مركبة الهبوط على سطح القمر (مركبة فضائية)

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

كانت مهمة " لونار لاندر" مهمةً آليةً تهدف إلى إرسال مركبة هبوط إلى القمر ، بقيادة مديرية رحلات الفضاء البشرية والعمليات التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية . وكان الهدف الرئيسي من هذه المهمة هو إثبات قدرة أوروبا على إيصال الحمولة بأمان ودقة إلى سطح القمر. وبشكلٍ أكثر تحديدًا، كان من المفترض أن تُظهر المهمة التقنيات اللازمة لتحقيق هبوط سلس ودقيق مع تجنب مخاطر السطح التي قد تُهدد عملية الهبوط وسلامة المهمة على سطح القمر. وستُمثل هذه التقنيات إضافةً قيّمةً لمهام الاستكشاف البشرية والآلية المستقبلية. [ 4 ] إلا أن المشروع عُلّق في اجتماع المجلس الوزاري لوكالة الفضاء الأوروبية عام 2012. [ 5 ]

سيناريو المهمة

إطلاق ونقل البيانات

انطلقت المركبة الهابطة من مركز غويانا الفضائي في كورو أواخر عام 2018 على متن صاروخ سويوز، حيث تم إدخالها في مدار بيضاوي عالي (HEO) بواسطة المرحلة العليا فريغات-إم تي، عبر سلسلة من المدارات الوسيطة. بعد انفصال فريغات، استخدمت المركبة الهابطة نظام دفعها الذاتي للدخول في مدار النقل القمري النهائي، وبعد فترة نقل إجمالية استغرقت عدة أسابيع، دخلت في مدار قطبي حول القمر. بعد سلسلة من مناورات خفض المدار حول القمر ( أبولون وبيريلون) ، وصلت المركبة الهابطة إلى مدارها القمري المنخفض النهائي (LLO) على ارتفاع 100  كيلومتر. [ 6 ]

مدار قمري منخفض

بمجرد دخول المركبة القمرية مدارًا قمريًا منخفضًا، تستعد للمرحلة النهائية من المهمة، بانتظار اكتمال التكوين المداري الصحيح، وهندسة الأرض والشمس، وإجراء عمليات الفحص والمعايرة للأنظمة الحيوية للهبوط. من المتوقع أن تستمر فترة بقاء المركبة في المدار القمري المنخفض قبل بدء عمليات الهبوط من عدة أسابيع إلى ثلاثة أشهر كحد أقصى. [ 6 ]

الهبوط والانسحاب

تبدأ مرحلة الهبوط في المهمة عندما تُجري المركبة الهابطة مناورة لخفض مدارها بالقرب من القطب الشمالي للقمر. تُقلل هذه المناورة نقطة الحضيض إلى حوالي 15  كيلومترًا، أي على بُعد 500  كيلومتر تقريبًا من القطب الجنوبي للقمر، بعد نصف دورة قمرية. خلال فترة التحليق الحر، يُستخدم نظام التعرف البصري التلقائي على المعالم على سطح القمر لتحديد الموقع الدقيق للمركبة الهابطة وضمان وضعها الصحيح في بداية الهبوط النهائي. عند التوجه نحو القطب الجنوبي، تدخل المركبة الهابطة مرحلة الهبوط النهائية المُزوّدة بالطاقة. باستخدام مجموعة محركاتها النفاثة، تُبطئ المركبة الهابطة سرعتها وتهبط. خلال هذه المرحلة، يلزم تطبيق قوة دفع متغيرة مع اقتراب المركبة الهابطة من موقع الهبوط. يتم تحقيق مستويات دفع أدق باستخدام محركات المركبة الفضائية ذاتية الدفع (ATV) بتقنية تعديل النبضات، كما هو موضح في هذا الفيديو لاختبارات الإطلاق الساخن على يوتيوب . على ارتفاع بضعة كيلومترات، يتمكن نظام كشف المخاطر وتجنبها (HDA) من رؤية موقع الهبوط الرئيسي وتقييمه. إذا اعتُبر الموقع الأساسي غير آمن، بسبب وجود مخاطر سطحية (مثل المنحدرات الحادة، والفوهات، والصخور، والظلال، وما إلى ذلك)، فإن لدى نظام الهبوط الآلي (HDA) إمكانية إعادة توجيه المركبة إلى موقع هبوط ثانوي. وعند العثور على موقع هبوط آمن، تهبط المركبة بسلاسة باستخدام أرجلها.

عمليات الطرح

بمجرد هبوط المركبة على سطح القمر، تُجري عمليات حيوية كنشر هوائيها وعمود الكاميرا، وترسل حزمة البيانات الكاملة المتعلقة بعملية الهبوط إلى الأرض. وتعتمد المركبة على اتصال مباشر بالأرض عبر خط البصر ، إذ لا يُخطط لاستخدام أي قمر صناعي مُرحِّل خلال المهمة. هذا يعني وجود فترات يتعذر فيها الاتصال بالأرض بسبب خروجها من مجال رؤية المركبة. وكما هو الحال مع الشمس ، ستكون الأرض تحت الأفق شهريًا نتيجةً لميل محور دوران القمر بالنسبة لمستوى مداره.

ثم يتم البدء في العمليات السطحية الاسمية والتي تشمل نشر حمولات محددة على سطح القمر عبر ذراع روبوتية، وتفعيل حمولات المراقبة الثابتة الأخرى على متن المركبة الهابطة، وفي النهاية الحصول على عينات من السطح باستخدام الذراع الروبوتية لتحليلها بواسطة الأجهزة الموجودة على المركبة الهابطة.

موقع الهبوط

تم تحديد منطقة القطب الجنوبي للقمر كوجهة مهمة لبعثات الاستكشاف المستقبلية، وذلك لما تتميز به من ظروف سطحية فريدة في بعض المواقع، من حيث الإضاءة الشمسية، وقربها من مواقع ذات أهمية علمية، مثل الفوهات المظللة بشكل دائم، واحتمالية وجود موارد يمكن استغلالها. تجتمع هذه العوامل لتجعل هذه المنطقة مرشحة بقوة للاستكشاف البشري في المستقبل، وربما حتى لإقامة قاعدة قمرية طويلة الأمد. وقد قدمت البعثات المدارية الحديثة أدلة قوية تشير إلى إمكانات منطقة القطب الجنوبي كوجهة استكشافية مهمة.

تتميز المناطق القطبية للقمر بفترات طويلة من الإضاءة الشمسية المستمرة ، مما يسمح بتشغيل المركبة الهابطة بالطاقة الشمسية. مع ذلك، من المتوقع أن تكون المواقع ذات الإضاءة الجيدة محدودة المساحة (بضع مئات من الأمتار عرضًا)، وقد تحتوي على بقع من التضاريس الخطرة ذات المنحدرات الحادة والصخور والفوهات أو الظلال الممتدة. [ 7 ] تتطلب هذه الظروف السطحية استخدام تقنية هبوط آلية وآمنة ودقيقة ومخصصة.

نظام

إعدادات

أبعاد المركبة القمرية [مم] مع رائد فضاء للمقارنة في الحجم

يتكون الهيكل الرئيسي للمركبة الهابطة من أسطوانة، مع أربع أرجل هبوط تمتد من الجوانب. ويغطي محيط الهيكل الرئيسي خلايا شمسية. ويهيمن على الجانب السفلي فوهات المحركات الرئيسية، بينما يوفر الجانب العلوي مساحة لأجهزة الاستشعار والحمولة.

ستستخدم المركبة الهابطة ذراعًا آلية لاستعادة عينات التربة لتحليلها على متنها.

الهبوط الدقيق واكتشاف المخاطر وتجنبها

أظهرت تحليلات بيانات مركبة استطلاع القمر المدارية (LCON) ومركبة كاجويا (Kaguya) أن مواقع الهبوط القطبية التي توفر فترات طويلة من الإضاءة المستمرة محدودة المساحة. [ 7 ] لذا، يتطلب الهبوط على سطح القمر دقة تصل إلى بضع مئات من الأمتار. وبالمقارنة مع مهمات الهبوط الروبوتية السابقة (مثل مهمة سيرفيور [ 8 ] )، فإن التقنيات اللازمة لمهمة الهبوط على سطح القمر لديها القدرة على زيادة دقة الهبوط الممكنة بمقدار عشرة أو مئة ضعف، لتصل إلى مستويات الأداء التي تحققها المركبات المأهولة فقط (حيث هبطت مركبة أبولو 12 على بعد 150 مترًا تقريبًا من مسبار سيرفيور 3. [ 9 ] ). ومن المرجح أيضًا أن تكون مواقع الهبوط المحتملة في المناطق القطبية مغطاة جزئيًا بالظلال، وقد تحتوي على مناطق ذات منحدرات حادة أو صخور كبيرة. ولتجنب الهبوط على تضاريس غير آمنة، يُستخدم نظام مستقل للكشف عن المخاطر وتجنبها (HDA). يتألف النظام من جهاز ليدار وكاميرا، يقومان بتوليد صور ثنائية وثلاثية الأبعاد للسطح، بالإضافة إلى حاسوب داخلي يستخدم هذه الصور لتحليل تضاريس المنطقة أسفل المركبة أثناء الهبوط النهائي. وفي حال تبين أن المنطقة غير آمنة، يُصدر النظام أمراً بإعادة توجيه المركبة إلى منطقة هبوط آمنة، بما يتناسب مع كمية الوقود المتبقية.

قوة

لطالما اعتمدت بعثات استكشاف الكواكب على أجهزة النظائر المشعة، سواءً كانت وحدات حرارية إشعاعية (RHUs) أو مولدات حرارية إشعاعية (RTGs)، لدعم التحكم الحراري وتوليد الطاقة في بيئات تتسم عادةً بدرجات حرارة قاسية ونقص في الطاقة. مع ذلك، بالنسبة لأوروبا، حيث لا تتوفر هذه التقنيات حاليًا، فإن استخدام هذه الأجهزة له آثار تقنية وبرنامجية هامة. وبينما تتواصل الجهود البحثية لتطوير وحدات حرارية إشعاعية (RHUs) ومولدات حرارية إشعاعية (RTGs) في أوروبا، فإنه من غير المتوقع أن تتوفر الأجهزة الأوروبية في عام 2018، وهو العام الذي ستُطلق فيه مهمة المركبة القمرية الهبوطية. [ 10 ] بدلاً من ذلك، تُزود المركبة القمرية الهبوطية بالطاقة من خلال ألواح شمسية ملفوفة حول هيكلها. وبمجرد هبوطها، سيكون محور تناظر المركبة عموديًا تقريبًا على اتجاه الشمس، مما يضمن إضاءة جيدة ومستمرة للخلايا الشمسية أثناء دوران المركبة حول الشمس (نتيجة دوران القمر).

تُستخدم البطاريات لتغطية فترات انقطاع الطاقة الشمسية القصيرة. تنقطع الطاقة الشمسية في مدار القمر المنخفض (LLO) عندما تدخل المركبة الهابطة في خسوف القمر ، وعلى سطح القمر عندما تحجب قمم الجبال في الأفق الشمس. وستُجرى عمليات الهبوط بالاعتماد كليًا على طاقة البطاريات.

الدفع

تستخدم المركبة الفضائية ثلاثة أنواع من المحركات:

  1. ستة محركات دفع ATV بقوة 220 نيوتن [ 11 ] تعمل في وضع النبض [ 12 ] لتوفير دفعة متغيرة على طول الهبوط، حيث أن المحرك نفسه له مستوى دفع ثابت، على عكس نظام دفع الهبوط المستخدم في أبولو على سبيل المثال.
  2. خمسة محركات أبوجي أوروبية بقوة 500 نيوتن. [ 13 ]
  3. ستة عشر محركًا صغيرًا للتحكم في الوضع

ستكون هناك حاجة إلى جميع محركات 500 و 220 نيوتن لتوفير قوة دفع كافية لإبطاء المركبة الهابطة من سرعة مدارية قمرية منخفضة من أجل هبوط نهائي متحكم فيه.

تستخدم المركبة وسائل الملاحة التقليدية خلال مسارها المتجه إلى القمر. ويشمل ذلك استخدام وحدة قياس القصور الذاتي (وحدة مدمجة من مقياس التسارع والجيروسكوب )، وأجهزة تتبع النجوم ، ومستشعرات الشمس . علاوة على ذلك، ستساعد قياسات المدى وتأثير دوبلر من الأرض في تحديد موقع المركبة الفضائية وسرعتها، على التوالي.

في مرحلة الهبوط المنخفض وأثناء الهبوط، يجب النظر في وسائل ملاحة أخرى. وقد حددت المراحل الأولى من الدراسة الحاجة إلى استخدام الملاحة المطلقة القائمة على الرؤية على ارتفاعات عالية، إلى جانب الملاحة البصرية النسبية. [ 2 ] تسمح هذه التقنيات المتقدمة بتحسين أداء الملاحة، مقارنةً بالتقنيات التقليدية، مثل الملاحة بالقصور الذاتي وتحديد المدار من الأرض. علاوة على ذلك، ولضمان هبوط سلس والوصول إلى بداية مرحلة الاقتراب ضمن ممر ضيق، يلزم وجود تقدير للارتفاع بعيد المدى على متن المركبة، والذي سيتوفر من خلال مزيج من الملاحة البصرية وقياسات مقياس الارتفاع.

علوم

تم تحديد الأهداف العلمية لمركبة الهبوط على سطح القمر في إطار التحضير لاستكشاف القمر بواسطة البشر. وتشمل هذه الأهداف دراسة تفصيلية لمعايير سطح القمر ذات الأهمية البالغة للعمليات المستقبلية على سطحه، سواء كانت بشرية أو آلية. وقد تم تحديد نموذج حمولة يتناول المواضيع المحددة التالية:

  • الخصائص المجهرية للغبار، بما في ذلك الشكل وتوزيع الحجم، وتكوينه
  • بيئة البلازما والمجال الكهربائي على سطح القمر، وسلوك الغبار داخل تلك البيئة
  • جدوى إجراء قياسات علم الفلك الراديوي من سطح القمر
  • المحتوى المتطاير المحتمل للتربة السطحية (مثل الهيدروكسيل)
  • حزمة الكاميرات للبيانات المرئية من بيئة القطب الجنوبي

تُثبّت جميع الحمولات إما بشكل ثابت على جسم المركبة الهابطة، أو تُحمل على مسافة منها بواسطة أذرع مخصصة، أو تُنشر بالقرب منها (1-2 متر) بواسطة ذراع آلية. أما الحمولات التي تحلل عينات من التربة السطحية عن قرب، فتتلقى كميات صغيرة من المواد التي يتم جمعها من محيط المركبة الهابطة بواسطة جهاز جمع بيانات مثبت في نهاية الذراع الآلية. [ 1 ]

حالة المهمة

في أغسطس 2010، تم اختيار شركة أستريوم كمقاول رئيسي [ 14 ] للمرحلة B1 من مشروع مركبة الهبوط على سطح القمر، [ 15 ] والتي تشمل أنشطة تجريبية في مجال الدفع والملاحة. [ 10 ] وتأتي المرحلة B1 بعد ثلاث دراسات جدوى أجرتها بالتوازي شركات إي إيه دي إس أستريوم ، وأو إتش بي، وتاليس ألينيا سبيس ، والتي اختُتمت في عام 2010.

في اجتماع المجلس الوزاري لوكالة الفضاء الأوروبية في نوفمبر 2012، لم تُخصص أي تمويلات إضافية لمشروع مركبة الهبوط على سطح القمر. وعجزت ألمانيا، بصفتها المساهم الرئيسي، عن تأمين دعم مالي كافٍ للبرنامج من الدول الأعضاء الأخرى. وترأس الوفد الألماني في الاجتماع بيتر هينتزه، الذي صرّح بأن ألمانيا مستعدة للمساهمة بنسبة 45% من التكلفة الإجمالية للمهمة، لكنها لم تتمكن من تأمين الدعم المالي للنسبة المتبقية البالغة 55% من الدول الأعضاء الأخرى. [ 16 ]

مراجع

  1. 1 2 3 4 فيساكرلي، ر.؛ وآخرون  . (2010). "مهمة الهبوط على سطح القمر التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية". AIAA .
  2. 1 2 3 4 دي روزا، د.؛ وآخرون . (5-10 يونيو 2011). "مهمة مركبة الهبوط على سطح القمر التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية". المؤتمر الدولي الثامن لوكالة الفضاء الأوروبية حول أنظمة التوجيه والملاحة والتحكم . 
  3. 1 2 كاربنتر، ج.؛ وآخرون (2012). "التحضيرات العلمية لاستكشاف القمر باستخدام المركبة القمرية الأوروبية". علوم الكواكب والفضاء . 74 (1): 208-223 . arXiv : 1207.4965 . Bibcode : 2012P & SS...74..208C . doi : 10.1016/j.pss.2012.07.024 . S2CID 119231245 .  
  4. ↑ "استراتيجية استكشاف الفضاء لوكالة الفضاء الأوروبية" . esamultimedia.esa.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-07-2016 .
  5. ↑ "تأجيل مشروع مركبة الهبوط على سطح القمر التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية قبل مؤتمر الميزانية" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2012 .
  6. 1 2 فيساكرلي، ر. "المركبة القمرية الأوروبية: عمليات الروبوتات في بيئة قاسية" (ملف PDF) . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2012 .
  7. 1 2 دي روزا، د. (2012). "توصيف مواقع الهبوط المحتملة لمشروع مركبة الهبوط القمرية التابع لوكالة الفضاء الأوروبية" (ملف PDF) . المؤتمر الثالث والأربعون لعلوم القمر والكواكب؛ وقائع المؤتمر . وودلاندز، تكساس . تم الاطلاع عليه في 7 يوليو 2012 .
  8. ↑ ريباريتش، جيه جيه (1978). "دقة هبوط المركبة الفضائية سيرفيور". مجلة المركبات الفضائية والصواريخ . 5 (7): 768-773 . Bibcode : 1968JSpRo...5..768R . doi : 10.2514/3.29355 .
  9. ↑ "مواقع هبوط أبولو 12 وسورفيور مصورة بواسطة كاميرا المركبة المدارية للاستطلاع القمري" . 3 أبريل 2019.
  10. 1 2 فيساكرلي، ر. (2012). "المركبة القمرية الأوروبية: مهمة تمهيدية لاستكشاف الفضاء البشري". المؤتمر العالمي لاستكشاف الفضاء؛ وقائع المؤتمر . واشنطن العاصمة.
  11. ↑ "محركات دفع ثنائية الوقود بقوة 200 نيوتن لمركبة الفضاء التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية" . أستريوم . مؤرشف من الأصل في 15 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 5 أبريل 2012 .
  12. ↑ "مركبة الهبوط على سطح القمر تستعد للهبوط" . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2012 .
  13. ↑ "محرك أبوجي أوروبي ثنائي الوقود بقوة 500 نيوتن (EAM)" . أستريوم . مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 5 أبريل 2012 .
  14. ↑ "أستريوم تبحث في الهبوط الآلي عند القطب الجنوبي للقمر" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2013-04-03.
  15. ↑ "نظرة عامة على مراحل مهمة مشروع الفضاء الجوي" .
  16. ^ كريستوف سيدلر (16 نوفمبر 2012). ""Lunar Lander" Europes Mondmission fällt aus" . Spiegel على الإنترنت.