До 2024 года мягкая посадка на Луну удавалась лишь космическим аппаратам из четырех государств: России, США, Китая и Индии. Однако последние попытки реализации подобных миссий со стороны «Роскосмоса», американской частной компании Astrobotic, а также частных израильских и японских организаций завершились авариями. Японское космическое агентство стало пятым участником этого списка, продемонстрировав заметно высокий уровень мастерства.
Первоначально запуск Smart Lander for Investigating Moon (SLIM), что в переводе означает «Умный посадочный аппарат для изучения Луны», был запланирован на 2021 год, однако осуществить его удалось только 6 сентября 2023 года. В отличие от других лунных посадочных аппаратов, SLIM использовал более сложные и продолжительные траектории, что привело к достижению окололунной орбиты лишь 25 декабря. С 17 января 2024 года аппарат начал процесс снижения орбиты, постепенно уменьшая высоту полета над поверхностью Луны. К 19-му числу нижняя точка этой орбиты опустилась до 15 километров, после чего SLIM приступил к посадке на земной спутник. В 18.20 по московскому времени он совершил мягкую посадку.
Аппарат совершил посадку в районе с координатами 13 градусов южной широты на видимой стороне Луны, неподалеку от небольшого кратера Сиори диаметром 300 метров, который расположен внутри более крупного кратера Кирилл. Это существенно отличается от прошлогодней индийской миссии, которая приземлилась в южных приполярных областях Луны для более детального изучения территории, где грунт, вероятно, содержит воду.
Решение выбрать именно это место для посадки было связано с тем, что японская миссия намеренно выбрала участок, где безопасная посадка возможна лишь при исключительной точности. Разработчики SLIM полагают, что размер потенциальной зоны посадки для их аппарата может достигать 100 метров. Для сопоставления: при посадке последнего из лунных пилотируемых модулей миссий «Аполлонов» зона посадки представляла собой эллипс размером 15 на пять километров. Во время посадки аппарат отклонился от целевой точки на 400 метров, даже несмотря на значительный опыт, которым обладали Соединенные Штаты Америки к тому времени.
На данный момент рекорд самой точной посадки на Луне принадлежит китайской миссии: её посадочный участок имел размеры шесть на шесть километров, а отклонение от центра составило лишь 89 метров. Индийская миссия «Чандраян-3», успешно приземлившаяся в прошлом году, разместила свой посадочный модуль на площадке площадью четыре на 2,5 километра, однако отклонение от центральной точки достигло уже 350 метров.
Японскому аппарату необходимо достичь точности посадки в пределах 100 метров не для демонстрации превосходства, а в связи с тем, что будущие лунные миссии предполагают высадку в районе южного полюса, характеризующемся сложной топографией. Наличие крупных валунов, наклонных поверхностей и других препятствий означает, что даже незначительное отклонение от заданной точки посадки может привести к трагическим последствиям для миссии. Прилунение аппарата на склон кратера Шеклтон, где уклон превышает 30 градусов, также может спровоцировать его опрокидывание, что сделает дальнейшую работу (и сохранение аппарата) невозможной.
Для отработки посадки в таких непростых условиях японские специалисты выбрали местность с уклоном до 15 градусов (наклон кратера) в качестве площадки для SLIM. Это достаточно рискованно для аппарата, масса которого без топлива составляет 120 килограммов. Помимо высокой точности, такая посадка требует разработки специальных посадочных опор: они были спроектированы таким образом, чтобы намеренно разрушались при контакте с поверхностью, и деформация этих алюминиевых элементов должна была бы снизить силу удара.
Благодаря особой технике приземления, заключающейся в умышленном отклонении от вертикали, аппарат может обеспечить точное позиционирование солнечных панелей относительно Солнца, даже при посадке на поверхность с большим углом наклона.
Чтобы гарантировать высокую точность посадки, аппарат будет корректировать свое местоположение, используя камеры с высоким разрешением. Он сопоставляет полученные данные с картами поверхности Луны, хранящимися в его памяти, и вносит изменения в работу посадочных двигателей в режиме реального времени. Реализация этой задачи представляла собой серьезную проблему, поскольку для ее выполнения необходима очень высокая производительность бортового компьютера, а более мощные вычислительные устройства потребляют значительное количество энергии.
В состав полезной нагрузки аппарата входят не только инструменты для изучения химического состава лунного грунта в месте посадки, но и два лунохода. Первый из них, Lunar Excursion Vehicle 1, имеет необычную конструкцию. Его правильнее было бы назвать «лунопрыгом», так как он предназначен для передвижения по поверхности спутника посредством прыжков. Это весьма эффективная технология, поскольку, по мнению Naked Science писал, обычные планетоходы характеризуются ограниченной проходимостью. Данную проблему трудно устранить при использовании колесной или гусеничной базы, поскольку реголит Луны и Марса обладает уникальными свойствами).
Важные научные открытия нередко связаны с необходимостью исследования труднодоступных участков местности, таких как крутые склоны кратеров. Там, где солнечный свет не проникает, сохраняются более легкие элементы, в том числе вечномерзлые грунты. Колесные и гусеничные транспортные средства не смогут преодолеть открытые участки обширных лунных пещер (лавовых трубок), однако благодаря низкой гравитации, «лунопрыги» потенциально могут быть использованы. Безусловно, первая такая машина будет иметь ограниченные возможности по оснащению приборами и энергообеспечению, поскольку её основная задача – продемонстрировать способность к устойчивому передвижению по наклонным поверхностям.
Второй луноход, Lunar Excursion Vehicle 2, можно считать еще более необычным. Его вес составляет 250 граммов, а изначально он представлял собой шар диаметром восемь сантиметров. Благодаря наличию подвижных элементов, луноход способен изменять свою форму и перемещаться по рыхлой поверхности грунта до двух часов, пока не разрядится батарея. Японский производитель детских игрушек стал создателем этого весьма оригинального устройства.
Upd. Предварительные сведения указывают на то, что, несмотря на успешную посадку, аппарат, вероятно, не сможет выполнять задачи в течение длительного времени. Слишком сложная процедура прилунения, предусматривавшая наклон аппарата для предотвращения скатывания по склону, привела к тому, что SLIM либо перевернулся, либо занял неверное положение относительно поверхности. В результате это помешало ориентировать солнечные панели на Солнце под необходимым углом. Без достаточного уровня заряда аккумулятора, вызванного недостаточной освещенностью, аппарат выйдет из строя.
Пока SLIM осуществляет трансляцию, принимаемую на Земле, его батареи не смогут долго работать в текущем режиме. Первый луноход, к счастью, был успешно развернут, но пока неясно, сможет ли он передавать данные в течение продолжительного времени. Его собственная система связи имеет ограниченную мощность, что может затруднить эффективную связь с Землей без использования базового модуля SLIM).