NASA's CAPSTONE-missie van $ 30 miljoen is dinsdag van start gegaan met een Rocket Lab-draagraket uit Nieuw-Zeeland, op weg naar een omslachtige maar brandstofzuinige reis van vier maanden in een halo-baan rond de maan om navigatie- en operatieconcepten voor het Artemis-programma te testen.

De CAPSTONE-missie is bescheiden van omvang, maar opent een nieuw hoofdstuk in kleine satelliettechnologie en is het eerste nieuwe ruimtevaartuig dat wordt gelanceerd onder de paraplu van het Artemis-programma, NASA's poging om voor het eerst sinds 1972 astronauten naar de maan terug te brengen.

"CAPSTONE is in veel opzichten een pionier en zal verschillende technologische mogelijkheden demonstreren tijdens het tijdsbestek van de missie terwijl het een nooit eerder gevlogen baan rond de maan navigeert", zegt Elwood Agasid, projectmanager voor CAPSTONE bij NASA's Ames Research Center in Silicon, Californië. Vallei.

Het ruimtevaartuig van 55 pond (25 kilogram) vertrok dinsdag om 5:55:52 uur EDT (0955:52 GMT) vanaf de commerciële ruimtehaven van Rocket Lab op het schiereiland Mahia in Nieuw-Zeeland en reed op de Electron-draagraket door de atmosfeer op een koers oosten boven de Stille Oceaan.

Negen op kerosine werkende motoren dreef de 59 meter hoge Electron-booster aan vanaf het platform bij Rocket Lab's Launch Complex 18B op het Noordereiland van Nieuw-Zeeland. De missie markeerde de 1e vlucht van de Electron-draagraket van Rocket Lab en de eerste missie van het bedrijf op weg naar een bestemming buiten een lage baan om de aarde.

De tweede trap van de Electron vuurde zijn enkele motor ongeveer tweeënhalve minuut na de missie af en zette vervolgens het CAPSTONE-ruimtevaartuig en de Lunar Photon-ruimtesleepboot in, ontwikkeld door Rocket Lab. De Lunar Photon-kracht- en voortstuwingsmodule vuurde twee keer af om een ​​reeks manoeuvres te beginnen om de CAPSTONE-missie op een traject naar de maan te sturen.

Hier is een herhaling van de lancering van de Electron-draagraket van Rocket Lab vanaf het schiereiland Mahia in Nieuw-Zeeland met NASA's CAPSTONE-maanmissie. https://t.co/vFr2H2yvef pic.twitter.com/kHgGoGnFRk

- Spaceflight Now (@SpaceflightNow) 28 June 2022

De eerste twee brandwonden door de HyperCurie-motor van de Photon brachten het CAPSTONE-ruimtevaartuig in een baan variërend tussen 137 mijl (220 kilometer) en 668 mijl (1,075 kilometer) boven de aarde. Nog zes brandwonden in de komende zes dagen zullen de baan van CAPSTONE geleidelijk verhogen, waarbij de laatste brandwond is geprogrammeerd om de missie op weg te sturen naar een baan om de maan.

In tegenstelling tot de Apollo-missies, die de maan in drie tot vier dagen bereikten, zal CAPSTONE meer dan vier maanden nodig hebben om zijn doelbaan te bereiken. Maar de reis van CAPSTONE is zuiniger. Het ruimtevaartuig gaat naar een punt in de ruimte op zo'n 800,000 miljoen kilometer van de aarde, meer dan drie keer de afstand van de maan.

Het CAPSTONE-ruimtevaartuig zal ongeveer zes dagen na de missie loskomen van de Lunar Photon-drager en vervolgens meer koerscorrecties uitvoeren met zijn eigen kleine hydrazine-stuwraketten.

CAPSTONE staat voor Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment.

Op het verste punt van de aarde zal de zwaartekracht van de zon invloed uitoefenen op het traject van CAPSTONE, waardoor het ruimtevaartuig op natuurlijke wijze terug naar de maan wordt geleid, waar het ruimtevaartuig zijn stuwraketten zal afvuren om in een bijna rechtlijnige halo-baan of NRHO te sturen.

De aankomst van CAPSTONE in die baan is gepland voor 13 november.

De halo-baan zal CAPSTONE tot op 1,000 mijl (1,500 kilometer) van de noordpool van de maan en tot op 43,500 mijl (70,000 kilometer) van de zuidpool brengen. Elke baan om de maan duurt volgens NASA ongeveer zes en een halve dag.

Hetzelfde type baan zal worden gebruikt door NASA's Gateway mini-ruimtestation, een onderdeel van NASA's Artemis-programma dat zal dienen als een verzamelbasis en experimenteerplatform. Astronauten zullen de Gateway gebruiken als tussenstop tussen de aarde en de maan.

De CAPSTONE-missie zal de fijne manoeuvres demonstreren om een ​​ruimtevaartuig in de baan van de Gateway te duwen, waarvoor slechts kleine hoeveelheden brandstof nodig zijn om te onderhouden. Ruimtevaartuigen en maanlanders kunnen de baan binnengaan en verlaten met een lage impuls stuwkracht, en een station in een dergelijke baan zal een continue communicatieverbinding met de aarde hebben.

Een station als de Gateway is nodig omdat het Orion-ruimtevaartuig, dat bemanningen van en naar de maan zal vervoeren, niet in staat is om direct in en uit een lage baan om de maan te manoeuvreren, zoals het Apollo-ruimtevaartuig deed in de jaren zestig en zeventig.

Een maanlander die de baan van de Gateway verlaat, zal astronauten naar de zuidpool van de maan kunnen brengen, waar wetenschappers waterijs hebben ontdekt in permanent beschaduwde kraters.

Het CAPSTONE-ruimtevaartuig is ongeveer zo groot als een magnetron. De missie is ontwikkeld voor een bedrag van $ 30 miljoen, een ongewoon laag budget voor een project met de ambitie van CAPSTONE. En de uitbetaling zou kunnen vloeien over de commerciële lancering en kleine satellietindustrieën, ruimtewetenschap en NASA's Artemis-programma om astronauten terug te brengen naar het oppervlak van de maan.

"Een deel van wat deze missie vanuit mijn perspectief zo ​​aantrekkelijk maakt, is hoe het onze wens om het tempo van ruimteverkenning te verhogen, de uitbreiding van commerciële ruimtecapaciteiten, vooruit helpt, niet alleen ons grote menselijke verkenningsprogramma ondersteunt, maar ook helpt uitbreiden het vermogen van kleine missies om nieuwe bestemmingen te bereiken en te opereren in uitdagende nieuwe omgevingen”, zegt Chris Baker, een manager in het NASA-technologieprogramma voor kleine ruimtevaartuigen.

De missie wordt gefinancierd door NASA en het CAPSTONE-ruimtevaartuig is eigendom van en wordt beheerd door een klein bedrijf uit Colorado, Advanced Space genaamd. Rocket Lab is verantwoordelijk voor de lancering van de missie, Tyvak Nano-Satellite Systems bouwde het ruimtevaartuig, Stellar Exploration ontwikkelde het voortstuwingssysteem van CAPSTONE en Tethers Unlimited leverde radiosystemen.

Een van de twee belangrijkste doelstellingen van de CAPSTONE-missie is het demonstreren van de manoeuvres die nodig zijn om de unieke bijna rechtlijnige halo-baan te bereiken, waar zwaartekrachtinvloeden van de aarde en de maan de baan van een ruimtevaartuig kunnen beïnvloeden. Geen enkele missie heeft ooit in dit specifieke type baan gevlogen.

In de halo-baan zal CAPSTONE voornamelijk worden beïnvloed door de zwaartekracht van de aarde. Maar de sleepboot van de maan neemt het over op de dag dat het ruimtevaartuig het dichtst bij het maanoppervlak is.

Dit type baan "heeft het voordeel van de lage energie om in te komen en lage energie om eruit te komen", zei Baker. "Maar je rijdt nu een beetje op dit evenwichtspunt tussen de zwaartekracht van de aarde en de zwaartekracht van de maan."

Ingenieurs willen leren over de "operationele realiteit" van hoe ze in de langgerekte baan kunnen blijven, terwijl ze rekening houden met de steeds veranderende posities van de aarde en de maan, zei Bradley Cheetham, CEO van Advanced Space en hoofdonderzoeker van de CAPSTONE-missie.

Toekomstige Artemis-bemanningsmissies naar de maan zullen sneller naar de halo-baan reizen dan CAPSTONE, en de afstand van een kwart miljoen mijl afleggen in slechts vijf dagen, volgens Nujoud Merancy, hoofd van het planningsbureau voor verkenningsmissies in het Johnson Space Center van NASA in Houston.

Als de CAPSTONE-missie in de problemen komt, zei Merancy dat NASA verder zal gaan met de Gateway en andere elementen van het Artemis-programma zonder gegevens van de pathfinder-sonde.

Rocket Lab won het contract van $ 10 miljoen om de CAPSTONE-missie in 2020 te lanceren, en was oorspronkelijk bedoeld om het ruimtevaartuig omhoog te sturen vanaf een nieuwe lanceerbasis op Wallops Island, Virginia. Maar vertragingen bij het certificeren van het veiligheidssysteem van de Electron-raket hebben ervoor gezorgd dat Rocket Lab de dienst vanuit Virginia niet kon starten, waardoor ambtenaren gedwongen werden de CAPSTONE-lancering te verplaatsen naar de reeds in gebruik zijnde ruimtehaven van het bedrijf in Nieuw-Zeeland.

De Lunar Photon-sleepboot die is ontworpen om veel van het hijsen van CAPSTONE te doen, is een verbeterde versie van het Photon-platform dat Rocket Lab heeft ontwikkeld als een experimenteerplatform voor een lage baan om de aarde. De Photon is een evolutie van de kick-stage van Rocket Lab, oorspronkelijk gebouwd om Electron-raketladingen in hun definitieve baan te brengen voor inzet.

"Een missie als deze uitvoeren is geen gemakkelijke taak", zegt Peter Beck, oprichter en CEO van Rocket Lab, dat werd opgericht in Nieuw-Zeeland en nu is gevestigd in Long Beach, Californië. "Waar ik het meest enthousiast over ben, is dat we echt, vanuit het perspectief van Rocket Lab, een nieuwe mogelijkheid bieden om heel ver te gaan en opwindende dingen te doen in de diepe ruimte met een budget en een tijdlijn die echt nog nooit eerder was gezien."

De gehele montage van het CAPSTONE-ruimtevaartuig en zijn Lunar Photon-draagmodule woog ongeveer 660 pond (300 kilogram), volledig van brandstof voorzien voor de lancering.

Na het bereiken van de maan zal de CAPSTONE-missie experimenten uitvoeren in samenwerking met NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter, die in een baan dichter bij de maan vliegt. De twee ruimtevaartuigen zullen een radioverbinding met elkaar tot stand brengen om de mogelijkheden voor navigatie in de diepe ruimte te testen.

Satellieten dicht bij de aarde gebruiken de GPS-satellieten van de Space Force om hun exacte positie te bepalen. Sondes die naar een verder weg gelegen bestemming reizen, hebben assistentie vanaf de grond nodig, met behulp van radiobereiktechnologie voor navigatie.

Het CAPSTONE-ruimtevaartuig stuurt een variërende toon naar LRO, die het signaal terugstraalt naar CAPSTONE. Software op het CAPSTONE-ruimtevaartuig zal het signaal gebruiken om de afstand tot LRO te meten en te bepalen hoe de afstand in de loop van de tijd is veranderd. Daaruit kan de computer op CAPSTONE de positie van het ruimtevaartuig schatten.

De missie heeft ook een atoomklok op chipschaal om te helpen bij de navigatie, waardoor het ruimtevaartuig een andere bron van informatie krijgt om zijn positie in de ruimte te schatten.

"CAPSTONE is in wezen een testvlucht, en het is een testvlucht met meerdere mogelijkheden", aldus Baker. "We hebben deze geweldige experimenten aan boord, maar de mogelijkheden die we volgens mij demonstreren gaan veel verder dan alleen die."

Het kleine ruimtevaartuig heeft ook een camera bij zich om foto's van de maan te maken, hoewel het maken van foto's geen deel uitmaakt van de primaire doelen van de missie.

"Waarom zou je naar de maan gaan zonder camera, toch?" zei Cheetham.

E-mail de auteur.

Volg Stephen Clark op Twitter: @ StephenClark1.