100 грамм немного защищенного каптоновой лентой цифрового и аналогового контента человечества против 150 кг аппарата «Берешит» и 76 кг топлива на его борту при столкновении с Луной, а это, с учетом расчетных скоростей падения: 100 МДж (мегаджоулей) кинетической энергии и 1000 МДж химической энергии.

В организации Arch Mission Foundation пытаются понять — сохранилась ли посланная на Луну библиотека, и где она может быть там.

На самом деле, в этом поиске лунной библиотеки приведены интересные расчеты характеристик падения аппарата «Берешит» и энергии, которая могла быть высвобождена при этой аварии.

Основные характеристики миссии и лунного аппарата «Берешит»:

— начало миссии: 22 февраля 2019 года;
— окончание миссии: произошла авария (падение на Луну) при попытке посадке 11 апреля 2019 года, полная потеря связи с аппаратом на высоте 149 метров;
— траектория движения до Луны (фактически – максимальная из возможных): сложная, изменяемая путем выполнения серии маневров (включение двигателей на несколько секунд или даже минут) для увеличения апогея своей эллиптической обиты после каждого витка вокруг Земли, потом переход на Лунную орбиту с последующей посадкой;
— высота аппарата «Берешит» составляет около 1,5 метра, диаметр 2 метра (2.3 метра между посадочными опорами);
— масса 530 килограмм с топливом (масса топлива – 380 кг), 150 кг без топлива;
— научные приборы: магнетометр (прислал часть научный данных, пока аппарат был на орбите Луны и в процессе совершения посадки), массив лазерных уголковых отражателей (их будет искать зонд LRO);



— аппарат «Берешит» должен был совершить мягкую посадку 11 апреля 2019 года на темной лавовой равнине, известной как Море Ясности, недалеко от региона, в котором 11 декабря 1972 прилунились астронавты миссии «Аполлон-17».



К сожалению, из-за программной ошибки в работе бортового компьютера и двигателей аппарата «Берешит» произошла нештатная ситуация при совершении посадки, которая привела к отключению основного двигателя и неуправляемому падению на высокой скорости на лунную поверхность, по расчетам от 20 до 50 км от расчетного места посадки аппарат перелетел.

Об электронной библиотеке, которая улетела на Луну на аппарате «Берешит».

Помимо двух научных приборов (магнетометра и массива лазерных уголковых отражателей), на борту аппарата «Берешит» была и дополнительная не научно-исследовательская полезная нагрузка — первая лунная библиотека «Архив человеческих знаний».

Разработкой и реализацией этой части лунного проекта занималась организация Arch Mission Foundation, которая в глобальном смысле работает над сохранением информации о человеческой цивилизации, в том числе создает резервные библиотеки знаний человечества.

Используя технологию NanoArchival, в организации Arch Mission Foundation документируют наиболее важную информацию о человечестве.

Физически, лунная библиотека «Архив человеческих знаний» на аппарате «Берешит» — это стограммовый небольшой по размеру (145х145 мм) конверт-контейнер с 25-ю тонкими пластинами (40 микрон толщина одной пластины).





На первых (верхних) 4-х пластинах информация записана в аналоговом формате в виде массива микроскопических фотографий, графиков, картинок, текстов на различных языках, включая:

— базовую информацию о Земле и землянах,

— лингвистические данные о земных языках,

— тексты государственных документов Израиля,

— национальные культурные произведения Израиля,

— информацию об участниках проекта «Берешит»,

— информацию по декодированию нижележащих цифровых записей.

Изображения на этих 4-х пластинках можно легко увидеть при увеличении в сто раз под простым микроскопом.

Вторая часть библиотеки — цифровая (около 200 Гб информации в распакованном виде, 100 Гб в архиве) и состоит из 21-й пластины, на которых выполнена запись в формате DVD с более плотно упакованными данными об обитателях Земли и их достижениях, включая:

— всю англоязычную версию «Википедии»,

— несколько десятков тысяч романов и справочников,

— сведения о 5 тысячах языков,

— мировые художественные произведения,

— технические и научные справочники и другие многочисленные материалы.

Пластины лунной библиотеки сложены стопкой и размещены в специальном конверте (состоящего из многослойного изоляционного материала), дополнительно пластины защищены каптоновой лентой.

Данный «Архив человеческих знаний» был изготовлен с тем расчетом, что будет храниться на Луне внутри аппарата «Берешит» в условиях открытого космоса десятки тысяч лет без деградации.

Но, случилось непредвиденное — аппарат «Берешит» разбился при посадке и архив, к сожалению, тоже пострадал (или был уничтожен, что более вероятно).



О том, что еще было в лунной библиотеке можно узнать в данном pdf.

Первая пластина архива:





Размеры пластин:



Пластины размещены друг на дружке и еще не сжаты:



Пластины подготовлены и упакованы в конверт:



Что можно на аналоговых пластинах увидеть:













Видео размещения контейнера с библиотекой внутрь аппарата «Берешит» (на самом деле, инженеры еще дополнительно потом зафиксировали внутри аппарата конверт с библиотекой):


Конечно, конверт-контейнер с пластинами нужно было еще в защищенный бокс размещать и на самом аппарате «Берешит» как то обозначить место размещения лунной библиотеки (да и разместить на верхней части аппарата, а не под баками), чтобы на Луне было понятно, что тут лежит и где именно в аппарате, но эти моменты были опущены в этом проекте, видимо.



На данный момент, в организации Arch Mission Foundation идет поиск лунной библиотеки после аварии аппарата «Берешит»:



«Посадка прошла немного более ухабисто, чем ожидалось, однако черные ящики самолетов переживают и куда более сильные столкновения, а наши диски менее хрупкие, чем они. Маленькие легкие предметы — как наша 100-граммовая библиотека — лучше справляются со столкновениями. Вероятно, [из-за удара] они были отброшены на несколько километров — как фрисби с 30 миллионами страниц, пролетевшее по Луне».

В организации Arch Mission Foundation не собираются сдаваться и они запустили новый проект — определить местоположение «лунной библиотеки».

Был создан открытый документ в Google Docs с подробной информацией об архиве-библиотеке и его содержании, а также с деталями крушения аппарата «Берешит», которыми поделилась с ними организация SpaceIL.

Таким образом, организация Arch Mission Foundation пытается решить задачу:
«Если космический корабль, на котором находятся предметы весом 100 грамм, врезается в поверхность Луны на скорости 2000 миль в час (3300 километров в час), то как далеко отлетят от места аварии эти предметы?»

Данные, полученные из анализа телеметрии при посадке-падении аппарата «Берешит»:



По предварительным подсчетам, аппарат «Берешит» пролетел на 16-20 км дальше расчетного места посадки. И место его падения нужно искать в зоне диаметром 140 км в планируемом для посадке ранее районе лунной поверхности в Море Ясности.

Красные цифры — высота аппарата «Берешит» над поверхностью Луны в двух фиксированных точках, с которых были присланы фотографии лунной поверхности.



Расчет энергии, которая выделилась при падении аппарата «Берешит».

Последние данные из ЦУП SpaceIL:



Общая масса аппарата «Берешит» при ударе о лунную поверхность: 150 кг (сам аппарат) +76 кг (оставшееся топливо) = 226 кг.

Получается, что кинетическая энергия аппарата «Берешит» в момент столкновения равна 103 МДж, что эквивалентно взрыву 25 кг ТНТ (тринитротолуола), так как 1 килограмм ТНТ = 4,184 МДж.

Расчет кинетической энергии проводился с помощью данного ресурса.




А что же с химической энергией, которая могла выделиться от взрыва топлива?

Топливо аппарата «Берешит» – гидразин (монометилгидразин), окислитель — смесь оксидов азота (MON), в баках на старте было 380 кг, перед падением на поверхность осталось 76 кг.

По расчетам и данным отсюда, от 973 МДж до 1 483 МДж химической энергии могло выделиться при взрыве топливных баков, хотя эта ситуация маловероятна и там, скорее всего, такого мощного взрыва не было, так как еще присутствовал окислитель в пропорции 1 к 1 и была более быстрая тепловая реакция при ударе о поверхность Луны.

Про быструю тепловую реакцию — со скоростью более 900 м/c упал аппарат на поверхность, а баки там 50-70 см в диаметре, из 380 кг топлива осталось в них 76 кг — 20% заполненности. Было очень мало времени на процесс столкновения и много разрушений элементов сразу с выделением энергии и образованием кратера.

Тем более баков было 4 (76/4=19 кг в одном баке):







И они защищены сверху и снизу вот такими основаниями:





Как собирали аппарат «Берешит»:



Все таки, отсутствие лунной атмосферы сильно влияет на такие кадры:



Расчет диаметра кратера, образовавшегося от падения аппарата «Берешит».

Пособие по образованию кратеров, страница 6, рисунок 6.



D (диаметр кратера в метрах)= 0.55679*(M^(1/3)), где M=ТНТ(в кг).

Получается, что расчетный диаметр кратера: 0.55679*(25^(1/3))) = 1.62 метра.



Понятно, что этот расчет не учитывает еще и то, что аппарат «Берешит» упал на поверхность Луны под углом, а так же разницу в характеристиках земного и лунного грунта.

Однако, теперь нам ясен примерный порядок данных по аварии (энергия и возможный диаметр кратера) из расчетов и есть небольшая вероятность, что в процессе падения аппарата «Берешит» часть лунной библиотеки осталась неповрежденной и будет найдена в будущем космическими исследователями на Луне.

Про поиски аппарата «Берешит» в NASA.

Место падения аппарата «Берешит» в SpaceIL и NASA знают почти точно по данным телеметрии и анализу последних секунд падения.

Последние 4 секунды жизни аппарата по данным в ЦУП (с 678 до 149 метров снижение):









В 19:23 UTC 11 апреля 201 года данные телеметрии с аппарата «Берешит» совсем перестали поступать в ЦУП SpaceIL.

В NASA планируют с помощью зонда LRO обследовать район падения аппарата «Берешит», в надежде, что элементы массива лазерных уголковых отражателей не разрушились и будут находится на поверхности Луны.

Отражатели были закреплены на верхней части аппарата и при его падении могли отскочить, разлететься, перевернуться и закопаться в лунном грунте.

Но даже, если только часть элемента отражателя будет доступна для отражения светового импульса, то этот факт будет зафиксирован аппаратурой на зонде LRO.

Лазерный альтиметр LRO (лунный орбитальный зонд NASA), предназначенный для составления карты высот, будет посылать лазерные световые импульсы на уголковый отражатель в месте падения аппарата «Берешит», а затем измерять, сколько времени требуется свету, чтобы вернуться назад.

Используя эту технику, инженеры NASA и SpaceIL планируют, что смогут определить местоположение останков аппарата «Берешит».



Мне кажется, что уголковые отражатели еще могли «выжить» в такой аварии, так как они были сверху на аппарате «Берешит» размещены, а вот пластинки с библиотекой сложились (были сплющены в обломках) в конструктиве аппарата при его падении, и сейчас они находится в кратере, который образовался от падения аппарата «Берешит» на Луну под лунным грунтом.

Предполагается, что диаметр образовавшегося кратера после падения от 3 до 5 метров (5-10 метров при расчете с кинетической энергией 108 МДж). Аппарат «Берешит» врезался в поверхность Луны под малым углом (~8°), кратер может быть вытянутым.

22-23 апреля 2019 года над районом падения аппарата «Берешит» будет пролетать зонд LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), так что ждем новые фотографии от этого зонда NASA, которые, возможно, помогут обнаружить место падения аппарата «Берешит» на Луне.



Почему так важно знать расчетный размер кратера и предварительный район аварии аппарата «Берешит»?

Высота аппарата «Берешит» составляла около 1,5 метра, диаметр 2 метра (2.3 метра между посадочными опорами). Это по размерам чуть больше, чем китайский ровер «Юйту-2», а этот ровер зонд LRO смог зафиксировать визуально, хоть и в несколько заходов, делая фотографии поверхности в месте посадки на обратной стороне Луны.

В случае удачно посадки аппарата «Берешит», зонд LRO бы смог сфотографировать место посадки и мы могли бы увидеть этот факт.

Аналогичные фиксации объектов на поверхности Луны зондом LRO.

Запущенный NASA 18 июня 2009 года лунный орбитальный зонд (LRO) продолжает использоваться для получения большого количества ценной научной информации и 1 февраля 2019 года сумел пройти почти над местом посадки Китайской станции «Чанъэ-4» — «Statio Tianhe» на обратной стороне Луны.

Фотография сделана зондом LRO с высоты 82 километров, разрешение 0,85 метра (33 дюйма) на 1 пиксель, что позволило получить более четкую картину места нахождения модуля «Чанъэ-4» и, наконец, увидеть в нескольких пикселях контуры ровера «Юйту-2».



Чтобы понять размеры на фото, данные по модулям «Чанъэ-4»:

— спускаемый модуль «Чанъэ-4» (4,4 метра между противоположными посадочными опорами, масса 1200 кг.);



— ровер «Юйту-2» (высота 1 метр, ширина 1 метр (без солнечных батарей), 1,5 метра в длину, две складные солнечные панели, шесть колес, масса 140 кг.).



Во время проведения новой съемки зондом LRO, ровер «Юйту-2» находился в 29 метрах к северо-западу от посадочного аппарата «Чанъэ-4».

Сравнительные фотографии, сделанные аппаратом LRO (Лунный орбитальный зонд NASA) места посадки миссии «Чанъэ-4» на обратной стороне Луны в разное время (видны на фото спускаемый модуль и ровер, который передвигается все дальше от места посадки):





Таким образом, в случае с падением аппарата «Берешит» на лунную поверхность — зонд LRO должен зафиксировать появление нового кратера в зоне предполагаемой аварии, причем это будет делаться путем сравнения фотографий поверхности до аварии и после, а так же эти фотографии должны быть сделаны в разное время, чтобы угол падения солнечных лучей на поверхность Луны был разный.



Если фактический размер кратера после падения аппарата «Берешит» будет от 3 до 10 метров, то этот факт должен подтвердиться в новых фотографиях с зонда LRO, которые ожидаем в скором времени.

Мелких кратеров в зоне предполагаемого падения очень много.