Миссия, получившая название Endurance sample return mission («Эндьюранс»), будет собирать образцы в важных местах Луны для последующего их извлечения астронавтами в рамках программы НАСА «Артемида». Кроме того, ценные предметы, собранные в этих отдалённых местах, будут доставлены астронавтами обратно на Землю.

НАСА приступило к разработке проекта лунохода «Эндьюранс», который должен будет преодолеть гигантский бассейн Южный полюс — Эйткен (SPA), лунную страну чудес, таящую в себе многообещающие геологические сюрпризы. «Эндьюранс» станет беспрецедентным проектом.

Высокий приоритет

Особое внимание созданию «Эндьюранс» уделила такая авторитетная организация, как Национальные академии наук, инженерии и медицины в своём докладе «Истоки, миры и жизнь — Десятилетняя стратегия планетарных наук и астробиологии на 2023-2032 годы».

Эта миссия получила статус стратегической миссии среднего класса и наивысший приоритет в рамках программы НАСА по открытию и исследованию Луны (Lunar Discovery and Exploration Program, LDEP).

На десятилетнее обсуждение было представлено два варианта «Эндьюранс».

Endurance-R (R — «роботизированный») должен доставить образцы на отдельно приземляющийся роботизированный аппарат для возвращения на Землю (ERV).

Endurance-A (A — «Астронавт») доставит образцы астронавтам «Артемида» в районе южного полюса Луны. Экипаж проанализирует образцы, проведёт их сортировку и вернёт часть образцов на Землю для анализа в наземных лабораториях.

В ходе длительного путешествия планируется посетить десяток ключевых объектов, которые затем будут изучены приборами лунохода и на которых аппарат соберёт отдельные лунные образцы.

Раздвигая рамки

В Лаборатории реактивного движения (JPL) ведутся технические исследования по оценке возможностей мобильности для миссии SPA по возвращению образцов. Насколько сложна такая задача с точки зрения робототехники и как лучше всего использовать опыт прошлых и текущих миссий луноходов?

««Эндьюранс» — это миссия, которая перешагнёт все границы», — сказал Джеймс Кин — учёный-исследователь JPL, научный руководитель исследования концепции миссии «Эндьюранс».

По словам Кина, на данный момент марсоход НАСА «Персеверанс» является самым продвинутым из действующих марсоходов. ««Эндьюранс» проедет примерно в 100 раз большее расстояние, будет двигаться гораздо быстрее и соберёт примерно в 200 раз больше образцов, чем «Персеверанс». «Эндьюранс» также станет первым планетоходом, который будет ездить ночью. Это миссия с таким размахом, который мы ещё никогда не пытались осуществить», — сказал он.

Инвестиции в автономность

Несмотря на то, что это большой прорыв в робототехнике, он стал возможен благодаря созданию марсоходов и инвестициям в автономную робототехнику здесь, на Земле.

«Например, «Персеверанс» уже автономно работает на Марсе», — говорит Кин. Эта автономность позволяет «Персеверанс» выполнять больше научных задач и посещать более интересные места для взятия образцов».

По словам Кина, «Эндьюранс» будет двигаться примерно в десять раз быстрее, чем «Персеверанс», учитывая максимальную скорость, на которой марсоход должен будет автономно перемещаться. Аппарат должен будет автономно работать и двигаться в течение всего лунного цикла «день-ночь», добавил он, при более широком диапазоне условий освещения и температурных перепадов.

Разнообразие образцов

Основной задачей «Эндьюранс» является сбор разнообразных геологических образцов в огромном бассейне Южный полюс – Эйткен (SPA).

«Главная сложность заключается в том, что SPA огромен, — говорит Кин. Это самый большой импактный бассейн на Луне, более 2 000 км в поперечнике. Ключевые места для взятия проб часто отстоят друг от друга на сотни километров.

«По сравнению с кратерами, которые мы исследовали на Марсе, — отметил Кин, — SPA в 12 раз больше кратера Гейла, где работает марсоход НАСА Curiosity, и в 44 раза больше кратера Джезеро, который изучает «Персеверанс»».

«Чтобы преодолеть такое огромное расстояние за разумное время — и всё это на дальней стороне Луны, с ограниченными данными о поверхности и вне прямой связи с Землёй — действительно необходимо автономное перемещение между местами взятия проб», — продолжает Кин.

Рассуждения и принятие решений

После прибытия «Эндьюранс» к местам взятия проб исследователи рассчитывают работать в более традиционных режимах «наземного базирования», чтобы учёные на Земле могли исследовать эти места и собирать образцы.

Операционные группы на Земле также будут заниматься стратегическим планированием и корректировкой маршрута «Эндьюранс» с гораздо меньшей периодичностью в зависимости от пройденного расстояния. Кроме того, земные контроллеры будут следить за телеметрией лунохода, чтобы отслеживать производительность и деградацию компонентов робота — и соответствующим образом корректировать план.

Тем не менее, по словам Кина, луноход будет обладать большей степенью автономности для оценки ситуации, рассуждений и принятия решений. По его словам, это предполагает работу в течение длительного времени в сложных условиях освещения и теплового режима по сравнению с предыдущими миссиями.

Операторы «Эндьюранс» также будут заниматься оценкой и устранением неисправностей во время этого длительного путешествия по огромному гигантскому бассейну Южного полюса — Эйткена.

«Результатом всего этого станет беспрецедентный уровень продуктивности в изучении планетарной поверхности», — заключает Кин.

Приоритетные научные цели

Тем временем, пока идёт анализ технических и процедурных проблем, с которыми столкнётся «Индевор», Управление научных миссий НАСА начинает работу группы по определению научных целей (SDT) по возвращению и изучению образцов из бассейна Южного полюса-Айткена (SPARX).

Задача SDT — провести анализ приоритетных научных целей и требований, а также различных подходов к реализации миссии, предназначенной для забора и упаковки возвращаемых образцов SPA.

«Анализы SDT будут использованы НАСА для принятия решений о приоритетных научных целях и реализации ближайшей миссии по возвращению и исследованию образцов SPA», как с помощью человека, так и с помощью роботов, сообщили Space.com в штаб-квартире НАСА.

Предполагается, что SDT начнёт свою работу в первом квартале 2025 года и продлится 12-18 месяцев.

Требуются «лунные деньги»

Нет сомнений в том, что длительное путешествие вокруг SPA — непростое задание. Но также необходимо найти «лунные деньги» для выполнения этой задачи.

«Концепция лунохода «Эндьюранс» предполагает использование лунохода, никогда ранее не создававшегося для суровых лунных условий», — говорит Клайв Нил, ведущий специалист по исследованию Луны из Университета Нотр-Дам в Индиане.

Нил рассказал Space.com, что «Эндьюранс» рассматривается в качестве направленной миссии в рамках программы Lunar Discovery and Exploration Program (LDEP).

Эта программа также финансирует инициативу НАСА по коммерческому обслуживанию лунной полезной нагрузки (CLPS), запуск в ближайшее время аппарата Lunar Trailblazer, уже работающий Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), а также луноход «Артемида», который сейчас близок к завершению, Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, или VIPER, — сказал Нил.

Бюджет, проблемы программы

«Сложность лунохода, необходимая для успешной миссии, сбор образцов SPA, потребует большую часть, если не весь бюджет LDEP в обозримом будущем», — сказал Нил. «Хотя научная отдача объёмна, затраты на неё также превысят расходы на VIPER», — сказал он.

Итог, подведённый Нилом: «Я не вижу возможности реализовать его таким образом, чтобы обеспечить успех в рамках LDEP. Для этого нужен собственный бюджетный клин, иначе мы можем попрощаться с программой CLPS».

По иронии судьбы, заметил Нил, превышение расходов на VIPER, которое поставило бы под угрозу другие миссии CLPS, было названо причиной отмены именно этой миссии лунохода.

«Я вижу, что здесь история повторяется», — заключил Нил.

Подробную информацию о марсоходе можно найти в документе НАСА под названием «Endurance: Lunar South Pole-Aitken Basin Traverse and Sample Return Rover».