствии зонд сгорел в атмосфере Земли. Второй зонд CLPS, Odysseus, успешно совершил посадку на Луне 22 февраля 2024 года, ознаменовав первую беспилотную мягкую посадку США на Луну более чем за 50 лет. Эта миссия – первое частное партнерство с НАСА, достигшее лунной поверхности, и первая посадка с использованием криогенного топлива. Однако в ходе миссии возникли некоторые аномалии, включая опрокидывание на бок на лунной поверхности, отклонение от расчетной начальной лунной орбиты, неисправность посадочного лидара и, по всей видимости, ограниченную пропускную способность канала связи. Позже выяснилось, что, несмотря на успешную посадку, одна из опор посадочного модуля сломалась при касании поверхности, и аппарат наклонился на 18° из-за посадки на склон, однако модуль выжил, и полезная нагрузка функционирует в штатном режиме. EagleCam не был отделен до посадки. Позднее он был отделен 28 февраля, но его работа оказалась частично неисправной, поскольку он передавал все типы данных, кроме изображений, сделанных после посадки IM 1, которые являлись основной целью миссии. 3 мая Китай отправил Chang'e 6, который должен осуществить первый забор образцов грунта с обратной стороны Луны. Это вторая миссия Китая по возврату лунных образцов; первая, Chang'e 5, была выполнена с ближней стороны Луны 4 года назад.
Проблемы, связанные с посадкой на Луну
Посадка на любой объект Солнечной системы сопряжена с проблемами, уникальными для этого объекта. У Луны относительно высокая гравитация по сравнению с астероидами или кометами – и некоторыми другими планетарными спутниками – и отсутствует значительная атмосфера. На практике это означает, что единственным методом спуска и посадки, способным обеспечить достаточную тягу при использовании современных технологий, являются химические ракеты. Кроме того, на Луне длительный солнечный день. Аппараты для посадки будут находиться под прямыми солнечными лучами более двух недель подряд, а затем в полной темноте в течение следующих двух недель. Это создает значительные проблемы для теплового регулирования.
Отсутствие атмосферы
По состоянию на 2019 год космические аппараты совершили посадку на все три небесных тела, помимо Земли, обладающие твердой поверхностью и атмосферой, достаточно плотной для использования аэродинамического торможения: Марс, Венера и спутник Сатурна Титан. Эти аппараты смогли использовать атмосферы этих тел для замедления спуска с помощью парашютов, что позволило сократить количество необходимого топлива. В свою очередь, это дало возможность доставлять на эти тела более тяжелые полезные грузы при том же запасе топлива. Например, марсоход Curiosity массой 900 кг был доставлен на Марс аппаратом массой (в момент входа в атмосферу Марса) 2400 кг, из которых только 390 кг приходилось на топливо. Для сравнения, гораздо более легкий (292 кг) аппарат Surveyor 3 совершил посадку на Луне в 1967 году, используя почти 700 кг топлива. Однако отсутствие атмосферы избавляет лунный посадочный модуль от необходимости в тепловом щите и позволяет не учитывать аэродинамику при проектировании аппарата.
Высокая гравитация
Хотя гравитация Луны намного слабее, чем у Земли, она всё же достаточно сильна, чтобы спуск требовал значительного замедления. Это отличается от ситуации с небольшим астероидом, где "посадка" чаще называют "стыковкой", и где важнее не замедление быстрого спуска, а встреча и выравнивание скоростей. Поскольку для спуска и посадки используются ракеты, гравитация Луны требует большего расхода топлива, чем посадка на астероид. Фактически, одним из ключевых конструктивных ограничений программы "Аполлон" при разработке лунной посадки была масса (так как большая масса требует больше топлива для посадки и взлёта) – необходимая для посадки и взлёта с Луны.