NASA lanceert Capstone, een kubussatelliet van 55 pond naar de maan

26 juni 2022: Op zondag kondigde NASA een vertraging van ten minste één dag aan voor de lancering van CAPSTONE om meer tijd te geven voor de laatste systeemcontroles. Het artikel is bijgewerkt.

De komende jaren zal NASA druk bezig zijn op de maan.

Een gigantische raket beklimt een capsule zonder astronauten rond de maan en terug, mogelijk voor het einde van de zomer. Een parade van robotlanders zal experimenten op de maan laten vallen om stapels wetenschappelijke gegevens te verzamelen, met name over waterijs dat vastzit in poolgebieden. Over een paar jaar zullen astronauten daar weer zijn, meer dan een halve eeuw na de laatste Apollo-maanlanding.

Deze maken allemaal deel uit van NASA’s 21e-eeuwse maanprogramma, genoemd naar Artemis, die in de Griekse mythologie de tweelingzus van Apollo was.

Deze week zal een ruimtevaartuig genaamd CAPSTONE worden gelanceerd als het eerste stuk Artemis dat naar de maan gaat. Vergeleken met wat te volgen, is het bescheiden in omvang en reikwijdte.

Er zullen geen astronauten aan boord van CAPSTONE zijn. Het ruimtevaartuig is erg klein, ongeveer zo groot als een magnetron. Deze robotsonde zal niet op de maan landen.

Maar het verschilt in veel opzichten van elke eerdere maanmissie. Het zou als model kunnen dienen voor de publiek-private samenwerkingen die NASA in de toekomst kan aangaan om een ​​betere impact te hebben op haar interplanetaire vluchten.

“NASA is eerder naar de maan geweest, maar ik weet niet zeker of het zo in elkaar zit”, zegt Bradley Cheetham, CEO en president van Advanced Space, het bedrijf dat de NASA-missie leidt.

De lancering was gepland voor maandag, maar op zondag werd de lancering met minstens één dag uitgesteld om Rocket Lab, Amerikaans en Nieuw-Zeelands bedrijf Dat bespaart de vlucht van CAPSTONE in een baan om de aarde en meer tijd voor de laatste systeemcontroles.

“Teams evalueren het weer en andere factoren om te bepalen wanneer de volgende lanceringspoging zal zijn”, zei NASA. In een blogpost. “De volgende lanceringsmogelijkheid tijdens de huidige periode is op 28 juni.”

De volledige naam van de missie is Cislunar Autonomous GPS Technology Operations and Navigation Experience. Het zal dienen als een maanbaanverkenner waar uiteindelijk een bemand ruimtestation zal worden gebouwd als onderdeel van Artemis. Deze buitenpost, de Gateway genaamd, zal dienen als een wegstation waar toekomstige bemanningen zullen stoppen voordat ze verder gaan naar het maanoppervlak.

CAPSTONE is in veel opzichten ongebruikelijk voor NASA. Het bevindt zich bijvoorbeeld op een lanceerplatform, niet in Florida, maar in Nieuw-Zeeland. Ten tweede heeft NASA CAPSTONE niet ontworpen of gebouwd, en zal het ook niet exploiteren. Het agentschap bezit het niet eens. CAPSTONE behoort tot Advanced Space, een bedrijf met 45 medewerkers in de buitenwijken van Denver.

Het ruimtevaartuig volgt een langzame maar efficiënte weg naar de maan. Er zijn dagelijkse lanceringsmogelijkheden tot 27 juli. Als het ruimtevaartuig tegen die tijd van de aarde is opgestegen, ongeacht op welke dag het opstijgt, zal het op dezelfde dag in een baan rond de maan komen: 13 november.

De CAPSTONE-missie zet de inspanningen van NASA voort om op nieuwe manieren samen te werken met particuliere bedrijven in de hoop sneller aanvullende mogelijkheden te krijgen tegen lagere kosten.

“Het is een andere manier voor NASA om erachter te komen wat het nodig heeft om erachter te komen en de kosten te verlagen”, zegt Bill Nelson, beheerder van NASA.

De kosten van het Advance Space-contract met NASA voor CAPSTONE, ondertekend in 2019, bedragen $ 20 miljoen. De reis van CAPSTONE naar de ruimte is ook klein en goedkoop: iets minder dan $ 10 miljoen om het Rocket Lab te lanceren.

“Het wordt minder dan $ 30 miljoen in minder dan drie jaar”, zegt Christopher Baker, uitvoerend directeur van NASA’s Small Spacecraft Technology Program. “Relatief snel en relatief lage kosten.”

tot Beresheet, een minimale inspanning van een Israëlische non-profitorganisatie om op de maan te landen In 2019, voor een bedrag van $ 100 miljoen.

“Ik zie dit als een drijfveer voor hoe we commerciële missies buiten de aarde kunnen helpen faciliteren”, zei dhr. Baker.

De heer Cheatham zei dat CAPSTONE’s primaire missie is om zes maanden te duren, met de mogelijkheid van een extra jaar.

De verzamelde gegevens zullen planners van de buitenpost van de maan helpen die bekend staat als de Gateway.

Toen president Donald J.

Dit bracht NASA ertoe om een ​​ruimtestation rond de maan een essentieel onderdeel te maken van hoe astronauten naar het maanoppervlak gaan. Zo’n geleidelijke locatie zou het voor hen gemakkelijker maken om verschillende delen van de maan te bereiken.

Gateway zal de eerste Artemis-landingsmissie, die momenteel is gepland voor 2025, maar waarschijnlijk wordt uitgesteld, niet gebruiken. Maar volgende missies wel.

NASA heeft vastgesteld dat de beste plaats om deze buitenpost te plaatsen in wat bekend staat als de halfrechte Halo-baan zou zijn.

De banen van de corona zijn die welke worden beïnvloed door de zwaartekracht van twee objecten – in dit geval de aarde en de maan. De impact van de twee lichamen helpt de baan zeer stabiel te maken, waardoor er minder brandstof nodig is om het ruimtevaartuig in een baan rond de maan te houden.

Gravitatie-interacties houden de baan ook in een hoek van ongeveer 90 graden bij het bekijken van de zichtlijn vanaf de aarde. (Dit is het halfrechte deel van de naam.) Een ruimtevaartuig in deze baan passeert dus nooit achter de maan waar de communicatie wordt onderbroken.

De baan die de poort zal afleggen, bevindt zich ongeveer 2200 mijl van de noordpool van de maan en draait 44.000 mijl als hij over de zuidpool gaat. Een reis rond de maan zou ongeveer een week duren.

In termen van elementaire wiskunde zijn exotische paden zoals de baan van een halo dicht bij het rechte stuk goed begrepen. Maar dit is ook een baan die nog nooit eerder door een ruimtevaartuig is gegaan.

CAPSTONE dus.

“We denken dat we zeer goede voordelen hebben”, zegt Dan Hartmann, programmadirecteur bij Gateway. “Maar met de CAPSTONE-payloadset kunnen we onze modellen helpen valideren.”

In de praktijk, zonder GPS-satellieten rond de maan voor nauwkeurige positionering, kan het wat vallen en opstaan ​​kosten om erachter te komen hoe het ruimtevaartuig het beste in de gewenste baan om de aarde kan worden gehouden.

“De grootste onzekerheid is weten waar je eigenlijk bent,” zei meneer Cheetham. “Je weet nooit echt waar je bent in de ruimte. Dus je hebt altijd waardering voor waar het is met enige onzekerheid eromheen.”

Net als andere NASA-missies, zal CAPSTONE zijn positieschatting trianguleren met Signalen van NASA’s Deep Space Network van de radioschotelantennes en stuwt zich vervolgens, indien nodig, terug naar de gewenste baan na het verste punt van de maan te zijn gepasseerd.

CAPSTONE zal ook een alternatieve manier testen om zijn locatie te vinden. Het is onwaarschijnlijk dat iemand de tijd en kosten zou besteden om een ​​GPS-netwerk rond de maan te bouwen. Maar er zijn andere ruimtevaartuigen, waaronder: NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter, in een baan om de maan, en zal waarschijnlijk in de komende jaren aankomen. Door met elkaar te communiceren, kan een vloot van ruimtevaartuigen in verschillende banen in wezen een aangepast Global Positioning System (GPS)-systeem creëren.

Advanced Space heeft deze technologie al meer dan zeven jaar ontwikkeld en nu zal het het concept testen met CAPSTONE om signalen heen en weer te sturen met behulp van de Lunar Reconnaissance Orbiter. “We zullen beide ruimtevaartuigen in de loop van de tijd kunnen lokaliseren”, zei dhr. Cheetham.

Toen ik begon met het ontwikkelen van CAPSTONE, besloot Advanced Space ook om een ​​atoomklok op computerchipschaal aan het ruimtevaartuig toe te voegen en die tijd te vergelijken met wat er vanaf de aarde wordt uitgezonden. Deze gegevens kunnen ook helpen bij het bepalen van de locatie van het ruimtevaartuig.

Aangezien Advanced Space eigenaar is van CAPSTONE, had het de flexibiliteit om deze wijziging aan te brengen zonder toestemming van NASA. En hoewel het bureau nog steeds nauw samenwerkt aan dergelijke projecten, zou deze flexibiliteit een zegen kunnen zijn voor zowel particuliere bedrijven als Advanced Space en NASA.

“Omdat we een commercieel contract hadden met onze leveranciers, hoefden we, wanneer we iets moesten veranderen, geen grote audit van de contracterende functionarissen van de overheid te ondergaan,” zei dhr. Cheetham. “Het hielp vanuit een snelheidsperspectief.”

De keerzijde is dat, omdat Advanced Space een vast bedrag voor de missie had onderhandeld, het bedrijf niet naar NASA kon gaan om extra geld te vragen (hoewel het extra betalingen ontving vanwege vertragingen in de toeleveringsketen als gevolg van de Covid-19-pandemie). Traditionele NASA-contracten die bekend staan ​​als ‘kostentoeslagen’ vergoeden bedrijven voor wat ze uitgeven en voegen daar vervolgens vergoedingen aan toe – ontvangen als winst -, wat voor hen weinig prikkels biedt om de kosten onder controle te houden.

“Uiteindelijk bleek dat we moesten uitzoeken hoe we het heel efficiënt konden aanpakken”, zei dhr. Cheetham.

Dit is vergelijkbaar met de succesvolle strategie van NASA om contracten met een vaste prijs te gebruiken met het bedrijf SpaceX van Elon Musk, dat nu vracht en astronauten van en naar het internationale ruimtestation vervoert tegen veel lagere kosten dan de vorige spaceshuttles van het bureau. Voor SpaceX hebben NASA-investeringen het mogelijk gemaakt om niet-NASA-klanten aan te trekken die geïnteresseerd zijn in het lanceren van payloads en privé-astronauten in een baan om de aarde.

Tot CAPSTONE was het werk van Advanced Space voornamelijk theoretisch – het analyseren van banen en het schrijven van programma’s voor aangepaste GPS – in plaats van het bouwen en bedienen van ruimtevaartuigen.

Het bedrijf is nog steeds niet echt bezig met het bouwen van ruimtevaartuigen. ‘We hebben het ruimtevaartuig gekocht,’ zei meneer Cheatham. “Ik vertel mensen dat de enige machines die we hier bij Advanced bouwen Lego’s zijn. We hebben een enorme verzameling Lego.”

In de afgelopen twee decennia is Kleine satellieten bekend als CubeSats hebben zich verspreid, waardoor meer bedrijven snel ruimtevaartuigen kunnen bouwen op basis van een gestandaardiseerd ontwerp waarbij elke kubus 10 centimeter of vier inch meet. CAPSTONE is een van de grootste, met een volume van 12 kubussen, maar Advanced Space kon het ruwweg kopen van Tyvak Nano-Satellite Systems in Irvine, Californië.

Dit vereist nog veel oplossen van problemen. bijvoorbeeld, De meeste CubeSats In een lage baan om de aarde, een paar honderd mijl boven het oppervlak. De maan is bijna een kwart miljoen mijl verwijderd.

“Niemand heeft ooit met cupsat op de maan gevlogen,” zei de heer Cheatham. “Dus het is logisch dat niemand radio’s heeft gebouwd om CubeSats naar de maan te vliegen. En dus moesten we echt in veel van deze details duiken en met een heleboel verschillende mensen samenwerken om de systemen te krijgen die zouden kunnen werken. “

De heer Hartmann, directeur van het Gateway-programma, is enthousiast over CAPSTONE, maar zegt dat het niet nodig is om verder te gaan met de buitenpost van de maan. NASA heeft al contracten toegekend om de eerste twee Gateway-eenheden te bouwen. ESA draagt ​​ook bij aan twee eenheden.

“Kunnen we zonder vliegen?” De heer Hartmann zei over CAPSTONE. “Ja. Is het verplicht? Nee.”

Maar hij voegde eraan toe: “Elke keer dat je de foutbalken op je modellen kunt verminderen, is altijd een goede zaak.”

Mr. Cheetham overweegt wat er daarna zou kunnen komen, misschien meer missies naar de maan, hetzij voor NASA of andere commerciële partners. Hij denkt ook verder dan dat.

“Ik ben erg gefascineerd door de gedachte hoe we iets kunnen doen dat lijkt op Mars”, zei hij. “Persoonlijk ben ik ook erg geïnteresseerd in Venus. Ik denk dat hij niet genoeg aandacht krijgt.”