2024年2月15日，南極熊獲悉，領先的太空探索、基礎設施和服務公司IntuitiveMachines（納斯達克股票程式碼：LUNR、LUNRW）和 SpaceX 分析了 IM-1 任務的月球著陸器加油測試的資料，並確定測試活動已完成。IM-1任務於2月15日從佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的39A發射場升空。它的最終目的地是月球，“Tardis大小”的Nova-C飛行器將利用其 3D 列印引擎嘗試軟著陸。
IM-1任務是 IntuitiveMachines首次嘗試登月，作為NASA商業月球有效載荷服務（“CLPS”）計劃的一部分，該計劃是NASA阿爾忒彌斯月球探索工作的關鍵部分。作為CLPS的一部分，傳送到月球表面的科學和技術有效載荷旨在為人類任務和人類在月球表面的可持續存在奠定基礎。去年9月，當Intuitive Machines在休斯敦開設其具有增材製造能力的月球生產和運營設施時，就確定了這一任務。
Intuitive Machines 的 IM-1 任務在 SpaceX 的獵鷹9 號火箭上從佛羅里達州 39A 發射中心發射，由於在進入甲烷負載之前甲烷溫度低於標稱溫度，發射被推遲。SpaceX 和 Intuitive Machines 現在的目標是美國東部時間 2 月 15 日星期四凌晨1:05。更多更新可以在 Intuitive Machines 和 SpaceX 平臺上找到。NASA 的直播將於美國東部時間 2 月15 日中午 12:20 開始。請在 NASA+、NASA TV 和該機構的網站觀看。
10年醞釀
Intuitive Machines 是一家領先的太空探索和基礎設施公司，成立於 2013 年，恰逢 3D 列印開始變得更容易被世界各地的工程師所接受。
聯合創始人 Steve Altemus、Kam Ghaffarian 博士和 Tim Crain 博士走出 NASA 約翰遜航天中心的大門，嘗試改變世界。2018 年，美國宣佈月球具有戰略利益，並重新將 NASA 的重點放在根據該機構的阿爾忒彌斯計劃可持續地重返月球上。第二年，美國宇航局授予直覺機器公司第一個任務訂單，將一套有效載荷降落在月球表面。
在接下來的四年裡，Intuitive Machines 建立了整個太空計劃，包括 Nova-C 月球著陸器、任務控制以及能夠在月球距離傳輸航天器資料的全球月球遙測和跟蹤網路 (LTN)。這些資產完成後，Intuitive Machines 已準備好執行其首次月球任務 IM-1。Intuitive Machines 從默默無聞的起步，現已發展成為一家多元化的太空探索和基礎設施公司，準備開拓太空商業版圖，並以登陸月球為北極星。
IM-1 任務準備就緒
IM-1 任務旨在成為自 1972 年阿波羅 17 號以來美國首個在月球表面軟著陸的飛行器。Intuitive Machines 選擇 SpaceX 使用 SpaceX Falcon 9 火箭發射該公司的 Nova-C 級月球著陸器，名為奧德修斯 (Odysseus)。NASA 肯尼迪航天中心的 39A 臺。發射後，奧德修斯計劃與獵鷹 9 號火箭分離，沿著直接飛往月球的軌道。
德克薩斯州休斯敦 Nova Control 的 Intuitive Machines 飛行控制人員預計奧德修斯將在升空後大約九天登陸月球。著陸後，Intuitive Machines 及其客戶預計在月夜落在月球南極之前在月球表面執行有效載荷大約 7 天，導致奧德修斯號無法執行。
此次任務不僅標誌著時隔數十年重返月球表面，而且標誌著商業月球科學和探索新時代的大膽跨越。IM-1 任務的核心是 Nova-C 月球著陸器，由 Intuitive Machines 設計和建造。該著陸器配備了最先進的技術，包括由液氧和液甲烷的環保混合物提供動力的推進系統。
Nova Control 的設計類似於《星際迷航》中的企業號航空母艦艦橋。Nova-C 使用兩種型別的無線電。飛行器健康狀況和航天器狀態的執行速度與 1976 年調變解調器相當。與此同時，科學資料無線電的速度提高了16,000倍。Nova-C 最初設計為圓柱形外殼。該公司轉向六角形結構，以適應質量和有效載荷整合限制。Intuitive Machines 員工的名字被刻在 Nova-C 的頁尾上，永久地印在月球上。
月球運輸
IM-1任務的主要目標是將各種有效載荷運送到月球南極地區，這是月球尚未探索的一部分。這些有效載荷包括科學儀器和技術演示，旨在為未來人類和機器人探索月球鋪平道路。IM-1 任務的意義不僅僅是登陸月球表面。它代表了正在進行的太空探索的關鍵時刻，私營企業在其中發揮著越來越重要的作用。
透過 NASA 的商業月球有效載荷服務(CLPS) 計劃，IM-1 任務是促進月球可持續存在、促進科學發現、資源利用和月球基礎設施發展的更廣泛戰略的一部分。從這次任務中獲得的知識和經驗對於塑造未來的月球及更遠地區的任務將是非常寶貴的。此外，IM-1任務的成功將為月球經濟的蓬勃發展奠定基礎，為研究、商業和探索開闢新的可能性。
透過提高我們在月球表面運作的能力，該任務為更雄心勃勃的努力奠定了基礎，包括建立月球基地和探索潛在資源。IM-1 任務收集的資料和見解將有可能解決在月球上生活和工作的挑戰，從而進一步推進人類成為多行星物種的夢想。
Nova Control 是Intuitive Machines 位於德克薩斯州休斯頓的月球任務運營的神經中樞。運營中心在協作迴圈環境中託管任務控制器，可以訪問關鍵任務和支援軟體，包括 VoIP 語音系統。Nova Control 已投入商業使用，關鍵任務指揮和控制軟體 Nova Core 是在內部開發和維護的，並與西澳大利亞的 Fugro SpAARC 合作實現了應急操作。
Intuitive Machines 與全球地面站簽訂了長期協議，其中包括月球跟蹤、遙測和指揮網路 (LTN)，支援 S 頻段、X 頻段和 Ka 頻段上行鏈路和下行鏈路。2022 年 12 月，當 NASA 的阿耳忒彌斯I 號航天器到達距地球最遠距離時，Intuitive Machines 成功跟蹤該任務，從而驗證了其 LDN。
阿爾忒彌斯之前
馬拉珀特 A 是馬拉珀特隕石坑的一個衛星隕石坑，馬拉珀特隕石坑是月球南極地區長 69 公里的隕石坑。以 17 世紀比利時天文學家查爾斯·馬拉佩特 (Charles Malapert) 的名字命名，著陸點周圍的區域被認為是由月球高地物質構成，類似於阿波羅 16 號的著陸點。IM-1著陸點距月球南極約300公里。附近的 Malapert Massif 是 NASA 考慮執行阿耳忒彌斯 III 任務的 13 個候選地區之一。
發射後不久，彈力將輕輕地將奧德修斯推離運載火箭的第二級，使月球著陸器能夠部署並飄向月球。奧德修斯在分離前處於待命狀態。斷開與運載火箭連線的電線讓 Nova-C 航天器知道它已經部署，著陸器上的計時器啟動以啟用其主要系統。完成分離計時間隔後，奧德修斯啟動，包括制導導航和控制（GNC）、自動飛行管理（AFM）軟體、無線電和熱控制。
當奧德修斯的頂層甲板指向太陽時，這被稱為最大功率姿態，這也有助於德克薩斯州休斯頓的飛行控制器透過將其他系統保持在頂層甲板和側面的陰影中來管理著陸器在飛行器上的熱狀態甲板太陽能電池陣列。除錯過程中的每一步都預計會自動進行，因為休斯頓的飛行控制人員尚未與奧德修斯進行通訊。當自主除錯完成並建立最大功率姿態時，Odysseus 開啟其通訊無線電並與 Nova Control 中的飛行控制器進行首次聯絡。
Intuitive Machines 預計在 LVSEP 幾分鐘後自動委託 Odysseus。在自主除錯期間，著陸器的 GNC 啟用冷氣氦反應控制系統（RCS）來控制飛行器姿態。此時，奧德修斯不知道它指向哪裡，但它可以停止其旋轉運動，就像一個閉著眼睛坐在椅子上旋轉的人可以控制旋轉而不知道它停止在哪裡。在控制旋轉速度後，稱為星跟蹤器的特殊相機會自動匹配遙遠星場的影象，併為奧德修斯提供其方向。
機載軟體獲取星跟蹤器測量結果，並透過稱為的演算法對其進行處理，以糾正機載方向（稱為姿態），然後估計並消除不良測量結果。一旦 GNC 系統自主確定其相對於星場的姿態，它就會使用標稱發射向量的參考位置來確定太陽的大致位置。然後，GNC 命令 RCS 噴氣機以微小角度操縱著陸器的頂板朝向太陽，以照亮頂板和側面太陽能電池陣列，以產生最大功率。
執行主機燃燒有多個步驟。第一個是將低溫甲烷和氧氣沿著著陸器的供給管線輸送到發動機，以調節推進系統的溫度；我們稱之為“冷卻引擎”。PROP 在此過程中監控多個自動閥門和溫度讀數，以確保一切都在預期引數範圍內進行。機載AFM 正在監測 CM 開始的點火時間 (TIG)。在 TIG 之前幾秒鐘，RCS 系統會噴射噴射器來沉澱儲罐中的液態甲烷和氧氣。然後，主發動機點火器開啟，就像燃氣烤箱中的指示燈一樣，點燃甲烷和氧氣，這些甲烷和氧氣透過主節氣門的精心開啟而在燃燒室中混合。
Intuitive Machines 已對 3D 打印發動機啟動序列進行了數千次測試，以驗證安全性和可靠性。在CM過程中，車輛透過調整Intuitive Machines團隊設計的兩軸萬向環內主機的角度來保持恆定的姿態。自動 CM 序列還會對主發動機進行節流，為 PROP 團隊提供資料，以便在發動機的功率範圍內進行必要的調整。與此同時，奧德修斯繼續向月球航行。自主除錯後，Nova Control 的飛行控制器準備使用奧德修斯最先進的低溫推進系統進行發動機除錯操作。
發動機除錯操作允許飛行控制器驗證發動機效能並調整著陸器的第一軌跡。在 LVSEP 之後，奧德修斯將在跨月軌道 (TLO) 上執行，在發動機除錯之前前往月球。軌跡小組 (TRAJ) 上的飛行控制器使用著陸器通訊系統發出的訊號來執行軌道確定 (OD)，並根據該訊號資料發射弧線來更新其移動速度。預計細微的修正將保持在正確的軌道上，就像汽車司機沿著筆直的道路對方向盤進行細微的調整一樣。
Intuitive Machines 的飛行動力學官 (FDO) 使用此更新來計算執行發動機除錯機動 (CM) 的方向，以最佳改進奧德修斯攔截月球的軌跡。根據 FDO 設定的 CM 方向，IntuitiveMachines 的飛行管理員 (FM) 和通訊官(COMM) 命令飛行器從最大功率姿態旋轉到燃燒姿態。現在，CM 將控制權移交給 Intuitive Machines 的推進操作 (PROP) 領導，開始主發動機燃燒。
Nova-C 級月球著陸器的三次TCM 燃燒是在最大油門下執行的，此時發動機的效率最高。每次 TCM 後，Intuitive Machines 飛行控制器將著陸器的 HGA 指向地球，以便與 Nova Control 進行通訊。TCM 3 之後，TRAJ 團隊與 FDO 合作，最終確定了對於更新月球軌道插入 (LOI) 機動至關重要的 OD 解決方案。同時，奧德修斯的頂層甲板在TCM 3後最大限度地捕獲太陽能，採取最大功率的態度。當 LOI 接近時，奧德修斯利用其 RCS 進行逆行定向，將發動機引向月球，以便在機動之前實現最佳定位。
CM 之後，TRAJ 從另一個 OD 更新中收集資料。FDO 評估此更新並計算奧德修斯距離其繞月軌道目標還有多遠。FDO 使用稱為 B 平面的特殊座標系，該座標系的任務設計相當於籃球籃板上的正方形。如果籃球運動員投籃擊中籃板方格，球就更有可能進入籃筐。同樣，如果奧德修斯在 B 平面上擊中目標，它就處於被捕獲進入月球軌道的正確位置。
△LRA 是安裝在著陸器上的八個大約半英寸後向反射器的集合，這是用於測量距離的獨特鏡子集合。鏡子系統將鐳射直接反射回軌道航天器，航天器發射鐳射以精確確定著陸器在月球表面的位置。LRA 很有價值，因為它們可以繼續用作月球白天或夜晚的指導和導航的精確地標。阿爾忒彌斯著陸點或大本營周圍的一些上帝抵抗軍可以作為精確地標，透過幫助自主和安全著陸來引導到達的著陸器。
預期的任務場景是，當飛行控制器撥入著陸器的 B 平面目標時，每次軌跡修正機動 (TCM) 將小於前一次。TCM 3 是最關鍵的機動，因為這是休斯頓飛行控制人員在奧德修斯進入月球軌道之前糾正其軌跡的最後機會。對於每個 TCM，FDO 都會評估將 B 平面目標保持在著陸器路徑中所需的機動大小。如果TCM小於奧德修斯主機的執行能力，飛控可以選擇不執行該TCM並在下一次機會時進行任何修正。
飛行控制員在 Odysseus 上載入最終的 LOI 機動解決方案後，Intuitive Machines 預計觀察系統將花費大約四個小時為這次機動做準備。對於 IM-1，LOI 是在月球背面盲區進行的。飛行控制器無法接收實時更新，因為沒有返回地球的視距通訊。Nova Control 團隊對 LOI TIG 進行倒計時，並等待著陸器執行每秒 800 至 900 米的最大機動，以進入 100 公里的圓形低月球軌道 (LLO)。
這種機動大約是奧德修斯推進系統總能力的三分之一。成功完成 LOI 後，Nova Control 團隊開始一系列活動，檢查著陸器的狀態及其在 LLO 中的系統，為著陸做好準備。這包括針對月球照明條件校準奧德修斯的導航光學相機。對於每個月球軌道，Intuitive Machines 預計將有大約 75 分鐘的通訊時間，隨後月球會阻擋奧德修斯著陸器和 Intuitive Machines 地面站之間的直接視距無線電鏈路，通訊時間為 45分鐘。
△Eaglecam 的設計目的是在 Nova-C 上部署在月球表面上方約 100 英尺（30 m）處，並在航天器著陸月球時捕獲影象。
當飛行控制器失去通訊並處於通訊中斷狀態時，我們稱之為訊號丟失（LOS）。當飛行控制器重新獲得通訊並位於視線範圍內時，我們稱之為訊號採集（AOS）。奧德修斯在降落到月球表面之前將繞月球大約 12 圈。對於 Intuitive Machines 來說，LLO 環境比奧德修斯在運輸過程中經歷的深空環境更加複雜。
月球的惡劣環境正在積極發揮作用。當著陸器位於軌道向陽的一側時，太陽會加熱著陸器的一側，但月球也會用反射的紅外輻射烘烤航天器的另一側，因此奧德修斯非常溫暖。然後，著陸器進入月球陰影，飛行器陷入極冷狀態，需要從電池中獲取加熱器電力來保持系統溫暖。
下降軌道插入（DOI）是一種小型機動，通常發生在月球背面。主發動機點火使著陸器減速，使其最低高度從 100 公里下降到著陸點附近約 10 公里。繞月軌道的低點稱為近月點，高點稱為近月點。在軌道上，奧德修斯在近周狀態下執行得更快，在 apo 狀態下執行得更慢。這種效應是勢能的交換，就像人們騎腳踏車穿越山丘時所經歷的那樣，在低點滑行得快，在高峰滑行得慢。一旦 DOI 發生，Odysseus 就完全自主了。
△SCALPSS 將捕捉著陸器發動機羽流在奧德修斯下降時與月球表面相互作用時以及航天器著陸後塵埃羽流沉降時的影響影象。這些資訊對於驗證火箭發動機廢氣如何移動月球表面粒子的預測模型至關重要，並使科學家能夠分析月球表面的特寫影象。SCALPSS 的資料可用於未來的 Artemis 飛行器設計，以確保著陸器和附近任何其他地面資產在著陸期間的安全
DOI 後，著陸器預計會滑行約一小時；然後，GNC 系統將啟動主發動機進行動力下降啟動（PDI）。下降軌道插入 奧德修斯必須將其速度降低約每秒 1,800 米，才能在月球表面軟著陸。一些著陸器設計具有帶有多個噴射器的推進系統，這些噴射器在下降過程中開啟和關閉以實現這一目的；然而，Nova-C 的發動機設計為從 PDI 開始持續燃燒和節流直至著陸。
這種方法與阿波羅下降艙的做法類似。當著陸器發動機在 PDI 啟動時，它最初處於硬制動階段。著陸器一直處於制動階段，直到距離著陸點約 2 公里。著陸器下側的動力下降啟動地形相對導航 (TRN) 攝像頭和鐳射器嚮導航演算法提供資訊，從而提供引導和控制。這部分聽起來可能很複雜，但這是人類每次走路、騎腳踏車或開車時都會做的事情。感測器就像人眼收集位置、速度和方向資料。
△ILO-X 是 ILOA 夏威夷旗艦月球南極天文臺 ILO-1 的前身。約 0.6 公斤的ILO-X 儀器由多倫多 Canadensys Aerospace 為 ILOA 製造，包括一個小型雙攝像頭月球成像套件（一個寬視野和一個窄視野）。它將旨在從月球表面捕獲銀河系中心的一些第一批影象，並進行其他天文學/地球/當地月球環境觀測和探索技術驗證——包括月球環境中的功能和生存能力。此次任務將是總部位於夏威夷的組織首次在月球上安裝相機。夏威夷是一個崇尚科學、發現和用心探索的地方。在夏威夷學生命名比賽後，ILO-X 窄視場相機被命名為 Ka Imi（搜尋）。從夏威夷下一代科學家那裡獲得這個名字是一種巨大的榮譽，也是對 ILOA 稱之為家鄉的夏威夷群島上存在的獨特文化的慶祝。
導航是大腦處理這些資訊以確定您移動的位置和方式。指導類似於人腦決定，如果我在這裡，朝這個方向前進，我需要做什麼才能到達我想去的地方？答案可能是左轉或加速。控制相當於轉動方向盤或踩油門來提高引導指令。人眼充當感測器，觀察事物如何變化，並重復整個迴圈。
現在，奧德修斯基本上是直立的，危險相對導航（HRN）感測器在著陸器打算著陸的區域面向前方。Intuitive Machines 設計了奧德修斯飛往月球預定著陸點 (ILS) 的軌跡。一旦Nova-C級月球著陸器接近其ILS，機載軟體就會根據著陸器的射程選擇一個坡度最小、沒有危險的安全指定著陸點（DLS）。
奧德修斯的系統旨在匹配月球重力以飛向 DLS。在此期間，主發動機不斷節流，降低發動機功率，以補償著陸器越來越輕，推進劑耗盡而離開航天器的質量。Odysseus 的 GNC 系統將著陸器飛行到 DLS 上方約 30 m 的位置，著陸器以每秒 3 米的速度垂直下降。然後，著陸器在距地面 10 米處以每秒 1 米的下降速度制動，為終端下降和著陸做好準備。
△RFMG 技術使用 Nova-C 儲罐中的無線電波和天線來準確測量可用推進劑的數量。RFMG 在未來的長期任務中可能至關重要，這些任務將依賴於由液氫、液氧或液甲烷等低溫推進劑作為燃料的航天器。這些推進劑效率很高，但儲存起來很困難，因為即使在低溫下它們也會很快蒸發。隨著美國宇航局朝著透過阿耳忒彌斯將人類送回月球的目標邁進，能夠準確測量航天器燃料水平將有助於科學家最大限度地利用資源。
此時，奧德修斯僅使用慣性測量。沒有攝像機或鐳射器引導航天器到達月球表面，因為它們會讀取著陸器發動機中揚起的月球塵埃。Odysseus 的慣性測量單元 (IMU) 可以像人的內耳一樣感知加速度，感受旋轉和加速度。終點下降就像走向一扇門並在最後三英尺閉上眼睛。你知道你已經足夠近了，但你的內耳必須引導你穿過門。透過主發動機危險檢測和規避進行俯仰垂直下降 終端下降
奧德修斯被設計成以每秒一米的速度著陸。飛行控制人員預計在確認最終里程碑（軟著陸在月球表面）之前大約會延遲 15 秒。Intuitive Machines 及其客戶預計將在月球南極落下、奧德修斯號無法執行之前進行大約 7 天的科學研究和技術演示。
