Первая попытка Индийской организации космических исследований (ISRO) сесть на Луну была неудачной – сразу после посадки 7 сентября 2019 года аппарат “Викрам” потерпел крушение и навсегда потерял связь с Землёй. Эксперты провели исследование по этому поводу, но результаты не были опубликованы. Семинар бывшего директора организации Венкитакришнана Венкитачалама пролил свет на ситуацию, и причины неудачи стали более понятными.
Любой двигательный спускаемый аппарат использует для посадки двигатели, которые, фактически, являются маленькими ракетами, с помощью которых контролируется тяга. Такой аппарат подчиняется третьему закону Ньютона и второму (F=m(dv/dt)), но с изменением не только в скорости, но и во времени. При посадке и торможении до нуля постоянно используется топливо – масса аппарата уменьшается, а чтобы поддерживать постоянное замедление F=ma, тяга F тоже должна меняться. Сама посадка состоит из нескольких этапов – стремительного и плавного торможения и “зависания”.
Двигатель, в котором поддерживаются такие условия, называется двигателем с дросселированием. Это процесс, в котором жидкость или газ сжимаются при протекании через суженный канал (вентиль, клапан, кран и т.д.) и их давление и температура изменяются без использования кинетической энергии, которая при этом выделяется. Такой аппарат является технологически сложным, и ISRO не имела возможности его сконструировать. Поэтому использовалось поэтапное дросселирование – от сжатия около 40% жидкости, которая шла по двигателю, до полного его выключения. Уже на 60% тяги не хватало, и поэтому скорость была больше, чем должна.
“Викрам” работал по системе управления с замкнутым контуром – датчики информировали его о траектории в реальном времени и, сравнивая данные с запланированными, двигатели сами направляли аппарат. При переходе от стремительного к плавному торможению произошло небольшое, но неожиданное отклонение скорости – посадочный модуль столкнулся с неконтролируемой тягой и крутящим моментом. Не имея возможности уменьшать скорость, “Викрам” совершил аварийную посадку. Возможно, именно из-за резкого изменения ориентации с ним была потеряна связь.
Сейчас ISRO готовится к миссии “Чандраян-3” – второй попытке сесть на Луну. Двигатель посадочного аппарата имеет более дискретное дросселирование с шагом в 10%, а не в 20%. Кроме того, у модуля есть и другие модификации, такие как два датчика для посадки, более объёмный топливный бак, больше солнечных панелей. Запуск миссии запланирован на лето 2023 года.