Lądownik Hakuto-R w drodze na Księżyc

W niedzielę 11 grudnia 2022 o godzinie 8:38:13 czasu polskiego z platformy startowej SLC-40 Cape Canaveral Space Force Base wystartowała rakieta nośna Falcon 9 z lądownikiem księżycowym Hakuto-R oraz orbiterem księżycowym Lunar Flashlight na pokładzie. 46 minut i 59 sekund po starcie lądownik odłączył się od drugiego stopnia rakiety, kilka minut później - w 53 minucie i 9 sekundzie lotu - od rakiety odłączył się także niewielki CubeSat Lunar Flashlight. Obydwa próbniki znalazły się na księżycowej trajektorii balistycznej, a następnie nawiązały łączność ze swoimi centrami kontroli naziemnej.

Pierwotny projekt lądownika księżycowego Hakuto opracowywany został przez prywatną japońską firmę ispace w ramach rywalizacji o nagrodę Google Lunar X Prize (20 mln dolarów przyznane pierwszemu zespołowi który umieści na powierzchni Księżyca łazik zdolny do przebycia odległości 500 metrów i przesłania na Ziemię wideo i zdjęć w jakości HD). Po rozwiązaniu konkursu w 2018 roku (bez wyłonienia zwycięzcy) firma ispace zaoferowała swój lądownik (już jako Hakuto-R) do komercyjnego transportu ładunków (zarówno prywatnych jak i "rządowych") na powierzchnię księżyca.

W swoją pierwszą misję lądownik Hakuto-R (Mission 1) zabrał na pokład około 11 kilogramów komercyjnego ładunku. Największym z nich (53 na 53 centymetry) i najcięższym (około 10 kg) jest pochodzący ze Zjednoczonych Emiratów Arabskich łazik księżycowy Rashid. Na pokładzie znalazł się również niewielki (około 8 cm szerokości) i lekki (około 250 g) japoński łazik zdolny do poruszania się po powierzchni księżycowej i wykonywania zdjęć (JAXA i firma Tomy) oraz trzy ładunki od firm kanadyjskich: kamery szerokokątne (od Canadensys), komputer pokładowy wykorzystujący technologię sztucznej inteligencji (Mission Control Space Services) oraz system nawigacji autonomicznej (NGC Aerospace). Testowana będzie również innowacyjna bateria oparta o technologię elektrolitu stałego (japońska firma NGK Spark Plug).

Sam lądownik jest cylindrem o wysokości 2,3 metra, wyposażonym w baterie słoneczne, silnik hamujący oraz cztery podpory-nogi lądownika (po rozłożeniu których osiąga 2,6 m średnicy). Masa startowa wynosi około 1000 kilogramów, z czego 2/3 tej masy przypada na paliwo (czterotlenek azotu i hydrazyna) do zasilania silnika lądownika.

Lądownik Hakuto-R zainstalowany na rakiecie nośnej. Za lądownikiem widać dwie połowy osłony aerodynamicznej rakiety. Zdjęcie: SpaceX.

Czterokołowy łazik Rashid ma wymiary 53 na 53 centymetry i waży 10 kilogramów. Zasilany przez baterie słoneczne będzie mógł się poruszać z prędkością do 10 cm/s, pokonywać stoki o nachyleniu do 20 stopni oraz przeszkody do 10 cm wysokości. Został wyposażony w dwie wysokorozdzielcze kamery do fotografowania powierzchni księżycowej, kamerę mikroskopową, kamerę na podczerwień oraz próbnik Langmuira do badania właściwości elektronów i plazmy.

Łazik księżycowy Rashid tuż przed integracją z lądownikiem Hakuto-R (za plecami inżynierów z  Mohammed Bin Rashid Space Center). Zdjęcie: MBRSC.

Obok Hakuto-R w podróż na orbitę księżycową został wysłany niewielki CubeSat - Lunar Flashlight. Pierwotnie Lunar Flashlight miał wystartować na pokładzie rakiety nośnej SLS ze statkiem Orion na pokładzie (misja Artemis 1), jednak ograniczenia spowodowane pandemią COVID-19 spowodowały, że nie został on ukończony na czas.

14-kilogramowy Lunar Flashlight został zbudowany w standardzie 6U (10 × 20 × 30 cm). Po wejściu na orbitę NRHO (bardzo podobną do CAPSTONE, z tym że wysokość peryselenium wynosi około 15 km, aposelenium około 70 000 km) będzie poszukiwał śladów wody w stale zacienionych kraterach w okolicach bieguna południowego Księżyca.

Lunar Flashlight w trakcie testów przed startem. Zdjęcie: NASA

Obydwa pojazdy (Hakuto-R i Lunar Flashlight) po starcie zostały wprowadzone na tzw. księżycową trajektorię balistyczną i dotrą na orbitę Księżyca za około cztery miesiące (kwiecień 2023). Jak wcześniej wspomniano, Lunar Flashlight zostanie wprowadzony na orbitę NRHO (Near-Rectilinear Halo Orbit, w mechanicznym tłumaczeniu "prawie prostoliniowa orbita halo"). Hakuto-R wejdzie natomiast na zwykłą orbitę księżycową a następnie wyląduje na powierzchni Srebrnego Globu, kraterze Atlas (południowo-wschodni skraj Mare Frigoris). Misja lądownika potrwa około 10 dni aż do zachodu Słońca i rozpoczęcia dwutygodniowej nocy księżycowej.

Księżycowa trajektoria balistyczna (właściwie to "ballistic lunar transfer") dzięki specyficznemu wykorzystaniu grawitacji Ziemi, Księżyca i Słońca, pozwala na znaczne zredukowanie energii koniecznej do przetransferowania ładunku z Ziemi na Księżyc. Wystrzelenie próbnika na odległość ponad miliona kilometrów od Ziemi sprawia, że grawitacja słoneczna oddziałując na sondę zwiększa wysokości perygeum jej orbity. Odpowiednio projektując geometrię takiego lotu można dopasować wysokość perygeum orbity próbnika do orbity księżycowej - w takim przypadku do wejścia na orbitę Księżyca wymagana jest tylko niewielka zmiana prędkości ΔV (w porównaniu ze standardowym lotem bezpośrednim do Księżyca).

Poniżej film ze startu rakiety Falcon 9 z lądownikiem Hakuto-R. Start rakiety w 48:35, odłączenie lądownika od rakiety 1:35:50.

Zdjęcie u samej góry: Stephen Clark/Spaceflight Now